Title:
Sendeeinheit für optische Sensoren und optischer Sensor
Kind Code:
A1


Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Gesichtspunkt eine Sendeeinheit für optische Sensoren, insbesondere für Datenlichtschranken, mit einer Lichtquelle zum Aussenden von Licht, mit einer Ansteuereinheit zum Ansteuern der Lichtquelle und mit einer Optik zum Leiten des ausgesendeten Lichts. Die Sendeeinheit ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Optik einen Lichtleitstab zum Leiten des Lichts durch eine Vielzahl von totalinternen Reflexionen aufweist, wobei der Lichtleitstab eine Eintrittsfläche für den Eintritt des Lichts in den Lichtleitstab und ein Austrittsende für den Austritt des Lichts aus dem Lichtleitstab aufweist, und dass Querschnittsflächen des Lichtleitstabs quer zur Richtung zwischen der Eintrittsfläche und dem Austrittsende eine Mehrzahl von Ecken aufweisen. Die Erfindung betrifft in einem zweiten Gesichtspunkt einen optischen Sensor.




Inventors:
Klar, Ulrich (12159, Berlin, DE)
Application Number:
DE102016117170A
Publication Date:
03/15/2018
Filing Date:
09/13/2016
Assignee:
Pepperl + Fuchs GmbH, 68307 (DE)
International Classes:
Domestic Patent References:
DE102011085385A1N/A2013-05-02
DE102011054232A1N/A2013-04-11
DE202010000607U1N/A2010-04-01



Foreign References:
50590131991-10-22
WO2006069384A22006-06-29
Attorney, Agent or Firm:
Weber & Heim Patentanwälte Partnerschaftsgesellschaft m.b.B., 81479, München, DE
Claims:
1. Sendeeinheit für optische Sensoren, insbesondere für Datenlichtschranken,
mit einer Lichtquelle (10) zum Aussenden von Licht (14),
mit einer Ansteuereinheit (40) zum Ansteuern der Lichtquelle (10) und
mit einer Optik (12) zum Leiten des ausgesendeten Lichts (14),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Optik einen Lichtleitstab (20) zum Leiten des Lichts (14) durch eine Vielzahl von totalinternen Reflexionen aufweist,
wobei der Lichtleitstab (20) eine Eintrittsfläche (21) für den Eintritt des Lichts (14) in den Lichtleitstab (20) und ein Austrittsende (23) für den Austritt des Lichts aus dem Lichtleitstab (20) aufweist, und
dass Querschnittsflächen (27) des Lichtleitstabs (20) quer zur Richtung zwischen der Eintrittsfläche (21) und dem Austrittsende (23) eine Mehrzahl von Ecken (29) aufweisen.

2. Sendeeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitstab (20) aus einem Kunststoffformteil gebildet ist.

3. Sendeeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtleitstab (20) an seinen Außenseiten mindestens teilweise verspiegelt ist.

4. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Eintrittsfläche (21) und dem Austrittsende (23) des Lichtleitstabs (20) mindestens eine, insbesondere verspiegelte, Umlenkfläche (26) zum Umlenken des Lichts in eine Querrichtung, insbesondere zum Umlenken des Lichts um etwa 90°, vorhanden ist.

5. Sendeeinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Umlenkfläche (26) im Bereich des Austrittsendes (23) gebildet ist.

6. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Austrittsende (23) des Lichtleitstabs (20) ein Mikrolinsenarray (30) angeformt ist.

7. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Austrittsende (23) des Lichtleitstabs (20) ein Diffusor gebildet ist.

8. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass strahlabwärts von dem Austrittsende (23) des Lichtleitstabs (20) ein Mikrolinsenarray (30) angeordnet ist.

9. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass strahlabwärts von dem Austrittsende (23) des Lichtleitstabs (20) ein Diffusor angeordnet ist.

10. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittsfläche (21) und/oder eine Austrittsfläche am Austrittsende (23) des Lichtleitstabs (20) gewölbt ist.

11. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsflächen (27) des Lichtleiters (20) eine, insbesondere unregelmäßige, Vieleckform aufweisen.

12. Sendeeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Lichtleitstab (20) mindestens eine, insbesondere mehrere, Positionierhilfen (24, 28) angeformt ist beziehungsweise sind.

13. Sendeeinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierhilfen als Positionierstifte (24) und/oder Anschlagsflügel (28) gebildet sind.

14. Optischer Sensor mit einer Sendeeinheit (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 und einer Empfangseinheit (50) zum Empfangen von Licht (17), wobei die Ansteuereinheit (40) zum Ansteuern der Lichtquelle (10) und zum Auswerten von von der Empfangseinheit (50) empfangenem Licht eingerichtet ist.

15. Optischer Sensor nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,
dass er mindestens Teil einer Datenlichtschranke ist und
dass die Ansteuereinheit (40) zum Ansteuern der Lichtquelle (10) gemäß zu übertragenden Daten eingerichtet ist.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft in einem ersten Gesichtspunkt eine Sendeeinheit für optische Sensoren, insbesondere für Datenlichtschranken, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. In einem zweiten Gesichtspunkt betrifft die Erfindung einen optischen Sensor.

Eine gattungsgemäße Sendeeinheit ist in DE 20 2010 000 607 U1 beschrieben und weist eine Lichtquelle zum Aussenden von Licht, eine Ansteuereinheit zum Ansteuern der Lichtquelle und eine Optik zum Leiten des ausgesendeten Lichts auf.

Solche Sendereinheiten werden beispielsweise in der Freiraum-Datenübertragung eingesetzt. Typische Reichweiten können dabei bis 200 m oder 300 m betragen.

Eine allgemeine Aufgabe bei Sendern für Datenlichtschranken ist es, einen möglichst homogenen und augensicheren Lichtfleck zu erzeugen.

Damit ein Lichtfleck für das menschliche Auge ungefährlich ist, darf eine frequenzabhängige Leistungsdichte nicht überschritten werden. Insbesondere können innerhalb eines Lichtflecks mit einer relativ geringen mittleren Leistungsdichte kleine Spots, d.h. Teilbereiche, hoher Leistungsdichte vorhanden sein, die eine Gefahr für das Auge darstellen.

Um eine hohe Datenübertragung und eine hohe Reichweite zu erreichen, ist es ebenfalls gewünscht, dass der erzeugte Lichtfleck möglichst homogen ist.

Im Stand der Technik sind hierzu verschiedene Maßnahmen bekannt. Es können zum Beispiel Diffusoren, insbesondere holographische Diffusor-Folien, verwendet werden. Jedoch sind letztere sehr teuer und einfache Diffusoren, wie z. B. Mattglas, führen zu großen Leistungsverlusten.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, einen homogenen Lichtfleck mittels Strahlaufweitung durch unscharfes Abbilden oder durch Verwenden von Zwischenabbildungen zu erzeugen. Hierbei sind Rückabbildungen grundsätzlich möglich, so dass keine Augensicherheit gegeben ist.

Schließlich kann auch die Kuppe des Gehäuses einer Leuchtdiode (LED) für eine Kuppenabbildung genutzt werden, wodurch ebenfalls die Homogenität des Lichtflecks erhöht wird. Diese Möglichkeit beschränkt sich jedoch auf LEDs und ist insbesondere nicht für Laserdioden anwendbar.

Insgesamt können die beschriebenen Methoden des Stands der Technik nicht zuverlässig einen Strahl mit homogener Leistungsverteilung ohne zufällige leistungsstarke Spots erzeugen. Dies kann insbesondere für die Augensicherheit problematisch sein.

Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, eine Sendeeinheit und einen optischen Sensor zu schaffen, bei denen ein möglichst homogener und augensicherer Lichtfleck in besonders energieeffizienter und preisgünstiger Weise erzeugt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Sendeeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und den optischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Sendeeinheit und des erfindungsgemäßen optischen Sensors sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, beschrieben.

Die Sendeeinheit der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Optik einen Lichtleitstab zum Leiten des Lichts durch eine Vielzahl von totalinternen Reflexionen aufweist, wobei der Lichtleitstab eine Eintrittsfläche für den Eintritt des Lichts in den Lichtleitstab und ein Austrittsende für den Austritt des Lichts aus dem Lichtleitstab aufweist, und dass Querschnittsflächen des Lichtleitstabs quer zur Richtung zwischen der Eintrittsfläche und dem Austrittsende eine Mehrzahl von Ecken aufweisen.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem der optische Sensor nach Anspruch 14. Dieser weist eine erfindungsgemäße Sendeeinheit und eine Empfangseinheit zum Empfangen von Licht auf, wobei die Ansteuereinheit zum Ansteuern der Lichtquelle und zum Auswerten von von der Empfangseinheit empfangenem Licht eingerichtet ist.

