-
Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der
japanischen Patentanmeldung 2006-294301 ,
die am 30. Oktober 2006 eingereicht wurde.
-
Hintergrund der Erfindung
-
Diese
Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Sensor retroreflektiver
Art, als auch auf seinen Hauptkörper
und sein retroreflektives Element.
-
Ein
retroreflektiver photoelektrischer Sensor ist ein Sensor, der einen
Sensorhauptkörper,
der mit einem optischen System zur Lichtprojektion und zum -empfang
ausgestattet ist, und ein Schaltungssystem und eine retroreflektive
Platte (hiernach als Reflektor bezeichnet) umfasst. Rekursive Reflexion
bedeutet Reflexion von Licht, wie z. B. in einer Würfelecke,
so dass das reflektierte Licht letztlich in die Richtung, aus der
es eingestrahlt wurde, gerichtet ist.
-
21 zeigt
ein Beispiel eines retroreflektiven photoelektrischen Sensors im
Betrieb, der einen Hauptkörper 310 und
einen Reflektor 305 beinhaltet. Der Reflektor 305 reflektiert
Licht, das von dem Lichtprojektionselement des Sensorhauptkörpers 310 ausgestrahlt
wurde, wobei das reflektierte Licht durch das Lichtempfangselement
des Sensorhauptkörpers 310 empfangen
wird.
-
Solch
ein retroreflektiver photoelektrischer Sensor kann z. B. zur Feststellung
eines Zielobjekts 307, das auf einem Förderband 302 einer
Fertigungsstraße
einer Fabrik transportiert wird, verwendet werden. Wenn das Zielobjekt 307 zwischen
dem Sensorhauptkörper 310 und
dem Reflektor 305 ist, wird das Licht von dem Sensorhauptkörper 310 zu
dem Reflektor 305 durch das Zielobjekt 307 unterbrochen und
das Vorhandensein des Zielobjektes 307 wird nachgewiesen,
weil das projizierte Licht nicht das Lichtempfangselement des Sensors
erreicht.
-
22 (bestehend aus 22A, 225, 22C und 22D) ist eine schematische Darstellung zur Erklärung der
Nachweisvorgänge
des retroreflektiven photoelektrischen Sensors für Zielobjekte verschiedener
Art.
-
22A zeigt eine Situation, in der von dem Sensorhauptkörper 310 ausgestrahltes
Licht direkt durch den Reflektor 305 reflektiert wird und
das reflektierte Licht direkt durch das Lichtempfangselement des
Sensorhauptkörpers 310 empfangen
wird. In dieser Situation ist, weil die Menge des reflektierten
Lichtes, das empfangen wird, ausreichend hoch ist, die Ausgabe des
Sensors im OFF-Zustand.
-
225 zeigt eine Situation, in der von dem Sensorhauptkörper 310 ausgestrahltes
Licht durch ein Zielobjekt 307A, das ein streuender Reflektor
ist, reflektiert wird und streuend reflektiertes Licht wird durch
das Lichtempfangselement des Sensorhauptkörpers 310 empfangen.
In dieser Situation ist das reflektierte Licht schwächer als
in dem Fall der Reflexion durch den Reflektor 305. Ein
Abfall in der Menge des empfangenen Lichts wird nachgewiesen und
die Ausgabe des Sensors befindet sich im ON-Zustand.
-
22C zeigt eine Situation, in der von dem Sensorhauptkörper 310 ausgestrahltes
Licht durch ein Zielobjekt 307B, das ein Reflektor mit
einer Spiegeloberfläche
ist, reflektiert wird und reflektiertes Licht wird durch das Lichtempfangselement
des Sensorhauptkörpers 310 empfangen.
In dieser Situation ist das von dort reflektierte Licht nicht sehr
viel schwächer,
als in dem Fall einer Reflexion von dem Reflektor 305.
Daher wird, wenn es benötigt
wird, solch ein Zielobjekt nachzuweisen, das Phänomen der Polarisationszustandsänderung
auf der Oberfläche
des Reflektors 305 zu verwenden und das von solch einem
Zielobjekt 307B reflektierte Licht wird durch einen Polarisationsfilter
hindurch empfangen, was im Folgenden unter Bezug auf 23–25 beschrieben
werden wird. Durch solch ein Verfahren kann der Abfall in der Menge des
empfangenen Lichts, selbst wenn spiegelreflektiertes Licht von dem Reflektor 307 mit
Spiegeloberfläche
empfangen wird, durch das Lichtempfangselement des Sensorhauptkörpers 310 nachgewiesen
werden und die Ausgabe des Sensors befindet sich in dem ON-Zustand.
-
22D zeigt eine Situation, in der von dem Sensorhauptkörper 310 ausgestrahltes
Licht durch ein transparentes Zielobjekt 307C läuft, das
ausgesendete Licht von dem Reflektor 305 reflektiert und das
reflektierte Licht durch das Lichtempfangselement des Sensorhauptkörpers 310 nach
erneutem Durchlaufen des Zielobjektes 307C empfangen wird. In
dieser Situation wird, wobei das Licht jedes Mal, wenn es durch
das transparente Objekt 307C läuft, schwächer wird, der Abfall der Menge
an reflektiertem Licht nachgewiesen und die Ausgabe des Sensors
geht in den ON-Zustand.
-
Das
optische System des retroreflektiven photoelektrischen Sensors wird
häufig
zum Nachweis eines transparenten Objektes (z. B. Glas- oder Plastikobjekte),
wie in 22D gezeigt, verwendet. Dies
rührt daher,
weil Licht das Zielobjekt in dem Fall retroreflektiver Art zweimal
durchläuft
und die Abschwächung
des Lichts leicht nachgewiesen werden kann, obwohl der Abfall in
der Lichtmenge jedes Mal, wenn Licht durch das Zielobjekt hindurchläuft, nicht sehr
groß sein
kann.
-
Eine
retroreflektive Platte mit einer Würfeleckenanordnung wird allgemein
als der Reflektor des retroreflektiven photoelektrischen Sensors
verwendet. In dem Fall eines Reflektors mit einer Würfeleckenanordnung
tritt die Polarisationsänderung
zwischen dem einfallenden Licht und dem reflektierten Licht auf.
-
23, bestehend aus 23A und 23B, zeigt ein erstes Beispiel einer Polarisationsänderung,
die auf einem Reflektor auftritt und 24,
bestehend aus 24A und 24B,
zeigt ein zweites Beispiel einer Polarisationsänderung, die auf einem Reflektor
auftritt.
-
23B und 24B zeigen
jeweils die Form einer Würfelecke,
die eine dreieckige Pyramide durch Verbinden der 90°-Ecken der
drei rechtwinkligen Dreiecke an der Spitze bildet, wobei die inneren Oberflächen als
die reflektierenden Oberflächen
dienen. Folglich sind die drei Oberflächen jeder Würfelecke
zueinander rechtwinklig. Solche Würfelecken sind auf dem Reflektor 305 ohne
Abstände
dazwischen angeordnet. Der Reflektor, der für diesen photoelektrischen
Sensor verwendet wird, nutzt allgemein Totalreflexion und der Polarisationszustand ändert sich,
weil eine Phasenverschiebung zu dem Zeitpunkt der Totalreflexion
zwischen der vertikalen Polarisation und horizontalen Polarisation
auftritt.
-
23A und 23B zeigen
jeweils den Polarisationszustand des reflektierten Lichts REF, wenn
vertikal polarisiertes Licht IN einfällt. 24A und 24B zeigen jeweils den Polarisationszustand reflektierten
Lichts REF, wenn kreispolarisiertes Licht IN einfällt.
-
Änderungen
des Polarisationszustandes tritt in dem Fall eines Totalreflexionsreflektors
auf, wobei vertikale Polarisation in horizontale Polarisation geändert und
Kreispolarisation in invertierte Kreispolarisation im Idealfall
geändert
wird. In realen Situationen tritt jedoch eine ideale Änderung,
wie in 23 und 24 gezeigt,
nicht auf und das reflektierte Licht wird eine Zusammensetzung von
Licht mit einer Vielzahl an Polarisationszuständen.
-
Im
Folgenden wird nochmals auf 22 Bezug
genommen, um einige Problempunkte, die sich auf reflektiertes Licht
beziehen, zu erklären.
In dem Beispiel aus 22B wird, wenn das von dem Sensor
ausgestrahlte Licht durch ein Objekt abgeschirmt wird, das durch
dieses Objekt reflektierte Licht ein Problem. Bei diesem Problem
kann das von dem Zielobjekt gestreut reflektierte Licht durch den
Unterschied in der Reflektivität
des Reflektors oder durch ein Verfahren geometrischer Optiken verhindert
werden. In dem Fall eines Zielobjekts mit einer Spie geloberfläche, wie
in 22C gezeigt, wird ein anderes Verfahren angewandt,
weil der Unterschied der Reflektivität zwischen dem Reflektor und
dem Zielobjekt klein ist. Solch ein Verfahren kann durch Steuerung der
Polarisation der Lichtprojektion und der Lichtempfangselemente des
Sensors derart, dass sie das regelgerecht reflektierte Licht nicht
empfangen, durchgeführt
werden.
-
Optische
Systeme retroreflektiver photoelektrischer Sensoren können im
weitesten Sinn in zwei Arten, den Doppellinsentyp, wobei die Lichtprojektions-
und -empfangselemente unterschiedliche optische Achsen aufweisen,
und den Koaxialtyp, wobei die optischen Achsen der Lichtprojektions-
und -empfangselemente miteinander zusammenfallen, unterteilt werden.
Das gewöhnliche
Verfahren zum Abschneiden gewöhnlich
reflektierten Lichts von dem Zielobjekt, das oben unter Bezug auf 22C erklärt wurde,
für beide
Arten optischer Systeme ist die Steuerung der Polarisation.
-
25 zeigt
ein Beispiel der Struktur eines Sensorhauptkörpers 310 vom Doppellinsentyp,
der ein Lichtprojektionselement und ein Lichtempfangselement aufweist.
Das Lichtprojektionselement umfasst eine lichtemittierende Diode
(LED) 311, eine Linse 316 und einen Polarisationsfilter 319H.
Das Lichtempfangselement umfasst einen Polarisationsfilter 319V,
eine Linse 317 und ein Lichtempfangselement 314.
Ein Photodetektor (PD) wird gewöhnlich als
das Lichtempfangselement 314 verwendet. Die Polarisationsrichtung
des Polarisationsfilters 319H ist horizontal und die des
Polarisationsfilters 319V ist vertikal. Mit anderen Worten
wird ein Paar von Polarisationsfiltern mit gegenseitig senkrechten
Polarisationsrichtungen verwendet.
