DE102017128450A1

DE102017128450A1 - Reflexionslichtschranke zum Nachweis von Objekten in einem Erfassungsbereich

Info

Publication number: DE102017128450A1
Application number: DE102017128450.8A
Authority: DE
Inventors: Chin Kin Hing; Marcus THIEN
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 2017-11-30
Filing date: 2017-11-30
Publication date: 2019-06-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Reflexionslichtschranke, die folgende Komponenten aufweist: einen Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht, mindestens eine Sendeoptik zum Leiten des Sendelichts in den Erfassungsbereich und in Richtung eines Retroreflektors, wobei von der Sendeoptik Sendelicht in einen Senderaumbereich ausgeht, den Retroreflektor zum Zurückstrahlen des Sendelichts in Richtung des Lichtsenders und eines Empfängers, wobei der Retroreflektor einen Strukturparameter aufweist, den Empfänger, der benachbart von dem Lichtsender positioniert ist, zum Nachweis von zurückgestrahltem Sendelicht, eine Empfangsoptik zum Leiten des zurückgestrahlten Sendelichts auf den Empfänger, wobei von der Empfangsoptik zurückgestrahltes Sendelicht aus einem Empfangsraumbereich auf den Empfänger geleitet wird, und eine Steuer- und Auswerteeinheit zum Ansteuern des Lichtsenders und zum Auswerten von Empfangssignalen des Empfängers und zum Ausgeben eines Objektfeststellungssignals. Die erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke ist dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik und die Empfangsoptik benachbart zueinander positioniert sind und dass ein Abstand des Senderaumbereichs und des Empfangsraumbereichs mindestens im Bereich der Sendeoptik oder der Empfangsoptik kleiner ist als der Strukturparameter des Retroreflektors.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Reflexionslichtschranke zum Nachweis von Objekten in einem Erfassungsbereich nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Gattungsgemäße Reflexionslichtschranken, die in vielerlei Ausgestaltungen bekannt sind, weisen folgende Komponenten auf: einen Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht, mindestens eine Sendeoptik zum Leiten des Sendelichts in den Erfassungsbereich und in Richtung eines Retroreflektors, wobei von der Sendeoptik Sendelicht in einen Senderaumbereich ausgeht, den Retroreflektor zum Zurückstrahlen des Sendelichts in Richtung des Lichtsenders und eines Empfängers, wobei der Retroreflektor einen Strukturparameter aufweist, den Empfänger, der benachbart von dem Lichtsender positioniert ist, zum Nachweis von zurückgestrahltem Sendelicht, eine Empfangsoptik zum Leiten des zurückgestrahlten Sendelichts auf den Empfänger, wobei von der Empfangsoptik zurückgestrahltes Sendelicht aus einem Empfangsraumbereich auf den Empfänger geleitet wird, und eine Steuer- und Auswerteeinheit zum Ansteuern des Lichtsenders und zum Auswerten von Empfangssignalen des Empfängers und zum Ausgeben eines Objektfeststellungssignals.
Bei konventionellen Reflexionslichtschranken dieser Art, bei denen eine Sendeoptik und eine Empfangsoptik nebeneinander angeordnet sind, können bei vergleichsweise kurzen Abständen der Sendeoptik und der Empfangsoptik einerseits zu dem Retroreflektor andererseits Schwierigkeiten dahingehend bestehen, dass die Leistung abnimmt, weil von dem Retroreflektor zu wenig Licht in Richtung des Empfängers zurückgestrahlt wird.
Als eine Aufgabe der Erfindung kann angesehen werden, eine Reflexionslichtschranke zu schaffen, bei der gute Empfindlichkeiten auch dann möglich sind, wenn der Retroreflektor in vergleichsweise kurzem Abstand vor dem Sender und dem Empfänger positioniert ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Reflexionslichtschranke mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke werden in der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den abhängigen Ansprüchen und den Figuren, erläutert.