Prinzipiell kann der Lichtleitstab an allen Stellen zwischen der Eintrittsfläche und dem Austrittsende im Wesentlichen oder genau denselben Querschnitt aufweisen. Es sind aber auch Varianten möglich, bei denen die Querschnittsfläche des Lichtleitstabs zwischen der Eintrittsfläche und dem Austrittsende variiert.

Wenn in dieser Beschreibung von Licht die Rede ist, so ist damit in erster Linie elektromagnetische Strahlung im sichtbaren und infraroten Spektralbereich gemeint. Angrenzende Spektralbereiche sind grundsätzlich aber auch möglich.

Als Lichtquellen können grundsätzlich alle Strahlungsquellen in Betracht kommen, die elektromagnetische Strahlung im gewünschten Spektralbereich bereitstellen. Besonders bevorzugt kommen Laserdioden oder Leuchtdioden zum Einsatz. Prinzipiell können auch mehrfarbige Lichtquellen verwendet werden.

Als Eintrittsfläche wird diejenige Außenfläche des Lichtleitstabs bezeichnet, durch die der wesentliche Teil des Lichts in den Lichtleitstab eingekoppelt wird. Als Austrittsende wird der Teil des Lichtleitstabs bezeichnet, an dem das durch den Lichtleitstab geleitete Licht wieder aus dem Lichtleitstab austritt.

Als ein Kerngedanke der Erfindung kann angesehen werden, einen Lichtleitstab zu verwenden, wobei durch die Mehrzahl von totalinternen Reflexionen, die das Licht innerhalb des Lichtleitstabs erfährt, die Rückabbildbarkeit auf eine ursprüngliche Quellfläche weitestgehend zerstört wird.

Ein weiterer Kerngedanke der Erfindung ist, einen Lichtleitstab zu verwenden, der eckig im Profil ist, beispielsweise ein sechseckiges Profil aufweist, zum effektiven Mischen des Lichts. Der Lichtleitstab kann also insbesondere in Längsrichtung mehrere Kanten aufweisen.

Die Erfindung stellt einen augensicheren Sender zur Verwendung in Datenlichtschranken bereit, die in der Freiraum-Datenübertragung eingesetzt werden können.

Als ein erster wesentlicher Vorteil der Erfindung kann erachtet werden, dass mit kompakten, d.h. kostengünstigen und platzsparenden, Mitteln ein homogener und augensicherer Lichtflecks erzeugt werden kann. Beispielsweise kann mit einer erfindungsgemäßen Sendeeinheit ein Öffnungswinkel von +/–5° homogen und augensicher ausgeleuchtet werden.

Im Vergleich zur Verwendung nur eines Diffusors aus Mattglas, der vergleichsweise viel Licht absorbiert und in ganz unbrauchbare Richtungen streut, wird der Vorteil einer sehr guten Energieeffizienz erzielt. Im Vergleich zu holografischen Diffusoren ist die erfindungsgemäße Lösung mit einem Lichtleitstab deutlich kostengünstiger.

Im Vergleich zur Strahlaufweitung durch unscharfes Abbilden wird die Rückabbildbarkeit durch die erfindungsgemäße Lösung deutlich zuverlässiger verhindert und damit die Augensicherheit deutlich zuverlässiger gewährleistet.

Im Vergleich zu Varianten, bei denen eine oder mehrere optische Fasern verwendet wird beziehungsweise werden, ist die hier beschriebene Lösung deutlich kompakter und kostengünstiger.

Die Erfindung ermöglicht die gleichmäßige Ausleuchtung eines vergleichsweise großen Sendeflecks bei Datenlichtschranken. Die erfindungsgemäße Sendeeinheit ist einfach im Aufbau und kann außerdem kostengünstig hergestellt werden.

