DE19504230A1 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbe­ griff des Anspruchs 1.

Optoelektronische Vorrichtungen dieser Art, insbesondere Lichtschranken, werden in großer Anzahl in Industrieumgebungen eingesetzt. Mittels dieser Vor­ richtungen wird üblicherweise ein Bereich überwacht. Beispielsweise werden Lichtschranken zur Vorraumüberwachung von Maschinen eingesetzt. Alternativ können Bereiche in Regallagern mittels der optoelektronischen Vorrichtungen abgesichert werden.

Durch Verwendung von Umlenkeinheiten wird der Sendelichtstrahl innerhalb eines vorgegebenen Raumbereiches abgelenkt. Dadurch kann allein mit einem Sendeelement und einem Empfangselement ein mehrdimensionaler Raumbereich abgesichert werden, wodurch weitere Lichtschranken eingespart werden können.

Als Umlenkeinheit wird üblicherweise ein Umlenkspiegel verwendet, der den Sendelichtstrahl in einer vorgegebenen Raumrichtung ablenkt.

Ein typischer Anwendungsfall ist die Überwachung einer ebenen, rechteckför­ migen Fläche mittels zweier Umlenkspiegel, eines Sendeelements und eines Empfangselements, die an den Ecken dieses Rechteckes angeordnet sind. Nachteilig hierbei ist, daß die Umlenkspiegel sehr genau ausgerichtet sein müssen, damit der Sendelichtstrahl über die Umlenkspiegel auf das Empfang­ selement auftrifft.

Die Empfangscharakteristik der Empfangselemente der optoelektronischen Vorrichtungen ist üblicherweise so ausgebildet, daß der Sendelichtstrahl inner­ halb eines Detektionswinkels von ca. 3° erfaßt werden kann. Daraus ergibt sich als Anforderung an die Genauigkeiten E₁ und E₂, mit der der erste und zweite Umlenkspiegel eingestellt sein müssen, E₁ + E₂ | 1,5° |.

Diese Genauigkeit ist mittels einer manuellen Ausrichtung der Umlenkspiegel allein nicht zu gewährleisten. Vielmehr müssen zur Ausrichtung der Umlenk­ spiegel Hilfsmittel herangezogen werden, wie z. B. sichtbares Licht emittierende Laserlichtquellen, die als Ausrichthilfen eingesetzt werden. Die Lichtschranken selbst weisen vorzugsweise Sendedioden, die üblicherweise im Infrarotbereich emittieren, auf.

Doch selbst wenn die Vorrichtung ausgerichtet werden kann, ist bleibt diese empfindlich gegen Erschütterungen und dergleichen und muß oftmals nachju­ stiert werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß diese einfach justiert werden kann und unempfindlich gegen eine Dejustierung bewirkende äußere Einflüsse ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin­ dung sind in den Ansprüchen 2-7 beschrieben.

Durch die Ausbildung der Umlenkvorrichtung gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 wird der Sendelichtstrahl an zwei Spiegelflächen der Umlenk­ einheit reflektiert, die in vorgegebenem Winkel zueinander angeordnet sind. Der Abstand der Spiegelflächen zueinander, deren räumliche Ausdehnung und der Winkel zwischen den Spiegelflächen sind so dimensioniert, daß der Sendelicht­ strahl auf jede Spiegelfläche einmal auftrifft.

Dabei wird der Sendelichtstrahl an der Umlenkeinheit um einem definierten Winkel abgelenkt, der unabhängig davon ist, ob die Umlenkeinheit um eine Drehachse senkrecht zur Ebene des Sendelichtstrahls gedreht wird oder nicht. Demzufolge ist die Vorrichtung unempfindlich gegen ein Dejustieren der Um­ lenkeinheit. Dies beruht darauf, daß bei Verdrehen der Umlenkeinheit beide Spiegelflächen gleichermaßen gedreht werden und der Sendelichtstrahl an beiden Spiegelflächen jeweils einmal reflektiert wird.

Die Anordnung der Spiegelflächen sind spiegelsymmetrisch zu einer Ebene senkrecht zur Ebene des Sendelichtstrahls angeordnet. Die Änderung des Strah­ lenganges des Sendelichtstrahls an der ersten Spiegelfläche wird somit durch die Reflexion an der zweiten Spiegelfläche kompensiert.