Die Reflexionslichtschranke der oben angegebenen Art ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik und die Empfangsoptik benachbart zueinander positioniert sind und dass ein Abstand des Senderaumbereichs und des Empfangsraumbereichs mindestens im Bereich der Sendeoptik oder der Empfangsoptik kleiner ist als der Strukturparameter des Retroreflektors.
Als Reflexionslichtschranke wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine Lichtschranke verstanden, bei der das von einem Sender ausgesandte Licht von irgendeiner Art von reflektierender Einrichtung, insbesondere einem Retroreflektor, in Richtung des Empfängers reflektiert wird.
Als Lichtsender kann im Prinzip jede Lichtquelle zum Einsatz kommen, die das Sendelicht in der gewünschten Intensität und mit der gewünschten Wellenlänge zur Verfügung stellt. Besonders bevorzugt kommen als Lichtsender Halbleiterkomponenten zum Einsatz, beispielsweise Leuchtdioden, VCSELs oder Laserdioden. Unter dem Begriff des Sendelichts wird elektromagnetische Strahlung, insbesondere im sichtbaren Bereich und im Infrarot-Bereich, verstanden.
Für die Sendeoptik können prinzipiell beliebige strahlumlenkende, insbesondere brechende, beugende und/oder reflektierende Komponenten, beispielsweise Linsen, verwendet werden, die zum Leiten des Sendelichts vom Sender in den Erfassungsbereich dienen.
Als Erfassungsbereich wird derjenige Bereich bezeichnet, der von dem Sendelicht und dem vom Retroreflektor zurückgestrahlten Sendelicht durchsetzt wird und in dem Objekte mit der Reflexionslichtschranke nachgewiesen werden können.
Mit dem Begriff des Senderaumbereichs wird derjenige Raumbereich bezeichnet, der von dem Sendelicht durchstrahlt wird. Der Senderaumbereich kann auch als Senderaumwinkel bezeichnet werden.
Ein Retroreflektor ist eine Komponente, die abweichend vom Reflexionsgesetz einfallende Strahlung im Wesentlichen in dieselbe Richtung zurückstrahlt, aus der die einfallende Strahlung kommt.
Als Empfänger kann prinzipiell jede lichtmessende Einrichtung zum Einsatz kommen, die den Nachweis des von dem Retroreflektor zurückgestrahlten Sendelichts mit der gewünschten Empfindlichkeit ermöglicht. Besonders bevorzugt werden Halbleiterdetektoren, insbesondere Photodioden, verwendet.
Mit dem Merkmal, dass der Empfänger benachbart von dem Lichtsender positioniert sein soll, soll zum Ausdruck gebracht werden, dass der Lichtsender und der Empfänger bezogen auf eine Richtung, in welche das Sendelicht ausgesandt wird einerseits und eine Richtung, aus welcher das zurückgestrahlte Sendelicht kommt, andererseits, im Wesentlichen auf derselben Höhe positioniert sind. Insbesondere bedeutet das auch, dass die Richtung, in welche das Sendelicht ausgesandt wird und die Richtung, aus der das zurückgestrahlte Sendelicht kommt, im Wesentlichen parallel sind.
Für die Empfangsoptik können ebenfalls prinzipiell beliebige strahlumlenkende, insbesondere brechende, beugende und/oder reflektierende Komponenten, beispielsweise Linsen, verwendet werden, die zum Leiten des von dem Erfassungsbereich kommenden Empfangslichts, also des von dem Retroreflektor zurückgestrahlten Sendelichts, auf den Empfänger dienen.
Zum Beispiel kann die Sendeoptik mindestens eine Sendelinse aufweisen und/oder die Empfangsoptik kann mindestens eine Empfangslinse aufweisen. Besonders bevorzugt können Kunststofflinsen zum Einsatz kommen.
Mit dem Begriff des Empfangsraumbereichs wird derjenige räumliche Bereich bezeichnet, aus dem zurückgestrahltes Sendelicht auf den Empfänger geleitet wird. Der Empfangsraumbereich kann auch als Empfangsraumwinkel bezeichnet werden.
