DE102009048119B4

DE102009048119B4 - Reflexionslichtschranke zum Erkennen von spiegelnden oder teilspiegelnden Objekten

Info

Publication number: DE102009048119B4
Application number: DE200910048119
Authority: DE
Inventors: Thomas Meinert; Dirk Trüper
Original assignee: Sensopart Industriesensorik GmbH
Current assignee: Sensopart Industriesensorik GmbH
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2012-09-20
Anticipated expiration: 2029-10-03
Also published as: DE102009048119A1

Abstract

Reflexionslichtschranke zum Erkennen von spiegelnden oder teilspiegelnden Objekten (11),
mit einem Sender (1) zum Aussenden von Licht,
mit einem dem Sender (1) nachgeordneten Polarisationsfilter (2) sowie einer dem Sender (1) nachgeordneten, die Sendestrahlung kollimierenden Sendeoptik (3),
mit einem Reflektor (4),
mit zwei Empfängern (5, 6),
mit einer, den Empfängern (5, 6) vorgeordneten Empfangsoptik (10),
mit einem, dem ersten Empfänger (5) vorgeordneten, ersten Polarisationsfilter (7), welches mit seiner Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters (2) des Senders (1) ausgerichtet ist,
mit einem, dem zweiten Empfänger (6) vorgeordneten, zweiten Polarisationsfilter (8), welches mit seiner Polarisationsrichtung parallel zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters (2) des Senders (1) ausgerichtet ist, sowie
mit einer, den beiden Empfängern (5, 6) mit ihren Polarisationsfiltern (7, 8) vorgeordneten optischen Einrichtung (9), welche das ankommende Licht auf die beiden Empfänger (5, 6) aufteilt,
wobei die beiden Empfänger (5, 6) elektronische Ausgangssignale abgeben,...

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflexionslichtschranke zum Erkennen von spiegelnden oder teilspiegelnden Objekten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Reflexionslichtschranken bestehen grundsätzlich aus einem Sender zum Aussenden von Licht, aus einem Reflektor sowie aus einem Empfänger für das vom Reflektor reflektierte Licht. Dem Sender sowie dem Empfänger sind dabei jeweils eine kollimierende Optik zugeordnet. Sofern sich im Strahlengang des Lichts ein Objekt befindet, wird dieser Strahlengang unterbrochen. Die Folge davon ist, daß der Empfänger kein Signal mehr empfängt.
Objekte, welche in den Strahlengang der Reflexionslichtschranke gelangen, können spiegelnde oder teilspiegelnde Oberflächen aufweisen. Bei entsprechender Winkelausrichtung dieser Objekte reflektieren diese einen großen Teil der Sendestrahlung in Richtung Empfänger der Reflexionslichtschranke und beschränken dadurch sowohl die Verfügbarkeit als auch die Zuverlässigkeit der Reflexionslichtschranke in starkem Maße. Denn es besteht die Gefahr, dass das von diesem Objekt reflektierte Licht als vom Reflektor reflektiertes Licht interpretiert wird. Das Objekt wird somit nicht erkannt.
Zur Erhöhung der Verfügbarkeit sowie Zuverlässigkeit arbeiten Reflexionslichtschranken deshalb vorzugsweise mit polarisierten Sendestrahlen. Handelsübliche Reflektoren, welche nach dem Prinzip der Totalreflexion in einem sogenannten Tripelspiegel die Lichtstrahlen unabhängig vom Einfallswinkel in sich selbst reflektieren, drehen die Polarisationsrichtung abhängig vom Ort des Lichteintritts in diesen Tripelspiegel so, daß bei integraler Betrachtung aller über die Eintritts- bzw. Austrittsfläche des Tripelspiegels verteilten Lichtstrahlen diese als nahezu unpolarisiertes Licht reflektiert werden. Ein zur Polarisationsrichtung des Senders senkrecht ausgerichteter Analysator läßt diese reflektierte Strahlung mit einem Transmissionsgrad von ca. der Hälfte des Transmissionsgrads eines Polarisationsfilters für linear polarisiertes Licht durch, wohingegen reflektiertes Licht von spiegelnden Objekten durch die zu einander senkrechte Ausrichtung der Polarisatoren unterdrückt wird. In nachteiliger Weise benötigen die bekannten Reflexionslichtschranken zwischen den Polarisationsfiltern und dem Objekt Optiken ohne Spannungsdoppelbrechung, da ansonsten der Polarisationszustand des Lichtes so gestört wird, dass eine vollständige Unterdrückung des an spiegelnden Objekten reflektierten Lichtes durch die gekreuzten Polarisatoren nicht mehr gegeben ist.
