DE102005016375B4

DE102005016375B4 - Optical sensor

Info

Publication number: DE102005016375B4
Application number: DE102005016375A
Authority: DE
Inventors: Jörg Droemer; Jörg Huss
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2004-04-17
Filing date: 2005-04-09
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2025-04-10
Also published as: DE102005016375A1

Abstract

Optischer Sensor zur Erfassung von Objekten (2) in einem Überwachungsbereich, mit einem Sendelichtstrahlen (4) emittierenden Sender (5), einem Empfangslichtstrahlen (6) empfangenden Empfänger (7), einem Strahlteilerspiegel (10), über welchen die Sendelichtstrahlen (4) und Empfangslichtstrahlen (6) zur koaxialen Strahlführung im Überwachungsbereich geführt sind, wobei die Sendelichtstrahlen (4) den Strahlteilerspiegel (10) durchsetzen und ein Teil der auf die Vorderseite des Strahlteilerspiegel (10) auftreffenden Empfangslichtstrahlen (6) von dieser zum Empfänger (7) reflektiert wird, und mit einer Auswerteeinheit zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Abhängigkeit von am Ausgang des Empfängers (7) anstehenden Empfangssignalen, wobei der Strahlteilerspiegel (10) einen flächigen Grundkörper (14) aufweist, auf dessen Vorderseite eine Spiegelschicht (15) und auf dessen Rückseite eine Entspiegelungsschicht (16) aufgebracht ist, und wobei die Entspiegelungsschicht (16) eine Interferenzschicht bildet, mittels derer Rückreflexionen von Teilstrahlen E₁, E₂ der Empfangslichtstrahlen (6) an der Rückseite der Strahlteilerspiegel (10) vermieden werden.An optical sensor for detecting objects (2) in a surveillance area, comprising a transmitter (5) emitting transmit light beams (4), a receiver (7) receiving receive beams (6), a beam splitter mirror (10) over which transmit light beams (4) and Receiving light beams (6) are guided for coaxial beam guidance in the surveillance area, wherein the transmitted light beams (4) through the beam splitter mirror (10) and a part of the front of the beam splitter mirror (10) incident receiving light beams (6) from this to the receiver (7) is reflected , and with an evaluation unit for generating an object detection signal as a function of received at the output of the receiver (7) receiving signals, wherein the beam splitter mirror (10) has a flat base body (14), on its front side a mirror layer (15) and on the back of an anti-reflection layer (16) is applied, and wherein the anti-reflection layer (1 6) forms an interference layer by means of which back reflections of partial beams E ₁ , E _{2 of} the received light beams (6) on the rear side of the beam splitter mirror (10) are avoided.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß Anspruch 1.The The invention relates to an optical sensor according to claim 1.

Derartige optische Sensoren können insbesondere als Reflexionslichtschranken ausgebildet sein. Bei diesen Reflexionslichtschranken sind ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender, ein Empfangslichtstrahlen empfangender Sender sowie eine Auswerteeinheit zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Abhängigkeit der am Empfänger anstehenden Empfangssignale in einem Gehäuse integriert, welches an einem Rand des Überwachungsbereichs angeordnet ist. Am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs ist ein Reflektor angeordnet, welcher Bestandteil des optischen Sensors ist.such optical sensors can be designed in particular as reflection light barriers. at These reflection light barriers emit a transmitted light beam Transmitter, a receive light beam receiving transmitter and an evaluation for generating an object detection signal in dependence the pending at the receiver Received signals in a housing integrated, which is arranged at one edge of the surveillance area is. On the opposite edge of the surveillance area a reflector is arranged, which is part of the optical Sensor is.

Bei freiem Strahlengang treffen die vom Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtstrahlen ungehindert auf den Reflektor und werden als Empfangslichtstrahlen direkt zum Empfänger reflektiert.at free beam path from the transmitter of the optical sensor emitted transmitted light rays unhindered on the reflector and are reflected as received light beams directly to the receiver.

Befindet sich ein Objekt im Überwachungsbereich, so werden die Sendelichtstrahlen von diesem Objekt als Empfangslichtstrahlen zurückreflektiert.is an object in the surveillance area, Thus, the transmitted light beams from this object become reception light beams reflected back.

Zur Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit des optischen Sensors im Nahbereich werden die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen über einen im Gehäuse angeordneten Strahlteilerspiegel geführt, so dass die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen koaxial im Überwachungsbereich verlaufen.to increase the detection sensitivity of the optical sensor in the near range The transmitted light beams and the received light beams are transmitted through a in the case arranged beam splitter mirror out, so that the transmitted light beams and the received light beams are coaxial in the surveillance area.

Zur Generierung eines binären Objektfeststellungssignals werden die am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale mit einem Schwellwert bewertet. Bei freiem Überwachungsbereich liegt das Empfangssignal oberhalb des Schwellwerts. Das Objektfeststellungssignal nimmt dann den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" ein. Bei Eindringen eines Objekts in den Überwachungsbereich liegt eine Unterbrechung des Strahlengangs der Sendelichtstrahlen zum Reflektor vor, so dass das Empfangssignal unterhalb des Schwellwerts liegt. Bei einer derartigen Unterbrechung, d. h. bei einem derartigen Objekteingriff nimmt das Objektfeststellungssignal den Schaltzustand „Objekt erkannt" ein.to Generation of a binary Object detection signal will be at the output of the receiver pending Received signals rated with a threshold. With free surveillance area the received signal is above the threshold value. The object detection signal then assumes the switching state "free monitoring area" of an object in the surveillance area there is an interruption of the beam path of the transmitted light beams to the reflector in front, so that the received signal below the threshold lies. In such an interruption, i. H. in such a Object interception, the object detection signal takes the switching state "object recognized ".