Als Steuer- und Auswerteeinheit kann grundsätzlich eine beliebige elektronische Komponente verwendet werden, die zum Ansteuern des Lichtsenders und zum Auswerten von Empfangssignalen des Empfängers und zum Ausgeben eines Objektfeststellungsignals geeignet ist. Besonders bevorzugt werden hierzu intelligente und programmierbare Komponenten, beispielsweise Mikrocontroller, FPGAs, verwendet. Das Objektfeststellungssignal muss nicht notwendig an einen externen Ausgang ausgegeben werden. Zur Verwirklichung der Erfindung reicht es aus, wenn dieses Objektfeststellungssignal an irgendeiner Stelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung, beispielsweise an einen externen Ausgang, gegebenenfalls aber auch nur intern, vorliegt.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass bei den Reflexionslichtschranken aus dem Stand der Technik in Situationen, wo der Retroreflektor sehr nah vor der Sendeoptik und der Empfangsoptik positioniert ist, der Grund für die niedrigen Intensitäten des nachgewiesenen Sendelichts darin liegt, dass der Senderaumbereich und der Empfangsraumbereich im Bereich der Sendeoptik und der Empfangsoptik einen zu großen Abstand voneinander aufweisen.
Als ein Grundgedanke der vorliegenden Erfindung kann angesehen werden, dass die Sendeoptik und die Empfangsoptik unmittelbar benachbart zueinander positioniert sind und insbesondere so positioniert sind, dass der Senderaumbereich und der Empfangsraumbereichs im Bereich der Sendeoptik einen Abstand zueinander aufweisen, der kleiner ist als der Strukturparameter des Retroreflektors. Der Strukturparameter des Retroreflektors kann auch als Strukturkonstante bezeichnet werden.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung kann darin gesehen werden, dass auch bei vergleichsweise kurzen Abständen des Retroreflektors vom Lichtsender und dem Lichtempfänger noch sehr gute Empfindlichkeiten erreicht werden können. Ein weiterer für die Praxis wichtiger Vorteil ist außerdem, dass bisher verwendete Retroreflektoren weiterhin zum Einsatz kommen können. Dadurch können Kosten gespart und die erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke kann besonders einfach an einem Einsatzort unter Verwendung eines schon vorhandenen Retroreflektor installiert werden.
Grundsätzlich reicht es für die Verwirklichung der Erfindung aus, wenn der Abstand des Senderaumbereichs und des Empfangsraumbereichs kleiner ist als der Strukturparameter des Retroreflektors. Der Abstand des Retroreflektors von dem Lichtsender und dem Empfänger kann noch weiter reduziert werden bei Ausführungsvarianten der Erfindung, bei denen der Abstand des Senderaumbereichs und des Empfangsraumbereichs mindestens im Bereich der Sendeoptik oder der Empfangsoptik kleiner ist als 0,5 mal dem Strukturparameter, bevorzugt kleiner ist als 0,2 mal dem Strukturparameter und besonders bevorzugt kleiner ist als 0,1 mal dem Strukturparameter des Retroreflektors.
In diesem Zusammenhang kann es außerdem bevorzugt sein, dass der Senderaumbereich und der Empfangsraumbereich einander mindestens im Bereich der Sendeoptik oder der Empfangsoptik berühren oder überlappen.
Eine besonders dichte Positionierung der Sendeoptik unmittelbar benachbart zu der Empfangsoptik kann bei einer vergleichsweise einfach aufgebauten Variante der Erfindung beispielsweise dadurch erreicht werden, dass sich die Sendelinse und die Empfangslinse in Richtung quer zu einer Aussenderichtung des Sendelichts überlappen.
Bei einer anderen Variante kann die Anordnung der Sendeoptik unmittelbar benachbart zu der Empfangsoptik dadurch erreicht werden, dass die Sendelinse und die Empfangslinse sich an ihren Außenrändern berühren.
Für den Retroreflektor können an sich bekannte Komponenten zum Einsatz kommen. Insbesondere kann der Retroreflektor eine Vielzahl von Reflexionselementen aufweisen, wobei der Strukturparameter dann gegeben ist durch den Abstand von unmittelbar benachbarten Reflexionselementen.