-
Das
Licht, das von der LED 311 emittiert wurde, läuft durch
den Polarisationsfilter 319H hindurch, um horizontal polarisiert
zu werden, und fällt
auf das Zielobjekt ein. Wenn kein Zielobjekt vorhanden ist, wird
es durch den Würfeleckenreflektor
reflektiert und polarisiertes Licht mit der Polarisationsrichtung, die
vertikal konvertiert wurde, läuft
durch den Polarisationsfilter 319V hindurch und erreicht
das Lichtempfangselement 314.
-
Wenn
ein Zielobjekt vorhanden ist wird, weil Licht, das durch dieses
Objekt gewöhnlich
reflektiert wird, horizontal polarisiert bleibt, es durch den Polarisationsfilter 319V abgeschirmt
und erreicht nicht das Lichtempfangselement 314.
-
Im
Ergebnis wird die Intensität
des durch das Lichtempfangselement 314 nachgewiesenen Lichtes schwächer, wenn
ein Objekt vorhanden ist, als wenn kein Objekt vorhanden ist. Folglich
wird der Nachweis des Objektes möglich,
selbst wenn das Objekt eine Spiegeloberfläche, wie in dem Fall aus 22C hat, weil die Intensität des Lichtes, das durch das
Lichtempfangselement empfangen wird, aufgrund des Vorhandenseins
des Objekts niedriger wird.
-
26 zeigt
ein erstes Beispiel der Struktur eines Sensorhauptkörpers 410 eines
Koaxialtyps, der eine LED 411, einen Polarisationsstrahlenteiler 419,
eine Linse 416 und ein Lichtempfangselement 414 umfasst.
-
Das
Licht, das von der LED 411 emittiert wird, wird durch den
Polarisationsstrahlenteiler 419 reflektiert, um horizontal
polarisiert zu werden, und fällt
auf das Zielobjekt ein. Das Licht wird durch einen Würfeleckenreflektor,
wenn kein Zielobjekt vorhanden ist, reflektiert und Licht mit der
Polarisationsrichtung, die vertikal geändert wurde, läuft durch
den Polarisationsstrahlenteiler 419 hindurch, um das Lichtempfangselement 414 zu
erreichen. Wenn ein Zielobjekt vorhanden ist verbleibt das Licht
(gezeigt durch eine gestrichelte Linie) das durch das Zielobjekt
gewöhnlich
reflektiert wird, in der horizontalen Richtung polarisiert, wird
durch den Polarisationsstrahlenteiler 419 abgeschirmt und
erreicht nicht das Lichtempfangselement 414.
-
27 zeigt
ein zweites Beispiel der Struktur eines Sensorhauptkörpers 510 vom
koaxialen Typ, der eine LED 511, Polarisationsstrahlenteiler 519H und 519V,
einen Halbspiegel 519, eine Linse 516 und ein
Lichtempfangselement 514 aufweist.
-
Das
Licht, das von der LED 511 emittiert wurde, wird durch
den Polarisationsfilter 519H horizontal polarisiert, durch
den Halbspiegel 519 reflektiert und fällt auf ein Zielobjekt ein.
Wenn kein Zielobjekt vorhanden ist, wird das projizierte Licht durch
einen Würfeleckenreflektor
reflektiert und Licht mit einer Polarisationsrichtung, die in die
vertikale Richtung konvertiert wurde, läuft durch den Halbspiegel 519 und
den Polarisationsfilter 519V hindurch und erreicht das
Lichtempfangselement 514. Wenn ein Zielobjekt vorhanden
ist, bleibt das Licht, das durch das Zielobjekt (gezeigt durch eine
gestrichelte Linie) gewöhnlich
reflektiert wird, in der horizontalen Richtung polarisiert, wird
durch den Polarisationsstrahlenteiler 519V abgeschirmt
und erreicht das Lichtempfangselement 514 nicht.
-
Solche
optischen Systeme für
retroreflektive photoelektrische Sensoren sind z. B. in der
japanischen Patentveröffentlichung
2002-279870 und
6-93521 beschrieben.
-
Beispiele
nachzuweisender Objekte durch einen retroreflektiven photoelektrischen
Sensor beinhalten transparente Objekte, wie z. B. die unter Bezug
auf 22D erklärt wurden. PET-Flaschen (Polyethylenterephthalat),
die gewöhnlich
als Behälter für Getränke verwendet
werden, sind ebenfalls Beispiele solch eines transparenten Objekts.
Um die Abschwächung
des Lichts durch eine PET-Flasche zu erhöhen, ist es bekannt, einen
retroreflektiven photoelektrischen Sensor zu verwenden, indem bewirkt wird,
dass Licht ein Zielobjekt des Nachweises zweimal durchläuft.
-
In
den letzten Jahren ist es jedoch schwierig geworden, PET-Flaschen durch einen
photoelektrischen Sensor zuverlässig
nachzuwei sen. Eines der Probleme bei dem Nachweis der PET-Flaschen durch
einen retroreflektiven photoelektrischen Sensor ist, dass die spezifische
Durchlässigkeit
der PET-Flaschen hoch ist und eine Abschwächung des Lichts nicht einfach
eintritt. Weil die PET-Flaschen in den letzten Jahren dünner geworden
sind, ist ihre spezifische Durchlässigkeit noch höher geworden. Ein
weiteres Problem ist, dass die Formen komplizierter werden und folglich
Licht in unerwartete Richtungen reflektiert und gebrochen wird.
-
28 dient
zur Erläuterung
der Effekte der Lichtreflexion und der Konvergenz durch eine PET-Flasche.
Der Lichtstrahl K1, der von dem Sensorhauptkörper 310 emittiert
wurde, würde,
wie durch einen Pfeil K2 gezeigt, geradeaus laufen, aber für die Anwesenheit
einer PET-Flasche 307 kann
es in die konvergierende Richtung in Richtung des Reflektors 305,
wie durch einen Pfeil K3 gezeigt, in Abhängigkeit der Form der PET-Flasche 307 abgelenkt
werden. Ein anderer Lichtstrahl K4, der von dem Sensorhauptkörper 310 emittiert
wurde, würde
andererseits gerade, wie durch einen Pfeil K5 gezeigt, laufen, aber für die Anwesenheit
der PET-Flasche 307 kann es zurück in Richtung des Lichtempfangselementes durch
die Oberfläche
der PET-Flasche 307, wie durch den Pfeil K6 gezeigt, reflektiert
werden.
-
Der
durch den Reflektor 305 reflektierte Strahl K7 würde gerade,
wie durch den Pfeil K8 gezeigt, laufen, aber für die Anwesenheit der PET-Flasche 307 kann
er in eine konvergierende Richtung in Richtung des Lichtempfangselementes,
wie durch einen Pfeil K9 gezeigt, in Abhängigkeit der Form der PET-Flasche 307 abgelenkt
werden. Ein weiterer reflektierter Lichtstrahl K10 von dem Reflektor 305 würde gerade
verlaufen und wie durch den Pfeil K13 gezeigt abgeschwächt werden,
aber er kann durch die Oberfläche
der PET-Flasche 307, wie durch einen Pfeil K12 gezeigt,
reflektiert werden und dann in Richtung des Lichtempfangselementes,
wie durch den Pfeil K13 gezeigt, verlaufen.
-
Wenn
solch zusätzliches
Licht in das Lichtempfangselement einfällt, neigt das Lichtempfangselement,
das dahingehend tendiert, sehr kleine Abschwächungen von Licht nachzuweisen,
zu einer Fehlfunktion. Mit anderen Worten kann eine ausreichende
Abschwächung
des Lichts nicht gewonnen werden, wenn die Zielobjekte dünner gemacht
werden und die Effekte konvergierenden Lichts und reflektierten
Lichts geben Anlass zu dem Problem fehlerhafter Vorgänge.
-
Wenn
ein Versuch gemacht wird, ein optisches System konventioneller Art,
das angepasst ist, reflektiertes Licht von einem Zielobjekt abzuschirmen,
für den
Nachweis zu verwenden, entsteht andererseits das Problem von Doppelbrechungen
durch die PET-Flasche.
-
29, bestehend aus 29A und 29B, dient zur Erklärung dieses Problems. Wie in 29A gezeigt, durchläuft Licht M1, das von einer
Lichtquelle emittiert wurde, durch einen Polarisationsfilter, so
dass das Einfallslicht IN in Richtung des Reflektors vertikal polarisiert
wird. Reflektiertes Licht REF ist in der Polarisation geändert und
nur sein horizontal polarisierter Anteil M2 wird durch das Lichtempfangselement
aufgrund seines Polarisationsfilters empfangen. Wenn ein nachzuweisendes
Zielobjekt in dem Nachweisbereich vorhanden ist, ist die Lichtmenge,
die empfangen wird, normalerweise kleiner als die Menge von M2 und
dies ist die Art und Weise wie der Sensor das Vorhandensein eines
Zielobjekts nachweist.
-
Wenn
das nachzuweisende Zielobjekt eine PET-Flasche, wie durch das Licht
IN2 und REF2 aus 29B gezeigt, ist, kann ihre
doppelbrechende Eigenschaft dazu dienen, die unvollständige Polarisationsumwandlung
durch den Totalreflektor in einen idealen Zustand der Polarisationsänderung
umzuwandeln. In solch einer Situation kann die Menge des Lichts
M3, die durch das Lichtempfangselement empfangen wurde, größer sein
als die von M2. Folglich verfehlt, weil die Menge des Empfangenen
Lichts sich nicht verringert, der Sensor das Vorhandensein der PET-Flasche
nachzuweisen. Mit anderen Worten können, obwohl Technologien zur
Eliminierung reflektierten Lichts unter Verwendung der Polarisation existieren,
diese Technologien wegen des Problems der Doppelbrechungen durch
PET-Flaschen und der Unvollständigkeit
der Polarisationsänderung
durch den Reflektor nicht verwendet werden.
-
Überblick über die Erfindung
-
Es
ist daher Aufgabe dieser Erfindung eine Technologie zur Verbesserung
der Zuverlässigkeit des
Nachweises durch Umwandlung der Doppelbrechungseigenschaft von PET-Flaschen
in die Abschwächung
von Licht zu schaffen, so dass das Problem reflektierten Lichts
von PET-Flaschen
verhindert werden kann.
-
Eine
weitere Aufgabe dieser Erfindung ist es einige der Probleme, die
mit herkömmlichen
retroreflektiven photoelektrischen Sensoren zusammenhängen, zu
lösen.