Zur weiteren Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit sind dem Sender und Empfänger Polarisationsfilter vorgeordnet, die das durchgehende Licht linear polarisieren. Dabei sind die Polarisationsrichtungen der Polarisatoren um 90° gegeneinander gedreht.to further increase Detection sensitivity is the transmitter and receiver polarization filter upstream, which linearly polarize the transmitted light. there are the polarization directions of the polarizers 90 ° to each other turned.

Dennoch können mit diesen optischen Sensoren spiegelnde Objekte nicht sicher erkannt werden, da von diesen ein großer Anteil der Sendelichtstrahlen als Empfangslichtstrahlen zum Empfänger zurückreflektiert wird, so dass der Pegel der Empfangssignale oberhalb des Schwellwerts liegen kann.Yet can objects that are reflective with these optical sensors are not reliably detected because of these a big one Reflected proportion of transmitted light rays as received light rays back to the receiver so that the level of the received signals is above the threshold can lie.

Die DE 103 21 866 A1 betrifft einen interferometrischen Sensor zur Bestimmung der 3-D-Punktwolke der Oberfläche eines Messobjektes in einem großen Tiefenbereich. Der Sensor arbeitet auf der Grundlage der Interferenz von zwei Lichtbündeln, wobei eine Lichtquelle, ein Strahlteilersystem zur Erzeugung von zwei kohärenten Teilbündeln mit Lateral-Shear, ein Prüfobjektiv, ein Messobjekt, ein rechnergesteuerter z-Schlitten, ein Strahlvereinigungssystem zur Reduzierung der Lateral-Shear, ein Bildaufnahme-Objektiv und eine Bildaufnahmeeinheit angeordnet sind.The DE 103 21 866 A1 relates to an interferometric sensor for determining the 3-D point cloud of the surface of a measurement object in a large depth range. The sensor operates on the basis of the interference of two light bundles, wherein a light source, a beam splitter system for generating two coherent sub-bundles with lateral shear, a test objective, a measurement object, a computer-controlled z-slide, a beam combining system for reducing the lateral shear, an image pickup lens and an image pickup unit are arranged.

Die DE 199 33 439 C2 betrifft eine optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, wobei die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen durch Führung über einen Strahlteiler innerhalb des Überwachungsbereichs einen ge meinsamen Pfad durchlaufen, die Sendelichtstrahlen, die innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs auf die zumindest teilweise spiegelnde Oberfläche eines Objekts im Überwachungsbereich auftreffen, vom Objekt zu einem retroreflektierenden Reflektor reflektiert werden und als Empfangslichtstrahlen über das Objekt entlang des Pfades zum Empfänger zurückreflektiert werden, und wobei bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen am Reflektor vorbeigeführt sind.The DE 199 33 439 C2 relates to an opto-electronic device for detecting objects in a surveillance area with a transmit-light emitting transmitter and a receive-light-receiving receiver, wherein the transmit light beams and receive light beams pass through a common path by guiding over a beam splitter within the surveillance area, the transmit light beams within a predetermined angular range impinge on the at least partially reflecting surface of an object in the surveillance area, be reflected by the object to a retroreflective reflector and reflected as received light rays back over the object along the path to the receiver, and wherein the transmitted light rays are guided past the reflector with free beam path.

Die DE 201 20 593 U1 betrifft einen optischen Sensor zur Detektion von Objekten in einem Überwachungsbereich, mit einem stationär in einem Gehäuse angeordneten Optikträger zur Aufnahme erster Optikkomponenten, einem verschiebbar am Optikträger gelagerten Schlitten zur Aufnahme zweiter Optikkomponenten und einem in einer Gehäusewand und am Optikträger gelagerten und in Wirkverbindung mit dem Schlitten stehenden Bedienteil, wobei durch Betätigen des Bedienteils an der Außenseite der Gehäusewand durch Verschieben des Schlittens der Abstand zwischen wenigstens einer ersten und einer zweiten Optikkomponente einstellbar ist. In dem Optikträger ist ein Strahlteiler angeordnet, durch welchen von einem Sender emittierte Sendelichtstrahlen und von einem Empfänger empfangene Empfangslichtstrahlen koaxial verlaufend geführt werden.The DE 201 20 593 U1 relates to an optical sensor for detecting objects in a surveillance area, comprising an optics carrier stationarily mounted in a housing for receiving first optics components, a carriage slidably mounted on the optics carrier for receiving second optics components, and one mounted in a housing wall and on the optics carrier and operatively connected to the carriage standing operating part, wherein the distance between at least a first and a second optical component is adjustable by operating the control panel on the outside of the housing wall by moving the carriage. A beam splitter is arranged in the optical carrier, through which transmitted light beams emitted by a transmitter and receiving light beams received by a receiver are guided coaxially.