Die Reflexionselemente des Retroreflektors können beispielsweise Winkelreflektoren, Tripelspiegel, Tripelprismen und/oder rotationssymmetrische Linsenreflektoren, insbesondere Katzenaugen, sein.
Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke ist eine optische Achse der Sendelinse parallel ausgerichtet zu einer optischen Achse der Empfangslinse. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass die optischen Eigenschaften der Reflexionslichtschranke in guter Näherung unabhängig sind vom Abstand des Retroreflektors.
Grundsätzlich kommt es zwar auf eine sehr genaue Relativpositionierung des Retroreflektors bezüglich des Senders und des Empfängers nicht an. Besonders bevorzugt ist es gleichwohl, wenn eine Flächennormale des Retroreflektors parallel ausgerichtet ist zur optischen Achse der Sendelinse und zur optischen Achse der Empfangslinse.
Eine Diskriminierung bezüglich der nachzuweisenden Objekte kann dadurch erreicht werden, dass vor der Sendelinse und der Empfangslinse ein Polarisationsfilter positioniert ist. Insbesondere ist es dadurch möglich, Kunststoffflaschen, die an sich transparent und deshalb mit einer einfachen Lichtschranke schwierig nachzuweisen sind, die jedoch die Polarisation des Lichts verändern, nachzuweisen.
Bei besonders vorteilhaften Varianten der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke sind die Sendelinse und die Empfangslinse zusammen einstückig als Kunststoffformteil gebildet. Diese Ausgestaltung ermöglicht besonders zuverlässig, dass der Sendelichtbereich und der Empfangslichtbereich sehr dicht beieinander liegen. Der Retroreflektor kann demnach auch in vergleichsweise sehr geringen Abständen vor dem Sender und dem Empfänger angeordnet sein.
Prinzipiell können zum Manipulieren des Sendelichtbereichs und/oder des Empfangslicht Bereichs weitere optische Komponenten vorhanden sein, um den Abstand des Sendelichtbereichs und des Empfangslichtbereichs im Bereich der Sendeoptik und der Empfangsoptik weiter zu reduzieren. Bei besonders bevorzugten Ausführungsvarianten ist vor der Sendelinse ein Prisma vorhanden zum Verschieben eines Bündels des Sendelichts in einer Richtung quer zur optischen Achse der Sendelinse und/oder vor der Empfangslinse ist ein Prisma vorhanden zum Verschieben eines Bündels des von dem Retroreflektor zurückgestrahlten Sendelichts in einer Richtung quer zur optischen Achse der Empfangslinse.
Die Notwendigkeit einer Relativpositionierung kann in vorteilhafter Weise vermieden werden, wenn die Sendelinse und/oder die Empfangslinse und mindestens ein Prisma zusammen einstückig als Kunststoffformteil gebildet sind. Grundsätzlich können aber beispielsweise auch das Prisma vor der Empfangslinse und die Empfangslinse zusammen einstückig als Kunststoffformteil gebildet sein.
Um einen direktes Übersprechen von dem Sender zu dem Empfänger zu vermeiden, kann bei bevorzugten Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke zwischen der Sendelinse und der Empfangslinse ein Abstandshalter aus einem undurchsichtigen oder opaken Material vorhanden sein.
Weitere Vorteile und Merkmale werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren beschrieben. Hierin zeigen:

1: Darstellung Reflexionslichtschranke aus dem Stand der Technik;
2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke;
3: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke;
4: ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke und
5: ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke.

Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Zunächst wird die allgemeine technische Situation wird mit Bezug auf 1 erläutert. Gezeigt ist dort in einer nicht maßstabsgetreuen Darstellung eine Reflexionslichtschranke 100 aus dem Stand der Technik zum Nachweis von Objekten in einem Erfassungsbereich 40. Diese Reflexionslichtschranke 100 beinhaltet als wesentliche Komponenten einen Lichtsender 10 mit einer Sendelinse 15, einen Empfänger 20 mit einer Empfangslinse 25, einen Retroreflektor 50 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 60. Der Lichtsender 10 dient zum Aussenden von Sendelicht 12, das über die Sendelinse 15, durch die eine Sendeoptik 14 verwirklicht ist, in einen Senderaumbereich 16 und damit in den Erfassungsbereich 40 und in Richtung des Retroreflektors 50 gestrahlt wird.