Spannungsfreie Optiken sind in herkömmlicher Spritzgusstechnik nicht kostengünstig herzustellen.
Eine weitere Einschränkung gilt für spiegelnde oder teilspiegelnde Objekte, welche mit einer die Polarisationsebene drehenden, transparenten Folie umgeben sind, wie beispielsweise Verpackungen mit einer metallisierten Schutzfolie.
Die DE 200 03 675 U1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung zur Detektion von Objekten innerhalb eines Überwachungsbereiches in Form einer Lichtschranke der eingangs angegebenen Art. Die Ausführungsform gemäß 5 zeigt dabei eine Reflexionslichtschranke mit einem Sender, dem ein Polarisationsfilter nachgeordnet ist. Weiterhin sind zwei Empfänger vorgesehen, welchen jeweils ein Polarisationsfilter vorgeschaltet ist. Die Polarisationsebenen dieser beiden Polarisationsfilter sind dabei um 90° zueinander gedreht. Auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereiches befindet sich eine Reflektoreinheit mit einer Reflexfolie. Das von dieser Reflektoreinheit reflektierte Licht gelangt dabe zunächst auf einen Strahlteiler. Dieser teilt das ankommende Licht auf, so daß es dann auf die beiden Empfänger gelangt. Das auf die Reflexfolie des Reflektors auftreffende Licht wird hinsichtlich seiner Polarisationsrichtung nicht oder nur geringfügig geändert. Als zu detektierendes Objekt ist eine Kunststofffolie vorgesehen, welche von den Lichtstrahlen durchstrahlt wird. Diese Kunststofffolie im Überwachungsraum bewirkt eine Erhöhung des Signalpegels am einen Empfänger und eine Reduzierung des Signalpegels am anderen Empfänger, so dass daraus ein Differenzsignal abgeleitet werden kann.
Die DE 198 10 231 A1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich. Ein Sender sendet Licht auf einen Reflektor mit einem vorgeordneten linearpolarisierenden Element. Weiterhin sind unter Zwischenanordnung eines Strahlteilers zwei Empfänger vorgesehen, denen jeweils ein Polarisationselement vorgeordnet ist. Die Polarisationsebenen stehen dabei aufeinander senkrecht. An den beiden Empfängern werden die Empfangssignale ausgewertet.
Die DE 197 07 417 A1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung in Form einer Lichtschranke mit einem Sender sowie zwei Empfängern. Diese bilden ein erstes Sensorelement. Ein zweites Sensorelement weist einen Sender und einen Empfänger auf. In den Empfängern wird die Lichtmenge der auftreffenden Empfangslichtstrahlen jeweils mittels einer Schwellwerteinheit bewertet.
Die DE 10 2006 027 389 A1 zeigt eine Lichtschranke mit einer Sendeeinrichtung zur Erzeugung polarisierten Lichtes. Weiterhin ist eine Empfangseinrichtung für das reflektierte Licht vorgesehen. Die Empfangseinrichtung weist dabei wenigstens zwei Bereiche auf, wobei sich die einzelnen Bereiche dahingehend unterscheiden, dass sie Licht mit unterschiedlichen Polarisationszuständen unterschiedlich bevorzugt detektieren.
Die DE 10 2005 033 349 A1 zeigt einen optischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Dabei ist ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender, sowie ein Empfangslichtstrahlen empfangender Empfänger vorgesehen. Weiterhin ist eine Auswerteeinheit zur Generierung eines primären Schaltsignals vorgesehen, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet oder nicht. Schließlich ist ein dem Überwachungsbereich begrenzender Reflektor vorgesehen. Dem Sender und dem Empfänger ist ein zweiter Sender oder Empfänger so zugeordnet, dass vom ersten Sender emittierte Lichtstrahlen bei freiem Strahlengang am Reflektor reflektiert und von dort als Empfangslichtstrahlen entlang eines ersten Empfangskanals vorwiegend zum ersten, in einer sendernahen Zone liegenden ersten Empfänger geführt werden. Dem zweiten Sender oder Empfänger ist zum ersten Empfänger oder Sender zur Ausbildung eines auf einer senderfernen Zone führenden zweiten Empfangskanals zugeordnet.
