CH693046A5 - Vorrichtung für eine Reflexionslichtschranke und Verfahren zur Lichtlenkung in dieser Vorrichtung, sowie Reflexionslichtschranke. - Google Patents

Description

  



  Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für eine Reflexionslichtschranke, eine Reflexionslichtschranke und ein Verfahren zur Lichtlenkung in derselben gemäss den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche. 



  Lichtschranken dienen der berührungslosen Detektion von Objekten auf einer Abtaststrecke. Bei Reflexionslichtschranken befindet sich üblicherweise ein Sender-/Empfängermodul an einem Ende und ein Reflektor am anderen Ende der Abtaststrecke. Im Sender-/Empfängermodul sind eine Lichtquelle und ein Lichtempfänger untergebracht. Ein Lichtstrahl wird von der Lichtquelle ausgesandt, vom Reflektor zurückgeworfen und vom Lichtempfänger detektiert. Wird dieser Lichtweg von einem Objekt auf der Abtaststrecke unterbrochen, so wird ein entsprechendes Signal auf einen elektrischen Ausgang der Reflexionslichtschranke gegeben. 



  Um zu vermeiden, dass reflektierende Objekte selbst als Reflektoren dienen und nicht detektiert werden, können Reflexionslichtschranken mit polarisiertem Licht betrieben werden. Üblicherweise ist ein erstes linear polarisierendes Filter nach der Lichtquelle in den Strahlengang eingesetzt, sodass das aus tretende Licht linear polarisiert ist. Der Reflektor ist derart ausgebildet, dass er die Polarisationsrichtung des Lichtes um 90 DEG  dreht oder das Licht depolarisiert. Vor dem Empfänger befindet sich ein zweites linear polarisierendes Filter, welches das vom Reflektor herkommende Licht durchlässt. Hingegen wird Licht, welches von einem reflektierenden Objekt im Strahlengang reflektiert wird, vom zweiten Filter nicht zum Empfänger durchgelassen.

   Die Wirkung ist also dieselbe wie wenn der Strahlengang unterbrochen würde, sodass auch ein solches reflektierendes Objekt detektiert wird. Eine solche Anordnung mit Polarisatoren hat ausserdem den Vorteil, dass Licht von der Lichtquelle, welches etwa an einer optischen Oberfläche im Sender-/Empfängermodul reflektiert wird, nicht in den Lichtempfänger gelangt. 



  Herkömmliche Reflexionslichtschranken werden in den folgenden zwei Varianten gebaut: 



  1. Sender und Empfänger werden nebeneinander im Sender-/Empfängermodul eingebaut. Der Sendestrahl ist dann seitlich leicht versetzt zum Empfangsstrahl, bzw. die beiden Strahlrichtungen stimmen nicht überein. 



  2. Sendestrahl und Empfangsstrahl sind möglichst deckungsgleich. Dies kann durch einen zusätzlichen Aufwand in der Optik, etwa mit einem Strahlteiler, erreicht werden. 



  Beide Varianten herkömmlicher Reflexionslichtschranken haben ihre Nachteile. Bei der ersten Variante besteht der Nachteil darin, dass die Reflexionslichtschranke einen Blindbereich aufweist. Das heisst, dass der Reflektor nicht zu nahe vor dem Sender-/Empfängermodul angebracht sein darf. Dies gilt ganz besonders, wenn als Reflektor eine Reflexionsfolie eingesetzt wird, deren Reflexionstripel oder -kügelchen sehr klein sind und den Strahl bei der Refle xion kaum versetzen. Die Abtaststrecke muss also bei dieser Variante eine minimale Länge haben, was in manchen Anwendungen stört. 



  Die zweite Variante hat zwar keinen Blindbereich, weist dafür aber andere Nachteile auf. Herkömmliche Reflexionslichtschranken dieser Art setzen einen Strahlteiler, bspw. eine beschichtete Glasplatte, ein, um die beiden Strahlen zum Überlappen zu bringen. Der Strahlteiler wird zumeist in einem Winkel von 45 DEG  zu den einfallenden Strahlen eingebaut, womit der eine Strahlengang um 90 DEG  abgelenkt wird. Diese Bauart erhöht die Kosten, da ein zusätzliches, relativ teures Element und eine aufwändigere mechanische Halterung dafür benötigt wird. Der Platzbedarf ist sogar höher als bei der ersten Variante, weil i. a. je eine Linse vor Sende- und Empfangselement gesetzt wird und der Strahlteiler mit mehr oder weniger parallelen Strahlen durchlaufen wird.

