Die Erfindung betrifft ein Lichtgitter mit einer einzi¬ gen Lichtquelle, deren Lichtbündel nacheinander mittels einer von einer Steuereinrichtung beau schlagten Licht- verteilereinbeit auf mehrere, sendeseitig je einen Licht- leiter enthaltende optische Kanäle lenkbar ist, sowie mit einer mit diesen Kanälen gekoppelten Lichtemp angsein- richtung, der eine elektronische Auswerteschaltung nach¬ geschaltet ist.

Lichtgitter dienen dem Zweck, bei einem unerwünschten Eingriff in den Arbeitsraum einer Maschine, beispiels¬ weise einer Presse, ein Signal auszulösen, mit dessen Hilfe die Maschine zeitweilig oder ganz stillgesetzt wird. Sie bestehen aus einer Vielzahl den zu kontrol- lierenden Arbeitsraum erfassenden optischen Kanälen, die jeweils durch einen Lichtsender und einen Licht¬ empfänger gebildet werden. Bei einer Unterbrechung des Lichtganges löst eine Auswertungseiektronik das Signal aus. Für Lichtgitter dieser Art sind im wesentlichen zwei Systeme bekannt. Bei dem einen System hat jeder optische Kanal eine eigene Lichtquelle, z. B. in orm einer Leuchtdiode, wobei entweder die Lichtquellen

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gleichzeitig zyklisch angesteuert und die Signale der Lichtempfänger in einem IMD-Glied verknüpft werden (DE-OS 16 16 016), bzw. die Lichtquellen werden nach¬ einander zyklisch angesteuert, wobei die Auswertung der Ausgangssignale im gleichen Rhythmus gesteuert wird (DS-PS 224-7 055), oder wobei die Lichtsignale über einen gemeinsamen Lichtleiter nur einem photoelektri¬ schen Wandler zugeführt werden (DE-AS 19 -4-1 905)- Bei dem anderen System werden die optischen Kanäle von einer gemeinsamen Lichtquelle ausgeleuchtet, wobei die Lichtverteilung auf die Kanäle durch ein Linsensystem oder mit Hilfe eines Drehspiegels und eines Parabol¬ spiegels erfolgt (DE-OS 14 426). Bei einer nach die¬ sem System arbeitenden Ausführung (DE-OS 21 58 182) be- tätigt eine Steuereinrichtung in Form eines Motors eine Lichtverteilereinheit, die durch eine bewegte Optik ge¬ bildet wird, welche ihrerseits mit einer einzigen Licht¬ quelle zusammenwirkt. Die schwingende oder rotierende Optik beaufschlagt über Lichtleiter im Folgebetrieb mehrere optische Sendekanäle mit dem von der Lichtquelle ausgehenden Strahlenbündel, und den photoelektrischen Wandlern ist eine elektronische AuswertSchaltung nach¬ geordnet.

Die Einrichtungen für den Lichtempfang können entweder auf der den Lichtquellen gegenüberliegenden Seite des zu kontrollierenden Arbeitsraumes oder auf der gleichen Seite wie die Lichtquellen liegen, wobei im letzteren Fall an der gegenüberliegenden Seite ein Reflektor an- gebracht ist und die reflektierten Strahlen mittels halbdurchlässiger Spiegel auf die zugehörigen Licht¬ empfänger gelenkt werden.

Allen bekannten Glüh- und Leuchtstofflampen haftet der l.achteil an, daß diese Lichtquellen im Aufbau aufwendig

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und außerdem störanfällig sind (niedrige Lebensdauer). Ein zur Störlichtunterdrückung zweckmäßiger Impulsbe¬ trieb verringert bei den obigen Lichtquellen die Lebens¬ dauer erheblich. Die bekannten Linsensysteme erlauben nur den gleichzeitigen Betrieb aller Kanäle und bei der Strahlenverteilung mittels eines Drehspiegels läßt sich weder die Dauer der Lichtimpulse noch deren Folge steu¬ ern. Auch die als Lichtempfänger dienenden Fotodioden stellen eine Störquelle dar. Sie können durch überstrah- lung benachbarter optischer Kanäle oder fremde Licht¬ quellen Fehlsignale auslösen, die durch eine aufwendige, selbstüberwachende logische PrüfSchaltung (Koinzidenz¬ stufe) eliminiert werden müssen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lichtgitter der gattungsgemäßen Art derart auszu¬ bilden, daß ohne Verwendung bewegter Bauteile die den einzelnen optischen Kanälen zugeführten und einer Licht¬ quelle entstammenden Lichtimpulse in ihrer Dauer und Folge steuerbar sind.