Die DE 201 02 192 U1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung in Form eines Winkelgebers zur Bestimmung der Winkellage und/oder Drehzahl eines Objektes mit mindestens einem Sender und mindestens zwei Empfängern. Auf dem Objekt ist ein Reflektor aufgebracht. Dieser besteht aus einer Reflexionsfolie mit einem vorgeordneten Polarisationsfilter. Für die Erfassung von Winkelbereichen kleiner als 90° ist dem Sender ein Polarisationsfilter nachgeordnet und den Empfängern jeweils ein Polarisationsfilter vorgeordnet.
Die DE 199 13 157 A1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich. Auch hier sind wieder ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender und zwei, Empfängerlichtstrahlen empfangende Empfänger mit jeweils einem vorgeordneten ersten und zweiten, linear polarisierenden Element vorgesehen, deren Polarisationsrichtungen gegeneinander gedreht sind.
Die DE 37 33 656 C1 zeigt eine Reflexionslichtschranke mit einem Sender sowie mit einer zweigeteilten Empfängereinrichtung mit einem ersten Empfänger und einem zweiten Empfänger.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflexionslichtschranke zum Erkennen von spiegelnden oder teilspiegelnden Objekten der eingangs angegebenen Art zu schaffen, welche bezüglich ihrer Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit bei zu detektierenden Objekten mit spiegelnden oder teilspiegelnden Oberflächen verbessert ist.
Die technische Lösung ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Dadurch ist eine Reflexionslichtschranke geschaffen, welche unempfindlich gegen spiegelnde oder teilspiegelnde Objekte ist und somit die eingangs aufgezeigten Einschränkungen in ihren Negativwirkungen auf die Funktion der Lichtschranke reduziert oder gänzlich kompensiert ohne dabei spannungsfreie Optiken benutzen zu müssen. Somit ist eine kostengünstige Reflexionslichtschranke mit spiegelsicheren Eigenschaften geschaffen. Die Grundidee der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke liegt in der Verwendung von zwei identischen Empfängern, den Empfängern zugeordneten Polarisationsfiltern mit zueinander senkrechten Polarisationsebenen, einem Lichtteiler, unterschiedlichen Verstärkungen der Signale der beiden Empfänger sowie einer elektronischen Einheit zur Differenzbildung der beiden Signale. Die erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke besitzt somit einen Licht abgebenden Sender, einen nachgeordneten Polarisator, eine die Sendestrahlung kollimierende Sendeoptik und eine Empfängeroptik für die vom Reflektor zurückgeworfene Strahlung. Die von der Empfängeroptik fokussierte Strahlung wird in einer nachfolgend angeordneten optischen Einrichtung in einer Richtung (nämlich der flächenmäßigen Ausdehnung der beiden Empfänger) geteilt. Es kann dabei auch in der Empfängerebene nach einer gleichmäßigen Aufweitung des Lichts eine homogene und gleichmäßige Durchmischung des Lichts stattfinden. Dies bedeutet insgesamt, daß der auf die beiden Empfänger einfallende Lichtweg identisch ist. Das so ausgebildete Licht wird von den beiden Empfängern aufgenommen, wobei jedem dieser beiden Empfänger ein Polarisationsfilter vorgeschaltet ist. Dabei steht der eine Polarisationsfilter in Dunkelstellung (d. h. senkrecht zum Polarisationsfilter des Senders) und der Polarisationsfilter des anderen Empfängers in Hellstellung (d. h. parallel zum Polarisationsfilter des Senders). Die von beiden Empfängern erzeugten Signale werden dann unterschiedlich verstärkt, und zwar in der Weise, daß das Signal des einen Empfängers mit einer deutlich niedrigeren Verstärkung versehen wird als das Signal des anderen Empfängers. Anschließend erfolgt eine Differenzbildung