Zudem wird das Einjustierungen der Vorrichtung gegenüber einer Vorrichtung, deren Umlenkeinheit von einem Umlenkspiegel gebildet ist, beträchtlich ver­ einfacht, da der Einstellwinkel der Umlenkvorrichtung nicht mehr exakt einge­ halten werden muß.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 2 schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 3 schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Umlenk­ einheit.

Fig 1 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung 1 mit einem einen Sendelicht­ strahl 2 emittierenden Sendeelement 3, einem Empfangselement 4 und zwei Umlenkeinheiten 5.

Das Sende- 3 und das Empfangselement 4 sind zweckmäßigerweise von einer Lichtschranke gebildet.

Der Sendelichtstrahl 2 verläuft in einer Ebene entlang des Umfanges eines Rechtecks, an dessen Ecken das Sendeelement 3, das Empfangselement 4 und die Umlenkeinheiten 5 angeordnet sind.

Die Ebene, in der der Sendelichtstrahl 2 verläuft, kann beispielsweise parallel zum Boden einer Fabrikhalle mit Regallagern angeordnet sein. Die Regallager weisen senkrecht zum Boden verlaufende Stahlträger auf, wobei das Sende­ element 3, das Empfangselement 4 und die Umlenkeinheiten 5 jeweils an einem Stahlträger montiert sein können.

Die in Fig 1 dargestellten Umlenkeinheiten 5 sind identisch aufgebaut und weisen zwei Spiegel 6 mit ebenen Spiegelflächen auf, die senkrecht zur Ebene, in der der Sendelichtstrahl 2 verläuft, angeordnet sind. Die Spiegelflächen sind einander zugewandt an einer Halterung 7 befestigt, die um eine Drehachse D senkrecht zur Ebene das Sendelichtstrahls 2 drehbar ist. Die Spiegelflächen laufen in einem Winkel von α = 45° aufeinander zu. Die Halterung 7 weist zweckmäßigerweise V-förmigen Querschnitt auf und besteht beispielsweise aus einem Aluminium-Frästeil. Die Spiegel 6 bestehen aus Glas oder Kunststoff und sind an der Halterung 7 festgeklebt oder in eine Aufnahme eingepaßt und dort verschraubt.

Der vom Sendeelement 3 emittierte Sendelichtstrahl 2 trifft auf eine Spiegel­ fläche der ersten Umlenkeinheit 5 und wird auf auf die zweite Spiegelfläche der Umlenkeinheit 5 geführt. Durch die zweimalige Reflexion an der Umlenkeinheit 5 wird der Sendelichtstrahl 2 um 90° abgelenkt und trifft auf die zweite Um­ lenkeinheit 5, wo er in gleicher Weise nochmals um 90° abgelenkt wird und dann auf das Empfangselement 4 trifft.

Die Umlenkeinheiten 5 sind spiegelsymmetrisch zu einer Ebene E, die senkrecht zur Ebene des Sendelichtstrahls 2 angeordnet ist.

Die Richtung des Sendelichtstrahls 2 am Ausgang der Umlenkeinheit 5 ist un­ abhängig vom Drehwinkel der Umlenkeinheit 5.

Bei justierter optoelektronischer Vorrichtung 1 verläuft der auf die Umlenk­ einheit 5 auftreffende bzw. der die Umlenkeinheit 5 verlassende Sendelichtstrahl 2 in einem Winkel von 45° zur Symmetrieebene der Umlenkeinheit 5. Dieser Fall ist in Fig. 1 dargestellt.

Da der Strahlengang des Sendelichtstrahls 2 durch ein Verdrehen der Umlenk­ einheit 5 nicht beeinflußt wird, muß die Justierung der Umlenkeinheiten 5 nur senkrecht zur Ebene das Sendelichtstrahls 2 exakt vorgenommen werden. Das Justieren der Vorrichtung 1 wird somit erheblich erleichtert.

In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der optoelektronischen Vorrich­ tung 1 dargestellt. Die räumliche Anordnung der Komponenten entspricht der Anordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 1.

Die Umlenkeinheiten 5 sind in diesem Fall von jeweils einem Pentaprisma gebildet. Das Pentaprisma besteht vorzugsweise aus Glas. Die Stirnflächen des Pentaprismas weisen die Form eines Fünfecks auf, die ebenen Mantelflächen 8, 9, 10 des Pentaprismas verlaufen senkrecht zur Ebene des Sendelichtstrahls 2.