Die DE 196 27 083 C2 betrifft eine Reflexionslichtschranke zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich, an dessen einem Ende ein Sender und ein Empfänger angeordnet sind, und an dessen anderem Ende, bezogen auf die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen, ein Reflektor angeordnet ist, wobei das am Ausgang des Empfängers anstehende Empfangssignal mit einem Schwellwert verglichen wird und das Empfangssignal bei freiem Strahlengang oberhalb des Schwellwerts liegt. Durch Führen über einen Strahlteiler werden die Sendelichtstrahlen und die vom Reflektor reflektierten Empfangslichtstrahlen koaxial verlaufend geführt.The DE 196 27 083 C2 relates to a reflection light barrier for detection of objects in a surveillance area, at one end a transmitter and a receiver are arranged, and at the other end, based on the transmitted light emitted by the transmitter, a reflector is arranged, wherein the signal at the output of the receiver received signal is compared with a threshold and the received signal is at free beam above the threshold , By guiding over a beam splitter, the transmitted light beams and the reflected by the reflector receiving light beams are guided coaxially extending.

Die DE 37 44 312 A1 betrifft einen Spiegel, der besonders zur Verwendung als Rückspiegel bei Fahrzeugen vorteilhaft ist. Der Spiegel verwendet eine dielektrische Mehrschichtbeschichtung, die auf der Vorderseite eines Glas- oder Kunststoffträgers ausgebildet ist, dessen Rückseite mit einer lichtabsorbierenden Schicht versehen ist. Die dielektrische Beschichtung ist aus drei bis sechs dielektrischen Schichten zusammengesetzt, welche aufeinander geschichtet sind und abwechselnd unterschiedliche Brechungsindizes aufweisen. Wenigstens eine der beschichteten dielektrischen Schichten besitzt eine optische Dicke von λ₀/2, wobei λ₀ eine Wellenlänge des Lichts ist, welches als eine Bezugsgröße für Konstruktionszwecke verwendet wird und in einem Bereich von 500 bis 580 nm bei einem Einfallswinkel von 0° liegt, und wobei jede der übrigen dielektrischen Schichten eine Dicke von λ₀/4 aufweist.The DE 37 44 312 A1 relates to a mirror which is particularly advantageous for use as a rearview mirror in vehicles. The mirror uses a dielectric multilayer coating formed on the front side of a glass or plastic carrier, the back of which is provided with a light-absorbing layer. The dielectric coating is composed of three to six dielectric layers which are stacked and have different refractive indices alternately. At least one of the coated dielectric layers having an optical thickness of λ _0/2, where λ ₀ is a wavelength of the light, which is used as a reference for construction purposes and is in a range of 500 to 580 nm at an incident angle of 0 °, and wherein each of the remaining dielectric layers has a thickness of λ _0/4.

Die EP 0 007 312 B1 betrifft einen Sensor, der Lichtleiter aufweist, in welchen Licht durch Mehrfachreflexion an deren Grenzflächen geführt ist.The EP 0 007 312 B1 relates to a sensor having light guides in which light is guided by multiple reflection at their interfaces.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem Objekte unterschiedlicher Oberflächenbeschaffenheiten, insbesondere auch spiegelnde Objekte, sicher erfasst werden können.Of the Invention is based on the object, an optical sensor of to provide the type mentioned above, with which objects different Surface finishes, especially specular objects, can be detected safely.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution This object, the features of claim 1 are provided. advantageous embodiments and appropriate training The invention are described in the subclaims.

Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, einen Strahlteilerspiegel über welchen die Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen zur koaxialen Strahlführung im Überwachungsbereich geführt sind. Die Sendelichtstrahlen durchsetzen den Strahlteilerspiegel wobei ein Teil der auf die Vorderseite des Strahlteilerspiegels auftreffenden Empfangslichtstrah len von dieser zum Empfänger reflektiert wird. Weiter umfasst der optische Sensor eine Auswerteeinheit zur Generierung eines Objektfeststellungssignals in Abhängigkeit von am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignalen. Der Strahlteilerspiegel weist einen flächigen Grundkörper auf, auf dessen Vorderseite eine Spiegelschicht und auf dessen Rückseite eine Entspiegelungsschicht aufgebracht ist, wobei die Entspiegelungsschicht eine Interferenzschicht bildet, mittels derer Rückreflexionen von Teilstrahlen der Empfangslichtstrahlen an der Rückseite der Strahlteilerspiegel vermieden werden.Of the according to the invention optical Sensor is used to detect objects in a surveillance area and comprises a transmitter emitting light emitting emitter, a Receiving light receiving receiver, a beam splitter mirror on which the transmitted light beams and received light beams for coaxial beam guidance in the surveillance area guided are. The transmitted light beams pass through the beam splitter mirror being a part of the front of the beam splitter mirror incident Empfangslichtstrah len reflected from this to the receiver becomes. Furthermore, the optical sensor comprises an evaluation unit for Generation of an object detection signal in dependence from at the output of the receiver pending received signals. The beam splitter mirror has a flat body on, on its front a mirror layer and on the back an anti-reflection layer is applied, wherein the anti-reflection layer forms an interference layer, by means of which back reflections of partial beams the received light beams at the back of the beam splitter mirror be avoided.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Strahlteilerspiegels wird eine Depolarisation von Lichtstrahlen bei Durchgang durch diesen Strahlteilerspiegel weitgehend vermieden. Dadurch wird die Nachweisempfindlichkeit des erfindungsgemäßen optischen Sensors erheblich erhöht. Insbesondere können mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor Objekte mit unterschiedlich reflektierenden Oberflächen, insbesondere auch spiegelnde Objekte sicher erkannt werden.By the inventive design of Beam splitter becomes a depolarization of light rays largely avoided when passing through this beam splitter mirror. As a result, the detection sensitivity of the optical Sensor significantly increased. In particular, you can with the optical according to the invention Sensor objects with different reflective surfaces, in particular also reflecting objects are reliably detected.