aus beiden Signalen. Bei einem freien Strahlengang (also ohne zu detektierendes Objekt dazwischen) wird das unpolarisierte, vom Reflektor zurückgeworfene Licht zu gleichen Teilen auf beiden Empfängern verteilt. Da das Signal des einen Empfängers deutlich geringer verstärkt wird, erhält man ein positives Differenzsignal. Befindet sich hingegen im Strahlengang zwischen den Empfängern und dem Reflektor ein spiegelndes oder teilspiegelndes Objekt, wird die in sich oder unter einem geringen Winkel gespiegelte, polarisierte Strahlung von der Empfängeroptik aufgenommen. Dabei erzeugt der Empfänger mit dem parallel ausgerichteten Polarisator ein sehr viel größeres Signal als der andere Empfänger. Die unterschiedliche Verstärkung der beiden Signale wird nun so gewählt, dass ein negatives Differenzsignal entsteht, welches als Signal zum Detektieren eines Objektes im Strahlengang interpretiert wird. Die Vorteile des vorbeschriebenen Systems liegen darin, daß keine absolut spannungsfreien Frontlinsen benötigt werden. Auch können kleine Polarisationsfilter verwendet werden, die nur so groß sind wie die Empfänger. Schließlich muß der Lichtweg nicht absolut spannungsfrei sein. Dies alles wirkt sich insgesamt kostenmäßig sehr positiv aus. In der vorbeschriebenen Basisversion der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke sendet der Sender Licht mit nur einer einzigen Wellenlänge aus. Hierzu kann eine entsprechende LED verwendet werden. Die Anwendung des vorbeschriebenen Prinzips der Aufteilung des Empfängers in zwei oder mehrere Einzelempfänger mit entsprechenden Fokuspunkten in einer Ebene mit einem homogenen Bestrahlungsfeld kann auch in Reflexionslichtschranken angewendet werden, welche nach dem Autokollimationsprinzip arbeiten.
Die bevorzugte Weiterbildung gemäß Anspruch 2 schlägt vor, daß der erste Empfänger näher bei dem Sender angeordnet ist als der zweite Empfänger. Hintergrund ist, daß bei einem Optikaufbau mit zwei getrennten Pupillen von Sende- und Empfangsoptik abhängig vom Abstand der optischen Achsen (Systembasis) ein geometrischer Zusammenhang in der Weise entsteht, daß reflektierte Strahlen von Objekten, welche den Empfängern nahestehen, nicht auf denjenigen Empfänger fallen, welcher sich auf der von der Sendeobjekt abgewandten Seite befindet. Dies hat einen positiven Effekt auf das ”Spiegelsignal” eines nahe zum Sensor stehenden Objekts. Der entscheidende Vorteil besteht darin, daß reflektiertes, unpolarisiertes Licht diffus streuender Objekte fast ausschließlich auf den vom Sender abgewandten Empfänger fällt und somit die aktive Störsignalunterdrückung wirksam ist. Stehen hingegen diffus streuende Objekte in größerer Entfernung zu den Empfängern, werden zwar beide Empfänger gleich bestrahlt (entsprechend der Situation, wenn das Licht auf den Reflektor trifft), jedoch ist der von der Empfängeroptik aufgenommene Strahlungsfluß zu klein, um noch genügend Störsignal zu generieren.
Vorzugsweise handelt es sich gemäß Anspruch 3 bei der optischen Einrichtung, welche das von der Empfängeroptik fokussierte Licht in eine Richtung aufweitet und in der Empfängerebene homogen durchmischt, um eine Lentikularlinse. Diese besteht aus einer Anordnung von Zylinderlinsen. Alternativ kann auch ein Strahlteiler verwendet werden.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 4 beträgt die Verstärkung der Signale des zweiten Empfängers den Faktor 0,05 bis 0,1 im Vergleich zur Verstärkung des Signals des ersten Empfängers. Dadurch ist gewährleistet, daß man bei freiem Strahlengang ein positives Differenzsignal und bei einem durch ein Objekt unterbrochenen Strahlengang ein negatives Differenzsignal erhält (oder umgekehrt).