Je länger der Lichtleitstab, desto besser ist es grundsätzlich die Durchmischung der Strahlen und desto zuverlässiger wird die Rückabbildbarkeit unterdrückt. Die Erfinder haben bei den Vorarbeiten, die zur Erfindung führten, überraschend erkannt, dass bereits mit Lichtleitstäben mit einer Länge von beispielsweise zwischen 20 und 25 mm sehr gute und ausreichende Durchmischungen erzielt werden können. Das heißt dass die erfindungsgemäße Sendeeinheit sehr kompakt aufgebaut werden kann.

Der Lichtleitstab kann grundsätzlich aus jedem Material gebildet sein, das eine geeignete Lichtleitung ermöglicht und eine zur Bereitstellung der totalinternen Reflexionen geeignete Brechzahl aufweist. Besonders bevorzugt ist der Lichtleitstab aus einem Kunststoffformteil gebildet oder ist ein Kunststoffformteil. Geeignete Materialien hierfür sind beispielsweise optische Polymere, wie Polycarbonate, Polymethylmethacrylate und/oder Cyclo-Olefin-(Co)polymere.

Um zu verhindern, dass an unerwünschten Stellen des Lichtleitstabs Licht nach außen dringt, kann der Lichtleitstab an seinen Außenseiten mindestens teilweise verspiegelt sein. Hierfür können bekannte Techniken und Materialien zum Einsatz kommen, wie beispielsweise das Aufdampfen von metallischen Beschichtungen.

Eine günstige Anordnung und eine geringere Bautiefe des Gesamtsensors bei gleicher Effektivität der Durchmischung werden möglich, wenn zwischen der Eintrittsfläche und dem Austrittsende des Lichtleitstabs mindestens eine Umlenkfläche zum Umlenken des Lichts in eine Querrichtung, insbesondere zum Umlenken des Lichts um etwa 90°, vorhanden ist. Insbesondere kann die Umlenkung der Strahlung durch totalinterne Reflexion erfolgen. Falls hierfür die geometrischen Verhältnisse und die Brechzahlen nicht geeignet sind, kann die Umlenkfläche auch verspiegelt und insbesondere mit einer spiegelnden Beschichtung versehen sein. Die Strahlungsumlenkung kann besonders bevorzugt rechtwinklig sein.

Die Umlenkfläche kann grundsätzlich an beliebigen Positionen des Lichtleitstabs gebildet sein. Bei einer besonders bevorzugten Variante ist die mindestens eine Umlenkfläche im Bereich des Austrittsendes gebildet. Damit sind besonders kompakte Aufbauten der Sendeeinheit möglich.

Die Rückabbildbarkeit kann noch besser unterdrückt werden, wenn das Licht nach Durchtritt durch den Lichtleitstab ein Mikrolinsenarray durchläuft. Besonders bevorzugt kann ein solches ein Mikrolinsenarray an dem Austrittsende des Lichtleitstabs angeformt sein. Ergänzend oder alternativ kann strahlabwärts von dem Austrittsende des Lichtleitstabs ein Mikrolinsenarray angeordnet sein. Dieses kann beispielsweise mit dem Lichtleitstab verklebt sein, es kann aber auch einen Abstand zum Lichtleitstab aufweisen. Die Linsen des Mikrolinsenarrays können beispielsweise Brennweiten von etwa 40 bis 50 mm aufweisen.

Ein weitere Unterdrückung der Rückabbildbarkeit kann erzielt werden, wenn ergänzend oder alternativ an dem Austrittsende des Lichtleitstabs ein Diffusor gebildet ist. Beispielsweise kann ein solcher Diffusor direkt an einer Oberfläche des Lichtleitstabs gebildet sein. Dadurch wird als Vorteil gegenüber einem diskretem Aufbau erreicht, dass weniger Bauteile notwendig und weniger optische Grenzflächen nötig sind. Lichtverluste können so reduziert werden. Ergänzend oder alternativ kann ein Diffusor auch als grundsätzlich separates Bauteil strahlabwärts von dem Austrittsende des Lichtleitstabs angeordnet sein.

Die Eintrittsfläche des Lichtleitstabs kann prinzipiell flach sein. Die Durchmischung des Lichts kann aber verbessert werden, wenn die Eintrittsfläche des Lichtleitstabs gewölbt ist. Prinzipiell kann auch eine Austrittsfläche am Austrittsende eine Wölbung aufweisen.