Der Empfänger 20 ist benachbart von dem Lichtsender 10 positioniert und dient zum Nachweis von Sendelicht 22, das von dem Retroreflektor 50 zurückgestrahlt wird. Zum Leiten des zurückgestrahlten Sendelichts 22 auf den Empfänger 20 ist die Empfangslinse 25 vorhanden, durch die eine Empfangsoptik 24 verwirklicht ist. Die Empfangsoptik 24 leitet aus einem Empfangsraumbereich 26 kommendes Sendelicht 22 auf den Empfänger 20.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist eine optische Achse 13 der Sendelinse 15 parallel ausgerichtet zu einer optischen Achse 23 der Empfangslinse 25.
Die Steuer- und Auswerteeinheit 60 dient zum Ansteuern des Lichtsenders 10, zum Auswerten von Empfangssignalen des Empfängers 20 und zum Ausgeben eines Objektfeststellungsignals. Hierzu ist die Steuer- und Auswerteeinheit 60 mit dem Lichtsender 10 und dem Empfänger 20 verbunden. Das Objektfeststellungsignal wird im gezeigten Beispiel an einem Ausgang 62 der Steuer- und Auswerteeinheit 60 ausgegeben.
Ein Objektfeststellungssignal wird typischerweise dann ausgegeben, wenn die von dem Empfänger 20 nachgewiesene Intensität des zurückgestrahlten Lichts 22 unter einen festzulegenden Grenzwert singt und deshalb davon ausgegangen werden kann, dass sich im Erfassungsbereich 40 ein nachzuweisendes Objekt befindet, welches den Lichtweg zwischen Sendeoptik 14 und Empfangsoptik 24 einerseits und dem Retroreflektor 50 andererseits mindestens teilweise blockiert.
Der Retroreflektor 50 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Vielzahl von Reflexionselementen, nämlich Tripelspiegel 54 auf, wobei durch den Abstand von unmittelbar benachbarten Tripelspiegeln 54 ein Strukturparameter R gegeben ist.
Um ein Übersprechen vom Sender 10 auf den Empfänger 20 zu vermeiden, ist außerdem bei der in 1 gezeigten Reflexionslichtschranke 100 zwischen der Sendelinse 15 und der Empfangslinse 25 ein Abstandshalter 32 aus opakem oder undurchsichtigem Material positioniert.
Die Tripelspiegel 54 führen dazu, dass nicht alle von der Sendelinse 15 ausgesandten Lichtstrahlen zurück auf die Empfangslinse 25 geleitet werden. In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel werden nur die Lichtstrahlen 123, 124, 125 und 126 zurück auf die Empfangslinse 25 geleitet. Die Lichtstrahlen 121 und 122 dagegen gelangen nicht auf die Empfangslinse 25.
Die Darstellung in 1 ist nicht maßstabsgetreu. In Wirklichkeit ist der Strukturparameter R, die dem Abstand von unmittelbar benachbarten Tripelspiegeln 54 entspricht, relativ zum einen Abstand a des Senderaumbereich 16 und des Empfangsraumbereichs 26 sehr viel kleiner. Das führt dazu, dass bei der Reflexionslichtschranke 100 aus dem Stand der Technik bei kleinen Abständen des Retroreflektors 50 von der Sendeoptik 14 und der Empfangsoptik 24 in Wirklichkeit nur ein vergleichsweise sehr geringer Anteil von Sendelichtstrahlen zurück zur Empfangsoptik 24 geleitet wird.
Grund dafür ist, und hierin liegt eine wesentliche Erkenntnis der vorliegenden Erfindung, dass der Abstand a des Senderaumbereichs 16 von dem Empfangsraumbereichs 26 vergleichsweise groß ist.