   Der zusätzliche Platzbedarf entspricht etwa einem Kubus mit einer Flächen-Diagonallänge, die gleich einer Seitenlänge des Strahlteilers ist. 



  Aufgabe der Erfindung ist es, eine Reflexionslichtschranke zu schaffen und ein Verfahren zur Lichtlenkung in derselben anzugeben, mit welchen obige Nachteile vermieden werden. 



  Die Aufgabe wird gelöst durch die erfindungsgemässe Reflexionslichtschranke, die erfindungsgemässe Vorrichtung für eine solche Reflexionslichtschranke und das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemässen Vorrichtung zur Lichtlenkung in derselben, wie sie in den unabhängigen Patentansprüchen definiert sind. 



  Die erfindungsgemässe Reflexionslichtschranke zur berührungslosen Detektion von Objekten auf einer Abtaststrecke weist an einem Ende der Abtaststrecke ein Sender-/Empfängermodul und am anderen Ende einen Reflektor auf. Das Sender-/Empfängermodul enthält mindestens eine Lichtquelle und mindestens einen Lichtempfänger, ferner mindestens ein diffraktives optisches Element (DOE), welches bezüglich der Lichtquelle und des Lichtempfängers derart angeordnet ist, dass es von der Lichtquelle anstrahlbar ist. Durch das DOE ist von der Lichtquelle ausgesandtes Licht auf die Abtaststrecke bzw. in eine Abtastrichtung lenkbar und von der Abtaststrecke bzw. aus der Abtastrichtung herkommendes Licht zum Lichtempfänger hin lenkbar.

   Der Reflektor ist derart angeordnet, dass er vom Sender-/Empfängermodul herkommendes Licht wenigstens teilweise zum Sender-/Empfängermodul zurückreflektiert. 



  Das DOE verändert mittels Beugung die Ausbreitungsrichtung des Lichtes, lenkt also Licht von einer Richtung in eine andere um. Es kann auch die Wellenfront des Lichtes beeinflussen, also bspw. Kugelwellen in ebene Wellen umformen, d. h. von einem Punkt ausgehendes Licht bündeln, oder umgekehrt, d. h. Licht in einen Punkt fokussieren. Zur Beeinflussung des Lichtes können nebst dem mindestens einen DOE auch andere optische Komponenten bzw. Systeme wie bspw. Linsen eingesetzt werden. Es können auch mehrere DOE in einem Sender-/Empfängermodul eingesetzt werden, von denen bspw. eines zur Lichtablenkung und zwei weitere zur Lichtbündelung bzw. Lichtfokussierung dienen. Das DOE kann die Lichtwellen auch mittels Brechung beeinflussen; zu diesem Zweck kann es bspw. als Linse mit beugenden Strukturen auf mindestens einer Fläche ausgebildet sein. 



  Beim erfindungsgemässen Verfahren zur Lenkung von Licht in einem erfindungsgemässen Sender-/Empfängermodul bzw. in einer erfindungsgemässen Lichtschranke wird von der Lichtquelle ausgesandtes Licht durch das DOE auf die Abtaststrecke bzw. in eine Abtastrichtung gelenkt und von der Abtast strecke bzw. aus der Abtastrichtung herkommendes Licht durch dasselbe DOE zum Lichtempfänger hin gelenkt. 



  Die erfindungsgemässe Reflexionslichtschranke kann mit polarisiertem Licht betrieben werden, damit auch reflektierende Objekte detektiert werden. Eine erste Möglichkeit für diese Betriebsart besteht darin, eine Lichtquelle zu wählen, welche bereits polarisiertes Licht aussendet, und/oder das von der Lichtquelle ausgesandte Licht durch ein erstes Polarisationselement polarisieren zu lassen. Licht, welches auf das DOE auftrifft, befindet sich also in einem bestimmten ersten Polarisationszustand. In diesem ersten Polarisationszustand läuft es zum Reflektor. Der Reflektor ist derart beschaffen, dass er den Polarisationszustand des Lichtes verändert und es in einen zweiten Polarisationszustand versetzt.