Der erfindungsgemäße optische Sensor arbeitet dabei vorzugsweise mit polarisierten Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen. Zur Erzielung einer hohen Nachweisempfindlichkeit ist dabei wesentlich, dass die Polarisationszustände der Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen bei Durchgang durch den Strahlteilerspiegel nicht beeinträchtigt werden.Of the according to the invention optical Sensor works preferably with polarized transmitted light beams and receiving light beams. To achieve a high detection sensitivity is essential that the polarization states of the transmitted light beams and receiving light beams passing through the beam splitter mirror not impaired become.

Erfindungsgemäß weist hierzu der Strahlteilerspiegel eine Entspiegelungsschicht auf, die an der zur Spiegelschicht gegenüberliegenden Oberfläche des Strahlteilerspiegels angeordnet ist. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass die Polarisation von Lichtstrahlen, die auf die Spiegelschicht als Vorderseite des Strahlteilerspiegels auftreffen und dort reflektiert werden, im Wesentlichen unverändert bleibt. Da bei dem Strahlteilerspiegel die Spiegelschicht als für die Lichtstrahlen teildurchlässige Schicht ausgebildet ist, durchsetzt ein Teil der Lichtstrahlen diese Spiegelschicht und würde ohne Entspiegelungsschicht an der Rückseite des Strahlteilerspiegels nochmals reflektiert.According to the invention For this purpose, the beam splitter mirror on an anti-reflection layer, the at the opposite to the mirror layer Surface of the Beam splitter mirror is arranged. In this case, the invention is the Understanding that the polarization of light rays, the on the mirror layer as the front of the beam splitter mirror to be reflected and reflected there, essentially unchanged. Because with the beam splitter mirror, the mirror layer than for the light rays partially transparent Layer is formed, passes through a part of the light rays this Mirror layer and would without antireflection coating on the back of the beam splitter mirror reflected again.

Dabei ergäbe sich eine unerwünschte Depolarisation der Lichtstrahlen. Zur Ausblendung derartiger an der Rückseite reflektierter und dabei depolarisierter Lichstrahlen ist dort die Entspiegelungsschicht aufgebracht. Auf diese Weise kann mit äußerst geringem konstruktivem Aufwand und zugleich mit einem hohen Wirkungsgrad die unerwünschte depolarisierte Wirkung des Strahlteilerspiegels vermieden werden. Der so ausgebildete Strahlteilerspiegel kann in unterschiedlichen optischen Sensoren eingesetzt werden, insbesondere in mit polarisierendem Licht arbeitenden Reflexionslichtschranken.there would result an undesirable one Depolarization of the light rays. To hide such on the back Reflected and thereby depolarized light rays is there Antireflective coating applied. This way, with extremely low constructive effort and at the same time with a high degree of efficiency the unwanted depolarized effect of the beam splitter mirror can be avoided. The beam splitter mirror designed in this way can be designed in different ways optical sensors are used, in particular in with polarizing Light-working reflection light barriers.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:

1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines optischen Sensors zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. 1 : Schematic representation of an embodiment of an optical sensor for detecting objects in a surveillance area.

2: Strahlführung der Empfangslichtstrahlen über den Strahlteilerspiegel des optischen Sensors gemäß 1. 2 : Beam guidance of the received light beams via the beam splitter mirror of the optical sensor according to 1 ,

3: Erste Ausführungsform eines Strahlteilerspiegels für den optischen Sensor gemäß 1. 3 : First embodiment of a beam splitter mirror for the optical sensor according to 1 ,

4: Zweite Ausführungsform eines Strahlteilerspiegels für den optischen Sensor gemäß 1. 4 Second embodiment of a beam splitter mirror for the optical sensor according to 1 ,

1 zeigt schematisch den Aufbau eines als Reflexionslichtschranke ausgebildeten optischen Sensors 1 zur Erfassung von Objekten 2 in einem Überwachungsbereich. 1 shows schematically the structure of an optical sensor designed as a reflection light barrier 1 for capturing objects 2 in a surveillance area.

Der optische Sensor 1 weist ein Gehäuse 3 auf, in welchem ein Sendelichtstrahlen 4 emittierender Sender 5 und ein Empfangslichtstrahlen 6 empfangen der Empfänger 7 integriert sind. Der Sender 5 ist von einer Leuchtdiode oder dergleichen, der Empfänger 7 beispielsweise von einer Photodiode gebildet.The optical sensor 1 has a housing 3 in which a transmitted light rays 4 emitting transmitter 5 and a receiving light beam 6 receive the receiver 7 are integrated. The transmitter 5 is of a light emitting diode or the like, the receiver 7 for example, formed by a photodiode.

Der Sender 5 und der Empfänger 7 sind an eine nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. Die Auswerteeinheit dient zur Ansteuerung des Senders 5 und zur Auswertung der am Empfänger 7 anstehenden Empfangssignale.The transmitter 5 and the receiver 7 are connected to an evaluation unit, not shown, which is formed by a microprocessor or the like. The evaluation unit is used to control the transmitter 5 and for the evaluation of the receiver 7 pending received signals.