-
Ein
retroreflektiver photoelektrischer Sensor gemäß dieser Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass er einen Sensorhauptkörper, der ein Lichtprojektionselement,
das erstes kreispolarisiertes Licht ausstrahlt, und ein Lichtempfangselement,
das, wenn eine Mischung aus dem ersten kreispolarisierten Licht
und zweiten kreispolarisierten Licht, das von dem ersten kreispolarisierten
Licht unterschiedlich polarisiert ist, darauf einfällt, das
zweite kreispolarisierte Licht ausgewählt empfängt und ein retroreflektierendes
Element, das das erste kreispolarisierte Licht durch Umwandlung
in reflektiertes Licht, das das zweite kreispolarisierte Licht enthält, reflektiert, umfasst.
-
Vorzugsweise
umfasst im obigen der Sensorhauptkörper ein Lichtprojektionselement,
ein Lichtempfangselement, eine erste Phasenverschiebungsplatte,
die erstes linear polarisiertes Licht in erstes kreispolarisiertes
Licht und das zweite kreispolarisierte Licht in erstes linear pola risiertes
Licht umwandelt und einen ersten Polarisationsfilter, der zwischen
dem Lichtempfangselement und der ersten Phasenverschiebungsplatte
auf einem optischen Weg von dem retroreflektierenden Element zu
dem Lichtempfangselement angeordnet ist und dazu dient das erste
linear polarisierte Licht ausgewählt
hindurchzulassen.
-
Im
obigen kann der Sensorhauptkörper
weiterhin in einem Gehäuse
aufgenommen sein, das mit einem lichtdurchlässigen Element, das sowohl
als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster
dient, wobei die Phasenverschiebungsplatte und der erste Polarisationsfilter
derart angeordnet sein können,
dass sie das lichtdurchlässige
Element überdecken,
ausgestattet ist, das Lichtempfangselement kann derart angeordnet
sein, dass es Licht in eine Richtung quer zu der Lichtprojektionsrichtung des
lichtprojizierenden Elementes empfängt und der Sensorhauptkörper kann
weiterhin einen Halbspiegel beinhalten, der dazu dient entweder
projiziertes Licht von dem Lichtprojektionselement oder empfangenes Licht
von dem Lichtempfangselement hindurchzulassen und das andere des
projizierten und empfangenen Lichts zu reflektieren.
-
Weiterhin
vorzugsweise kann der Sensorhauptkörper in einem Gehäuse aufgenommen
sein, das mit einem Lichtprojektionsfenster und einem Lichtempfangsfenster,
die nebeneinander angeordnet sind, ausgestattet ist, und die erste
Phasenverschiebungsplatte und der erste Polarisationsfilter können beide
derart angeordnet sein, dass sie das Lichtprojektionsfenster und
das Lichtempfangsfenster überdecken.
-
Alternativ
kann der Sensorhauptkörper
in einem Gehäuse
aufgenommen sein, das mit einem Lichtprojektionsfenster und einem
Lichtempfangsfenster, die nebeneinander angeordnet sind, ausgestattet
ist, wobei die erste Phasenverschiebungsplatte derart angeordnet
sein kann, dass sie das Lichtprojektionsfenster und das Lichtempfangsfenster überdeckt,
der erste Polarisationsfilter derart angeordnet sein, dass er das
Lichtempfangsfenster überdeckt
und das Lichtprojektionselement kann ein laserprojizierendes Element
umfassen, das das vorher erwähnte
erste linear polarisierte Licht ausstrahlt.
-
Weiterhin
alternativ kann das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement
in einem Verstärkerelement
angeordnet sein, die erste Phasenverschiebungsplatte und der erste
Polarisationsfilter in einem Kopfelement angeordnet sein, der von dem
Verstärkerelement
getrennt ist und der Sensorhauptkörper kann weiterhin optische
Fasern umfassen, die das Verstärkerelement
und das Kopfelement verbinden.
-
Weiterhin
vorteilhaft kann das reflektierende Element einen Reflektor, der
Licht retroreflektiert, eine zweite Phasenverschiebungsplatte, die
das erste kreispolarisierte Licht in zweites linear polarisiertes Licht
und das zweite linear polarisierte Licht in zweites kreispolarisiertes
Licht umwandelt, und einen zweiten Polarisationsfilter, der zwischen
der zweiten Phasenverschiebungsplatte und dem Reflektor auf einem
optischen Weg von dem Lichtprojektionselement zu dem Reflektor angeordnet
ist und dazu dient, das zweite linear polarisierte Licht hindurchzulassen, umfassen.
-
In
einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
einen Sensorhauptkörper eines
retroreflektiven photoelektrischen Sensor, der dadurch gekennzeichnet
ist, dass er ein Lichtprojektionselement, ein Lichtempfangselement,
eine Phasenverschiebungsplatte, die linear polarisiertes Licht in
erstes kreispolarisiertes Licht und zweites kreispolarisiertes Licht,
das von dem ersten kreispolarisierten Licht unterschiedlich polarisiert
ist, in linear polarisiertes Licht umwandelt, und einen Polarisationsfilter,
der zwischen dem Lichtempfangselement und der Phasenverschiebungsplatte
auf einem optischen Weg von dem retroreflektierenden Element zu
dem Lichtempfangselement angeordnet ist und dazu dient, das linear
polarisierte Licht ausgewählt
hindurchzulassen, umfasst.
-
Vorzugsweise
ist der Sensorhauptkörper
in einem Gehäuse
aufgenommen, das mit einem lichtdurchlässigen Element ausgestattet
ist, das sowohl als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster
dient, wobei sowohl die Phasenverschiebungsplatte als auch der Polarisationsfilter
derart angeordnet sind, dass sie das lichtdurchlässige Element überdecken,
wobei das Lichtempfangselement derart angeordnet ist, dass es Licht
in einer Richtung senkrecht zu der Lichtprojektionsrichtung des
Lichtprojektionselements empfängt
und der Sensorhauptkörper
weiterhin einen Halbspiegel umfasst, der dazu dient entweder projiziertes
Licht von dem Lichtprojektionselement und empfangenes Licht durch
das Lichtempfangselement hindurchzulassen und das andere des projizierten
Lichts und des empfangenden Lichts zu reflektieren.
-
Alternativ
kann der Sensorhauptkörper
in einem Gehäuse
aufgenommen sein, das mit einem Lichtprojektionsfenster und einem
Lichtempfangsfenster, die nebeneinander gebildet sind, ausgestattet
ist und die Phasenverschiebungsplatte und der Polarisationsfilter
können
derart angeordnet sein, dass sie das Lichtprojektionsfenster und
das Lichtempfangsfenster überdecken.
-
Weiterhin
alternativ kann der Sensorhauptkörper
in einem Gehäuse
aufgenommen sein, das mit einem Lichtprojektionsfenster und einem
Lichtempfangsfenster, die nebeneinander gebildet sind, ausgestattet
ist, wobei die Phasenverschiebungsplatte derart angeordnet sein
kann, dass sie das Lichtprojektionsfenster und das Lichtempfangsfenster überdeckt,
der Polarisationsfilter derart angeordnet sein kann, dass er das
Lichtempfangsfenster überdeckt
und das Lichtprojektionselement kann ein Laserprojizierendes Element
umfassen, das linear polarisiertes Licht ausstrahlt.
-
Weiterhin
alternativ können
das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement in einem
Verstärkerelement
sein, wobei die Phasenverschiebungsplatte und der Polarisationsfilter
in einem Kopfelement sein können,
der von dem Verstärkerelement
getrennt ist und der Sensorhauptkörper kann weiterhin optische
Fasern umfassen, die das Verstärkerelement
und das Kopfelement verbinden.
-
In
einem weiteren Aspekt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf
ein retroreflektierendes Element eines retroreflektierenden photoelektrischen Sensors,
der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Reflektor, der Licht
retroreflektiert, eine Phasenverschiebungsplatte, die erstes kreispolarisiertes Licht
in linear polarisiertes Licht und das linear polarisierte Licht
in zweites kreispolarisiertes Licht umwandelt, und einen Polarisationsfilter,
der zwischen der Phasenverschiebungsplatte und dem Reflektor auf
einem optischen Weg von dem Sensorhauptkörper zu dem Reflektor angeordnet
ist und das linear polarisierte Licht ausgewählt hindurchlässt, umfasst.
-
Die
Erfindung bezieht sich weiterhin auf einen retroreflektiven photoelektrischen
Sensor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Sensorhauptkörper, der
mit einem Lichtprojektionselement, das erstes linear polarisiertes
Licht ausstrahlt, und mit einem Lichtempfangselement, das, wenn
eine Mischung des zweiten linear polarisierten Lichts, das von dem
ersten linear polarisierten Licht unterschiedlich polarisiert ist,
und dem ersten linear polarisierten Licht darauf einfällt, das
erste linear polarisierte Licht selektiv empfängt, ausgestattet ist, und
ein retroreflektierendes Element, das Einfallslicht durch Umwandlung
des Einfallslichts in reflektiertes Licht, das nur das erste linear
polarisierte Licht enthält,
umfasst.
-
Im
obigen umfasst der Sensorhauptkörper vorzugsweise
ein Lichtprojektionselement, ein Lichtempfangselement und einen
ersten Polarisationsfilter, der auf einem optischen Weg von dem
retroreflektierenden Element zur dem Lichtempfangselement angeordnet
ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht hindurchzulassen.
-
Der
Sensorhauptkörper
kann in einem Gehäuse
aufgenommen sein, das mit einem lichtdurchlässige Element, das sowohl ein
Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster dient,
ausgestattet ist, wobei der erste Polarisationsfilter derart angeordnet
sein kann, dass er das lichtdurchlässige Element überdeckt,
wobei das Lichtempfangselement derart angeordnet sein kann, dass
es Licht in einer Richtung quer zu der Lichtprojektionsrichtung des
Lichtprojektionselementes empfängt
und der Sensorhauptkörper
kann weiterhin einen Halbspiegel, der dazu dient, entweder projiziertes
Licht von dem Lichtprojektionselement und empfangenes Licht durch
das Lichtempfangselement hindurchzulassen und das andere des projizierten
Lichts und des empfangenen Lichts zu reflektieren, umfassen.
-
Das
Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement können in
einem Verstärkerabschnitt
sein, wobei der erste Polarisationsfilter in einem Kopfabschnitt
sein kann, der von dem Verstärkerabschnitt
getrennt ist, und der Sensorhauptkörper kann weiterhin optische
Fasern umfassen, die den Verstärkerabschnitt
und den Kopfabschnitt verbinden.