   Vor dem Lichtempfänger befindet sich ein zweites Polarisationselement, welches Licht des ersten Polarisationszustandes nicht oder nur unter wesentlicher Abschwächung durchlässt und Licht des zweiten Polarisationszustandes im Wesentlichen durchlässt. Eine zweite Möglichkeit für die Betriebsart mit polarisiertem Licht besteht darin, ein DOE einzusetzen, bei welchem der Ablenkwinkel vom Polarisationszustand des Lichtes abhängt, mit anderen Worten: welches als polarisierender Strahlteiler wirkt. Auch hier wird ein Reflektor benötigt, welcher den Polarisationszustand des Lichtes verändert. Eine optimale Erkennung von glänzenden Objekten ergibt sich durch die Kombination beider Möglichkeiten. 



  Eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemässen, mit polarisiertem Licht betriebenen Reflexionslichtschranke enthält ein DOE, dessen Wirkung auf Licht vom Polarisationszustand des Lichtes abhängt, sodass es wie ein polarisationsabhängiger Strahlteiler eingesetzt werden kann. Ein solches DOE kann bspw. linear polarisiertes, von der Lichtquelle herkommendes Licht unabgebeugt durchlassen, während es senkrecht dazu polarisiertes, vom Reflektor herkommendes Licht nicht zur Lichtquelle hin durchlässt, sondern zum Lichtempfänger hin abbeugt. 



  Die erfindungsgemässe Reflexionslichtschranke hat grosse Vorteile gegenüber den bekannten Reflexionslichtschranken. Ihre Bauform ist dank dem Einsatz des DOE leicht und kompakt. Das Bauvolumen kann gegenüber üblichen Reflexionslichtschranken auf die Hälfte oder weniger reduziert werden, weil sich die Strahlengänge nicht überlappen und kein 45 DEG -Strahlteiler eingebaut ist; im Allgemeinen wird nur ein diffraktives optisches Element und zusätzlich eventuell eine Linse gebraucht. Die Herstellungskosten sind äusserst niedrig, weil nur wenige optische Komponenten benötigt werden. Ein Blindbereich tritt nicht auf, selbst bei einer Reflexionsfolie mit sehr kleinen Retroreflektor-Tripeln. 



  Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren detailliert erläutert. Dabei zeigen schematisch: 
 
   Fig. 1 bis 3 verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke, 
   Fig. 4 einen Querschnitt durch ein DOE und 
   Fig. 5 bis 9 Strahlengänge und Lichtführung am DOE für verschiedene Ausführungsformen einer erfindungsgemässen Vorrichtung. 
 



  Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke. Sie weist ein Sender-/Empfängermodul 1 und einen Reflektor 2, zwischen welchen sich eine Abtaststrecke 3 befindet, auf. Der Re flektor 2 definiert also bezüglich des Sender-/Empfängermoduls 1 eine Abtastrichtung. 



  Das Sender-/Empfängermodul 1 enthält eine Lichtquelle 4 und einen Lichtempfänger 5. Die Lichtquelle 4 kann z.B. eine thermische oder eine Halbleiterlichtquelle, bspw. eine Lumineszenzdiode oder eine Laserdiode, sein. Der Lichtempfänger 5 kann z.B. eine Photodiode oder ein Phototransistor sein. 



  Zumindest ein Teil 91 des von der Lichtquelle 4 ausgestrahlten Lichtes gelangt auf ein diffraktives optisches Element 6 (DOE) im Sender-/Empfängermodul 1. Zumindest ein Teil 92 des einfallenden Lichtes 91 wird vom DOE 6 in Abtastrichtung auf die Abtaststrecke 3 gelenkt, auf welcher das Licht 92 zum Reflektor 2 läuft. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 wird vom DOE 6 nicht nur die Ausbreitungsrichtung, sondern auch die Wellenfront des einfallenden Lichtes 91 verändert, d.h. die einfallende Kugelwelle 91 wird in eine ebene Welle 92 transformiert. Falls es nicht vorher durch ein (nicht eingezeichnetes) Objekt auf der Abtaststrecke 3 unterbrochen worden ist, wird das Licht 92 vom Reflektor 2 wenigstens teilweise reflektiert, und wenigstens ein Teil 93 dieses Lichtes läuft auf derselben Abtaststrecke 3 aus der Abtastrichtung zum Sender-/Empfängermodul 1 zurück.

   Falls es nicht vorher durch ein Objekt unterbrochen worden ist, fällt es dort wiederum auf das DOE 6. Vom DOE 6 wird nun zumindest ein Teil 94 des Lichtes 93 zum Lichtempfänger 5 gelenkt. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Licht 93 vom DOE 6 nicht nur zum Lichtempfänger 5 gelenkt, sondern auch auf den Lichtempfänger 5 fokussiert. 