Der optische Sensor 1 arbeitet mit polarisiertem Licht. Hierzu ist dem Sender 5 im Strahlengang der Sendelichtstrahlen 4 ein erster Polarisationsfilter als Polarisator 8 nachgeordnet. Entsprechend ist dem Empfänger 7 ein zweiter Polarisationsfilter als Analysator 9 im Strahlengang der Empfangslichtstrahlen 6 vorgeordnet. Die Polarisationsfilter dienen zur Erzeugung von polarisiertem Licht, wobei die Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter um 90° gegeneinander gedreht sind.The optical sensor 1 works with polarized light. This is the transmitter 5 in the beam path of the transmitted light beams 4 a first polarization filter as a polarizer 8th downstream. Accordingly, the recipient 7 a second polarization filter as analyzer 9 in the beam path of the received light beams 6 upstream. The polarizing filters are used to generate polarized light, wherein the polarization directions of the polarizing filter are rotated by 90 ° from each other.

Die Sendelichtstrahlen 4 und die Empfangslichtstrahlen 6 sind über einen Strahlteilerspiegel 10 geführt, womit erreicht wird, dass die Sendelichtstrahlen 4 und Empfangslichtstrahlen 6 koaxial im Überwachungsbereich verlaufen. Wie aus 1 ersichtlich durchsetzen die Sendelichtstrahlen 4 den Strahlteilerspiegel 10 und werden über eine Sende- und Empfangsoptik 11 und ein Austrittsfenster 12 in einer Wand des Gehäuses 3 in den Überwachungsbereich geführt. Aus dem Überwachungsbereich zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen 6 werden über das Austrittsfenster 12 und die Sende- und Empfangsoptik 11 zum Strahlteilerspiegel 10 geführt und von dort zum Empfänger 7 reflektiert.The transmitted light rays 4 and the received light beams 6 are over a beam splitter mirror 10 led, which is achieved that the transmitted light beams 4 and receiving light beams 6 coaxial in the surveillance area. How out 1 clearly enforce the transmitted light beams 4 the beam splitter mirror 10 and are via a transmitting and receiving optics 11 and an exit window 12 in a wall of the housing 3 led into the surveillance area. Reception light beams reflected back from the surveillance area 6 be over the exit window 12 and the transmitting and receiving optics 11 to the beam splitter mirror 10 guided and from there to the receiver 7 reflected.

Das Gehäuse 3 des optischen Sensors 1 ist an einem Rand des Überwachungsbereichs angeordnet. Am gegenüberliegenden Rand des Überwachungsbereichs befindet sich ein Reflektor 13 als weiterer Bestandteil des optischen Sensors 1. Im vorliegenden Fall ist der Reflektor 13 von einem Retroreflektor gebildet. The housing 3 of the optical sensor 1 is located at one edge of the surveillance area. At the opposite edge of the surveillance area is a reflector 13 as a further component of the optical sensor 1 , In the present case, the reflector 13 formed by a retro reflector.

Zur Detektion der Objekte 2 werden in der Auswerteeinheit die am Empfänger 7 anstehenden Empfangssignale mit einem Schwellwert bewertet. Dadurch wird ein binäres Objektfeststellungssignal generiert, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt 2 im Überwachungsbereich befindet oder nicht.For detection of objects 2 in the evaluation unit, those at the receiver 7 pending received signals with a threshold value. As a result, a binary object detection signal is generated whose switching states indicate whether an object 2 located in the surveillance area or not.

Bei freiem Strahlengang treffen die mit dem Polarisator 8 linear polarisierten Sendelichtstrahlen 4 ungehindert auf den Reflektor 13. Der als Retroreflektor ausgebildete Reflektor 13 weist depolarisierende Eigenschaften auf, das heißt die auf den Reflektor 13 auftreffenden Sendelichtstrahlen 4 werden als depolarisierte Empfangslichtstrahlen 6 zurück in Richtung des Empfängers 7 reflektiert. Da die Empfangslichtstrahlen 6 depolarisiert sind, durchsetzt ein hoher Anteil der Empfangslichtstrahlen 6 den Analysator 9. Dementsprechend liegt bei freiem Strahlengang der Pegel der Empfangssignale oberhalb der Schwellwerte, so dass das Objektfeststellungssignal den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" einnimmt.When the beam path is free, they hit with the polarizer 8th linearly polarized transmitted light rays 4 unhindered on the reflector 13 , The trained as a retroreflector reflector 13 has depolarizing properties, that is, on the reflector 13 incident transmitted light rays 4 be as depolarized received light beams 6 back towards the receiver 7 reflected. Since the received light beams 6 depolarized, passes through a high proportion of the received light beams 6 the analyzer 9 , Accordingly, with the beam path free, the level of the received signals is above the threshold values, so that the object detection signal assumes the switching state "free monitoring area".

Befindet sich ein diffus reflektierendes Objekt 2 im Überwachungsbereich, so wird von diesem ein im Vergleich zur Reflexion am Reflektor 13 sehr geringer Anteil der Empfangslichtstrahlen 6 zum Empfänger 7 geführt, so dass der Pegel der Empfangssignale unterhalb des Schwellwerts liegt und das Objektfeststellungssignal den Schaltzustand „Objekt erkannt" einnimmt.Is there a diffuse reflective object 2 in the surveillance area, this becomes one in comparison to the reflection at the reflector 13 very small proportion of received light beams 6 to the recipient 7 guided, so that the level of the received signals is below the threshold and the object detection signal occupies the switching state "object detected".