-
In
dem obigen kann das retroreflektierende Element weiterhin einen
Reflektor umfassen, der Licht retroreflektiert und einen zweiten
Polarisationsfilter, der auf einer Lichteinfallsseite des Reflektors angeordnet
ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht hindurchzulassen,
umfassen.
-
Zusammenfassend
ermöglicht
diese Erfindung die Nachweiszuverlässigkeit zu erhöhen.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
1 ist
eine Diagonalansicht des Hauptkörpers
eines photoelektrischen Sensors.
-
2 ist
eine Schnittansicht des Innenlebens des photoelektrischen Sensors
gemäß einer ersten
Ausführungsform
der Erfindung, gesehen entlang der Linie 2-2 aus 1.
-
3 ist
eine konzeptionelle Darstellung des optischen Systems der ersten
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, wobei ihre optischen Elemente extrahiert dargestellt
sind.
-
4 ist
eine Darstellung, die den Polarisationszustand jedes Abschnitts
des optischen Systems, das in 3 gezeigt
ist, darstellt.
-
5 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Unterdrückung
reflektierten Lichts aus dem Sensorhauptkörper 10 gemäß der ersten
Ausführungsform der
Erfindung.
-
6 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Unterdrückung
reflektierten Lichts durch das Retroreflexionselement 30 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung.
-
7 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Probleme, die sich auf einen Sensorhauptkörper 100, der einen
Polarisationsstrahlenteiler verwendet, beziehen, die als ein Vergleichsbeispiel
dient.
-
8 ist
eine Figur zur Darstellung des Beispiels zur Lösung des Problems der Beeinträchtigungen
der Polarisation, das sich auf die Verwendung eines Polarisationsstrahlenteilers
bezieht.
-
9 ist
eine Figur zur Darstellung optischer Wege für einen anderen Sensorhauptkörper 10A, wobei
die Lagen der Lichtprojektions- und
Lichtempfangselemente vertauscht sind.
-
10 ist
eine konzeptionelle Ansicht, die die Abschwächung der Lichtintensität zeigt,
wenn ein Werkstück
in den Nachweisbereich eintritt.
-
11 ist
eine Darstellung, die Einzelheiten des Konzepts aus 10 in
dem Fall der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung zeigt.
-
12 ist
eine konzeptionelle Darstellung eines optischen Systems gemäß einer
Abänderung der
ersten Ausführungsform
dieser Erfindung.
-
13 ist
eine aufbauspezifischere Darstellung eines Sensors vom Koaxialtyp.
-
14 ist
eine Schnittansicht eines Sensors vom Doppellinsentyp, der diese
Erfindung verkörpert.
-
15, bestehend aus 15A, 15B und 15C,
zeigt optische Elemente optischer Systeme der Sensorhauptkörper der
zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung und ein Vergleichsbeispiel.
-
16, bestehend aus 16A und 16B, zeigt Problempunkte des Sensorhauptkörpers vom
Doppellinsentyp des Vergleichsbeispiels.
-
17 ist
eine diagonale Ansicht eines photoelektrischen Sensorhauptkörpers vom
Optischfasertyp gemäß der dritten
Ausführungsform
dieser Erfindung.
-
18 ist
eine schematische Darstellung zur Erklärung des ersten Aufbaubeispiels
des Kopfelementes 152 aus 17.
-
19 ist
eine schematische Darstellung zur Erklärung des zweiten Aufbaubeispiels
des Kopfelementes 152 aus 17.
-
20 ist
eine Schnittansicht der optischen Faser 160 aus 19,
gesehen entlang der Linie 20-20.
-
21 ist
eine Darstellung, die einen retroreflektiven photoelektrischen Sensor
im Betrieb zeigt.
-
22, bestehend aus 22A, 22B, 22C und 22D, ist eine schematische Darstellung zur Erklärung der
Nachweisfunktionen des retroreflektiven photoelektrischen Sensors
für Zielobjekte
verschiedener Art.
-
23, bestehend aus 23A und 23B, zeigt ein erstes Beispiel der Polarisationsänderung,
die auf einem Reflektor stattfindet.
-
24, bestehend aus 24A und 24B, zeigt ein zweites Beispiel der Polarisationsänderung,
die auf einem Reflektor stattfindet.
-
25 ist
eine Zeichnung eines Beispiels des Aufbaus eines Sensorhauptkörpers vom
Doppellinsentyp.
-
26 ist
eine Darstellung eines ersten Beispiels des Aufbaus eines Sensorhauptkörpers eines Koaxialtyps.
-
27 ist
eine Darstellung eines zweiten Beispiels des Aufbaus eines Sensorhauptkörpers vom
Koaxialtyp.
-
28 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Effekte der Lichtreflexion und Lichtkonvergenz durch eine PET-Flasche.
-
29, bestehend aus 29A und 29B, ist eine Darstellung zur Erklärung der
Effekte der Doppelbrechungen.
-
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
-
Die
Erfindung wird im Folgenden durch Ausführungsformen unter Bezug auf
die Zeichnungen beschrieben. Zur Dienlichkeit der Beschreibung werden
gleiche Elemente durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und
werden nicht wiederholend erklärt.
-
1 ist
eine Diagonalansicht des Hauptkörpers 10 eines
retroreflektiven photoelektrischen Sensors vom Koaxialtyp und 2 ist
eine Schnittansicht des Innenlebens des photoelektrischen Sensors
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung, gesehen entlang der Linie 2-2 aus 1.
-
Der
Sensorhauptkörper 10 ist
auf der Vorderseite seines Gehäuses
mit einem Fenster, das eine kreispolarisierende Platte 24 (eine
Polarisationsplatte mit einer Phasenverschiebungsplatte) aufweist, die
durch ein Schutzelement 22 derart gehaltert wird, dass
sie sich nicht löst
und herausfällt,
ausgestattet. Eine Anzeigelampe 61 ist auf der oberen Oberfläche des
Gehäuses
zur Anzeige eines Nachweisergebnisses vorgesehen.
-
Ein
Lichtprojektionselement 1 ist derart angeordnet, dass sein
lichtemittierendes Element in dem Brennpunkt einer Linse 6 über die
Reflexion an einem Halbspiegel 3 liegt. Ein Lichtempfangselement 4 ist
an einer Lichtempfangsposition, die die Position des Brennpunktes
der Linse 6 durch den Halbspiegel 3 hindurch ist,
angeordnet. Der Halbspiegel 3 ist in einem Winkel von 45° unter Bezug
auf die Lichtempfangsachse angeordnet und dient dazu, einen Teil des
empfangenen Lichts durchzuführen.
-
Die
Linse 6 und der Halbspiegel 3 sind optische Elemente,
die dazu dienen, das Licht von dem Lichtprojektionselement 1 als
ausgestrahlter Lichtstrahl in Richtung einer retroreflektiven Platte
(nicht gezeigt) auszustrahlen und von der retroreflektiven Platte
auf das Lichtempfangselement 4 reflektiertes Licht durch
die Linse 6 zu konvergieren. Die Linse 6 dient
dazu, dass Licht von dem Lichtprojektionselement 1 als
parallelen Strahl in Richtung der retroreflektiven Platte auszustrahlen
und das auf das Lichtempfangselement 4 reflektierte Licht
zu konvergieren. In 2 können jedoch die Anordnungen
des Lichtprojektionselementes 1 und des Lichtempfangselementes 4 vertauscht
sein.
-
Weil
das Licht die kreispolarisierende Platte 24 zweimal durchläuft (zu
den Zeitpunkten der Lichtprojektion und des -empfangs), werden Doppelbrechungen
durch die PET-Flasche, die normalerweise eine Ursache von Fehlfunktionen
waren, bei der Umwandlung der Polarisationszustandsstörung, die durch
Doppelbrechungen verursacht wurde, in Abschwächung des Lichts derart ausgenutzt,
dass ein optisches System mit hoher Nachweisstabilität von PET-Flaschen
realisiert werden kann.
-
3 ist
eine konzeptionelle Darstellung des optischen Systems der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, wobei seine optischen Elemente herausgenommen dargestellt
sind. Wie gezeigt, umfasst ein retroreflektiver photoelektrischer
Sensor gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung einen Sensorhauptkörper 10,
der darin ein Lichtprojektionssystem, das kreispolarisiertes Licht
ausstrahlt, und ein Lichtempfangssystem, das, wenn eine Zusammensetzung
aus invers kreispolarisiertem Licht und kreispolarisiertem Licht
einfällt,
das invers kreispolarisierte Licht ausgewählt empfängt, und ein Retroreflexionselement 30,
das kreispolarisiertes Licht reflektiert, indem es das Licht in
Licht umwandelt, das invers kreispolarisiertes Licht enthält.
-
Der
Sensorhauptkörper 10 umfasst
ein Lichtprojektionselement 1, ein Lichtempfangselement 4, einen
Halbspiegel 3, eine Linse 6 und eine kreispolarisierende
Platte 24. Die kreispolarisierende Platte 24 umfasst
einen Polarisationsfilter 26 und eine Viertelwellenlängenplatte 28.
-
Das
Retroreflexionselement 30 umfasst eine kreispolarisierende
Platte 34 und einen Totalreflektor 32. Die kreispolarisierende
Platte 34 umfasst einen Polarisationsfilter 36 und
eine Viertelwellenlängenplatte 38.
Die Polarisationsfilter weisen eine Absorptionsachse und eine Transmissionsachse,
die senkrecht zu ihr ist, auf, die dazu dienen, linear polarisiertes
Licht in der Richtung der Transmissionsachse durchzulassen und die
anderen Lichtanteile zu absorbieren. Die Viertelwellenlängenplatten
(oder Phasenverschiebungsplatten) weisen eine Verzögerungsachse
auf, die dazu dient, die Phase des Polarisationsanteils in der Richtung
der Verzögerungsachse
um eine Viertelwellenlänge
zu verzögern.
-
Wenn
linear polarisiertes Licht unter einem Winkel von 45° oder –45° unter Bezug
auf die Verzögerungsachse
auf eine Viertelwellenlängenplatte
einfällt,
wird das linear polarisierte Licht in kreispolarisiertes Licht umgewandelt.
Wenn kreispolarisiertes Licht auf eine Viertelwellenlängenplatte
einfällt,
wird das kreispolarisierte Licht in linear polarisiertes Licht mit
45° oder –45° unter Bezug
auf die Verzögerungsachse
umgewandelt. Eine kreispolarisierende Platte weist einen Polarisationsfilter
und eine Viertelwellenlängenplatte,
die aufeinandergeklebt sind, auf, wobei die Absorptionsachse und
die Verzögerungsachse einen
Winkel von 45° oder –45° unter Bezug
aufeinander bilden.