Eine weitere bevorzugte Weiterbildung schlägt gemäß Anspruch 5 vor, daß die beiden Empfänger eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen. Dadurch können auch Objekte mit spiegelnder oder teilspiegelnder Oberfläche und vorgesetzter, die Polarisationsebene drehender Folie vom Reflektor unterschieden werden. Insofern schlägt diese Weiterbildung den Einsatz von Empfängern unterschiedlich spektraler Empfindlichkeit in Verbindung mit der zuvor beschriebenen Empfangseinheit vor.
Die konkrete technische Realisierung schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 6 vor. Dabei wird Licht unterschiedlicher Wellenlänge vom Sender ausgesendet. Auch hier können entsprechende LEDs, nämlich weiss emittierende LEDs verwendet werden. Das Licht wird auch hier vom dem Sender zugeordneten Polarisationsfilter linear polarisiert und von der Sendeoptik kollimiert. Vor dem Eintritt der Sendestrahlen in den Reflektor und nach dem Austritt der Sendestrahlen aus dem Reflektor durchlaufen diese einen Farbfilter, so daß vom breitbandigen Spektrum des Lichts nur ein Teil vom Reflektor rückgespiegelt wird. Diese Strahlen werden – wiederum – von der Empfängeroptik fokussiert und mittels der optischen Einrichtung in einer Richtung aufgeweitet und in der Empfängerebene homogen durchmischt. Dem einen Empfänger, insbesondere dem der Sendeoptik nahestehenden Empfänger, ist ein weiterer Farbfilter vorgeordnet. Dessen spektrale Transmission ist identisch zu der spektralen Transmission desjenigen Farbfilters, welcher dem Reflektor zugeordnet ist. Ein im Strahlengang sich befindendes, spiegelndes oder teilspiegelndes Objekt mit polarisationsdrehender Eigenschaft kann gemäß dieser Weiterbildung aufgrund seiner spektralen Eigenschaft erkannt werden. Denn der Empfänger ohne vorgeordneten Transmissiorsfilter wird mit mehr Strahlungsleistung beaufschlagt. Eingeschränkt wird dieses einfache Verfahren durch den gegenüber dem anderen Empfänger deutlich geringeren Verstärkungsfaktor des Empfängers. Daher muß die vom Filter des Reflektors absorbierte Strahlungsleistung im Verhältnis größer oder zumindest gleich dem Verhältnis der Verstärkung der beiden Empfängersignale sein.
Um diese Einschränkung zu umgehen, schlägt die Weiterbildung gemäß Anspruch 7 einen weiteren Empfänger mit vorgeordnetem Transmissionsfilter vor. Der spektrale Transmissionsverlauf dieses Filters ist dabei invers zu den zuvor bereits beschriebenen Filtern. Dies bedeutet, daß die vom Reflektor kommende Strahlung geblockt wird, während die vom Objekt kommende Strahlung von diesem zusätzlichen Empfänger vollständig erfaßt wird. Unter dem ”inversen” Transmissionsverlauf ist zu verstehen, daß dieser Filter des zusätzlichen Empfängers die Komplementärfarbe zu der Farbe der beiden anderen Filter besitzt. Die Reflektionslichtschranke gemäß dieser Weiterentwicklung erfaßt somit drei physikalische Eigenschaften des Lichts, nämlich die Amplitude, die Polarisation sowie die Wellenlänge. Dadurch wird sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Verfügbarkeit erhöht, da eine zusätzliche Eigenschaft genutzt wird.
Gemäß der Weiterbildung in Anspruch 8 ist der dritte Empfänger zwischen dem ersten Empfänger und dem zweiten Empfänger angeordnet.
Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke zum Erkennen von spiegelnden oder teilspiegelnden Objekten werden nachfolgend anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt:
1 eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform;
2 das elektronische Prinzipschaltbild der Ausführungsform in 1;
3 die Situation, wenn sich ein Objekt sehr nah im Bereich des Senders/Empfängers befindet;
4 eine zweite Ausführungsform der Reflexionslichtschranke.
Die Reflexionslichtschranke der ersten Ausführungsform in 1 weist einen Sender 1 auf. Hierbei kann es sich um eine LED handeln, welche Licht einer bestimmtes Wellenlänge aussendet. Dem Sender 1 nachgeordnet ist ein Polarisationsfilter 2 sowie eine die Sendestrahlung kollimierende Sendeoptik 3.