Die vorliegende Erfindung schafft hier Abhilfe, wie anhand der Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranken in den 2 bis 5 im Folgenden erläutert wird.
Gleiche und gleichwirkende Komponenten sind in den 2 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen wie in 1. Mit Bezug auf die 2 und 5 werden jeweils nur die im Vergleich zu 1 unterschiedlichen Komponenten beschrieben.
2 zeigt eine erste, vergleichsweise einfach aufgebaute Variante einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke 200. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wesentlich, dass ein unterer Rand 19 der Sendelinse 15 einen oberen Rand 29 der Empfangslinse 25 direkt kontaktiert. Dadurch rücken der Senderaumbereich 16 und der Empfangsraumbereich 26 im Vergleich zu den Reflexionslichtschranken aus dem Stand der Technik deutlich näher aneinander heran. Das bedeutet, dass der Abstand a des Senderaumbereichs 16 und des Empfangsraumbereichs 26 im Bereich der Sendeoptik 14 und der Empfangsoptik 24 kleiner ist als der Strukturparameter R. Im Ergebnis führt das dazu, dass auch bei sehr kleinen Abständen des Retroreflektors 50 von der Sendeoptik 14 und der Empfangsoptik 24 mehr Sendelicht auf die Empfangslinse 25 zurückgestrahlt wird als im Stand der Technik.
Das in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann dahingehend variiert werden, dass sich der untere Rand 19 der Sendelinse 15 und der obere Rand 29 der Empfangslinse 25 zwar nicht direkt kontaktieren oder berühren, einander aber gleichwohl sehr viel näher sind als bei den Reflexionslichtschranken aus dem Stand der Technik, so das gleichwohl der Senderaumbereich 16 und der Empfangsraumbereichs 26 einander deutlich näher sind als bei Reflexionslichtschranken aus dem Stand der Technik
Beispielsweise kann der Abstand a des Senderaumbereichs 16 und des Empfangsraumbereichs 26 mindestens im Bereich der Sendeoptik 14 oder der Empfangsoptik 24 kleiner ist als 0,5 mal dem Strukturparameter R, bevorzugt kleiner ist als 0,2 mal dem Strukturparameter R und besonders bevorzugt kleiner ist als 0,1 mal dem Strukturparameter R des Retroreflektors 50.
3 zeigt eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke 300, die eine Abwandlung der Anordnung aus 2 darstellt. Bei der Reflexionslichtschranke 300 aus 3 sind die Sendelinse 15 und die Empfangslinse 25 geringfügig gegeneinander versetzt angeordnet. Genauer gesagt ist eine Linsenebene 27 der Empfangslinse 25 um einen Abstand d gegenüber einer Linsenebene 17 der Sendelinse 15 verschoben, insbesondere parallel verschoben. Die Richtung dieser Verschiebung ist parallel zur Richtung der optischen Achse der Sendelinse 15 und der Empfangslinse 25. Durch diese zueinander versetzte Positionierung der Sendelinse 15 und der Empfangslinse 25 ist es, insoweit ähnlich wie in 2, möglich, die Sendelinse 15 und die Empfangslinse 25 quer zur Richtung ihrer optischen Achsen einander anzunähern. Im Ergebnis führt auch diese Maßnahme dazu, dass der Abstand a des Senderaumbereichs von dem Empfangsraumbereich 26 reduziert werden kann auf einen Wert, der kleiner ist als der Strukturparameter R des Retroreflektors 50. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Abstandshalter 32 aus undurchsichtigem oder opakem Material geeignet geformt, um den Raumbereich zwischen der Sendelinse 15 und der Empfangslinse 25 auszufüllen.