  Die erfindungsgemässe Reflexionslichtschranke kann mit unpolarisiertem oder mit polarisiertem Licht betrieben werden. Der Betrieb mit polarisiertem Licht, wie in Fig. 1 dargestellt, hat die Vorteile, dass auch reflektierende Objekte delektiert werden und dass praktisch kein Licht von der Lichtquelle 4 in den Lichtempfänger 5 gelangt, ohne die Abtaststrecke 3 durchlaufen zu haben. In dieser Anordnung gelangt also am Reflektor 2 reflektiertes Licht 93 zum Lichtempfänger 5, an einem eventuellen (nicht dargestellten) reflektierenden Objekt reflektiertes Licht jedoch nicht. Für den Betrieb mit polarisiertem Licht kann die erfindungsgemässe Lichtschranke bspw. einen ersten Polarisator 7 hinter der Lichtquelle 4 und einen zweiten Polarisator bzw. Analysator 8 vor dem Lichtempfänger 5 aufweisen.

   Der erste Polarisator 7 hat eine erste Durchlassrichtung und definiert so die Polarisationsrichtung des Lichtes, bspw. in der Zeichenebene von Fig. 1; das Licht 91 befindet sich also nach dem ersten Polarisator 7 in einem ersten Polarisationszustand. Der zweite Polarisator 8 hat eine zweite Durchlassrichtung, die im Wesentlichen um 90 DEG  gegenüber der ersten Durchlassrichtung verdreht ist, sodass er Licht im ersten Polarisationszustand nicht oder nur unter wesentlicher Abschwächung durchlässt. Der Reflektor 2 verdreht die Polarisationsrichtung im Wesentlichen um 90 DEG  oder depolarisiert das Licht. Auf den ersten Polarisator 7 kann verzichtet werden, wenn eine Lichtquelle 4 verwendet wird, welche polarisiertes Licht 91 aussendet. 



  Eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke ist in Fig. 2 dargestellt. Die meisten Komponenten sind dieselben wie in Fig. 1 und sind entsprechend auch mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Ein erster Unterschied zur Ausführungsform von Fig. 1 besteht in einer Sammellinse 10, oder allgemeiner einem optischen System, zwischen der Lichtquelle 4 bzw. dem Lichtempfänger 5 und dem DOE 6. Die Sammellinse 10 ist so angeordnet, dass die Lichtquelle 4 und der Lichtempfänger 5 in ihrer Brennebene liegen. Demzufolge wird von ihr die aus der Lichtquelle 4 auslaufende Kugelwelle 91 in eine ebene Welle 95 transformiert, und umgekehrt wird von ihr eine vom DOE 6 herkommende ebene Welle 96 in eine in den Lichtemp fänger 5 einlaufende Kugelwelle 94 transformiert.

   Im Gegensatz zur Ausführungsform von Fig. 1 hat hier also das DOE 6 nur die Aufgabe, Licht umzulenken, d.h. seine Ausbreitungsrichtung zu ändern. Die Aufgabe, die Wellenfront des Lichtes zu verändern, d.h. bspw. Licht zu bündeln oder zu fokussieren, übernimmt hier die Sammellinse 10. Selbstverständlich gibt es noch weitere Ausführungsformen der erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke, z.B. mit mehreren optischen Systemen vor und/oder hinter dem DOE 6, mit optischen Systemen 10 mit mehreren optischen Elementen, mit mehreren DOE 6 etc. 



  Ein zweiter Unterschied zwischen den Ausführungsformen von Fig. 1 und 2 besteht darin, dass Letztere ohne zusätzliche Polarisationsfilter und/oder ohne polarisierte Lichtquelle betrieben wird. Weist das DOE 6 eine einfache Strahlteilerfunktion auf, so arbeitet die Reflexionslichtschranke letztlich mit unpolarisiertem Licht. Der Reflektor 2 von Fig. 2 muss in diesem Fall nicht notwendigerweise einen Einfluss auf die Lichtpolarisation haben. Der Vorteil des Verzichts auf Polarisationsoptik besteht in einer leicht preisgünstigeren Bauart. Er muss aber erkauft werden durch den Nachteil, dass glänzende Objekte nicht mit Sicherheit detektiert werden können und dass das DOE 6 in diesem Fall nach den aktuellen wissenschaftlichen Erkenntnissen nebst dem erwünschten Sendestrahl 92 mindestens einen unerwünschten parasitären Nebenstrahl 97.1, 97.2 (gestrichelt eingezeichnet) erzeugt.