-
4 ist
eine Darstellung, die den Polarisationszustand jedes Abschnittes
des optischen Systems, das in 3 gezeigt
ist, zeigt. 4 zeigt den Sensorhauptkörper 10,
der das Lichtprojektionselement 1, das Lichtempfangselement 4,
eine erste Phasenverschiebungsplatte (Viertelwellenlängenplatte 28)
zur Umwandlung des ersten linear polarisierten Lichts (vertikal
polarisiertes Licht B2) in erstes kreispolarisiertes Licht B3 und
zweites kreispolarisiertes Licht (invers kreispolarisiertes Licht
B8) in erstes linear polarisiertes Licht (vertikal polarisiertes
Licht B9) und einen ersten Polarisationsfilter 26 umfasst.
Der erste Polarisationsfilter 26 wird zwischen dem Lichtempfangselement 4 und
der ersten Phasenverschiebungsplatte (Viertelwellenlängenplatte 28)
auf dem Lichtempfangsweg von dem Retroreflexionselement 30 zu
dem Lichtempfangselement 4 angeordnet und dient dazu, erstes
linear polarisiertes Licht (vertikal polarisiertes Licht B2 und
B10) hindurchzulassen.
-
4 zeigt
das Retroreflexionselement 30, das den Totalreflektor 32 zur
Retroreflexion des Lichts, eine zweite Phasenverschiebungsplatte
(Viertelwellenlängenplatte 38)
zur Umwandlung des ersten kreispolarisierten Lichts B3 in zweites
linear polarisiertes Licht (horizontal polarisiertes Licht B4) und zweites
linear polarisiertes Licht (horizontal polarisiertes Licht B7) in
zweites kreispolarisiertes Licht (invers kreispolarisiertes Licht
B8) und einen zweiten Polarisationsfilter 36 aufweist.
Der zweite Polarisationsfilter 36 ist zwischen der zweiten
Phasenverschiebungsplatte (Viertelwellenlängenplatte 38) und dem
Totalreflektor 32 auf dem Lichtprojektionsweg von dem Lichtprojektionselement 1 zu
dem Totalreflektor 32 angeordnet und dient dazu, das zweite
linear polarisierte Licht (horizontal polarisierte Licht B5 und
B7) hindurchzulassen.
-
Die
Viertelwellenlängenplatten 28 und 38 weisen
jeweils eine bestimmte Richtungsabhängigkeit (in der Richtung der
Verzögerungsachse)
auf und kreispolarisiertes Licht, das darauf einfällt, wird
in linear polarisiertes Licht mit einer festgelegten Richtung der
Polarisation umgewandelt. Die Polarisationsfilter 26 und 36 werden
vorher jeweils auf die Viertelwellenlängenplatten 28 und 38 mit
einem transparenten Kleber geklebt, so dass die Richtung der Polarisation
mit der Richtungsabhängigkeit
der Viertelwellenlängenplatten 28 und 38 übereinstimmt.
-
Obwohl
es schwer ist, die Richtungen zweier kleiner Elemente anzupassen,
ist es sehr viel leichter, einen großen Bogen Polarisationsfilter
auf einen großen
Bogen Viertelwellenlängenplatte
durch Anpassung deren Richtungen zu kleben. Folglich werden große Bögen Polarisationsfilter
und Viertelwellenlängenplatte
zuerst aufeinander geklebt und unter Verwendung einer Presse gestanzt,
um Elemente einer gewünschten
Form, die mit der Form des Fensters übereinstimmt, zu erhalten.
-
Wie
in 1 und 2 gezeigt, ist der Sensorhauptkörper 10 in
einem Gehäuse
aufgenommen, das ein sowohl als ein Lichtprojektionsfenster und
als ein Lichtempfangsfenster dienendes Lichtübertragungselement aufweist.
Die Phasenverschiebungsplatte und der Polarisationsfilter sind beide
derart angeordnet, dass sie dieses Licht aussendende Element überdecken.
Das Lichtempfangselement ist derart angeordnet, dass die Lichtempfangsrichtung quer
zur Richtung der Lichtprojektion durch das Lichtprojektionselement 1 sein
wird. Der Sensorhauptkörper 10 umfasst
ebenfalls den Halbspiegel 3, um entweder das projizierte
oder empfangene Licht hindurchzulassen und das andere zu reflektieren.
-
5 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Unterdrückung
reflektierten Lichts durch den Sensorhauptkörper 10 gemäß der ersten
Ausführungsform der
Erfindung. Wenn kreispolarisiertes Licht B3 von dem Lichtprojektionselement
des Sensorshauptkörpers 10 ausgestrahlt
wird, wählt
das Lichtempfangselement das invers kreispolarisierte Licht aus
und empfängt
dieses. Das kreispolarisierte Licht B3, das von dem Lichtprojektionselement
auf ein Werkstück 40 projiziert
wird, wird normal reflektiertes Licht (kreispolarisiertes Licht
B8X) ohne Änderung
des Polarisationszustandes, aber weil es in horizontal polarisiertes
Licht durch die Viertelwellenlängenplatte umgewandelt
wird, läuft
es nicht durch den Polarisationsfilter 26 hindurch und
wird nicht empfangen.
-
6 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Unterdrückung
reflektierten Lichts durch das Retroreflexionselement 30 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung. 6 zeigt das Retroreflexionselement 30 mit
dem Totalreflektor 32, dem Polarisationsfilter 36 und
der Viertelwellenlängenplatte 38,
die davor angeordnet ist. Wenn kreispolarisiertes Licht B3 durch
das Retroreflexionselement 30 empfangen wird, wird es in
horizontal polarisiertes Licht B4 durch die Viertelwellenlängenplatte 38 umgewandelt
und läuft
durch den Polarisationsfilter 36 derart hindurch, dass
horizontal polarisiertes Licht B5 auf den Totalreflektor 32 einfällt.
-
Von
dem Totalreflektor reflektiertes Licht B6 hat seinen Polarisationszustand
umgewandelt, läuft durch
den Polarisationsfilter 36 hindurch und weist nur seinen
linear polarisierten Anteil (horizontal polarisiertes Licht B7),
der herausgenommen wurde, auf. Danach läuft horizontal polarisiertes
Licht B7 durch die Viertelwellenlängenplatte 38, um
kreispolarisiertes Licht B8 zu werden, das gegenüber dem kreispolarisierten
Licht B3, das auf den Retroreflexionsabschnitt 30 einfällt, invertiert
ist. Wenn invers kreispolarisiertes Licht B8, das von dem Retroreflexionselement 30 reflektiert
wird, durch ein Werkstück 40 normal
reflektiert wird und wiederum auf das Retroreflexionselement 30 einfällt, ist
dies kreispolarisiertes Licht B3X, das invers zu dem kreispolarisierten
Licht B3, das von dem Sensorhauptkörper ausgesendet wurde. Das
invers kreispolarisierte Licht B3X wird in vertikal polarisiertes
Licht B4X durch die Viertelwellenlängenplatte 38 umgewandelt
und durch den Polarisationsfilter 36 abgeschirmt.
-
Die
Kombination der Viertelwellenlängenplatte 38 und
des Polarisationsfilters 36, die in dieser Ausführungsform
der Erfindung verwendet wird, wird allgemein als ein kreispolarisierender
Filter (Kreispolarisationsfilter), ein Lichtisolator oder ein reflexionsverhindernder
Filter bezeichnet. Anstatt einer Viertelwellenlängenplatte kann eine Kombination
aus einer Vielzahl von Wellenlängen(verzögerungs)platten
für dieselbe
Anwendung verwendet werden. Insbesondere gibt es in den letzten
Jahren einen angestiegenen Bedarf für reflexionsverhindernde Filter
für Anzeigebildschirme
und günstige
Produkte, die einen weiten Bereich von Wellenlängen entsprechen, sind kommerziell
erhältlich.
Diese Produkte können
zur Konstruktion eines optischen Systems gemäß der vorliegenden Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit niedrigen Kosten verwendet werden.
-
7 ist
eine Darstellung zur Erklärung
der Probleme, die mit einem Sensorhauptkörper 100, der einen
Polarisationsstrahlenteiler verwendet, zusammenhängen, das als ein Vergleichsbeispiel
dient.
-
Ein
Strahlenteiler wird allgemein zur Steuerung der Polarisation in
dem Fall eines Sensors vom Koaxialtyp verwendet. Der Sensorhauptkörper 100 aus 7 ist
dadurch charakterisiert, dass er einen Polarisationsstrahlenteiler 102 und
eine Linse 110 umfasst. Die Kosten des Polarisationsstrahlenteilers 102 sind
sehr viel höher
als die eines Halbspiegels, weil es für die Struktur notwendig ist,
dass sie eine durch Dampfabscheidung auf einem der beiden Glasprismen 104 und 106 gebildete
dünne Schicht aufweist,
wobei sie mit dem anderen Prisma zusammen zwischen ihnen liegt.
Ein Halbspiegel wird verwendet, wenn die Steuerung der Polarisation
in dem Fall eines Koaxialtyps nicht notwendig ist. Weil jeder Sensorhauptkörper 10,
der in 3–5 gezeigt ist,
einen Halbspiegel verwendet, wird ein Aufbau, wie ein Polarisationsstrah lenteiler,
nicht benötigt.
Der Halbspiegel 3 kann günstig durch Dampfabscheidung
einer dünnen
Schicht auf einer Glasplatte hergestellt werden.
-
In
dem Fall eines koaxialen optischen Systems unter Verwendung eines
Polarisationsstrahlenteilers, wie in 7 gezeigt,
wird darüber
hinaus eine Linse gemeinsam mit dem Lichttransmissionselement und
dem Lichtempfangselement verwendet. Wenn die Linse gemeinsam verwendet
wird, durchläuft
von einer Punktquelle emittiertes Licht C1 den Polarisationsstrahlenteiler 102 nicht
unter einem festen Winkel, wie es durch die Lichtstrahlen C2, C4
und C6 angezeigt ist. Aus diesem Grund kann im Gegensatz zu der
Situation des Lichts C5 mit einem richtigen Polarisationszustand,
eine Störung
des Polarisationszustandes, wie durch das Licht C3 und C7 gezeigt,
entstehen.