Diese Aufgabe wird erfindungs'ge äß durch die Merkmale a) bis d) des Anspruchs 1 gelöst.

Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtgitter bil¬ den die optischen Richtkoppler elektronisch steuerbare Lichtweichen, mit deren Hilfe die in einer Lichtquelle erzeugten und durch einen Lichtleiter geführten Licht¬ impulse nacheinander und zyklisch in die optischen Kanäle gesteuert werden. Während bei einer Lichtver¬ teilung mittels eines Drehspiegels die Dauer und die Folge der in die optischen Kanäle gelenkten Lichtim¬ pulse im wesentlichen vom optischen Aufbau und der Drehgeschwindigkeit abhängt, läßt sich erfindungsgemäß die Dauer und die Folge der Lichtimpulse variieren und

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-4- unterschiedlichen Verhältnissen anpassen. Dabei sind keine störanfälligen mechanischen Bauteile er orderlich.

Die für optische Nachrichtens steme bekannten optischen Richtkoppler bestehen aus zwei in ein Substrat einge¬ betteten dielektrischen Wellenleitern und __.__. Aufbau eines elektrischen Feldes dienenden Elektroden ('Inte¬ griert optische Richtkoppler", P. 3aues, ELEKTROΪ.IK- AHZEIGER, 1977, Nr. 3, Seiten 19-22). Die Wellenleiter sind so bemessen und angeordnet, daß beim Anlegen eines elektrischen Feldes die im primären Wellenleiter geführte Lichtwelle verbleibt und ohne elektrisches Feld in den sekundären Wellenleiter eindringt. Je nach dem Aufbau können optische Richtkoppler zur Modulation oder als Lichtschalter verwendet werden. Die erfindungsgemäß vorgesehenen und zur Übertragung von Lichtsignalen be¬ kannten Glas- oder Kunststoff-Lichtleiter bestehen aus Kernen mit hohem Brechungsindex, die mit einem Mantel aus einem Material mit etwas geringerem Brechungsindex umgeben sind.

Nach der Erfindung wird eine Lichtschiene aus dem Licht¬ leiter und daran in Reihe mit jeweils einem ihrer Wellen¬ leiter angeschlossenen optischen Richtkopplem gebildet. Die von der Lichtquelle erzeugten Lichtimpulse werden durch diese Lichtschiene geführt und durch Anlegen einer SteuerSpannung an einen der Richtkoppler in den zugehöri¬ gen optischen Kanal gelenkt. Durch ein geeignetes Steuer¬ programm wird die Folge der anzusteuernden Richtkoppler und deren zyklische Wiederholung festgelegt. Ebenso kann aber auch die Dauer der Ablenkung eines jeden Ricbtkopp- lers durch die Dauer der angelegten SteuerSpannung be¬ stimmt werden.

Das neuartige Lichtverteilungssystem ist insbesondere

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zum Betrieb mit sichtbarer in der Grun Schwingung sich ausbreitender Strahlung geeignet, wobei als Strahlungs¬ quelle eine Laser-Diode o. dgl. verwendet wird. Ebenso können aber auch Strahlen mit einer größeren oder einer kleineren Wellenlänge oder polarisiertes Licht zur An¬ wendung kommen.

