DE102007063703B4

DE102007063703B4 - Retroreflektiver photoelektrischer Sensor

Info

Publication number: DE102007063703B4
Application number: DE102007063703.0A
Authority: DE
Inventors: Motoharu Okuno
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2006-10-30
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2019-12-05
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: US7751042B2; CN101173894B; JP4158828B2; CN101697017B; DE102007051574A1; CN101697017A; US20080180667A1; JP2008112629A; CN101173894A

Abstract

Retroreflektiver photoelektrischer Sensor, welcher umfasst:einen Sensorhauptkörper (60), der ein Lichtprojektionselement (1) und ein Lichtempfangselement (4) aufweist, wobeider Sensorhauptkörper (60) in einem Gehäuse aufgenommen ist, das mit einem lichtdurchlässigen Teil ausgestattet ist, der sowohl als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster dient, wobei das von dem Lichtprojektionselement (1) ausgestrahlte Licht den lichtdurchlässigen Teil durchläuft und reflektiertes Licht durch den lichtdurchlässigen Teil hindurch von dem Lichtempfangselement empfangen (4) wird,ein erster Polarisationsfilter (26) so angeordnet ist, dass er den lichtdurchlässigen Teil derart überdeckt, dass nur erstes linear polarisiertes Licht (F3) von dem lichtdurchlässigen Teil ausgestrahlt wird, und nur erstes linear polarisiertes reflektiertes Licht (F8) von dem Lichtempfangselement (4) selektiv empfangen wird,das Lichtempfangselement (4) derart angeordnet ist, dass es Licht in einer Richtung quer zu der Lichtprojektionsrichtung des Lichtprojektionselementes (1) empfängt, undder Sensorhauptkörper (60) weiterhin einen Halbspiegel (3) umfasst, der dazu dient, entweder von dem Lichtprojektionselement (1) projiziertes Licht oder von dem Lichtempfangselement (4) durch den lichtdurchlässigen Teil und den Polarisationsfilter (26) hindurch empfangenes Licht hindurchzulassen, und das andere des projizierten Lichts und des empfangenen Lichts zu reflektieren; undeinen retroreflektierenden Teil (62), der Einfallslicht reflektiert, indem er das Einfallslicht in das reflektierte Licht, das nur das erste linear polarisierte reflektierte Licht (F8) umfasst, umwandelt, wobeider retroreflektierende Teil (62) einen Reflektor (32), der Licht retroreflektiert und einen zweiten Polarisationsfilter (36A), der auf einer Lichteinfallsseite des Reflektors (32) angeordnet ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht (F3) selektiv hindurchzulassen, umfasst.

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen photoelektrischen Sensor retroreflektiver Art, als auch auf seinen Hauptkörper und sein retroreflektives Teil.
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. Retroreflexion 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 Lichtprojektionsteil des Sensorhauptkörpers 310 ausgestrahlt wurde, wobei das reflektierte Licht durch den Lichtempfangsteil 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 den Lichtempfangsteil des Sensors erreicht.
22 (bestehend aus 22A, 22B, 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 den Lichtempfangsteil 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.
22B 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 den Lichtempfangsteil 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 und reflektiertes Licht durch den Lichtempfangsteil des Sensorhauptkörpers 310 empfangen wird. 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 ausgenutzt und das von solch einem Zielobjekt 307B reflektierte Licht 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 307B mit der Spiegeloberfläche empfangen wird, durch den Lichtempfangsteil 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 den Lichtempfangsteil 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 zirkular polarisiertes Licht IN einfällt.