   Die Absolutbeträge <SEP> alpha <SEP> der Ausfallswinkel + alpha , - alpha  dieser parasitären Nebenstrahlen 97.1, 97.2 nach dem DOE 6 sind gleich gross wie der Absolutbetrag <SEP>- alpha <SEP> des Einfallswinkels - alpha  der ebenen Welle 95 auf das DOE 6. Durch Aufteilung des reflektierten Strahls 93 durch das DOE 6 können weitere parasitäre Nebenstrahlen 98.1 entstehen. 



  Ein DOE 6 kann in der erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke auch in Reflexion betrieben werden. Eine solche Ausführungsform ist in Fig. 3 dargestellt. Ansonsten ist die Ausführungsform von Fig. 3 analog zu derjenigen von Fig. 1 und braucht hier nicht ausführlicher erläutert zu werden. Die Merkmale der Ausführungsformen von Fig. 1 bis 3 können selbstverständlich miteinander kombiniert werden. 



  Fig. 4 zeigt schematisch einen Querschnitt durch ein beispielhaftes DOE 6 und dessen mögliche Wirkung auf einfallendes Licht 95. Dabei sind Strukturen auf dem DOE 6 sowohl in der Höhe z als auch in der Breite x übertrieben gezeichnet und stehen nicht im richtigen Verhältnis zu anderen Längen in der Fig. 4, bspw. zur Höhe des gesamten DOE 6 oder zur Breite der Lichtstrahlen. Eventuelle parasitäre, nicht gebrauchte Strahlen sind hier der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. 



  Das DOE 6 ist in der Ausführungsform von Fig. 4 mit einem mehrstufigen binären Gitter 60 versehen. Eine seiner Flächen 62 enthält Furchen 63 mit stufenförmigem Profil, welches für die jeweilige Anwendung berechnet und optimiert werden kann. Auf eine erste Fläche 61 des DOE 6 fällt bspw. ein erster gebündelter Lichtstrahl 95 mit einer ersten Ausbreitungsrichtung ein, etwa wie in Fig. 2. Der erste Lichtstrahl 95 wird vom binären Gitter 60 durch Beugung zumindest teilweise umgelenkt, sodass er das DOE 6 als zweiter, abgebeugter Lichtstrahl 92 bspw. mit einer zweiten Ausbreitungsrichtung verlässt. Der erste Lichtstrahl 95 kann am DOE 6 auch geteilt werden; so entstehen (in Fig. 4 nicht eingezeichnete) parasitäre Nebenstrahlen, deren Ausbreitungsrichtungen von der zweiten Ausbreitungsrichtung verschieden sind.

   Ein parasitärer Nebenstrahl kann bspw. unabgebeugt durch das DOE 6 hindurchtreten (nullte Beugungsordnung). Fällt ein dritter Lichtstrahl 93 mit einer zur zweiten Ausbreitungsrichtung antiparallelen Ausbreitungsrichtung auf eine zweite Fläche 62 des DOE 6, so wird dieser wiederum durch Beugung eventuell geteilt und zumindest teilweise umgelenkt, sodass er bspw. das DOE 6 als vierter Lichtstrahl 96 mit einer vierten Ausbreitungsrichtung verlässt. Auch bei dieser Beugung am DOE 6 können durch Teilung weitere (nicht eingezeichnete) parasitäre Nebenstrahlen entstehen, von denen einer eine zur ersten Ausbreitungsrichtung antiparallele Ausbreitungsrichtung haben kann. 



  Die Furchen 63 des DOE 6 können auch kontinuierlich statt stufenförmig sein. Das DOE 6 kann z.B. ein sägezahnförmiges Gitter, also ein Blaze-Gitter, aufweisen. Das einfachste Beispiel für ein DOE 6 wäre wohl ein einstufiges Amplituden- oder Phasengitter mit parallelen, in dieselbe Richtung verlaufenden gleichabständigen Gitterlinien 63. Ein solches einstufiges, binäres Beugungsgitter würde bei richtig gewählter Gitterkonstante d und richtig angeordneter Lichtquelle 4 einen Anteil des ersten Lichtstrahls 95 z.B. in der +1. Beugungsordnung zum Reflektor 2 abbeugen, und einen Anteil des dritten Lichtstrahls 93 z.B. in der +1. Beugungsordnung zum Lichtempfänger 5 abbeugen. Das einstufige Beugungsgitter hat aber den Nachteil, dass Licht im Allgemeinen auch in andere Beugungsordnungen abgebeugt wird.