-
8 ist
eine Figur zur Darstellung eines Beispiels zur Lösung des Problems der Polarisationsstörungen,
die mit der Verwendung eines Polarisationsstrahlenteilers zusammenhängen. 8 zeigt ein
Beispiel des Sensorhauptkörpers 100A,
der einen Polarisationsstrahlenteiler 102 und eine Linse 112,
die derart angeordnet ist, dass ein Parallelstrahl durch die Linse 112 gewonnen
wird, bevor Licht den Polarisationsstrahlenteiler 102 durchläuft, aufweist. In
diesem Beispiel wird jedoch eine weitere Linse 114 für das Lichtempfangselement
notwendig und hierbei entsteht das Problem, dass das optische System sehr
groß wird.
Der Sensorhauptkörper 10 gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung ist fähig, dieses
Problem verglichen mit dem Beispiel aus 8 zu lösen.
-
Im
obigen können
die Positionen des lichtprojizierenden und -empfangenden Elements
vertauscht sein. 9 ist eine Figur zur Darstellung
der optischen Wege für
einen Sensorhauptkörper 10A, wobei
die Positionen des lichtprojizierenden und -empfangenden Elements
folglich vertauscht sind.
-
9 zeigt
den Sensorhauptkörper 10A mit einem
optischen System für
einen retroreflektiven photoelektrischen Sensor vom Koaxialtyp,
der einen Halbspiegel 3 und nur eine einzige Linse 6 als
auch einen Polarisationsfilter 26 und eine Viertelwellenlängenplatte 28,
die vor dieser Linse 6 angeordnet sind, aufweist. Im Ergebnis
wird von seiner Quelle emittiertes Licht aufgrund der Linse 6 parallel
und sauberes kreispolarisiertes Licht B3 wird ausgestrahlt. Folglich wird
sein normal reflektiertes Licht durch die Kombination der Viertelwellenlängenplatte 28 und
dem Polarisationsfilter 26, die ein optisches System für den Empfang
von nur invers kreispolarisiertem Licht bilden, abgeschirmt. Auf
diese Art und Weise ist es möglich,
einen retroreflektiven photoelektrischen Sensor vom Koaxialtyp zu
realisieren, der normal reflektiertes Licht nicht empfängt, während das
Problem der Polarisationsstörungen,
die für
ein System unter Verwendung eines Polarisationsstrahlenteilers typisch
sind, vermieden wird.
-
Im
Folgenden wird Bezug auf 10 zur
Erklärung,
wie die Abschwächung
der Lichtintensität
sichergestellt wird, wenn ein Werkstück, wie z. B. eine PET-Flasche,
die Doppelbrechungen verursacht, in den Nachweisbereich eines retroreflektiven
photoelektrischen Sensors eintritt, genommen. Weil das Konzept üblich für Sensoraufbauten
vom Doppellinsentyp ist, zeigt 10 einen
Sensorhauptteil 50 vom Doppellinsentyp.
-
Wie
in 10 gezeigt, empfängt der Sensorhauptkörper 50 Licht
mit einem unterschiedlichen Polarisationszustand als der des projizierten
Lichts. Sein Retroreflexionselement 52 dient nicht nur
dazu, die Polarisationsstörung
aufgrund eines Werkstückes
abzuschneiden, sondern auch dazu, das Einfallslicht, indem dessen
Polarisationszustand umgewandelt wird, zu reflektieren. Wenn projiziertes
Licht kreispolarisiert ist, kann „Licht mit unterschiedlichem Polarisationszustand
von dem des projizierten Lichts",
das in 10 angegeben ist, invers kreispolarisier tes
Licht sein. Wenn projiziertes Licht vertikal oder horizontal polarisiertes
Licht ist, kann es horizontal bzw. vertikal polarisiertes Licht
sein.
-
Folglich,
selbst wenn projiziertes Licht D1A durch Doppelbrechung in Licht
D2A mit dem gleichen Polarisationszustand und Licht D2B mit einem
unterschiedlichen Polarisationszustand, wenn es durch das Werkstück 54 hindurchläuft, getrennt
wird, wird Letzteres, wenn. es auf das Retroreflexionselement 52 einfällt, abgeschnitten.
Das Erstere (D2A) wird durch das Retroreflexionselement 52 in
reflektiertes Licht D3B mit einem unterschiedlichen Polarisationszustand
umgewandelt und fällt
wiederum auf das Werkstück 54 ein.
Wenn es durch das Werkstück 54 hindurchläuft, wird
es wiederum durch Doppelbrechung in Licht D4A mit dem gleichen Polarisationszustand
wie Licht D3B und Licht D4A mit einem unterschiedlichen Polarisationszustand
getrennt. Das Letztere (D4A) wird abgeschirmt, wenn es auf den Sensorhauptkörper 50 auftrifft.
-
Zusammenfassend
wird die Lichtkomponente, deren Polarisationszustand durch Doppelbrechung
an dem Werkstück 54 geändert wird,
danach abgeschnitten, wenn es auf das Retroreflexionselement 52 oder
den Sensorhauptkörper 50 auftrifft. Weil
die Menge an empfangenem Licht sich verringert, wenn das Werkstück 54 in
den optischen Weg eingesetzt wird, wird der Nachweis des Werkstückes 54 leichter.
-
11 dient
zum Zwecke der detaillierteren Erklärung des Konzepts aus 10 für den Fall
der ersten Ausführungsform
dieser Erfindung. Weil 11 von 4 nur in
der Weise unterschiedlich ist, dass das Werkstück 54, wie z. B. eine
PET-Flasche, die eingerichtet ist, Doppelbrechung zu verursachen,
eingesetzt ist, werden Aufbauelemente des Sensorhauptkörpers 10 und
das Retroreflexionselement 30 nicht nochmal beschrieben.
-
Wenn
projiziertes Licht B1 von dem Lichtprojektionselement 1 den
Polarisationsfilter 26 erreicht, läuft vertikal polarisiertes
Licht B2 selek tiv hindurch und wird durch die Viertelwellenlängenplatte 28 in kreispolarisiertes
Licht B3 umgewandelt. Ein Teil dieses kreispolarisierten Lichts
B3 wird, wenn es durch das Werkstück 54 hindurchläuft, in
Licht B3D mit einem gestörten
Polarisationszustand, umgewandelt. Licht B3D wird in Licht B4D,
wenn es durch die Viertelwellenlängenplatte 38 hindurchläuft umgewandelt. Licht
B4D wird durch den Polarisationsfilter 36 abgeschnitten,
weil sein Polarisationszustand unterschiedlich von dem Licht B4
aus 4 ist. Mit anderen Worten wird der Lichtanteil
mit seinem durch Doppelbrechung geänderten Polarisationszustand an
der durch einen Pfeil P1 angegebenen Position abgeschirmt und nur
der nicht durch die Doppelbrechung beeinflusste Anteil erreicht
den Totalreflektor 32 als horizontal polarisiertes Licht
B5.
-
Eine Änderung
im Polarisationszustand tritt durch den Totalreflektor 32 auf,
wie oben unter Bezug auf 23 und 24 erklärt,
um Licht B6 zu reflektieren. Aus den Anteilen dieses reflektierten
Lichts B6 durchläuft
nur horizontal reflektiertes Licht B7 ausgewählt den Polarisationsfilter 36 und
wird in invers kreispolarisiertes Licht B8 durch die Viertelwellenlängenplatte 38 umgewandelt.
-
Wenn
invers kreispolarisiertes Licht B8 auf das Werkstück 54 einfällt, wird
einer seiner Anteile in Licht B8D, das eine Polarisationsstörung aufweist, umgewandelt.
Licht B8D, das die Viertelwellenlängenplatte 38 durchläuft wird
in Licht B9D umgewandelt, das durch den Polarisationsfilter 36 abgeschnitten
wird, weil sein Polarisationszustand unterschiedlich von dem Licht
B9 aus 4 ist. Mit anderen Worten wird der Lichtanteil
mit seinem durch Doppelbrechung geänderten Polarisationszustand
an der durch einen Pfeil P2 angegeben Position abgeschirmt und nur
der nicht durch Doppelbrechung beeinflusste Anteil erreicht das
Lichtempfangselement 4 als vertikal polarisiertes Licht
B10.
-
Folglich
werden die Lichtanteile, deren Polarisationszustände durch Doppelbrechung an
dem Werkstück 54 geändert werden,
in zwei Prozessen, sowohl auf dem Weg durch das Retroreflexionselement 30,
angezeigt durch den Pfeil P1, hindurch als auch auf dem Weg durch
den Sensorhauptkörper 10, angezeigt
durch den Pfeil P2 hindurch abgeschnitten. Weil die Menge an empfangenem
Licht zuverlässig
vermindert ist, wenn das Werkstück 54 in
den optischen Weg eingesetzt ist, wird der Nachweis durch das Lichtempfangselement 4 sehr
viel leichter.
-
Wenn
Licht durch ein mehr oder weniger transparentes Material hindurchläuft, wird
seine Intensität
um ungefähr
10% abgeschwächt.
In dem Fall einer hohlen PET-Flasche, die oben beschrieben wurde,
wird die Intensität
um ungefähr
1 – 0,94 = 34% abgeschwächt. Wenn polarisiertes Licht
in den Zustand von regellos polarisiertem Licht durch eine PET-Flasche
gestört
wird, ist im Gegensatz dazu, die Abschwächung in der Lichtintensität durch
das optische System, das oben beschrieben wurde, 50% durch den Reflektor
und 50% durch den Sensor. Folglich ist die Totalabschwächung durch
das optische System 1 – 0,52 × 0,94 = 84%. Im Prinzip jedoch ist die Abschwächung um
100% durch Doppelbrechung in Abhängigkeit
des Zustandes der Doppelbrechung durch ein Zielobjekt für den Nachweis
denkbar. Experimentell wurde eine Abschwächung durch ein optisches System
dieser Erfindung in einem Bereich von 98% bis 83% beobachtet.
-
Weil
kreispolarisiertes Licht ausgestrahlt und empfangen wird, müssen die
Richtungen des Sensorhauptkörpers
und des Retroreflexionselementes gemäß dieser Erfindung nicht genau
miteinander korrelieren.
-
Verschiedene
optische Systeme sind zur Umwandlung einer Polarisationsstörung aufgrund
eines Objekts mit einer Doppelbrechungscharakteristik in Abschwächung des
Lichts sowohl seitens des Sensors als auch des Reflektors denkbar. 12 ist
eine konzeptionelle Darstellung eines optischen Systems gemäß einer Änderung
der ersten Ausführungsform dieser
Erfindung mit einem Sensorhauptkörper 56, der
ein gerichtet ist, Licht mit dem gleichen Polarisationszustand wie
dem des ausgesendeten Lichts zu empfangen. Sein Retroreflexionselement 58 dient nicht
nur dazu, die Polarisationsstörung,
die durch ein eingesetztes Werkstück 54 verursacht wird,
abzuschneiden, sondern auch Licht mit dem gleichen Polarisationszustand
wie dem des Einfallslichts zu reflektieren.