Änderungen des Polarisationszustandes treten in dem Fall eines Totalreflexionsreflektors auf, wobei vertikale Polarisation in horizontale Polarisation geändert und Zirkularpolarisation in invertierte Zirkularpolarisation 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. Hinsichtlich dieses Problems kann das von dem Zielobjekt gestreut reflektierte Licht durch einen Unterschied in der Reflektivität des Reflektors oder durch Mittel geometrischer Optiken erkannt werden. In dem Fall eines Zielobjekts mit einer Spiegeloberfläche, 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 an den Lichtprojektions- und Lichtempfangsteilen 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 -empfangsteile unterschiedliche optische Achsen aufweisen, und den Koaxialtyp, wobei die optischen Achsen der Lichtprojektions- und -empfangsteile 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 einen Lichtprojektionsteil und einen Lichtempfangsteil aufweist. Der Lichtprojektionsteil umfasst eine lichtemittierende Diode (LED) 311, eine Linse 316 und einen Polarisationsfilter 319H. Der Lichtempfangsteil 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 zueinander 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 es, weil Licht, das durch dieses Objekt gewöhnlich reflektiert wird, horizontal polarisiert bleibt, 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, durchläuft den Polarisationsstrahlenteiler 419, und erreicht das Lichtempfangselement 414. 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 JP 2002 - 279 870 A und JP H06- 93 521 B2 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 nachzuweisen. 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 deutlich 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 bei Anwesenheit einer PET-Flasche 307 kann er 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 bei Anwesenheit der PET-Flasche 307 kann er zurück in Richtung des Lichtempfangsteils 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 bei Anwesenheit der PET-Flasche 307 kann er in eine konvergierende Richtung in Richtung des Lichtempfangsteils, 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 Lichtempfangsteils, wie durch den Pfeil K13 gezeigt, laufen.
Wenn solch zusätzliches Licht in den Lichtempfangsteil einfällt, neigt der Lichtempfangsteil, der dahingehend tendiert, sehr kleine Abschwächungen von Licht nachzuweisen, zu einer Fehlfunktion. Mit anderen Worten kann eine ausreichende Abschwächung des Lichts nicht erreicht werden, wenn die Zielobjekte dünner gemacht werden und die Effekte konvergierenden Lichts und reflektierten Lichts verursachen das 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 den Lichtempfangsteil 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 den Lichtempfangsteil 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, indem die Polarisation ausgenutzt wird, existieren, diese Technologien wegen des Problems der Doppelbrechungen durch PET-Flaschen und der Unvollständigkeit der Polarisationsänderung durch den Reflektor nicht ausgenutzt werden.
Weiterer Stand der Technik findet sich in den Dokumenten DE 198 01 632 A1 , US 4 847 488 A , JP H06 111 694 A , DE 198 10 231 A1 , DE 19 34 321 A , DE 19 46 993 A und DE 42 38 116 A1 .
Überblick über die Erfindung
Eine Aufgabe dieser Erfindung ist es, einige der Probleme, die mit herkömmlichen retroreflektiven photoelektrischen Sensoren zusammenhängen, zu lösen.
Diese Aufgabe wird mit einem retroreflektiven photoelektrischen Sensor gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ein retroreflektiver photoelektrischer Sensor gemäß einem Vergleichsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass er einen Sensorhauptkörper, der einen Lichtprojektionsteil, der erstes zirkular polarisiertes Licht ausstrahlt, und einen Lichtempfangsteil, der, wenn eine Mischung aus dem ersten zirkular polarisierten Licht und zweiten zirkular polarisierten Licht, das von dem ersten zirkular polarisierten Licht unterschiedlich polarisiert ist, darauf einfällt, das zweite zirkular polarisierte Licht selektiv empfängt und einen retroreflektierenden Teil, der das erste zirkular polarisierte Licht durch Umwandlung in reflektiertes Licht, das das zweite zirkular polarisierte Licht enthält, reflektiert, umfasst.
Vorzugsweise umfasst der Sensorhauptkörper gemäß dem Vergleichsbeispiel ein Lichtprojektionselement, ein Lichtempfangselement, eine erste Phasenverschiebungsplatte, die erstes linear polarisiertes Licht in erstes zirkular polarisiertes Licht und das zweite zirkular polarisierte Licht in erstes linear polarisiertes Licht umwandelt und einen ersten Polarisationsfilter, der zwischen dem Lichtempfangselement und der ersten Phasenverschiebungsplatte auf einem optischen Weg von dem retroreflektierenden Teil zu dem Lichtempfangselement angeordnet ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht selektiv hindurchzulassen.