Auf der gegenüberliegenden Seite der Reflexionslichtschranke befindet sich ein Reflektor 4. Das von diesem Reflektor 4 reflektierte Licht trifft auf eine Empfängereinrichtung, welche neben dem Sender 1 angeordnet ist. Diese Empfängereinrichtung weist zunächst einen ersten Empfänger 5 sowie einen zweiten Empfänger 6 auf. Dabei ist der zweite Empfänger 6 auf der bezüglich des Senders 1 abgewandten Seite angeordnet. Dem ersten Empfänger 5 ist ein erster Polarisationsfilter 7 und dem zweiten Empfänger 6 ein zweiter Polarisationsfilter 8 vorgeordnet. Die Besonderheit bei diesen beiden Polarisationsfiltern 7, 8 ist, daß der erste Polarisationsfilter 7 in Dunkelstellung steht, d. h. senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters 2 des Senders 1 ausgerichtet ist, während der zweite Polarisationsfilter 8 in Hellstellung steht, d. h. parallel zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters 2 des Senders 1 ausgerichtet ist.
Den beiden Empfängern 5, 6 mit ihren Polarisationsfiltern 7, 8 vorgeordnet ist eine optische Einrichtung in Form einer Lentikularlinse 9 in Form eines Zylinderlinsenarrays. Diese Lentikularlinse 9 weitet die vom Reflektor 4 kommende Strahlung in einer Richtung auf und durchmischt das Licht homogen in der Empfängerebene. Alternativ zu der Lentikularlinse 9 kann auch ein Strahlteiler verwendet werden.
Schließlich ist noch eine Empfangsoptik 10 vorgesehen.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Bei freiem Strahlengang (wenn sich also kein Objekt 11 im Strahlengang befindet), wird das vom Reflektor 4 unpolarisiert zurückgeworfene Licht mit Hilfe der Lentikularlinse 9 zu gleichen Teilen auf beide Empfänger 5, 6 verteilt. Dabei werden die von beiden Elementen 5, 6 erzeugten Signale unterschiedlich verstärkt, und zwar in der Weise, daß das Signal vom zweiten Empfänger 6 mit einer deutlich niedrigeren Verstärkung versehen wird (typischerweise Faktor 0,1 bis 0,05) als die Verstärkung des Signals des ersten Empfängers 5. Anschließend erfolgt eine Differenzbildung aus beiden Signalen. Da das Signal des zweiten Empfängers 6 deutlich geringer verstärkt wird, erhält man ein positives Differenzsignal.
Befindet sich hingegen im Strahlengang ein spiegelndes oder teilspiegelndes Objekt 11, wird die in sich selbst oder unter einem geringen Winkel gespiegelte, polarisierte Strahlung von der Empfängeroptik aufgenommen. Entsprechend dem vorhandenem System wird erreicht, daß trotz reduziertem Verstärkungsfaktor (beispielsweise 0,1) in diesem Fall ein negatives Differenzsignal entsteht. Die Prinzipdarstellung hierzu zeigt 2.
Das Messprinzip besteht somit darin, dass in Abhängigkeit von den Reflexionseigenschaften des spiegelnden Objekts 11 sowie in Abhängigkeit von den unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren der Signale der beiden Empfänger 5, 6 bei nicht vorhandenem Objekt 11 ein positives Differenzsignal und bei vorhandenem Objekt 11 ein negatives Differenzsignal entsteht (oder umgekehrt). Die Signale können auch vorzeichenmäßig gleich sein. Es ist lediglich erforderlich, daß die Signalstärken deutlich unterscheidbar sind.
Die Darstellung in 3 zeigt noch die Situation, daß bei (spiegelnden) Objekten 11, welche dicht vor dem Sender 1 bzw. den Empfängern 5, 6 stehen, das vom Objekt 11 reflektierte Licht vornehmlich auf den zweiten Empfänger 6 fällt, also auf die von der Sendeoptik 3 abgewandten Seite. Dies hat einen positiven Effekt auf das reflektierte Signal eines nahe zu den Empfängern 5, 6 stehenden Objekts 11. Der entscheidende Vorteil besteht jedoch darin, daß reflektiertes, unpolarisiertes Licht diffus streuender Objekte 11 fast ausschließlich auf den vom Sender 1 abgewandten Empfänger, d. h. im vorliegenden Fall auf den zweiten Empfänger 6 fällt und somit die aktive Störsignalunterdrückung wirksam ist.