-
Im
Ergebnis, wenn das projizierte Licht E1A das Werkstück 54 durchläuft und
sich durch seine Doppelbrechung in Licht E2A mit dem gleichen Polarisationszustand
und Licht E2B mit einem unterschiedlichen Polarisationszustand teilt,
wird Letzteres (E2B), wenn sie auf das Retroreflexionselement 58 einfallen,
abgeschnitten. Das Erstere (E2A) wird durch das Retroreflexionselement 58 als
reflektiertes Licht E3A mit dem gleichen Polarisationszustand reflektiert
und fällt
wiederum auf das Werkstück 54 ein. Wenn
es durch das Werkstück 54 hindurchläuft, teilt sich
Licht E3A durch Doppelbeugung in Licht E4A mit dem gleichen Polarisationszustand
wie dem des transmittierten Lichts E1A und in Licht E4B mit einem unterschiedlichen
Polarisationszustand. Das Letztere (E4B) wird abgeschnitten, wenn
sie auf den Sensorhauptkörper 56 einfallen.
-
Im
Ergebnis wird, weil die Lichtanteile, deren Polarisationszustand
durch Doppelbrechung durch das Werkstück 54 umgewandelt
wird, später
durch das Retroreflexionselement und das Sensorhauptelement abgeschnitten
werden und die Menge an empfangenem Licht sich verringert, wenn
das Werkstück 54 in
den optischen Weg eingesetzt ist, der Nachweis des Werkstückes durch
das Lichtempfangselement leichter.
-
13 ist
eine detailliertere strukturelle Darstellung eines Sensors vom Koaxialtyp.
Das in 13 gezeigte optische System
ist das gleiche wie in 11 mit der Ausnahme, dass die
Viertelwellenlängenplatten 28 und 38 entfernt
sind und, dass der Polarisationsfilter 36 durch einen weiteren
Polarisationsfilter 36A, der die gleiche Polarisationsrichtung wie
der des Polarisationsfilters 26 aufweist, ersetzt ist.
-
In
diesem optischen System wird linear polarisiertes Licht F3 ausgestrahlt
und fällt
auf den Totalreflektor 32 durch den Polarisationsfilter 36A,
der davor angeordnet ist, ein. Der Polarisationszustand wird durch
den Totalreflektor 32 in reflektiertes Licht F6 umgewandelt
und nur sein linear polarisierter Anteil F8 durchläuft den
Polarisationsfilter 36A in Richtung des Sensorhauptkörpers 60 und
wird durch das Lichtempfangselement 4 durch den Polarisationsfilter 26 hindurch
empfangen.
-
Wenn
ein Werkstück 54 mit
einer Doppelbrechungscharakteristik vorhanden ist, wird der Polarisationszustand
dadurch gestört
und die gestörten Polarisationsanteile
des gestörten
Projektionslichts F3D werden durch den Polarisationsfilter 36A vor dem
Totalreflektor 32 abgeschnitten, so dass nur der linear
polarisierte Anteil F5 auf den Totalreflektor 32 einfällt und,
wie oben erklärt,
wird linear polarisiertes licht F8 in Richtung des Sensorhauptkörpers reflektiert.
Die gestörten
Polarisationsanteile F8D des reflektierten Lichts durch das Werkstück 54 werden
auf gleiche Weise durch den Polarisationsfilter 26 des Sensorhauptkörpers 60 abgeschnitten,
so dass nur der linear polarisierte Anteil F10 durch das Lichtempfangselement 4 empfangen
wird.
-
Obwohl
dieses optische System aus 13, das
keine Phasenverschiebungsplatte sondern nur Polarisationsfilter
verwendet, darin den Nachteil hat, dass es Gegenstand schädlicher
Wirkungen normal reflektierten Lichts von dem Werkstück 54 ist,
tritt die Abschwächung
des Lichts während
der Prozesse, angegeben durch Pfeile P3 und P4, auf und Wirkungen ähnlich zu
denen, die oben unter Bezug auf 11 erklärt wurden,
werden im Hinblick auf Doppelbrechungen erreicht.
-
Wie
die erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wurden Beispiele oben erklärt, in denen
die Erfindung auf Sensoren vom Koaxialtyp angewendet wurde. Im Folgenden
werden Beispiele der Ver wendung der Erfindung auf Sensoren vom Doppellinsentyp
als die zweite Ausführungsform
der Erfindung erklärt.
Das Grundkonzept ist das gleiche, wie oben unter Bezug auf 10 und 12 erklärt, und
wird daher nicht wieder beschrieben werden. Sein Retroreflexionselement
ist ebenfalls gleich und wird daher nicht wieder erklärt werden.
-
14 ist
eine Schnittansicht eines Sensors vom Doppellinsentyp, der diese
Erfindung verkörpert, die
einen Sensorhauptkörper 70 zeigt,
der ein auf der Vorderoberfläche
mit einem Fenster vorgesehenes Gehäuse, in das eine kreispolarisierende
Platte 78 derart eingesetzt ist, dass sie eine Lichtempfangslinse 77 und
eine Lichtprojektionslinse 76 überdeckt, aufweist. Die Lichtprojektionslinse 76 wird
durch ein Halteelement 72 des Lichtprojektionselementes
gehaltert und die Lichtempfangslinse 77 wird durch ein Stützelement 75 des
Lichtempfangselementes gehaltert. Das Lichtprojektionselement 71 ist
derart angeordnet, dass sein lichtemittierendes Element im Brennpunkt
der Lichtprojektionslinse 76 liegt. Das Empfangselement 74 ist
im Brennpunkt der Lichtempfangslinse 77 angeordnet. Die
lichtprojizierende Linse 76 dient dazu, Licht von dem Lichtprojektionselement 71 als
ein Parallelstrahl in Richtung einer Retroreflexionsplatte (nicht
gezeigt) auszustrahlen und die Lichtempfangslinse 77 dient
dazu reflektiertes Licht von der Retroreflexionsplatte, das parallel zu
dem projizierten Lichtstrahl ist, auf das Lichtempfangselement 74 zu
bündeln.
-
Obwohl 14 ein
Beispiel mit dem Lichtprojektionselement an einem unteren Abschnitt
und das Lichtempfangselement an einem oberen Abschnitt des Sensorhauptkörpers 70 darstellt,
können ihre
Positionen vertauscht werden.
-
15, bestehend aus 15A, 15B und 15C,
ist für
die Darstellung der optischen Elemente des Sensorhauptkörpers optischer
Systeme der zweiten Ausführungsform
dieser Erfindung und ist ein Vergleichsbeispiel.
-
15A zeigt einen Sensorhauptkörper 200 vom Doppellinsentyp
als ein Vergleichsbeispiel, der ein Lichtprojektionselement mit
einem lichtprojizierenden Element 201, einer Linse 206 und
einem Polarisationsfilter 209H, der eine horizontal polarisierende
Richtung aufweist, und ein Lichtempfangselement mit einem Polarisationsfilter 209V,
der eine vertikal polarisierende Richtung aufweist, eine Linse 207 und
ein Lichtempfangselement 204 umfasst.
-
16, bestehend aus 16A und 16B, zeigen Problempunkte des Sensorhauptkörpers vom
Doppellinsentyp des Vergleichsbeispiels. Wenn die Polarisationsrichtungen
der Polarisationsfilter 209H und 209V aus 15A richtig, wie in 16A gezeigt,
eingestellt sind, wird Licht, das durch das Werkstück 40 normal
reflektiert wird, durch den Polarisationsfilter 209V abgeschattet
und daher nicht empfangen. Wenn die Polarisationsrichtungen der
Polarisationsfilter 209H und 209V aus 15A nicht richtig, wie in 16B gezeigt,
eingestellt sind, wird ein Teil des von dem Werkstück 40 normal
reflektierten Lichts durch den Polarisationsfilter 209V hindurchgestreut
und empfangen. Im Ergebnis steigt die Menge an empfangenem Licht
an und dies kann einen Fehler beim Nachweis verursachen.
-
Der
Sensorhauptkörper 70 gemäß der zweiten
Ausführungsform
der Erfindung ist in 15B gezeigt. Wie in 14 gezeigt,
ist er in einem Gehäuse
enthalten, das ein Lichtprojektionsfenster und ein Lichtempfangsfenster,
die nebeneinander vorgesehen sind, aufweist und beinhaltet nicht
nur das Lichtprojektionselement 71, die Lichtprojektionslinse 76,
die Lichtempfangslinse 77 und das Lichtempfangselement 74,
sondern auch eine Viertelwellenlängenplatte 80 und
einen Polarisationsfilter 79, die derart angeordnet sind,
dass sie das Lichtprojektionsfenster und das Lichtempfangsfenster überdecken.
-
Die
Viertelwellenlängenplatte 80 weist
eine bestimmte Richtungsabhängigkeit
(Richtung der Verzögerungsachse)
auf. Wenn kreispolari siertes Licht einfällt, wird es in linear polarisiertes
Licht mit einer bestimmten Polarisationsrichtung umgewandelt. Der Polarisationsfilter 79 wird
vorher auf die Viertelwellenlängenplatte 80 mit
einem transparenten Kleber derart geklebt, dass seine Polarisationsrichtung
mit der Richtungsabhängigkeit
der Viertelwellenlängenplatte 80 übereinstimmt.
-
Mit
der in 15B gezeigten Struktur wird
es unnötig,
die Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters 79 für den Sensorhauptkörper einzustellen. Folglich
wird der Aufbau des Sensorhauptkörpers einfacher.
Weil kreispolarisiertes Licht ausgetauscht wird, müssen die
Einstellabschnitte des Sensorhauptkörpers und des retroreflektierenden
Elementes nicht genau übereinstimmen.
-
Folglich
kann die zweite Ausführungsform dieser
Erfindung die Problempunkte herkömmlicher retroreflektiver
photoelektrischer Sensoren vom Doppellinsentyp, die sich auf die
Einstellung des Polarisationsfilters zur Steuerung der Polarisation
beziehen, adressieren. Polarisationsfilter werden zum Abschneiden
normal reflektierten Lichts von einem Zielobjekt zu dem Lichtempfangselement
für den
Nachweis verwendet, aber ihre Polarisationsrichtungen müssen senkrecht
zueinander zwischen den lichtprojizierenden und empfangenden Elementen
sein. Wenn sie nicht senkrecht zu einander sind, streut normal reflektiertes
Licht und ein Fehler könnte
in dem Fall eines Zielobjekts mit einer Spiegeloberfläche, wie
unter Bezug auf 16 oben erklärt wurde, auftreten.