   Ein solcher Lichtverlust kann mit einem entsprechend berechneten und gestalteten Gitter, wie in Fig. 4 dargestellt, reduziert oder verhindert werden. Das mehrstufige Gitter 60 stellt mit seinen vier Strukturen 63.1-63.4 pro Periode d eine starke Vereinfachung des zu berechnenden Gitters dar. Es werden mehr Strukturen pro Periode d benötigt, um optimale Eigenschaften wie hohe Effizienz zu erreichen. 



  Im Allgemeinen enthält das DOE 6 auch nicht-parallele, nicht-gleichabständige Beugungsstrukturen mit kompliziertem Verlauf, ähnlich einem Hologramm. Die Beugungsstrukturen können auf die Phase und/oder auf die Amplitude des einfallenden Lichtes 95 wirken. Sie können auf der ersten Fläche 61, auf der zweiten Fläche 62 oder auf beiden Flächen 61, 62 des DOE 6 aufgebracht sein. Die Flächen 61, 62 des DOE 6 können plan oder gekrümmt sein; im letzteren Fall wirkt das DOE 6 nicht nur diffraktiv, sondern auch refraktiv. 



  Die Fig. 5 bis 9 zeigen schematisch mögliche Strahlengänge und Lichtführung am DOE 6 in der erfindungsgemässen Vorrichtung. Die Pfeile können als Ausbreitungsrichtungen von ebenen Lichtwellen aufgefasst werden. Ausgezogene Pfeile stellen erwünschte, zur Detektion von Objekten gebrauchte Strahlen dar; gestrichelte Pfeile stellen unerwünschte, parasitäre Nebenstrahlen dar. Schematisch angedeutet sind ebenfalls mögliche Standorte von Lichtquelle 4, Lichtempfänger 5 und Reflektor 2. 



  Der Strahlengang von Fig. 5 entspricht im Wesentlichen demjenigen von Fig. 2. Das DOE 6 enthält hier z.B. ein (nicht dargestelltes) einfaches Strichgitter. Auf das DOE 6 fällt unter einem Einfallswinkel - alpha  eine ebene Welle 91 ein und wird in die Beugungsordnungen 0, +1 und +2 mit den Ausfallswinkeln - alpha , 0 bzw. + alpha abgebeugt, wodurch ebene Wellen 97.2, 92 bzw. 97.1 entstehen. (Diese symmetrische Anordnung stellt einen Spezialfall dar.) Davon wird die Beugungsordnung +1, d.h. die ebene Welle 92, vom Reflektor 2 als reflektierte ebene Welle 93 auf das DOE 6 zurückreflektiert. Die reflektierte ebene Welle 93 wird vom DOE 6 in die Beugungsordnungen 0, +1 und -1 mit den Ausfallswinkeln 0, - alpha , bzw. + alpha  abgebeugt, wodurch ebene Wellen 98.1, 98.2 bzw. 94 entstehen.

   Davon wird die Beugungsordnung -1, d.h. die ebene Welle 94, vom Lichtempfänger 5 dektetiert (vorzugsweise nach einer Fokussierung). 



  Nicht gebrauchte Beugungsordnungen 97.1, 97.2, 98.1, 98.2 stellen einen Lichtverlust dar und können andere unerwünschte Nebenwirkungen verursachen, bspw. parasitäre Sendestrahlen. Dieser Nachteil wird in der Ausführungsform von Fig. 6 etwas gemildert. Das hier dargestellte DOE 6 ist derart beschaffen, dass es nur zwei Beugungsordnungen 92, 97 durchlässt; seine Wirkung ist also ähnlich wie die eines Strahlteilers. Eine senkrecht einfallende ebene Welle 91 wird in die Beugungsordnung 0 und +1 abgebeugt. Davon wird die Beugungsordnung 0, d.h. die ebene Welle 92 vom Reflektor 2 auf das DOE 6 zurückreflektiert. Die reflektierte ebene Welle 93 wird vom DOE 6 in die Beugungsordnungen 0 und -1 abgebeugt. Davon wird die Beugungsordnung -1, d.h. die ebene Welle 94 vom Lichtempfänger 5 dektetiert.

   Diese Ausführungsform hat gegenüber derjenigen von Fig. 5 die Vorteile, dass weniger Licht in nicht gebrauchten Beugungsordnungen 97, 98 verloren geht, und dass am DOE 6 direkt reflektiertes Licht 99 nicht in den Lichtempfänger 5 gelangt. 