Die optischen Richtkoppler unterliegen weder einem Ver¬ schleiß noch einer Alterung, da bei ihnen mit Hilfe der SteuerSpannung nur der Brechungsindex des Materials ver¬ ändert wird.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung kann das neu¬ artige Lichtübertragungssystem auch auf der Empfangs- seite des Lichtgitters genutzt werden, indem jeder opti¬ sche Kanal e pfangsseitig aus einem Lichtleiter besteht und daß jeder dieser Lichtleiter an ein und dieselbe Lichtempfangsdiode über einen zusätzlichen Lichtleiter anschließbar ist. Diese Ausbildung hat den Vorteil, daß die nacheinander von den einzelnen Lichtleitern empfan¬ genen Lichtimpulse auf optischem Wege nur einer Licht¬ empfangsdiode zugeführt werden, während bisher eine Vielzahl Lichtempfangsdioden benötigt wurde. Das Licht¬ gitter besitzt also zur Abgabe und Aufnahme der Licht- energie nur zwei Dioden, nämlich eine Leuchtdiode und eine Fotodiode. In vorteilhafter Weise wird hierdurch die Aussteuerung der Dioden und die Selbstüberwachung des Lichtgitters wesentlich vereinfacht.

Der Anschluß der einzelnen Lichtleiter an den zur Licht¬ empfangsdiode führenden Lichtleiter kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß die empfangsseitigen Lichtleiter mittels eines Sternteilers mit dem ^' zur Lichtempfangs- diode führenden zusätzlichen Lichtleiter verbunden sind (ntz Bd. 31, 1978, 423-425). Es besteht aber auch die

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Möglichkeit, daß die empfangsseitigen Lichtleiter mit dem zur Lichtempfangsdiode führenden Lichtleiter durch je einen optischen Richtkoppler verbindbar sind, deren Elektroden von der Steuer- und Auswerteeinrichtung synchron zu den der Lichtquelle zugeordneten optischen Richtkopplern steuerbar sind. Die Lichtleitersysteme für die Lichtanstrahlung und den Lichtempfang sind da¬ durch gleich, so daß die Fertigung vereinfacht wird. Außerdem lassen sich die Richtkoppler beider Seiten in vielen Kombinationen ansteuern und erweitem damit die Möglichkeiten für die Steuerung und Überprüfung des Lichtgitters. Durch das Verschließen der nicht an¬ gesteuerten Kanäle wird auch der störende Einfluß von Überlappung und Fremdlicht weitgehend ausgeschaltet.

Die Lichtempfangseinrichtungen können entweder auf der - der Lichtquelle gegenüberliegenden Seite des zu kontrol¬ lierenden Arbeitsraumes angeordnet sein, oder bei Ver¬ wendung eines Reflektors an die auf der Sendeseite an- geordneten optischen Einrichtungen angeschlossen sein.

Der Gegenstand der Erfindung ist in der Zeichnung an¬ hand von Blockschaltbildern in mehreren Ausführungs¬ beispielen dargestellt; es zeigt

Fig. 1 ein lάchtgitter mit optischen Richtkopplern auf der Sendeseite,

Fig. 2 ein Lichtgitter mit optischen Richtkopplern auf der Sende- und Empfangsseite,

Fig. 3 ein Lichtgitter mit optischen Richtkopplern auf der Sendeseite und Lichtleitern auf der Empfangsseite und

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Fig. 4 ein Lichtgitter mit Reflektor und optischen Richtkopplern sowie den Empfangsteil bilden¬ den Lichtleitern auf der Sendeseite.

5 Das in Fig. 1 dargestellte Lichtgitter besitzt eine Licht¬ quelle 1, beispielsweise in Form einer Laser-Diode, an welche ein Lichtleiter 2 angeschlossen ist. Dieser Glas¬ oder Kunststoff-Lichtleiter 2 besteht aus einem Kern mit hohem Brechungsindex, der mit einem Mantel aus einem 0 Material mit etwas geringerem Brechungsindex umgeben ist. An diesen Lichtleiter 2 sind in einer Reihe auf¬ einanderfolgend eine Vielzahl von optischen Richtkopp¬ lern 3 angeordnet. Es handelt sich hierbei um Bauteile, die an sich bekannt sind und beispielsweise in der 5 Lit.-St. "Integriert optische Richtkoppler", P. Baues,