Im obigen kann der Sensorhauptkörper gemäß dem Vergleichsbeispiel weiterhin in einem Gehäuse aufgenommen sein, das mit einem lichtdurchlässigen Teil, der sowohl als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster dient, wobei die Phasenverschiebungsplatte und der erste Polarisationsfilter derart angeordnet sein können, dass sie den lichtdurchlässigen Teil überdecken, ausgestattet ist, das Lichtempfangselement kann derart angeordnet sein, dass es Licht in einer 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 gemäß dem Vergleichsbeispiel 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 gemäß dem Vergleichsbeispiel in einem Gehäuse aufgenommen sein, das mit einem Lichtprojektionsfenster und einem Lichtempfangsfenster, die nebeneinander angeordnet sind, ausgestattet ist, wobei die erste Phasenverschiebungsplatte und der erste Polarisationsfilter derart angeordnet sein können, dass die Phasenverschiebungsplatte das Lichtprojektionsfenster und das Lichtempfangsfenster und der erste Polarisationsfilter das Lichtempfangsfenster überdeckt, und das Lichtprojektionselement kann ein laserprojizierendes Element umfassen, das das vorher erwähnte erste linear polarisierte Licht ausstrahlt.
Weiterhin alternativ kann gemäß dem Vergleichsbeispiel das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement in einem Verstärkerteil angeordnet sein, die erste Phasenverschiebungsplatte und der erste Polarisationsfilter in einem Kopfteil angeordnet sein, der von dem Verstärkerteil getrennt ist, und der Sensorhauptkörper kann weiterhin optische Fasern umfassen, die den Verstärkerteil und den Kopfteil verbinden.
Weiterhin vorteilhaft kann gemäß dem Vergleichsbeispiel der reflektierende Teil einen Reflektor, der Licht retroreflektiert, eine zweite Phasenverschiebungsplatte, die das erste zirkular polarisierte Licht in zweites linear polarisiertes Licht und das zweite linear polarisierte Licht in zweites zirkular polarisiertes 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 ein weiteres Vergleichsbeispiel auf einen Sensorhauptkörper eines retroreflektiven photoelektrischen Sensors, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er ein Lichtprojektionselement, ein Lichtempfangselement, eine Phasenverschiebungsplatte, die linear polarisiertes Licht in erstes zirkular polarisiertes Licht und zweites zirkular polarisiertes Licht, das von dem ersten zirkular polarisierten 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 Teil zu dem Lichtempfangselement angeordnet ist und dazu dient, das linear polarisierte Licht selektiv hindurchzulassen, umfasst.
Vorzugsweise ist der Sensorhauptkörper gemäß dem weiteren Vergleichsbeispiel in einem Gehäuse aufgenommen, das mit einem lichtdurchlässigen Teil ausgestattet ist, der sowohl als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster dient, wobei sowohl die Phasenverschiebungsplatte als auch der Polarisationsfilter derart angeordnet sind, dass sie den lichtdurchlässigen Teil 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 von dem Lichtprojektionselement projiziertes Licht oder durch das Lichtempfangselement empfangenes Licht hindurchzulassen und das andere des projizierten Lichts und des empfangenden Lichts zu reflektieren.
Alternativ kann der Sensorhauptkörper gemäß dem weiteren Vergleichsbeispiel 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 gemäß dem weiteren Vergleichsbeispiel 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 laserlichtprojizierendes Element umfassen, das linear polarisiertes Licht ausstrahlt.
Weiterhin alternativ können gemäß dem weiteren Vergleichsbeispiel das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement in einem Verstärkerteil sein, wobei die Phasenverschiebungsplatte und der Polarisationsfilter in einem Kopfteil sein können, der von dem Verstärkerteil getrennt ist und der Sensorhauptkörper kann weiterhin optische Fasern umfassen, die den Verstärkerteil und den Kopfteil verbinden.
In einem weiteren Aspekt bezieht sich ein wiederum weiteres Vergleichsbeispiel auf einen retroreflektierenden Teil eines retroreflektierenden photoelektrischen Sensors, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Reflektor, der Licht retroreflektiert, eine Phasenverschiebungsplatte, die erstes zirkular polarisiertes Licht in linear polarisiertes Licht und das linear polarisierte Licht in zweites zirkular polarisiertes 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 selektiv hindurchlässt, umfasst.