Bei besonders bevorzugten Varianten weisen die Querschnittsflächen des Lichtleiters eine, insbesondere unregelmäßige, Vieleckform auf.

Die Zuverlässigkeit des Einbaus, beispielsweise auf eine Platine, kann verbessert werden, wenn an dem Lichtleitstab mindestens eine, insbesondere mehrere, Positionierhilfen angeformt ist beziehungsweise sind. Die Positionierhilfen können beispielsweise Positionierstifte, die in eine Platine oder einen ähnlichen Träger hineinragen, oder Anschlagsflügel sein, die an einem Träger wie einer Platine zur Verbesserung der Positionierungsgenauigkeit anliegen.

Positionierhilfen können sich bevorzugt im Bereich der Eintrittsfläche und/oder des Austrittsendes befinden.

Die erfindungsgemäße Sendeeinheit kann grundsätzlich bei allen optischen Sensoren zum Einsatz kommen, bei denen die Augensicherheit der nach außen tretenden Strahlung gewährleistet sein muss. Bei einer besonders vorteilhaften Anwendung ist der erfindungsgemäße optische Sensor mindestens Teil einer Datenlichtschranke oder ist eine Datenlichtschranke. Die Ansteuereinheit ist dann zum Ansteuern der Lichtquelle gemäß zu übertragenden Daten eingerichtet.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die Figuren im Einzelnen beschrieben. Hierin zeigen:

1: eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen optischen Sensors;

2: eine schematische Ansicht einer Querschnittsfläche eines Lichtleitstabs einer erfindungsgemäßen Sendeeinheit;

3: eine schematische Ansicht eines Lichtleitstabs für eine erfindungsgemäße Sendeeinheit;

4: eine Seitenansicht des Lichtleitstabs aus 4;

5: eine Unteransicht des Lichtleitstabs aus 4;

6: eine Draufsicht des Lichtleitstabs aus 4;

7: eine Ansicht auf die Eingangsfläche des Lichtleitstabs aus 4 und

8: eine Ansicht auf das Ausgangsende des Lichtleitstabs aus 4;

Gleiche und gleichwirkende Bestandteile sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Der in 1 schematisch gezeigte erfindungsgemäße optische Sensor 200 weist als wesentliche Bestandteile zunächst eine erfindungsgemäße Sendeeinheit 100 und eine Empfangseinheit 50 auf. Teil der erfindungsgemäßen Sendeeinheit 100 sind unter anderem eine Lichtquelle 10 und eine Ansteuereinheit 40, die zum Ansteuern der Lichtquelle 10 und zum Auswerten von von der Empfangseinheit 50 empfangenem Licht 17 eingerichtet ist.

Die Sendeeinheit 100 weist außerdem eine Optik auf zum Leiten des von der Lichtquelle 10 ausgesandten Lichts 14. Als Teil dieser Optik ist in 1 schematisch eine Linse 12 gezeigt. Die Optik kann weitere strahlablenkende oder strahlformende Bestandteile, wie Linsen oder Spiegel, aufweisen. Prinzipiell kann die Optik aber auch gar keine Linse aufweisen. Insbesondere kann das Licht einer Laserdiode direkt in den Lichtleitstab eingestrahlt werden.

Als weiterer wesentlicher Bestandteil der Optik ist erfindungsgemäß ein Lichtleitstab 20 zum Leiten des Lichts 14 durch ein Vielzahl von totalinternen Reflexionen vorhanden. Der Lichtleitstab 20 weist dabei eine Eintrittsfläche 21 für den Eintritt des Lichts 14 in den Lichtleitstab 20 und ein Austrittsende 23 für den Austritt des Lichts aus dem Lichtleitstab 20 auf. Für die Erfindung ist außerdem wesentlich, dass Querschnittsflächen 27 des Lichtleitstabs 20 quer zur Richtung zwischen der Eintrittsfläche 21 und dem Austrittsende 23 eine Mehrzahl von Ecken 29 aufweisen. Die Richtung zwischen der Eintrittsfläche 21 und dem Austrittsende 23 ist in 1 durch den Pfeil 15 dargestellt. Eine beispielhafte Querschnittsfläche 27, die die Form eines unregelmäßigen Achtecks mit Ecken 29 aufweist, ist in 2 schematisch gezeigt. Die Ecken der Querschnittsflächen entsprechen Kanten 22 des Lichtleitstabs 20, die in 1 ebenfalls schematisch gezeigt sind und sich generell in die Richtung des Pfeils 15 erstrecken. Prinzipiell können die Konturen der Querschnittsflächen 27 zwischen den Ecken 29 aber auch in grundsätzlich beliebiger Weise gekrümmt sein. Für die Erfindung ist wesentlich, dass der Lichtleitstab 20 eine Mehrzahl von Kanten 22 aufweist und die Querschnittsflächen 27 eine Mehrzahl von Ecken 29 aufweisen.