ELEKTRO IK-ANZEIGER, 1977 r. 3, Seiten 19-22 beschrie- ^■ - ben sind. Sie bestehen aus zwei in ein Substrat einge¬ betteten dielektrischen Wellenleitern und dem Aufbau eines elektrischen Feldes dienenden Elektroden. Die 0 Wellenleiter sind so bemessen und angeordnet, daß beim Anlegen eines elektrischen Feldes die im primären Wel¬ lenleiter geführte Lichtwelle ^' verbleibt und ohne elek¬ trisches Feld in den sekundären Wellenleiter eindringt. Dabei gibt es verschiedene Ausführungen, welche entweder 5 zwei oder drei Elektroden aufweisen. Diese optischen

Richtkoppler 3 sind an den Lichtleiter 2 jeweils so an¬ geschlossen, daß die von der Lichtquelle 1 kommenden Lichtimpulse im ungekoppelten Zustand durch die primären Wellenleiter dieser Richtkoppler 3 geführt werden. Die 0 primären Wellenleiter der Richtkoppla? 3 sind also in

Reihe geschaltet; der Lichtleiter 2 besteht also prak¬ tisch aus mehreren Strängen, die jeweils am Ein- und Ausgang _. der Richtkoppler angeschlossen sind.

5 A den Ausgang der sekundären Wellenleiter ist jeweils

ein Lichtleiter 4 angeschlossen, der zu einer optischen Einrichtung führt, die _: beispielsweise aus je einer dar¬ gestellten Linse 5 bestehen kann. Am Ausgang dieser Linsen 5 wird jeweils ein optischer Kanal 6 gebildet. Die Lichtstrahlen gelangen durch diese optischen Kanäle 6 zu einer Linse 7, welche sie auf jeweils eine Licht¬ empfangsdiode 8, beispielsweise eine Fotodiode, lenkt. Diese Lichtempfangsdioden 8 sind an eine elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung 9 angeschlossen. Außerdem ist am Ende des Lichtleiters 2 eine Fotodiode 10 angeordnet, welche Kontrollzwecken dient.

Die elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung kann so eingerichtet sein, daß sie an die Lichtquelle 1 Steuerimpulse zur Erzeugung hochfrequenter Lichtimpulse gibt. Gleichzeitig steuert diese elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung 9 die optischen Richtkoppler 3 derart, daß deren Elektroden nacheinander und zyklisch angesteuert werden. Hierdurch werden die von der Licht- quelle 1 kommenden Lichtimpulse an dem jeweils durchge¬ steuerten Richtkoppler 3 in den zugehörigen Lichtleiter 4 gelenkt, von wo aus sie dann ^' weiter durch den betreffen¬ den optischen Kanal 6 zu der zugeordneten Lich empfangs- diode 8 gelangen, deren Signale der elektronischen Steuer und Auswertungseinrichtung zugeführt werden. Die elektro¬ nische Steuer- und Auswertungseinrichtung taktet also einerseits die Lichtimpuise und steuert andererseits die Richtkoppler in der vorgesehenen Folge und zyklisch. Weiterhin wertet diese Einrichtung die von den Licht- empfangsdioden 8 ankommenden Signale aus, beispielsweise in einem Zähl- und Vergleichswerk. Stimmt die in einer bestimmten Zeiteinheit empfangene Größe mit dem zugehö¬ rigen Vergleichswert nicht überein, wird von der elektro¬ nischen Steuer- und Auswertungseinrichtung ein Stδrsignal abgegeben, welches dann zur Stillegung der Arbeitsmaschin o. dgl. verwendet werden kann.