Die Erfindung bezieht sich auf einen retroreflektiven photoelektrischen Sensor, der dadurch gekennzeichnet ist, dass er einen Sensorhauptkörper, der mit einem Lichtprojektionsteil, das erstes linear polarisiertes Licht ausstrahlt, und mit einem Lichtempfangsteil, der, 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 einen retroreflektierenden Teil, der Einfallslicht durch Umwandlung des Einfallslichts in reflektiertes Licht, das nur das erste linear polarisierte Licht enthält, umfasst.
Der Sensorhauptkörper umfasst ein Lichtprojektionselement, ein Lichtempfangselement und einen ersten Polarisationsfilter, der auf einem optischen Weg von dem retroreflektierenden Teil zur dem Lichtempfangselement angeordnet ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht hindurchzulassen.
Der Sensorhauptkörper ist in einem Gehäuse aufgenommen, das mit einem lichtdurchlässigen Teil, der sowohl als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster dient, ausgestattet ist, wobei der erste Polarisationsfilter derart angeordnet ist, dass er den lichtdurchlässigen Teil überdeckt, wobei das Lichtempfangselement derart angeordnet ist, dass es Licht in einer Richtung quer zu der Lichtprojektionsrichtung des Lichtprojektionselementes empfängt, und der Sensorhauptkörper umfasst weiterhin einen Halbspiegel, der dazu dient, entweder von dem Lichtprojektionselement projiziertes Licht oder durch das Lichtempfangselement empfangenes Licht hindurchzulassen und das andere des projizierten Lichts und des empfangenen Lichts zu reflektieren.
Das Lichtprojektionselement und das Lichtempfangselement können gemäß einem entsprechenden Vergleichsbeispiel in einem Verstärkerteil sein, wobei der erste Polarisationsfilter in einem Kopfteil sein kann, der von dem Verstärkerteil getrennt ist, und der Sensorhauptkörper kann weiterhin optische Fasern umfassen, die den Verstärkerteil und den Kopfteil verbinden.
Der retroreflektierende Teil umfasst einen Reflektor, der Licht retroreflektiert und einen zweiten Polarisationsfilter, der auf einer Lichteinfallsseite des Reflektors angeordnet ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht hindurchzulassen.
Zusammenfassend ermöglicht diese Erfindung die Nachweiszuverlässigkeit zu erhöhen.
Figurenliste

1 ist eine Diagonalansicht des Hauptkörpers eines photoelektrischen Sensors.
2 ist eine Schnittansicht des Innenlebens des photoelektrischen Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform, gesehen entlang der Linie 2-2 aus 1.
3 ist eine konzeptionelle Darstellung des optischen Systems der ersten bevorzugten Ausführungsform, wobei ihre optischen Elemente extrahiert dargestellt sind.
4 ist eine Darstellung, die den Polarisationszustand jedes Teils 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.
6 ist eine Darstellung zur Erklärung der Unterdrückung reflektierten Lichts durch den Retroreflexionsteil 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.
13 ist eine aufbauspezifischere Darstellung eines Sensors vom Koaxialtyp gemäß der Erfindung.
14 ist eine Schnittansicht eines Sensors vom Doppellinsentyp.
15, bestehend aus 15A, 15B und 15C, zeigt optische Elemente optischer Systeme der Sensorhauptkörper der zweiten Ausführungsform 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.
18 ist eine schematische Darstellung zur Erklärung des ersten Aufbaubeispiels des Kopfteils 152 aus 17.
19 ist eine schematische Darstellung zur Erklärung des zweiten Aufbaubeispiels des Kopfteils 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, gesehen entlang der Linie 2-2 aus 1.
Der Sensorhauptkörper 10 ist auf der Vorderseite seines Gehäuses mit einem Fenster, das eine zirkular polarisierende 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 lichtemittierender Abschnitt 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 du rchzu lassen.
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 zirkular polarisierende 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, ausgenutzt, indem die Polarisationszustandsstörung, die durch Doppelbrechungen verursacht wurde, in eine Abschwächung des Lichts umgewandelt wird, so dass ein optisches System mit hoher Nachweisstabilität von PET-Flaschen realisiert werden kann.