Stehen diffus streuende Objekte 11 in größerer Entfernung zu den Empfängern 5, 6, werden zwar beide Empfänger 5, 6 wie beim Reflektor 4 gleich bestrahlt, jedoch ist der von der Empfangsoptik 10 aufgenommene Strahlungsfluß zu klein, um noch genügend Störsignale zu generieren.
Die zweite Ausführungsform analysiert neben den bisherigen Eigenschaften, nämlich Amplitude und Polarisation, eine weitere physikalische Eigenschaft des Lichts, nämlich die Wellenlänge des Lichts. Dadurch wird sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Verfügbarkeit der Reflexionslichtschranke werter erhöht. Somit können mit dieser Ausführungsform Objekte 11 mit spiegelnder Oberfläche und vorgesetzter, die Polarisationsebene drehender Folie eindeutig detektiert und von dem vom Reflektor 4 reflektierten Licht unterschieden werden. Diese Ausführungsform sieht hierzu den Einsatz von Empfängern unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit in Verbindung mit der vorbeschriebenen Empfängeroptik der ersten Ausführungsform vor.
Bei dieser zweiten Ausführungsform in 4 ist ein dritter Empfänger 12 vorgesehen, welcher zwischen dem ersten Empfänger 5 und dem zweiten Empfänger 6 angeordnet ist.
Weiterhin sind drei Farbfilter vorgesehen. Ein erster Farbfilter 13 ist dem Reflektor 4 zugeordnet. Ein zweiter Farbfilter 14 ist dem ersten Empfänger 5 zugeordnet. Dessen spektrale Transmission ist dabei identisch zu der spektralen Transmission des ersten Farbfilters 13.
Dem dritten Empfänger 12 ist ein dritter Farbfilter 15 zugeordnet. Der spektrale Transmissionsverlauf dieses dritten Farbfilters 15 ist dabei invers zu dem spektralen Transmissionsverlauf des ersten Farbfilters 13 bzw. des zweiten Farbfilters 14. Unter ”invers” ist dabei zu verstehen, daß es sich um die Komplementärfarbe zu den Farben des ersten und zweiten Farbfilters 13, 14 handelt.
Die Funktionsweise ist wie folgt:
Vom Sender 1 wird Licht unterschiedlicher Wellenlängen (z. B. weiss emittierende LED) ausgesendet, vom Polarisationsfilter 2 linear polarisiert und von der Sendeoptik 3 kollimiert.
Vor dem Eintritt in den Reflektor 4 und nach dem Austritt aus dem Reflektor 4 durchlaufen die Lichtstrahlen den ersten Farbfilter 13, so daß vom breitbandigem Spektrum des Senders 1 nur ein Teil reflektiert wird.
Diese Strahlen werden von der Empfangsoptik 10 fokussiert und von der Lentikularlinse 9 in einer Richtung aufgeweitet und in der Empfängerebene homogen durchmischt.
Sofern sich im Strahlengang ein spiegelndes Objekt 11 mit polarisationsdrehender Eigenschaft befindet, kann dies aufgrund seiner spektralen Eigenschaft erkannt und von dem reflektierten Licht des Reflektors 4 unterschieden werden. Denn der zweite Empfänger 6 (ohne vorgeordnetem Farbfilter) wird mit mehr Strahlungsleistung beaufschlagt. Eingeschränkt wird dieses vereinfachte Verfahren durch den im Vergleich zum ersten Empfänger 5 deutlich geringeren Verstärkungsfaktor des zweiten Empfängers 6. Daher muß die vom ersten Farbfilter 13 des Reflektors 4 absorbierte Strahlungsleistung im Verhältnis größer oder zumindest gleich dem Verhältnis der Verstärkung der beiden Empfängersignale sein.