Befindet sich ein spiegelndes Objekt 2 im Überwachungsbereich, so wird von diesem je nach Winkelstellung der Objektoberfläche sehr großer Teil der Sendelichtstrahlen 4 als Empfangslichtstrahlen 6 zum Empfänger 7 zurückreflektiert. Da die polarisierten Sendelichtstrahlen 4 bei der Reflexion am spiegelnden Objekt 2 jedoch nicht depolarisiert werden und die Polarisationsrichtungen von Polarisator 8 und Analysator 9 um 90° gegeneinander gedreht sind, wird in diesem Fall das Empfangslicht vom Analysator 9 ausgefiltert und gelangt nur zu einem sehr geringen Anteil zum Empfänger 7, so dass auch in diesem Fall der Pegel des Empfangssignals unterhalb des Schwellwerts liegt und dementsprechend zum optischen Sensor 1 eine Objektmeldung ausgegeben wird.Is there a reflective object? 2 in the surveillance area, so this is depending on the angular position of the object surface very large part of the transmitted light beams 4 as received light beams 6 to the recipient 7 reflected back. Since the polarized transmitted light rays 4 when reflecting on the specular object 2 however, are not depolarized and the polarization directions of polarizer 8th and analyzer 9 rotated by 90 ° to each other, in this case, the received light from the analyzer 9 filtered out and reaches only a very small proportion of the recipient 7 , so that also in this case, the level of the received signal is below the threshold value and accordingly to the optical sensor 1 an object message is output.

Voraussetzung für eine fehlerfreie Detektion von spiegelnden Objekten 2 ist jedoch, dass die Empfangslichtstrahlen 6 bei Durchgang durch die Optikkomponenten des optischen Sensors 1, insbesondere bei Reflexion am Strahlteilerspiegel 10 nicht depolarisiert werden. Wäre dies der Fall, würde ein erheblich höherer Teil der Empfangslichtstrahlen 6 den Analysator 9 durchsetzen und zum Empfänger 7, gelangen, so dass der Pegel der Empfangssignale oberhalb des Schwellwerts liegen würde.Prerequisite for error-free detection of specular objects 2 However, that is the receiving light beams 6 when passing through the optical components of the optical sensor 1 , in particular in reflection at the beam splitter mirror 10 not depolarized. If this were the case, a considerably higher proportion of the received light beams 6 the analyzer 9 prevail and to the recipient 7 , so that the level of the received signals would be above the threshold.

Zur Vermeidung einer Depolarisation der Empfangslichtstrahlen 6 weist der Strahlteilerspiegel 10 den in 2 dargestellten Aufbau auf. Der Strahlteilerspiegel 10 weist einen plattenförmigen, für die Sendelichtstrahlen 4 und Empfangslichtstrahlen 6 transparenten Grundkörper 14 auf. Der Grundkörper 14 besteht aus Glas oder Kunststoff und weist einen Brechungsindex n₀ auf. Auf die der Sende- und Empfangsoptik 11 zugeordnete Vorderseite des Strahlteilerspiegels 10 ist eine Spiegelschicht 15 aufgebracht. Die Spiegelschicht 15 ist so ausgebildet, dass ein Teil der auftreffenden Empfangslichtstrahlen 6 von dieser zum Empfänger 7 reflektiert wird. Bei der Reflexion der Empfangslichtstrahlen 6 an dieser Spiegelschicht 15 bleibt die Polarisation der Empfangslichtstrahlen 6 im Wesentlichen erhalten.To avoid a depolarization of the received light beams 6 has the beam splitter mirror 10 the in 2 shown construction. The beam splitter mirror 10 has a plate-shaped, for the transmitted light beams 4 and receiving light beams 6 transparent body 14 on. The main body 14 consists of glass or plastic and has a refractive index n ₀ . On the the transmitting and receiving optics 11 associated front side of the beam splitter mirror 10 is a mirror layer 15 applied. The mirror layer 15 is formed so that a part of the incident receiving light beams 6 from this to the receiver 7 is reflected. In the reflection of the received light beams 6 at this mirror layer 15 remains the polarization of the received light beams 6 essentially preserved.

Auf die Rückseite des Grundkörpers 14 des Strahlteilerspiegels 10 ist eine Entspiegelungsschicht 16 aufgebracht. Wie aus 2 ersichtlich durchsetzt ein Teil der Empfangslichtstrahlen 6 die Spiegelschicht 15 und dringt in den Grundkörper 14 ein. Ohne die Entspiegelungsschicht 16 an der Rückseite des Strahlteilerspiegels 10 würde ein Teil der Empfangslichtstrahlen 6 an der Grenzfläche des Grundkörpers 14 reflektiert und dabei deoplarisiert. Der so generierte, in 2 mit E₁ bezeichnete Teilstrahl der Empfangslichtstrahlen 6 würde dann zurück zum Empfänger 7 reflektiert. Bei Durchgang durch den Strahlteilerspiegel 10 wäre somit ein unerwünscht hoher Anteil der Empfangslichtstrahlen 6 depolarisiert.On the back of the main body 14 of the beam splitter mirror 10 is an anti-reflective coating 16 applied. How out 2 apparently passes through a part of the received light beams 6 the mirror layer 15 and penetrates into the body 14 one. Without the anti-reflective coating 16 at the back of the beam splitter mirror 10 would be part of the received light beams 6 at the interface of the body 14 reflected and thereby deoplarized. The so generated, in 2 E ₁ designated partial beam of the received light beams 6 would then return to the recipient 7 reflected. When passing through the beam splitter mirror 10 would thus be an undesirably high proportion of the received light beams 6 depolarizes.