3 ist eine konzeptionelle Darstellung des optischen Systems der ersten Ausführungsform, wobei seine optischen Elemente herausgenommen dargestellt sind. Wie gezeigt, umfasst ein retroreflektiver photoelektrischer Sensor gemäß der ersten Ausführungsform einen Sensorhauptkörper 10, der darin ein Lichtprojektionssystem, das zirkular polarisiertes Licht ausstrahlt, und ein Lichtempfangssystem, das, wenn eine Zusammensetzung aus invers zirkular polarisiertem Licht und zirkular polarisiertem Licht einfällt, das invers zirkular polarisierte Licht selektiv empfängt, enthält, und einen Retroreflexionsteil 30, der zirkular polarisiertes Licht reflektiert, indem er das Licht in Licht umwandelt, das invers zirkular polarisiertes Licht enthält.
Der Sensorhauptkörper 10 umfasst ein Lichtprojektionselement 1, ein Lichtempfangselement 4, einen Halbspiegel 3, eine Linse 6 und eine zirkular polarisierende Platte 24. Die zirkular polarisierende Platte 24 umfasst einen Polarisationsfilter 26 und eine Viertelwellenlängenplatte 28.
Der Retroreflexionsteil 30 umfasst eine zirkular polarisierende Platte 34 und einen Totalreflektor 32. Die zirkular polarisierende 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 zirkular polarisiertes Licht umgewandelt. Wenn zirkular polarisiertes Licht auf eine Viertelwellenlängenplatte einfällt, wird das zirkular polarisierte Licht in linear polarisiertes Licht mit 45° oder -45° unter Bezug auf die Verzögerungsachse umgewandelt. Eine zirkular polarisierende 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 einschließen.
4 ist eine Darstellung, die den Polarisationszustand jedes Teils 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 zirkular polarisiertes Licht B3 und zweites zirkular polarisiertes Licht (invers zirkular polarisiertes 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 Retroreflexionsteil 30 zu dem Lichtempfangselement 4 angeordnet und dient dazu, erstes linear polarisiertes Licht (vertikal polarisiertes Licht B2 und B10) hindurchzulassen.
4 zeigt den Retroreflexionsteil 30, der den Totalreflektor 32 zur Retroreflexion des Lichts, eine zweite Phasenverschiebungsplatte (Viertelwellenlängenplatte 38) zur Umwandlung des ersten zirkular polarisierten Lichts B3 in zweites linear polarisiertes Licht (horizontal polarisiertes Licht B4) und zweites linear polarisiertes Licht (horizontal polarisiertes Licht B7) in zweites zirkular polarisiertes Licht (invers zirkular polarisiertes 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 polarisiertes Licht B5 und B7) hindurchzulassen.
Die Viertelwellenlängenplatten 28 und 38 weisen jeweils eine bestimmte Richtungsabhängigkeit (in der Richtung der Verzögerungsachse) auf und zirkular polarisiertes 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 dienenden lichtdurchlässigen Teil aufweist. Die Phasenverschiebungsplatte und der Polarisationsfilter sind beide derart angeordnet, dass sie diesen lichtdurchlässigen Teil 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. Wenn zirkular polarisiertes Licht B3 von dem Lichtprojektionsteil des Sensorhauptkörpers 10 ausgestrahlt wird, wählt der Lichtempfangsteil das invers zirkular polarisierte Licht aus und empfängt dieses. Das zirkular polarisierte Licht B3, das von dem Lichtprojektionsteil auf ein Werkstück 40 projiziert wird, wird normal reflektiertes Licht (zirkular polarisiertes 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 den Retroreflexionsteil 30 gemäß der ersten Ausführungsform. 6 zeigt den Retroreflexionsteil 30 mit dem Totalreflektor 32, dem Polarisationsfilter 36 und der Viertelwellenlängenplatte 38, die davor angeordnet ist. Wenn zirkular polarisiertes Licht B3 durch den Retroreflexionsteil 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 zirkular polarisiertes Licht B8 zu werden, das gegenüber dem zirkular polarisierten Licht B3, das auf den Retroreflexionsteil 30 einfällt, invertiert ist. Wenn invers zirkular polarisiertes Licht B8, das von dem Retroreflexionsteil 30 reflektiert wird, durch ein Werkstück 40 normal reflektiert wird und wiederum auf den Retroreflexionsteil 30 einfällt, ist dies zirkular polarisiertes Licht B3X, das invers zu dem zirkular polarisierten Licht B3 ist, das von dem Sensorhauptkörper ausgesendet wurde. Das invers zirkular polarisierte 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 zirkular polarisierender Filter (Zirkularpolarisationsfilter), 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 höheren Bedarf für reflexionsverhindernde Filter für Anzeigebildschirme, und günstige Produkte, die einem 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 Polarisationsstrahlenteiler, 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 von dem Lichttransmissionsteil und dem Lichtempfangsteil 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 ist fähig, dieses Problem verglichen mit dem Beispiel aus 8 zu lösen.