Das aus dem Lichtleitstab 20 austretende Licht 16 tritt in Richtung eines Zielbereichs aus. Die in 1 dargestellten Komponenten können auf einem Träger 18 angeordnet sein, der beispielsweise eine Platine sein kann.

Der optische Sensor 200 in 1 kann insbesondere Teil einer Datenlichtschranke sein. Die Ansteuereinheit ist dann insbesondere auch zum Ansteuern der Lichtquelle dergestalt eingerichtet, dass die zu übertragenden Daten in geeigneter Weise auf dem physikalischen Kanal der optischen Lichtschranke kodiert werden.

Ein konkretes Beispiel eines Lichtleitstabs 20 für eine erfindungsgemäße Sendeeinheit 100 und einen erfindungsgemäßen optischen Sensor 200, beispielsweise eine Datenlichtschranke, wird im Folgenden mit Bezug auf die 1 bis 8 im Einzelnen erläutert.

3 zeigt eine perspektivische Ansicht des Lichtleitstabs 20, der insbesondere aus einem oder als Kunststoffformteil gebildet sein kann. Der Lichtleitstab 20 weist eine Eintrittsfläche 21, durch welche zu leitendes Licht in den Lichtleitstab 20 eintritt, und ein Austrittsende 23 auf, an dem das von dem Lichtleitstab 20 geleitete Licht aus dem Lichtleitstab 20 austritt.

Die Eintrittsfläche 21 kann konkav, konvex oder in beliebiger Weise gewölbt sein. Dadurch können vorteilhafte Eigenschaften im Hinblick auf das Verhindern einer Rückabbildbarkeit des aus dem Lichtleitstab 20 austretenden Lichts erzielt werden. Prinzipiell kann alternativ oder ergänzend auch eine Austrittsfläche am Austrittsende 23 des Lichtleitstabs 20 konkav, konvex oder in beliebiger Weise gewölbt sein.

Bei dem in den 3 bis 8 gezeigten Beispiel liegt ein Sonderfall einer beliebig gewölbten Austrittsfläche vor. Die Austrittsfläche ist als Mikrolinsenarray 30, also als eine Anordnung einer Mehrzahl von Linsen, gebildet. Dieses Mikrolinsenarray 30 kann Teil des Kunststoffformteils selbst sein, d.h. dass die Linsen, die das Mikrolinsenarray 30 bilden, an dem Austrittsende 23 des Lichtleitstabs 20 angeformt sind. Alternativ kann es sich bei dem Mikrolinsenarray aber auch um eine separate Komponente handeln, die strahlabwärts von dem Lichtleitstab 20 angeordnet ist. Beispielsweise kann ein separates Mikrolinsenarray mit dem Lichtleitstab 20 verklebt sein. Als Wirkung des Mikrolinsenarray kann angesehen werden, dass prinzipiell eine der Zahl der Einzellinsen entsprechende Zahl von Strahlengängen generiert wird, wodurch wiederrum die Rückabbildbarkeit weiter unterdrückt und damit die Augensicherheit erhöht wird.

Als weitere Maßnahme zum Unterdrücken der Rückabbildbarkeit und damit zum Steigern der Augensicherheit kann vorgesehen sein, dass ergänzend zum Multilinsenarray oder alternativ dazu an dem Austrittsende 23 des Lichtleitstabs 20 ein Diffusor gebildet ist oder dass ein Diffusor strahlabwärts von dem Austrittsende 23 des Lichtleitstabs 20 angeordnet ist. Beispielsweise kann ein Diffusor durch eine aufgerauhte Fläche des Kunststoffformteils gebildet sein.