Zur Unterdrückung der depolarisierten Teilstrahlen E₁ dient die Entspiegelungsschicht 16, die eine Interferenzschicht für die Empfangslichtstrahlen 6 bildet. Der Brechungsindex und die Dicke der Entspiegelungsschicht 16 wird so angepasst, dass der Anteil der Empfangslichtstrahlen 6, der in diese Entspiegelungsschicht 16 eindringt und von dort in Richtung des Grundkörpers 14 zurückreflektiert wird, einen Teilstrahl E₂ bildet, der bezüglich des Teilstrahls E₁ derart phasenverschoben ist, dass sich die Teilstrahlen durch negative Interferenz auslöschen. Durch diese Interferenz der Teilstrahlen E₁ und E₂ können somit, vorzugsweise für einen in einem bestimmten Winkelbereich der auf den Strahlteilerspiegel 10 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 6, Rückflexion von Teilstrahlen der Empfangslichtstrahlen 6 an der Rückseite des Strahlteilerspiegel 10 vermieden werden. Somit kann mit der Entspiegelungsschicht 16 eine depolarisierende Wirkung des Strahlteilerspiegels 10 weitgehend unterdrückt werden.The antireflection coating serves to suppress the depolarized partial beams E ₁ 16 which forms an interference layer for the received light beams 6 forms. The refractive index and thickness of the anti-reflection layer 16 is adjusted so that the proportion of received light beams 6 who is in this anti-reflective coating 16 penetrates and from there in the direction of the main body 14 is reflected back, forms a partial beam E ₂ , which is phase-shifted with respect to the partial beam E ₁ such that the partial beams extinguish by negative interference. By this interference of the partial beams E ₁ and E ₂ can thus, preferably for a in a certain angular range of the beam splitter mirror 10 incident receiving light beams 6 , Reflection of partial beams of the received light beams 6 at the back of the beam splitter mirror 10 be avoided. Thus, with the anti-reflection layer 16 a depolarizing effect of the beam splitter mirror 10 be largely suppressed.

3 zeigt die einfachste Ausführungsform einer Entspiegelungsschicht 16 an einem Strahlteilerspiegel 10. Die Entspiegelungsschicht 16 besteht in diesem Fall aus einer homogenen Schicht mit einem Brechungsindex n₁, der vom Brechungsindex n₀ des Grundkörpers 14 verschieden ist, sowie einer homogenen Schichtdicke d. Der Brechungsindex n und die Schichtdicke d der Entspiegelungsschicht 16 sind so gewählt, dass für einen vorgegebenen Auftreffwinkel α der Empfangslichtstrahlen 6 auf der Spiegelschicht 15 und damit einem Auftreffwinkel α' eines Teils der Empfangslichtstrahlen 6 auf die rückseitige Grenzfläche des Grundkörpers 14 der optische Weg der Empfangslichtstrahlen 6 durch die Entspiegelungsschicht 16 einem Viertel der Wellenlänge der Empfangslichtstrahlen 6 entspricht. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich der an der Vorderseite der Entspiegelungsschicht 16 reflektierte Teilstrahl E₁ der Empfangslichtstrahlen 6 und der an der Rückseite der Entspiegelungsschicht 16 reflektierte Teilstrahl E₂ der Empfangslichtstrahlen 6 durch negative Interferenz auslöschen. 3 shows the simplest embodiment of an antireflection coating 16 at a beam splitter mirror 10 , The anti-reflective coating 16 consists in this case of a homogeneous layer with a refractive index n ₁ , the refractive index n _{0 of} the body 14 is different, as well as a homogeneous layer thickness d. The refractive index n and the layer thickness d of the anti-reflection layer 16 are chosen so that for a given angle of incidence α of the received light beams 6 on the mirror layer 15 and thus an angle of incidence α 'of a part of the received light beams 6 on the back interface of the body 14 the optical path of the received light beams 6 through the anti-reflective coating 16 a quarter of the wavelength of the received light beams 6 equivalent. This ensures that the front of the anti-reflective coating 16 reflected partial beam E _{1 of} the received light beams 6 and the one on the back of the anti-reflective coating 16 reflected partial beam E _{2 of} the received light beams 6 extinguish by negative interference.

Mit einer derartigen Entspiegelungsschicht 16 können jedoch nur Reflexion von Empfangslichtstrahlen 6 an der Rückseite des Strahlteilerspiegel 10 unterdrückt werden, die in einem bestimmten Einfallswinkel auf den Strahlteilerspiegel 10 auftreffen. Die Ausführungsform gemäß 4 zeigt einen Strahlteilerspiegel 10 mit einer komplex ausgebildeten Entspiegelungsschicht 16, mit welcher aus einem größeren Einfallswinkelbereich auftreffende Empfangslichtstrahlen 6 ausgeblendet werden können.With such an anti-reflection layer 16 However, only reflection of received light beams 6 at the back of the beam splitter mirror 10 be suppressed, at a certain angle of incidence on the beam splitter mirror 10 incident. The embodiment according to 4 shows a beam splitter mirror 10 with a complex anti-reflection coating 16 , with which from a larger incident angle range incident receiving light beams 6 can be hidden.