Gegenüber 3, 4 und 5 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 zirkular polarisiertes 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 zirkular polarisiertem 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 Retroreflexionsteil 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 zirkular polarisiert ist, kann „Licht mit unterschiedlichem Polarisationszustand von dem des projizierten Lichts“, das in 10 angegeben ist, invers zirkular polarisiertes 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 den Retroreflexionsteil 52 einfällt, abgeschnitten. Das Erstere (D2A) wird durch den Retroreflexionsteil 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 D4B 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 den Retroreflexionsteil 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. 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 der Retroreflexionsteil 30 nicht nochmal beschrieben.
Wenn projiziertes Licht B1 von dem Lichtprojektionselement 1 den Polarisationsfilter 26 erreicht, läuft vertikal polarisiertes Licht B2 selektiv hindurch und wird durch die Viertelwellenlängenplatte 28 in zirkular polarisiertes Licht B3 umgewandelt. Ein Teil dieses zirkular polarisierten 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 selektiv den Polarisationsfilter 36 und wird in invers zirkular polarisiertes Licht B8 durch die Viertelwellenlängenplatte 38 umgewandelt.
Wenn invers zirkular polarisiertes Licht B8 auf das Werkstück 54 einfällt, wird einer seiner Anteile in Licht B8D, das eine Polarisationsstörung aufweist, umgewandelt. Licht B8D, das die Viertelwellenlängenplatte 28 durchläuft wird in Licht B9D umgewandelt, das durch den Polarisationsfilter 26 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 den Retroreflexionsteil 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 zirkular polarisiertes Licht ausgestrahlt und empfangen wird, müssen die Richtungen des Sensorhauptkörpers und des Retroreflexionsteils 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 mit einem Sensorhauptkörper 56, der eingerichtet ist, Licht mit dem gleichen Polarisationszustand wie dem des ausgesendeten Lichts zu empfangen. Sein Retroreflexionsteil 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 den Retroreflexionsteil 58 einfallen, abgeschnitten. Das Erstere (E2A) wird durch den Retroreflexionsteil 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 Doppelbrechung 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 den Retroreflexionsteil und den Sensorhauptteil 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 den Lichtempfangsteil leichter.
13 ist eine detailliertere strukturelle Darstellung eines Sensors vom Koaxialtyp gemäß der Erfindung. 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 durch das Werkstück 54 gestörten Polarisationsanteile F8D des reflektierten Lichts 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 wurde ein Beispiel der vorliegenden Erfindung oben erklärt, in dem die Erfindung auf Sensoren vom Koaxialtyp angewendet wurde. Im Folgenden werden Beispiele der Verwendung 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 Retroreflexionsteil ist ebenfalls gleich und wird daher nicht wieder erklärt werden.
14 ist eine Schnittansicht eines Sensors vom Doppellinsentyp, die einen Sensorhauptkörper 70 zeigt, der ein auf der Vorderoberfläche mit einem Fenster vorgesehenes Gehäuse, in das eine zirkular polarisierende 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 Lichtprojektionsteils gehaltert und die Lichtempfangslinse 77 wird durch ein Stützelement 75 des Lichtempfangsteils gehaltert. Das Lichtprojektionselement 71 ist derart angeordnet, dass sein lichtemittierender Abschnitt im Brennpunkt der Lichtprojektionslinse 76 liegt. Das Lichtempfangselement 74 ist im Brennpunkt der Lichtempfangslinse 77 angeordnet. Die lichtprojizierende Linse 76 dient dazu, Licht von dem Lichtprojektionselement 71 als einen Parallelstrahl in Richtung einer Retroreflexionsplatte (nicht gezeigt) auszustrahlen und die Lichtempfangslinse 77 dient dazu, von der Retroreflexionsplatte reflektiertes Licht, das parallel zu dem projizierten Lichtstrahl ist, auf das Lichtempfangselement 74 zu bündeln.