A Ausgang des Lichtleiters 2 ist weiterhin eine Foto¬ diode 10 angeordnet, welche Kontrollzwecken dient. Diese kann insbesondere zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Lichtquelle 1 und der Richtkoppler 5 verwendet wer- den. Befinden sich die Richtkoppler 3 alle im ungekop¬ pelten Zustand, kann überprüft werden, ob die Licht¬ quelle 1 ihre Funktion ausübt. Eine Überprüfung der Richtkoppler geschieht dadurch, daß jeweils einer in den gekoppelten Zustand überführt wird; im Falle der Funk-ionsunfähigkeit gelangte dann der Lichtstrahl über den Lichtleiter 2 in die Fotodiode 10, die ein entspre¬ chendes Störsignal an die elektronische Steuer- und Aus¬ wertungseinrichtung liefert.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist die Sende¬ seite gleich aufgebaut, wie die Ausführung nach Fig. 1. Hier ist jedoch auf der Empfangerseite hinter den Lin¬ sen 7 jeweils ein Lichtleiter 11 angeschlossen, der in den einen Wellenleiter eines zugeordneten optischen Richtkopplers 12 mündet. Die Sekundärseite dieser Richt¬ koppler ist mit einem Lichtleiter 13 verbunden, der zu einer gemeinsamen Lichtempfan ^' gsdiode 14 führt.

Bei dieser Ausführung werden die optischen Richtkoppler auf der Empfangsseite ebenfalls durch die elektronische Steuer- und Auswertungseinrichtung gesteuert und zwar im gleichen Rhythmus wie die zugeordneten optischen Richtkoppler 3 des betreffenden optischen Kanals 6. Ebenso wird auch die Lichtempfangsdiode 14 in einem entsprechenden Rhythmus gesteuert.

Sowohl der Lichtleiter 2 als auch der Lichtleiter 13 bilden eine Art "Lichtschiene", an welche die optischen Kanäle anschließen. Bei dieser Ausführung kann die Steue- rung der einzelnen optischen Richtkoppler in jeder belie-

bigen Weise variiert werden. Es besteht auch die Möglich¬ keit, zwei oder mehrere optische Kanäle 6, die nebenein¬ ander liegen können, auszuleuchten, oder beispielsweise eine Ausleuchtung von außen nach innen vorzunehmen, um beispielsweise Dickemessungen o. dgl. durchführen zu können.

Eine weitere Abwandlung zeigt Fig. 3- Hier sind auf der Empfängerseite an die Linsen 7 der einzelnen optischen Kanäle 6 Lichtleiter 15 angeschlossen, die mittels eines sogenannten Sternteilers 16 vereint werden und an eine Lichtempfangsdiode 14 angeschlossen sind. Sternteiler dieser Art sind sogenannte Lichtleitfaserabzweigungen, wie sie beispielsweise in ntz Bd. 31, 1978, Seiten 423- 425 beschrieben sind. Diese können sowohl zur Verteilung von Lichtstrahlen als auch zum Sammeln von Lichtstrahlen Verwendung finden.

Ähnlich der Ausführung nach Fig. 3 ist auch das Licht- gitter nach Fig. 4 ausgeführt. Hier ist jedoch eine Rückführung der Lichtstrahlen eines jeden optischen Kanals 6 mittels eines Reflek ^' tors 17 vorgesehen. Die von diesem Reflektor 17 zurückgelenkten Lichtstrahlen gelangen jeweils zu der ihnen zugeordneten Linse 5 zu- rück und werden von dort aus über einen Abieiter 18, der hier ebenfalls als Lichtleitfaserabzweig ausgebildet ist und über e einen weiteren Lichtleiter 15 zu einem Stern¬ teiler 16 geführt, der die einzelnen Lichtleiter 15 ver¬ eint. Auch hier wird der vereinte Lichtleiter einer Lichtempfangsdio e 14 zugeführt.

Die Richtkoppler können auch in der Art einer Mikro- schaltung auf einem Substrat hintereinander angeordnet werden, wobei die primären Wellenleiter jeweils an eine Lichtschiene angeschlossen sind. Ebenso besteht aber

auch die Möglichkeit eines kaskadenförmigen Aufbaues. Hierbei ist einem Bauteil nur ein primärer Wellenlei¬ ter zugeordnet, hinter dem kaskadenförmig die sekundä¬ ren Wellenleiter der einzelnen Richtkoppler angeordnet sind. Diesen kaskadenförmig angeordneten Wellenleitern sind entsprechende Elektroden zugeordnet. Werden diese gleichzeitig durchgesteuert, kann der Lichtstrahl vom primären Wellenleiter au einanderfolgend über mehrere sekundäre Wellenleiter geführt werden.