Dieses Problem kann unter Verwendung des Sensors eines optischen
Systems, das diese Erfindung verkörpert, vermieden werden. Wenn
eine Kombination eines Polarisationsfilters und einer Viertelwellenlängenplatte
vor den lichtaussendenden und -empfangenden Elementen, wie oben
erklärt
wurde, angeordnet wird, kann normal reflektiertes Licht von einem
Zielobjekt abgeschnitten werden und das Problem einer Winkelabweichung,
das sich auf die Polarisationsfilter bezieht, kann ebenso verhindert
werden. Die Anzahl von Aufbauelementen wird eben falls verringert
und die Anzahl von Aufbauschritten kann vermindert werden.
-
Der
Sensorhauptkörper
kann wie in 15C gezeigt, verändert werden. 15C zeigt einen weiteren Sensorhauptkörper 70A,
der eine Abänderung dieser
Erfindung ist und der gleich ist wie der Sensorhauptkörper 70 mit
Ausnahme, dass er einen anderen Polarisationsfilter 79A (anstatt
des Polarisationsfilters 79), der nur das Lichtempfangselement überdeckt,
und eine Laserdiode LD für
die Ausstrahlung linear polarisierten Lichts (anstatt des lichtaussendenden
Elementes 71) umfasst. Der Sensorhauptkörper 70A, der so aufgebaut
ist, hat den Vorteil, dass die Richtungen des Sensorhauptkörpers und
des retroreflektierenden Elementes nicht genau angepasst werden
müssen,
obwohl die Polarisationsrichtung der Laserdiode LD und die Richtung
der Viertelwellenlängenplatte
angepasst werden müssen.
-
Als
die erste Ausführungsform
der Erfindung wurden Beispiele beschrieben, in denen die Erfindung
auf einen Sensor vom Koaxialtyp angewendet wurde. Als zweite Ausführungsform
der Erfindung wurden Beispiele beschrieben, in denen die Erfindung
auf einen Sensor vom Doppellinsentyp angewendet wurde.
-
Als
zweite Ausführungsform
der Erfindung wurden Beispiele beschrieben, in denen die Erfindung
auf einen Sensor vom Doppellinsentyp angewendet wurde. Diese Erfindung
kann ebenfalls auf photoelektrische Sensoren vom Optischfasertyp
als die dritte Ausführungsform
angewendet werden. Weil das Konzept der dritten Ausführungsform
im Wesentlichen das gleiche ist, wie oben unter Bezug auf die 10 und 12 erklärt wurde,
wird es nicht wieder erklärt
werden. Das retroreflektierende Element ist das gleiche wie für die erste
Ausführungsform.
-
17 ist
eine Diagonalansicht eines Sensorhauptkörpers 150 eines photoelektrischen
Sensors vom Optischfasertyp gemäß der dritten
Ausführungsform
dieser Erfindung, die ihn mit einem Verstärkerab schnitt 151,
einem Kopfabschnitt 152 und optischen Glasfasern 162 und 163,
die den Verstärkerabschnitt 151 und
den Kopfabschnitt 152 verbinden, zeigt. Wie gesehen werden
kann ist der Sensorhauptkörper 150 in
den Verstärkerabschnitt 151 und den
Kopfabschnitt 152 geteilt. Mit anderen Worten der Sensorhauptkörper 150 braucht
nicht ein einziges Gehäuse
sein, sondern kann zwei oder mehrere physisch getrennte Elemente
aufweisen. Obwohl nicht genau dargestellt, sind ein lichtprojizierendes Element
und ein lichtempfangendes Element in dem Verstärkerabschnitt 151 enthalten.
Eine Phasenverschiebungsplatte und ein Polarisationsfilter sind
in dem Kopfabschnitt 152, der von dem Verstärkerabschnitt 151 getrennt
ist, enthalten.
-
17 zeigt
den Sensorhauptkörper 150 mit seiner
transparenten oberen Abdeckung 172, die geöffnet ist.
Die lichtprojizierende optische Faser 162 und die lichtempfangende
optische Faser 163 sind in den Vorderabschnitt eines Gehäuseelementes 171, das
aus einem Plastikmaterial hergestellt ist, eingesetzt, wobei sie
durch die Bedienung eines Klemmhebels 173 befestigt werden.
Das elektrische Kabel 174 beinhaltet eine Faser zur Erdung,
eine Faser für eine
positive Spannungsquelle, eine Faser für die Nachweisausgabe und eine
Faser für
die Diagnoseausgabe.
-
Die
transparente obere Abdeckung 172 ist an das Gehäuseelement 171 derart
angebracht, dass es sich öffnen
und schließen
lässt.
Anzeigevorrichtungen 175 und 176, Bedienknöpfe 177, 178 und 179 und
Führungshebel 180 und 181 sind
auf der oberen Oberfläche
des Gehäuseelementes 171 vorgesehen,
die aufgedeckt werden, wenn die obere Abdeckung 172 in
dem geöffneten
Zustand ist.
-
18 ist
eine schematische Ansicht zur Erklärung des ersten Aufbaubeispiels
des Kopfelementes 152 aus 17, das
die lichtprojizierenden und -empfangenden optischen Fasern 162 und 163 verbunden
mit dem Kopfelement 152A zeigt.
-
Das
Kopfelement 152A beinhaltet eine Lichtprojektionslinse 76,
eine Lichtempfangslinse 77 und eine kreispolarisierende
Platte 78, die eine Viertelwellenlängenplatte 80 und
einen Polarisationsfilter 79 beinhaltet. Die Viertelwellenlängenplatte 80 und der
Polarisationsfilter 79 sind beide derart angeordnet, dass
sie das lichtprojizierende und -empfangende Fenster des Kopfelementes 152A überdecken. Die
Struktur dieses Kopfelementes 152A entspricht der des photoelektrischen
Sensors vom Doppellinsentyp, der in 15B gezeigt
ist.
-
Das
Licht, das von der lichtprojizierenden optischen Faser 162 durch
den Polarisationsfilter 79 und die Viertelwellenlängenplatte 80 in
Richtung des retroreflektierenden Elementes 30 projiziert
wird, wird kreispolarisiert.
-
Das
retroreflektierende Element 30 beinhaltet eine kreispolarisierende
Platte 34 und einen Totalreflektor 32. Die kreispolarisierende
Platte 34 beinhaltet einen Polarisationsfilter 36 und
eine Viertelwellenlängenplatte 38.
Wenn das retroreflektierende Element 30 kreispolarisiertes
Licht reflektiert, wird es in invers kreispolarisiertes Licht umgewandelt,
das in Richtung des Kopfelementes 152A läuft. Wenn
es durch die kreispolarisierende Platte 78 des Kopfelementes 152A hindurchläuft, wird
das invers kreispolarisierte Licht in vertikal polarisiertes Licht
umgewandelt und fällt
auf die lichtempfangende Faser 163 ein.
-
19 ist
eine schematische Darstellung zur Erklärung des zweiten Aufbaubeispiels
des Kopfelementes 152 aus 17, die
ein weiteres Kopfelement 152B, das mit einer kombinierten
(vereinigten) optischen Faser 160, die die lichtprojizierende
optische Faser 162 und die lichtempfangende optische Faser 163 vereint,
verbunden ist, zeigt. Das Kopfelement 152B ist mit einer
Linse 6 und einer kreispolarisierenden Platte 24,
die eine Viertelwellenlängenplatte 28 und
einen Polarisationsfilter 26 beinhaltet, vorgesehen. Der
Aufbau dieses Kopfelementes 152B entspricht dem des photoelektrischen
Sensors, der in 3 gezeigt ist.
-
20 ist
eine Schnittansicht der optischen Faser 160 aus 19,
gesehen entlang der Linie 20-20.
-
Die
optische Faser 160 aus 19 und 20 weist
eine lichtprojizierende optische Faser 162 in ihrer Mitte,
umgeben mit einer Vielzahl an lichtempfangenden optischen Fasern 163,
auf. An ihrem Endteil in der Nähe
des Verstärkerelementes 151 werden
die lichtempfangenden optischen Fasern 163 von den lichtprojizierenden
optischen Fasern 162 getrennt und treten in die Verbindungsöffnungen
auf der Seite des lichtempfangenden Elements ein. Die lichtprojizierende
optische Fase 162 wird in eine weitere Verbindungsöffnung auf
der Seite des lichtprojizierenden Elements eingesetzt.
-
Licht,
das von der lichtprojizierenden optischen Faser 162 durch
den Polarisationsfilter 26 und die Viertelwellenlängenplatte 28 in
Richtung des retroreflektierenden Elements 30 projiziert
wird, wird kreispolarisiert.
-
Das
retroreflektierende Element 30 beinhaltet eine kreispolarisierende
Platte 34 und einen Totalreflektor 32. Die kreispolarisierende
Platte 34 umfasst einen Polarisationsfilter 36 und
eine Viertelwellenlängenplatte 38.
Wenn das retroreflektierende Element 30 kreispolarisiertes
Licht reflektiert, wird es in invers kreispolarisiertes Licht umgewandelt,
das in Richtung des Kopfelementes 152B läuft. Wenn
es die kreispolarisierende Platte 24 des Kopfelementes 152 durchläuft, wird
das invers kreispolarisierte Licht in vertikal polarisiertes Licht
umgewandelt und fällt
auf die lichtempfangende Faser 163 ein.
-
Gemäß der dritten
Ausführungsform
dieser Erfindung werden unerwünschte
Rauschanteile, wie z. B. von anderem als dem Reflektor reflektierten Licht,
entfernt, so dass die Menge des durch das lichtempfangende Element
empfangene Licht zuverlässig
vermindert und folglich der Nachweis durch das lichtempfangende
Element einfacher wird. Zuverlässige
Ergebnisse werden ebenfalls durch Unterdrückung der Vier telwellenlängenplatten
von dem Sensorhauptkörper
und dem Reflektor, wie in 18 und 19 gezeigt,
erreicht.
-
Obwohl
die Erfindung oben unter Bezug auf eine begrenzte Anzahl von Ausführungsformen
beschrieben worden ist, wird durch sie nicht beabsichtigt, den Umfang
dieser Erfindung einzuschränken. Es
ist nur beabsichtigt, dass sie darstellend sind und viele Veränderungen
und Modifikationen, die für
einen Fachmann offensichtlich sein können, sind beabsichtigt, innerhalb
des Umfangs dieser Erfindung zu sein.