Obwohl 14 ein Beispiel mit dem Lichtprojektionsteil an einem unteren Abschnitt und dem Lichtempfangsteil 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 und ist ein Vergleichsbeispiel.
15A zeigt einen Sensorhauptkörper 200 vom Doppellinsentyp als ein Vergleichsbeispiel, der einen Lichtprojektionsteil mit einem lichtprojizierenden Element 201, einer Linse 206 und einem Polarisationsfilter 209H, der eine horizontal polarisierende Richtung aufweist, und einen Lichtempfangsteil 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 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 zirkular polarisiertes 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 zirkular polarisiertes Licht ausgetauscht wird, müssen die Einstellabschnitte des Sensorhauptkörpers und des retroreflektierenden Teils nicht genau übereinstimmen.
Folglich kann die zweite Ausführungsform 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 Lichtempfangsteil für den Nachweis verwendet, aber ihre Polarisationsrichtungen müssen senkrecht zueinander zwischen den lichtprojizierenden und empfangenden Teilen 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 lichtdurchlässigen und -empfangenden Teilen, 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 ebenfalls 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 ist und der gleich ist wie der Sensorhauptkörper 70 mit Ausnahme, dass er einen anderen Polarisationsfilter 79A (anstatt des Polarisationsfilters 79), der nur den Lichtempfangsteil 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 Teils nicht genau angepasst werden müssen, obwohl die Polarisationsrichtung der Laserdiode LD und die Richtung der Viertelwellenlängenplatte angepasst werden müssen.
Als die erste Ausführungsform wurden Beispiele beschrieben, in denen die Erfindung auf einen Sensor vom Koaxialtyp angewendet wurde. Als zweite Ausführungsform 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. Der retroreflektierende Teil ist das gleiche wie für die erste Ausführungsform.
17 ist eine Diagonalansicht eines Sensorhauptkörpers 150 eines photoelektrischen Sensors vom Optischfasertyp gemäß der dritten Ausführungsform, die ihn mit einem Verstärkerteil 151, einem Kopfteil 152 und optischen Glasfasern 162 und 163, die den Verstärkerteil 151 und den Kopfteil 152 verbinden, zeigt. Wie gesehen werden kann, ist der Sensorhauptkörper 150 in den Verstärkerteil 151 und den Kopfteil 152 geteilt. Mit anderen Worten der Sensorhauptkörper 150 braucht nicht ein einziges Gehäuse sein, sondern kann zwei oder mehrere physisch getrennte Teile aufweisen. Obwohl nicht genau dargestellt, sind ein lichtprojizierendes Element und ein lichtempfangendes Element in dem Verstärkerteil 151 enthalten. Eine Phasenverschiebungsplatte und ein Polarisationsfilter sind in dem Kopfteil 152, der von dem Verstärkerteil 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 Vorderteil eines Gehäuseelementes 171, das aus einem Plastikmaterial hergestellt ist, eingesetzt, wobei sie durch die Bedienung eines Klemmhebels 173 befestigt werden. Ein elektrisches Kabel 164 verläuft aus dem Rückseitenteil des Gehäuseelementes 171. Das elektrische Kabel 164 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 110 und 111 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 Kopfteils 152 aus 17, das die lichtprojizierenden und -empfangenden optischen Fasern 162 und 163 verbunden mit dem Kopfteil 152A zeigt.
Das Kopfteil 152A beinhaltet eine Lichtprojektionslinse 76, eine Lichtempfangslinse 77 und eine zirkular polarisierende 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 Kopfteils 152A überdecken. Die Struktur dieses Kopfteils 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 Teils 30 projiziert wird, wird zirkular polarisiert.