Die Innenseiten zweier symmetrisch zur Spiegelebene E des Pentaprismas angeordneten Mantelflächen 8 sind verspiegelt und laufen in einem Winkel vom α = 45°, dem Hauptwinkel des Pentaprismas aufeinander zu. Die in einem Winkel von 90° aufeinander zulaufenden Mantelflächen 9 sind nicht verspiegelt und daher transparent.

Fig. 2 zeigt wiederum eine exakt justierte optoelektronische Vorrichtung 1. In diesem Fall trifft der vom Sendeelement 3 emittierte Sendelichtstrahl 2 auf eine nicht verspiegelte Mantelfläche 9 des ersten Pentaprismas, durchdringt diese und wird an den verspiegelten Mantelflächen 8 des Pentaprismas jeweils einmal reflektiert und durchdringt die zweite nicht verspiegelte Mantelfläche 9 des Pentaprismas. Beim Durchgang durch eine Umlenkeinheit 5 wird der Sende­ lichtstrahl 2 wiederum um 90° abgelenkt. Dies ist auch dann der Fall, wenn die Umlenkeinheit 5 um eine Drehachse D senkrecht zur Ebene des Sendelicht­ strahls 2 gedreht wird. Somit ist auch bei diesem Ausführungsbeispiel eine einfache Justage der optoelektronischen Vorrichtung 1 gewährleistet.

Anstelle eines einzelnen Pentaprismas kann auch ein Pentaprismenarray gemäß Fig. 3 eingesetzt werden. Das Pentaprismenarray besteht aus mehreren neben­ einanderliegend angeordneten, stabförmigen Pentaprismen 11. Die Pentaprismen 11 bestehen in einer vorteilhaften Ausführungsform aus Kunststoff und sind auf einer ebenen Unterlage 12 gehalten.

Das Pentaprismenarray kann als ebenes Spiegelelement kostengünstig gefertigt und platzsparend montiert werden. Je nach Geometrie der optoelektronischen Vorrichtung 1 und Strahlengang des Sendelichtstrahls 2 muß eine Umlenk­ einheit 5, die von einem einzelnen Pentaprisma gebildet ist, sehr großdimen­ sioniert werden. Das einzelne Pentraprisma ist in diesem Fall sehr schwer und daher schwierig zu handhaben. In diesem Fall bietet der Einsatz eines Prismen­ arrays Vorteile. Die einzelnen Pentaprismen 11 können klein sein, da durch die Mehrfachanordnung der Pentaprismen 11 die wirksame Fläche des Pentapris­ menarrays so groß dimensioniert werden kann, daß der Sendelichtstrahl 2 sicher auf eines oder mehrere Pentaprismen 11 auftrifft und in gewünschter Weise umgelenkt wird.

Claims (7)

1. Optoelektronische Vorrichtung mit einem einen Sendelichtstrahl emit­ tierenden Sendeelement und einem vom Sendeelement entfernt angeord­ neten Empfangselement, auf welches der Sendelichtstrahl über wenigstens eine Umlenkeinheit geführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sendelichtstrahl (2) in einer Ebene geführt ist und die Umlenkeinheit (5) zwei senkrecht zur Ebene spiegel­ symmetrisch angeordnete, ebene Spiegelflächen aufweist, die in einem festen, vorgegebenen Winkel α einander gegenüberliegend so angeordnet sind, daß der Sendelichtstrahl (2) an den Spiegelflächen jeweils einmal reflektiert wird, und daß die Umlenkeinheit (5) um eine Drehachse (D) senkrecht zur Ebene des Sendelichtstrahls (2) drehbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel α = 45° beträgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinheit (5) von einem Pentaprisma mit dem Hauptwinkel α gebil­ det ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinheit (5) von einem Pentaprismenarray bestehend aus neben­ einanderliegend angeordneten stabförmigen Prismen (11) mit Hauptwin­ keln α gebildet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Penta­ prismen (11) aus Kunststoff bestehen.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Umlenkeinheit (5) eine Halterung (7) mit V-förmigen Querschnitt aufweist, wobei die die eben Spiegelflächen aufweisenden Spiegel (6) an den Innenseiten der Schenkel der Halterung befestigt sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß diese zwei Umlenkeinheiten (5) umfaßt, und daß der Sendelichtstrahl (2) entlang des Umfanges eines Rechteckes geführt ist, an dessen Ecken die Umlenkeinheiten (5), das Sendeelement (3) und das Empfangselement angeordnet sind.