4 zeigt eine weitere Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke 400. Wesentlich ist bei dieser Ausgestaltung, dass zum räumlichen Manipulieren des Empfangsraumbereichs 26 eine weitere lichtumlenkende Komponente, nämlich ein Prisma 82, vorhanden ist. Dieses Prisma 82 ist vor der Empfangslinse 25 positioniert und leitet einen Teil der vom Retroreflektor 50 zurückgestrahlten Sendelichtstrahlen 22 auf die Empfangslinse 25. Hierdurch wird wieder bewirkt, dass der Abstand a des Senderaumbereichs 16 von dem Empfangsraumbereichs 26 reduziert wird auf einen Wert, der kleiner ist als der Strukturparameter R des Retroreflektors 50. Auch durch diese Maßnahme kann also erreicht werden, dass im Vergleich zur Anordnung aus dem Stand der Technik in 1 bei kurzen Abständen des Retroreflektor 50 vor der Sendeoptik 14 und der Empfangsoptik 24 ein vergleichsweise größerer Anteil des zurückgestrahlten Sendelichts 22 über die Empfangsoptik 24 auf den Empfänger 20 gelangt. Auch bei der in 4 dargestellten Ausführungsvariante ist ein speziell geformter Abstandshalter 32 vorhanden, dessen Form spezifisch auf das Volumen zwischen der Sendelinse 15, der Empfangslinse 25 und dem Prisma 82 angepasst ist.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke 500, dass im Hinblick auf die Strahlverläufe Ähnlichkeiten aufweist zu der Reflexionslichtschranke 400 aus 4. Der wesentliche Unterschied des Beispiels aus 5 im Vergleich zu 4 besteht darin, dass die Empfangsoptik 24 durch einen Kunststoffformteil 84 gebildet ist, welches eine Linse mit einem Prisma vereinigt. Diese Ausgestaltung hat den Vorteil eines besonders kompakten Aufbaus, bei dem bei der Empfangsoptik 24 keine optischen Komponenten relativ zueinander positioniert werden müssen.
Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartige Reflexionslichtschranke bereitgestellt, bei der auch bei sehr kurzen Abständen des Retroreflektor von der Sendeoptik und der Empfangsoptik und insbesondere auch bei Verwendung von herkömmlichen Retroreflektoren gute Empfindlichkeiten erreicht werden können.
Bezugszeichenliste

10: Lichtsender
12: Sendelicht
13: optische Achse der Sendelinse 15
14: Sendeoptik
15: Sendelinse
16: Senderaumbereich
17: Linsenebene der Sendelinse
16: Senderaumbereich
19: Außenrand der Sendelinse
20: Empfänger
22: zurückgestrahltes Sendelicht
23: optische Achse der Empfangslinse 25
24: Empfangsoptik
25: Empfangslinse
26: Empfangsraumbereich
27: Linsenebene der Empfangslinse
29: Außenrand der Empfangslinse
32: Abstandshalter opakem Material
40: Erfassungsbereich
50: Retroreflektor
54: Tripelspiegel
60: Steuer- und Auswerteeinheit
62: Ausgang
82: Prisma
84: Kunststoffformteil
100: Reflexionslichtschranke
121 bis 126: Sendelichtstrahlen
200: erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke
300: erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke
400: erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke
500: erfindungsgemäße Reflexionslichtschranke
a: Abstand des Senderaumbereichs 16 vom Empfangsraumbereich 26
d: Verschiebung zwischen Sendelinse 15 und Empfangslinse 25
R: Strukturparameter des Retroreflektor

Claims

Reflexionslichtschranke zum Nachweis von Objekten in einem Erfassungsbereich mit einem Lichtsender (10) zum Aussenden von Sendelicht (12), mit mindestens einer Sendeoptik (14) zum Leiten des Sendelichts (12) in den Erfassungsbereich (40) und in Richtung eines Retroreflektors (50), wobei von der Sendeoptik (14) Sendelicht (12) in einen Senderaumbereich (16) ausgeht, mit dem Retroreflektor (50) zum Zurückstrahlen des Sendelichts (12) in Richtung des Lichtsenders (10) und eines Empfängers (20), wobei der Retroreflektor (50) einen Strukturparameter (R) aufweist, mit dem Empfänger (20), der benachbart von dem Lichtsender (10) positioniert ist, zum Nachweis von zurückgestrahltem Sendelicht (22), mit mindestens einer Empfangsoptik (24) zum Leiten des zurückgestrahlten Sendelichts (22) auf den Empfänger (20), wobei von der Empfangsoptik (24) zurückgestrahltes Sendelicht (22) aus einem Empfangsraumbereich (26) auf den Empfänger (20) geleitet wird, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (60) zum Ansteuern des Lichtsenders (10) und zum Auswerten von Empfangssignalen des Empfängers (30) und zum Ausgeben eines Objektfeststellungsignals (62), dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik (14) und die Empfangsoptik (24) benachbart zueinander positioniert sind und dass ein Abstand (a) des Senderaumbereichs (16) und des Empfangsraumbereichs (26) mindestens im Bereich der Sendeoptik (14) oder der Empfangsoptik (24) kleiner ist als der Strukturparameter (R) des Retroreflektors (50).
Reflexionslichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (a) des Senderaumbereichs (16) und des Empfangsraumbereichs (26) mindestens im Bereich der Sendeoptik (14) oder der Empfangsoptik (24) kleiner ist als 0,5 mal dem Strukturparameter (R), bevorzugt kleiner ist als 0,2 mal dem Strukturparameter (R) und besonders bevorzugt kleiner ist als 0,1 mal dem Strukturparameter (R) des Retroreflektors (50).
Reflexionslichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Senderaumbereich (16) und der Empfangsraumbereich (26) einander mindestens im Bereich der Sendeoptik (14) oder der Empfangsoptik (24) berühren oder überlappen.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik mindestens eine Sendelinse (15) aufweist und dass die Empfangsoptik mindestens eine Empfangslinse (25) aufweist.
Reflexionslichtschranke einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Sendelinse (15) und die Empfangslinse (25) in Richtung quer zu einer Aussenderichtung des Sendelichts (12) überlappen.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelinse (15) und die Empfangslinse (25) sich an ihren Außenrändern (19, 29) berühren.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (50) eine Vielzahl von Reflexionselementen (54) aufweist und dass der Strukturparameter (R) gegeben ist durch den Abstand von unmittelbar benachbarten Reflexionselementen.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionselemente des Retroreflektors (50) Winkelreflektoren aufweisen oder sind.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionselemente des Retroreflektors (50) Tripelspiegel (54) und/oder Tripelprismen aufweisen oder sind.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionselemente des Retroreflektors (50) rotationssymmetrische Linsenreflektoren, insbesondere Katzenaugen, aufweisen oder sind.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine optische Achse (13) der Sendelinse (15) parallel ausgerichtet ist zu einer optischen Achse (23) der Empfangslinse (25).
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale des Retroreflektors (50) parallel ausgerichtet ist zur optischen Achse (13) der Sendelinse (15) und zur optischen Achse (23) der Empfangslinse (25).
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Sendelinse (15) und der Empfangslinse (25) ein Polarisationsfilter positioniert ist.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelinse (15) und die Empfangslinse (25) zusammen einstückig als Kunststoffformteil gebildet sind.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Sendelinse (15) ein Prisma vorhanden ist zum Verschieben eines Bündels des Sendelichts (12) in einer Richtung quer zur optischen Achse (13) der Sendelinse (15).
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Empfangslinse (25) ein Prisma (82) vorhanden ist zum Verschieben eines Bündels des von dem Retroreflektor (50) zurückgestrahlten Sendelichts (22) in einer Richtung quer zur optischen Achse (23) der Empfangslinse (25).
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendelinse (15) und/oder die Empfangslinse (25) und mindestens ein Prisma zusammen einstückig als Kunststoffformteil (84) gebildet sind.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Prisma (82) vor der Empfangslinse (25) und die Empfangslinse (25) zusammen einstückig als Kunststoffformteil (84) gebildet sind.
Reflexionslichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sendelinse (15) und der Empfangslinse (25) zum Vermeiden eines Übersprechens ein Abstandshalter (32) aus einem opaken Material vorhanden ist.