Der retroreflektierende Teil 30 beinhaltet eine zirkular polarisierende Platte 34 und einen Totalreflektor 32. Die zirkular polarisierende Platte 34 beinhaltet einen Polarisationsfilter 36 und eine Viertelwellenlängenplatte 38. Wenn der retroreflektierende Teil 30 zirkular polarisiertes Licht reflektiert, wird es in invers zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, das in Richtung des Kopfteils 152A läuft. Wenn es durch die zirkular polarisierende Platte 78 des Kopfteils 152A hindurchläuft, wird das invers zirkular polarisierte 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 Kopfteils 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 Kopfteil 152B ist mit einer Linse 6 und einer zirkular polarisierenden Platte 24, die eine Viertelwellenlängenplatte 28 und einen Polarisationsfilter 26 beinhaltet, vorgesehen. Der Aufbau dieses Kopfteils 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 Verstärkerteils 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 Faser 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 zirkular polarisiert.
Der retroreflektierende Teil 30 beinhaltet eine zirkular polarisierende Platte 34 und einen Totalreflektor 32. Die zirkular polarisierende Platte 34 umfasst einen Polarisationsfilter 36 und eine Viertelwellenlängenplatte 38. Wenn der retroreflektierende Teil 30 zirkular polarisiertes Licht reflektiert, wird es in invers zirkular polarisiertes Licht umgewandelt, das in Richtung des Kopfelementes 152B läuft. Wenn es die zirkular polarisierende Platte 24 des Kopfelementes 152 durchläuft, wird das invers zirkular polarisierte 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 den lichtempfangenden Teil einfacher wird. Zuverlässige Ergebnisse sind ebenfalls erreichbar, indem die Viertelwellenlängenplatten von dem Sensorhauptkörper und dem Reflektor, wie in 18 und 19 gezeigt, entfernt werden.
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.

Claims

Retroreflektiver photoelektrischer Sensor, welcher umfasst: einen Sensorhauptkörper (60), der ein Lichtprojektionselement (1) und ein Lichtempfangselement (4) aufweist, wobei der Sensorhauptkörper (60) in einem Gehäuse aufgenommen ist, das mit einem lichtdurchlässigen Teil ausgestattet ist, der sowohl als ein Lichtprojektionsfenster als auch ein Lichtempfangsfenster dient, wobei das von dem Lichtprojektionselement (1) ausgestrahlte Licht den lichtdurchlässigen Teil durchläuft und reflektiertes Licht durch den lichtdurchlässigen Teil hindurch von dem Lichtempfangselement empfangen (4) wird, ein erster Polarisationsfilter (26) so angeordnet ist, dass er den lichtdurchlässigen Teil derart überdeckt, dass nur erstes linear polarisiertes Licht (F3) von dem lichtdurchlässigen Teil ausgestrahlt wird, und nur erstes linear polarisiertes reflektiertes Licht (F8) von dem Lichtempfangselement (4) selektiv empfangen wird, das Lichtempfangselement (4) derart angeordnet ist, dass es Licht in einer Richtung quer zu der Lichtprojektionsrichtung des Lichtprojektionselementes (1) empfängt, und der Sensorhauptkörper (60) weiterhin einen Halbspiegel (3) umfasst, der dazu dient, entweder von dem Lichtprojektionselement (1) projiziertes Licht oder von dem Lichtempfangselement (4) durch den lichtdurchlässigen Teil und den Polarisationsfilter (26) hindurch empfangenes Licht hindurchzulassen, und das andere des projizierten Lichts und des empfangenen Lichts zu reflektieren; und einen retroreflektierenden Teil (62), der Einfallslicht reflektiert, indem er das Einfallslicht in das reflektierte Licht, das nur das erste linear polarisierte reflektierte Licht (F8) umfasst, umwandelt, wobei der retroreflektierende Teil (62) einen Reflektor (32), der Licht retroreflektiert und einen zweiten Polarisationsfilter (36A), der auf einer Lichteinfallsseite des Reflektors (32) angeordnet ist und dazu dient, das erste linear polarisierte Licht (F3) selektiv hindurchzulassen, umfasst.