Die Entspiegelungsschicht 16 besteht aus mehreren Teilschichten, wobei in 4 vier dieser Teilschichten dargestellt und mit den Bezugsziffern 16a-d gekennzeichnet sind. Jede Teilschicht 16a-d weist eine bestimmte homogene Schichtdicke d_i und einen bestimmten Brechungsindex n_i auf. Diese Parameter jeder Teilschicht 16a-d sind derart angepasst, dass für einen bestimmten Einfallswinkel α der Empfangslichtstrahlen 6 in dieser Teilschicht 16a-d ein Teilstrahl E_2i generiert wird, der mit dem an der Vorderseite dieser Teilschicht 16a-d reflektierten Teilstrahl E₁ negativ interferiert, so dass dieser ausgelöscht wird und nicht zum Empfänger gelangt. Durch eine geeignete Anzahl verschiedener derartiger Teilschichten können somit Reflexionen an der Rückseite des Strahlteilerspiegels 10 für einen relativ großen Einfallswinkelbereich der Empfangslichtstrahlen 6 unterdrückt werden.The anti-reflective coating 16 consists of several sublayers, where in 4 four of these sub-layers shown and with the reference numerals 16a -d are marked. Every sub-layer 16a -d has a certain homogeneous layer thickness d _i and a certain refractive index n _i . These parameters of each sublayer 16a -d are adapted such that for a certain angle of incidence α of the received light beams 6 in this sub-layer 16a -d a partial beam E _{2i is} generated, which is at the front of this sub-layer 16a -d reflected partial beam E ₁ interferes negatively, so that it is extinguished and does not reach the receiver. By a suitable number of different such sub-layers can thus reflections on the back of the beam splitter mirror 10 for a relatively large incident angle range of the received light beams 6 be suppressed.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können jeweils übernächste Teilschichten 16a-d innerhalb der Entspiegelungsschicht 16 jeweils denselben Brechungsindex aufweisen, sich jedoch in ihrer Schichtdicke unterscheiden. Durch eine Vielzahl derartiger Teilschichten 16a-d können in einem relativ großen Winkelbereich der auftreffenden Empfangslichtstrahlen 6 Rückreflexionen an der Rückseite des Strahlteilerspiegel 10 sicher unterdrückt werden.In a particularly advantageous Ausfüh In each case, subse- quent sublayers can be formed 16a -d within the anti-reflective coating 16 each have the same refractive index, but differ in their layer thickness. Through a large number of such partial layers 16a -d can be in a relatively large angular range of the incident receiving light beams 6 Back reflections at the back of the beam splitter mirror 10 be safely suppressed.

11: Optischer Sensoroptical sensor
22: Objektobject
33: Gehäusecasing
44: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
55: Sendertransmitter
66: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
77: Empfängerreceiver
88th: Polarisatorpolarizer
99: Analysatoranalyzer
1010: StrahlteilerspiegelBeamsplitter mirror
1111: Sende- und EmpfangsoptikSend- and receiving optics
1212: Austrittsfensterexit window
1313: Reflektorreflector
1414: Grundkörperbody
1515: Spiegelschichtmirror layer
1616: Entspiegelungsschichtantireflection coating
16a-d16a-d: Teilschichtsublayer
αα: Auftreffwinkelangle of impact
E₁ E ₁: Teilstrahlpartial beam
E₂ E ₂: Teilstrahlpartial beam

Claims

Optical sensor for detecting objects ( 2 ) in a surveillance area, with a transmitted light beam ( 4 ) emitting transmitter ( 5 ), a received light beam ( 6 ) receiving recipients ( 7 ), a beam splitter mirror ( 10 ) over which the transmitted light beams ( 4 ) and received light beams ( 6 ) are guided for coaxial beam guidance in the surveillance area, wherein the transmitted light beams ( 4 ) the beam splitter mirror ( 10 ) and a part of the front of the beam splitter mirror ( 10 ) incident receiving light beams ( 6 ) from this to the recipient ( 7 ) and with an evaluation unit for generating an object detection signal as a function of the output of the receiver ( 7 ) Pending received signals, wherein the beam splitter mirror ( 10 ) a flat body ( 14 ), on whose front side a mirror layer ( 15 ) and on its back an anti-reflective coating ( 16 ), and wherein the antireflective coating ( 16 ) forms an interference layer by means of which back reflections of partial beams E ₁ , E _{2 of} the received light beams ( 6 ) at the back of the beam splitter mirror ( 10 ) be avoided.

Optical sensor according to claim 1, characterized in that the monitoring area is covered by a reflector ( 13 ) is limited, wherein at free monitoring range the transmitted light beams ( 4 ) on the reflector ( 13 ) and from this as received beams ( 6 ) to the recipient ( 7 ) are reflected.

Optical sensor according to claim 2, characterized in that the reflector ( 13 ) is formed by a retroreflector.

Optical sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transmitter ( 5 ) in the beam path of the transmitted light beams ( 4 ) is arranged downstream of a polarizing filter.

Optical sensor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the receiver ( 7 ) in the beam path of the received light beams ( 6 ) is preceded by a polarizing filter.

Optical sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the anti-reflection layer ( 16 ) has at least one layer whose layer thickness and refractive index are selected such that, for a given angle of incidence, the received light beams ( 6 ) whose optical path through the layer is one quarter of the wavelength of the received light beams ( 6 ) corresponds.

Optical sensor according to claim 6, characterized in that the anti-reflection coating ( 16 ) has a plurality of superimposed layers, wherein the layer thickness and the refractive index of a respective layer is selected so that for each a predetermined angle of incidence of the received received light beams ( 6 ) whose optical path through the layer is one quarter of the wavelength of the received light beams ( 6 ) corresponds.

Optical sensor according to claim 7, characterized in that the refractive indices of the layers of the anti-reflection coating ( 16 ) of the refractive index of the main body ( 14 ) are different.

Optical sensor according to one of claims 7 or 8, characterized in that in each case next-to-second layers in the anti-reflection layer ( 16 ) have the same refractive indices.