Um diese Einschränkung zu umgehen, ist der dritte Empfänger 12 mit vorgesetztem dritten Farbfilter 15 vorgesehen. Da der spektrale Transmissionsverlauf dieses dritten Farbfilters 15 invers zu dem spektralen Transmissionsverlauf der ersten und zweiten Farbfilter 13, 14 ist, wird die vom Reflektor 4 kommende Strahlung geblockt, während die Strahlung vom Objekt 11 vom dritten Empfänger 12 vollständig erfasst wird.
Bezugszeichenliste

1: Sender
2: Polarisationsfilter
3: Sendeoptik
4: Reflektor
5: erster Empfänger
6: zweiter Empfänger
7: erster Polarisationsfilter
8: zweiter Polarisationsfilter
9: Lentikularlinse
10: Empfangsoptik
11: Objekt
12: dritter Empfänger
13: erster Farbfilter
14: zweiter Farbfilter
15: dritter Farbfilter

Claims

Reflexionslichtschranke zum Erkennen von spiegelnden oder teilspiegelnden Objekten (11), mit einem Sender (1) zum Aussenden von Licht, mit einem dem Sender (1) nachgeordneten Polarisationsfilter (2) sowie einer dem Sender (1) nachgeordneten, die Sendestrahlung kollimierenden Sendeoptik (3), mit einem Reflektor (4), mit zwei Empfängern (5, 6), mit einer, den Empfängern (5, 6) vorgeordneten Empfangsoptik (10), mit einem, dem ersten Empfänger (5) vorgeordneten, ersten Polarisationsfilter (7), welches mit seiner Polarisationsrichtung senkrecht zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters (2) des Senders (1) ausgerichtet ist, mit einem, dem zweiten Empfänger (6) vorgeordneten, zweiten Polarisationsfilter (8), welches mit seiner Polarisationsrichtung parallel zur Polarisationsrichtung des Polarisationsfilters (2) des Senders (1) ausgerichtet ist, sowie mit einer, den beiden Empfängern (5, 6) mit ihren Polarisationsfiltern (7, 8) vorgeordneten optischen Einrichtung (9), welche das ankommende Licht auf die beiden Empfänger (5, 6) aufteilt, wobei die beiden Empfänger (5, 6) elektronische Ausgangssignale abgeben, aus denen mittels einer elektronischen Einheit ein Differenzwert bildbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (4) das Licht unpolarisiert reflektiert, daß das zu erkennende, spiegelnde oder teilspiegelnde Objekt (11) das einfallende Licht polarisiert reflektiert und daß die von den beiden Empfängern (5, 6) aufgrund des jeweils von ihnen empfangenen Lichts abgegebenen Ausgangssignale unterschiedlich verstärkbar sind, wobei die Verstärkung der Ausgangssignale des zweiten Empfängers (6) geringer ist als die Verstärkung der Ausgangssignale des ersten Empfängers (5).
Reflexionslichtschranke nach dem vorgehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Empfänger (5) örtlich zwischen dem Sender (1) und dem zweiten Empfänger (6) angeordnet ist.
Reflexionslichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Einrichtung eine Lentikularlinse (9) oder ein Strahlteiler ist.
Reflexionslichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkung der Signale des zweiten Empfängers (6) den Faktor 0,05 bis 0,1 zu der Verstärkung der Signale des ersten Empfängers (5) beträgt.
Reflexionslichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Empfänger (5, 6) eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit aufweisen.
Reflexionslichtschranke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (1) Licht mit unterschiedlichen Wellenlängen aussendet, daß dem Reflektor (4) ein erstes Farbfilter (13) vorgeordnet ist und daß dem ersten Empfänger (5) ein zweites Farbfilter (14) vorgeordnet ist, dessen spektrale Transmission identisch oder im wesentlichen identisch der spektralen Transmission des ersten Farbfilters (13) ist.
Reflexionslichtschranke nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein dritter Empfänger (12) vorgesehen ist und daß diesem dritten Empfänger (12) ein drittes Farbfilter (15) vorgeordnet ist, dessen spektrale Transmission invers zu der spektralen Transmission des ersten und zweiten Farbfilters (13, 14) ist.
Reflexionslichtschranke nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Empfänger (12) örtlich zwischen dem ersten Empfänger (5) und dem zweiten Empfänger (6) angeordnet ist.