  Eine Verbesserung gegenüber der Ausführungsform ist schematisch in Fig. 7 dargestellt. Hier weist das DOE 6 eine polarisierende Strahlteilerfunktion auf; diese Ausführungsform der erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke arbeitet also mit polarisiertem Licht. Das von der Lichtquelle 4 ausgesandte Licht 91 kann zunächst unpolarisiert sein. Das DOE 6 ist in dieser Ausführungsform so beschaffen, dass es bspw. in der Zeichenebene polarisiertes Licht in eine erste Richtung 92, zum Reflektor 2 hin, abbeugt, hingegen senkrecht zur Zeichenebene polarisiertes Licht in eine zweite Richtung 97, die von der ersten Richtung 92 verschieden ist, abbeugt. Das DOE 6 wirkt also als polarisationsabhängiger Strahlteiler. Der zum Reflektor 2 hin laufende Sendestrahl 92 ist in der Zeichenebene polarisiert.

   Der Reflektor 2 hat einen Einfluss auf die Lichtpolarisation, indem er die Polarisationsrichtung im Wesentlichen um 90 DEG  dreht. Der vom Reflektor 2 weg laufende Empfangsstrahl 93 ist also senkrecht zur Zeichenebene polarisiert. Glänzende Objekte werden so sicherer erkannt, doch ist der Polarisationsgrad der polarisierenden Strahlteilerfunktion des DOE 6 nicht unbedingt genügend, um extrem glänzende Objekte wie Spiegel mit Sicherheit zu erkennen. Der Nachteil eines Nebenstrahles 97 besteht weiterhin, einzig ist dieser nun auch polarisiert, und zwar in derselben Richtung wie der Empfangsstrahl 93. 



  Die Nachteile der Ausführungsform von Fig. 7 lassen sich mit zusätzlichen Polarisationsfiltern 7, 8 beseitigen, wie in Fig. 8 dargestellt. Von Bedeutung ist in erster Linie das Polarisationsfilter 7 nach der Lichtquelle 4 oder die Verwendung einer bereits polarisierten Lichtquelle 4. Die Wirkung des DOE 6 auf Licht hängt vom Polarisationszustand des Lichtes ab; auch dieses DOE 6 kann also wie ein polarisationsabhängiger Strahlteiler eingesetzt werden. Ist der Polarisationszustand des von der Lichtquelle 4 herkommenden Lichtes 91, das auf das DOE 6 fällt, gleich wie derjenige im gewünschten hauptsächlichen Sendestrahl 92, dann wird der (in Fig. 7 dargestellte) unerwünschte Nebenstrahl 97 unterdrückt. Gleichzeitig wird auch der Polarisationsgrad und damit die Erkennungssicherheit für glänzende Objekte erhöht.

   Werden Polarisationsfilter 7, 8 hinter die Lichtquelle 4 und zugleich auch vor den Lichtempfänger 5 gesetzt, so werden glänzende Objekte mit Sicherheit erkannt. 



  Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen Reflexionslichtschranke ist schematisch in Fig. 9 gezeigt. Sie verwendet, analog zu Fig. 5 und 6, ein DOE 6 mit nicht-polarisierender Strahlteilerfunktion und, analog zu Fig. 8 und 9, Polarisationsfilter 7, 8 und/oder eine Lichtquelle 4, die polarisiertes Licht 91 aussendet. Mit dieser Ausführungsform werden glänzende Objekte mit Sicherheit erkannt. Der unerwünschte Nebenstrahl 97 ist hier zwar nicht unterdrückt, weist aber die gleiche Polarisationsrichtung wie der Sendestrahl 92 auf. Die Polarisationsrichtung des Nebenstrahles 97 ist also um 90 DEG  gedreht gegenüber der Polarisationsrichtung des Empfängers 5 bzw. des zweiten Polarisators 8. Damit stört er nur noch, wenn sich in seinem Strahlengang ein Objekt befindet, das die Polarisation verändert, d.h. dreht oder depolarisiert, also wenn sich z.

   B. ein (nicht eingezeichneter) polarisierender Reflektor im Nebenstrahl 97 befindet. Der Nebenstrahl 97 stört natürlich nur dann, wenn der Empfänger 5 in Richtung Nebenstrahl 97 eine mindestens schwache Empfindlichkeit zeigt.