Eine weitere Besonderheit des in den 3 bis 8 gezeigten Beispiels eines Lichtleitstabs 20 ist, dass zwischen der Eintrittsfläche 21 und dem Austrittsende 23 des Lichtleitstabs 20 eine Umlenkfläche 26 zum Umlenken des Lichts in eine Querrichtung, nämlich zum Umlenken des Lichts um etwa 90°, vorhanden ist. In dem gezeigten Beispiel ist die Umlenkfläche 26, wie aus den 4, 6 und 8 ersichtlich, im Bereich des Austrittsendes 23 gebildet. Die Umlenkfläche ist dabei so gebildet, dass im Wesentlichen das gesamte aus der Richtung der Eintrittsfläche 21 kommendes Licht durch totalinterne Reflexion an der Umlenkfläche 26 umgeleitet wird. Um zu verhindern, dass Licht an der Umlenkfläche 26 aus dem Lichtleitstab 20 austritt, kann der Lichtleitstab 20 mindestens im Bereich der Umlenkfläche 26 mit einer spiegelnden Beschichtung versehen sein.

Im gezeigten Beispiel weisen die Querschnittsflächen 27 des Lichtleiters 20 eine unregelmäßige Vieleckform auf.

An dem in den 3 bis 8 gezeigten Lichtleitstab 20 sind mehrere Positionierhilfen 24, 28 vorhanden, die im gezeigten Beispiel an das Kunststoffformteil angeformt sind. Im Einzelnen handelt es sich dabei um Positionierstifte 24, die in entsprechend beispielsweise einer Platine gebildete Bohrungen eingreifen können, und Anschlagsflügel 28, die sich im montierten Zustand ebenfalls an einem Träger, zum Beispiel der Platine, abstützen können. Durch die Positionierhilfen 24, 28 kann eine exakte Positionierung des Lichtleitstabs 20 auf einem Träger 18 und damit relativ zu weiteren optischen Komponenten erzielt werden.

Im Betrieb der Sendeeinheit 100 tritt Licht 14 durch die gewölbte Eintrittsfläche 21 in den Lichtleitstab 20 ein. Das Licht 14 wird, mit anderen Worten, in den Lichtleitstab 20 eingekoppelt. In den 4 bis 6 gelangt das Licht also von links kommend in den Lichtleitstab 20. Das in den Lichtleitstab 20 einzukoppelnde Licht 14 kann kollimiert sein, muss es aber nicht sein. Durch die gekrümmte Eintrittsfläche wird das Licht im Inneren des Lichtleitstabs 20 in verschiedene Richtungen abgelenkt und erfährt im Anschluss viele totalinterne Reflexionen an den Innenseiten des Lichtleitstabs 20. An der Umlenkfläche 26, die zur Längsachse 15 des Lichtleitstabs 20 um etwa 45° geneigt ist, wird das Licht sodann in eine zur Längsachse 15 des Lichtleitstabs 20 quer orientierte Richtung abgelenkt. In der in 4 gezeigten Situation wird das von links kommende Licht durch die Umlenkfläche 26 im Bereich des Austrittsendes 23 nach unten abgelenkt und tritt nach Durchlaufen des Multilinsenarrays 30 aus dem Lichtleitstab 20 aus.

Die Vielzahl der totalinternen Reflexionen im Lichtleitstab 20 und die weitere Fragmentierung der Strahlengänge durch das Multilinsenarray 30 bewirkt im Ergebnis, dass die Rückabbildbarkeit des aus dem Lichtleitstab 20 austretenden Lichts sehr weitgehend unterdrückt wird. Dadurch aber wird die gewünschte Augensicherheit bereitgestellt.

Bezugszeichenliste

10
Lichtquelle
12
Linse
14
Licht
15
Pfeil
16
Licht
17
auf Empfangseinheit eintreffendes Licht
18
Platine
20
Lichtleitstab
21
Eintrittsfläche
22
Kanten
23
Austrittsfläche
24
Positionierstift
26
Umlenkfläche
27
Querschnittsflächen
28
Anschlagsflügel
29
Ecken der Querschnittsflächen
30
Mikrolinsenarray
40
Ansteuereinheit
50
Empfänger
100
Sendeeinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Patentliteratur

  • DE 202010000607 U1 [0002]