Claims (13)

1. Vorrichtung für eine Reflexionslichtschranke, enthaltend mindestens eine Lichtquelle (4), mindestens einen Lichtempfänger (5) und mindestens ein diffraktives optisches Element (6), welches bezüglich der Lichtquelle (4) und des Lichtempfängers (5) derart angeordnet ist, dass es von der Lichtquelle (4) anstrahlbar ist, und durch welches von der Lichtquelle (4) ausgesandtes Licht (91, 95) in eine Abtastrichtung und aus der Abtastrichtung herkommendes Licht (93) zum Lichtempfänger (5) hin lenkbar ist.

2.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (6) derart gestaltet und angeordnet ist, dass von der Lichtquelle (4) herkommendes Licht (91, 95) mittels Beugung am diffraktiven optischen Element (6) um einen bestimmten Winkel ( alpha ) ablenkbar ist und aus der Abtastrichtung herkommendes Licht (93) mittels Beugung am selben diffraktiven optischen Element (6) um den bestimmten Winkel ( alpha ) ablenkbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bestimmte Ablenkwinkel ( alpha ) vom Polarisationszustand des auf das diffraktive optische Element (6) einfallenden Lichtes (91, 93) abhängt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (6) als Strahlteiler wirkt.

5.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (6) derart gestaltet und angeordnet ist, dass es auf das von der Lichtquelle (4) und/oder aus der Abtastrichtung herkommende Licht (91, 93, 95) bündelnd und/oder fokussierend wirkt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass das diffraktive optische Element (6) ein ein- oder mehrstufiges binäres Gitter oder ein kontinuierliches Gitter enthält.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gekennzeichnet durch mindestens ein zusätzliches optisches System im Strahlengang, durch welches Licht (91, 93, 96) gebündelt und/oder fokussiert wird.

8.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle (4) polarisiertes Licht (91) aussendet und/oder sich ein erstes Polarisationselement (7) im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (4) und dem diffraktiven optischen Element (6) befindet, welches erstes Polarisationselement (7) das von der Lichtquelle (4) ausgesandte Licht polarisiert, sodass sich das auf das diffraktive optische Element (6) auftreffende Licht (91) in einem ersten Polarisationszustand befindet, und dass sich ein zweites Polarisationselement (8) im Strahlengang zwischen dem diffraktiven optischen Element (6) und dem Lichtempfänger (5) befindet, welches derart eingestellt ist, dass es Licht im ersten Polarisationszustand nicht oder nur unter wesentlicher Abschwächung durchlässt.

9.

Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein erster Polarisator (7) mit einer ersten Durchlassrichtung im Strahlengang zwischen der Lichtquelle (4) und dem diffraktiven optischen Element (6) befindet, und dass sich ein zweiter Polarisator bzw. Analysator (8), dessen Durchlassrichtung im Wesentlichen um 90 DEG gegenüber derjenigen des ersten Polarisators (7) verdreht ist, im Strahlengang zwischen dem diffraktiven optischen Element (6) und dem Lichtempfänger (5) befindet.

10.

Reflektionslichtschranke mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 als Sender-/Empfängermodul (1) an einem Ende einer Abtaststrecke (3) und mit einem Reflektor (2) am anderen Ende der Abtaststrecke zur berührungslosen Detektion von Objekten auf der Abtaststrecke (3), wobei der Reflektor (2) bezüglich des Sender-/Empfängermoduls (1) derart angeordnet ist, dass er vom Sender-/Empfängermodul (1) herkommendes Licht (92) wenigstens teilweise zum Sender-/Empfängermodul (1) zurückreflektiert.

11. Reflexionslichtschranke nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Reflektor (2) den Polarisationszustand des Lichtes (92) verändert.

12.

Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9 zur Lenkung von Licht in dieser Vorrichtung mit mindestens einer Lichtquelle (4), mindestens einem Lichtempfänger (5) und mindestens einem diffraktiven optischen Element (6), dadurch gekennzeichnet, dass von der Lichtquelle (4) ausgesandtes Licht (91, 95) durch das diffraktive optische Element (6) in eine Abtastrichtung gelenkt wird und aus der Abtastrich tung herkommendes Licht (93) durch dasselbe diffraktive optische Element (6) zum Lichtempfänger (5) hin gelenkt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass Licht (91, 96) zusätzlich zur Lenkung durch das diffraktive optische Element (6) durch mindestens ein zusätzliches optisches System gebündelt und/oder fokussiert wird.