DE19913156A1 - Optoelektronische Vorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung (1) zum Erfassen von Objekten (2) in einem Überwachungsbereich, an dessen einem Ende ein Sendelichtstrahlen (8) emittierender Sender (3) und zwei Empfangslichtstrahlen 10 empfangende Empfänger (4, 5) mit jeweils einem vorgeordneten ersten und zweiten linear polarisierenden Element (14, 15), deren Polarisationsrichtungen um einen Winkel alpha im Bereich 45 DEG < alpha < 135 DEG gegeneinander gedreht sind, angeordnet sind und an dessen anderem Ende eine Reflektoreinheit (9), bestehend aus einem Reflektor (17) und einem vorgeordneten dritten linear polarisierendem Element (16), dessen Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung des ersten oder zweiten polarisierenden Elements (14, 15) im wesentlichen übereinstimmt, angeordnet ist. Die an Ausgängen der Empfänger (4, 5) anstehenden Empfangssignale werden jeweils mit zwei unterschiedlichen Schwellwerten S1 und S2 (S2 > S1) bewertet, deren Abstand so gewählt ist, daß nur bei freiem Strahlengang das Empfangssignal eines Empfängers (4) oberhalb von S2 und das Empfangssignal des zweiten Empfängers (5) unterhalb von S1 liegt. Es sind Mittel zur Testung der Vorrichtung (1) vorgesehen, durch deren Betätigung bei fehlerfreiem Betrieb die Empfangssignale der Empfänger (4, 5) vorgegebene Schaltzustände bezüglich der Schwellwerte S1 und S2 einnehmen. Alternativ kann der Quotient der Empfangssignale der Empfänger 4, 5 mit einem Schwellwert S bewertet werden. Der Reflektor (17) weist ...

Description

Gegenstand des Hauptpatents (Patentanmeldung DE 198 10 231) ist eine opto­ elektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwa­ chungsbereich.

Gemäß einer ersten Alternative werden bei dieser optoelektronische Vorrich­ tung die an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale je­ weils mit zwei unterschiedlichen Schwellwerten S1 und S2 bewertet, wobei der Schwellwert S2 oberhalb von S1 liegt. Der Abstand der Schwellwerte ist so gewählt, daß nur bei freiem Strahlengang das Empfangssignal eines Empfän­ gers oberhalb von S2 und das Empfangssignal des anderen Empfängers unter­ halb von S1 liegt. Alternativ können die Ausgangssignale der Empfänger auch jeweils mit einem Schwellwert bewertet werden. In diesem Fall werden die dem Schwellwert zugeführten Empfangssignale mittels Verstärkern unter­ schiedlich verstärkt, wobei die Differenz der Verstärkungsfaktoren der Diffe­ renz der Schwellwerte S1 und S2 entspricht. Prinzipiell wäre es auch denkbar, daß die Empfangssignale der Empfänger bei gleicher Verstärkung jeweils mit demselben Schwellwert bewertet werden. In diesem Fall wäre jedoch keine sichere und eindeutige Unterscheidung der Signale bei freiem Strahlengang und bei einem im Strahlengang befindlichen Objekt möglich.

Dabei liegt das Empfangssignal desjenigen Empfängers oberhalb von S2, des­ sen polarisierendes Element dieselbe oder nahezu dieselbe Polarisationsrich­ tung aufweist wie das polarisierende Element der Reflektoreinheit. Das polari­ sierende Element des anderen Empfängers ist gegenüber der Polarisationsrich­ tung des polarisierenden Elements der Reflektoreinheit um einen Winkel α, der im Bereich 45° < α < 135° liegt und vorzugsweise 90° beträgt, gedreht. Dem­ zufolge trifft auf diesen Empfänger bei freiem Strahlengang nur eine geringe Lichtmenge.

Mit dieser Vorrichtung können Objekte aller Art, insbesondere auch Objekte die das auftreffende Sendelicht depolarisieren, sicher erkannt werden. Durch die depolarisierende Wirkung des Objekts treffen auf die Empfänger vergleich­ bare Lichtmengen.

Reflektiert das Objekt das Licht diffus und nur sehr schwach, so liegen die Empfangssignale beider Empfänger unterhalb des Schwellwerts S1.

Befindet sich ein stark reflektierendes Objekt im Strahlengang, so gelangt eine große Lichtmenge auf die Empfänger, so daß deren Empfangssignale jeweils oberhalb von S2 liegen.

In jedem Fall weichen diese Schaltzustände am Ausgang der Empfänger von den Schaltzuständen bei freiem Strahlengang ab, so daß eine sichere Detektion der Objekte gewährleistet ist.

Gemäß einer weiteren Alternative wird bei dieser optoelektronischen Vorrich­ tung der Quotient der an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Signale gebildet. Durch die Quotientenbildung werden systematische Meßfehler, die durch unterschiedliche Ausdehnungen des Überwachungsbereichs entstehen, eliminiert. Dies bevorzugt eine Quotientenbildung der Empfangssignale gegen­ über einer Differenzbildung, die ebenfalls prinzipiell denkbar wäre. Der Quoti­ ent der Empfangssignale wird mit einem Schwellwert S bewertet. Dieser Schwellwert S ist so gewählt, daß sich bei freiem Strahlengang der Vorrichtung ein anderer Schaltzustand ergibt als bei einem im Strahlengang befindlichen Objekt, und zwar unabhängig von dessen Reflexionseigenschaften. Zusätzlich werden die Empfangssignale der Empfänger einzeln mit dem Schwellwert S1 bewertet.

Die optoelektronische Vorrichtung weist zudem Mittel zur Testung auf. Damit kann die Funktionsfähigkeit des Senders und der Empfänger zyklisch oder in vorgegebenen Intervallen überprüft werden. Die Überprüfung erfolgt derart, daß im fehlerfreien Betrieb bei Betätigen der Mittel zur Testung die Emp­ fangssignale der Empfänger vorgegebene Schaltzustände bezüglich der Schwellwerte S1 und S2 bzw. des Schwellwerts S einnehmen müssen.

Durch diese Überprüfung können interne Gerätestörungen sofort erkannt und angezeigt werden. Bei Anwendungen im Bereich des Personenschutzes wird die Vorrichtung üblicherweise zur Überwachung einer Maschine oder derglei­ chen eingesetzt. Tritt ein interner Gerätefehler in der Vorrichtung auf, so wird aus Sicherheitsgründen die Maschine abgeschaltet.

Der Erfindung liegt in Weiterbildung des Gegenstands des Hauptpatents die Aufgabe zugrunde, eine sichere Erfassung von Objekten in einem möglichst großen Überwachungsbereich zu gewährleisten.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale der Ansprüche 1 und 2 vorgese­ hen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist die Reflektoreinheit einen Re­ flektor auf, dessen Reflektorflächen verspiegelt sind. Somit erfolgt die Reflexi­ on der auf den Reflektor auftreffenden Sendelichtstrahlen nicht mehr durch Totalreflexion an den von Prismen gebildeten Reflektorflächen sondern durch eine spiegelnde Reflexion an den verspiegelten Reflektorflächen. Dadurch wird erreicht, daß die Depolarisierung der Sendelichtstrahlen bei der Reflexion am Reflektor erheblich reduziert wird. Dies wiederum bedingt, daß die Sende­ lichtstrahlen beim Durchgang durch das dem Reflektor vorgeordnete polarisie­ rende Element erheblich weniger abgeschwächt werden, wodurch die auf den Empfängern auftreffenden Lichtmengen erheblich erhöht werden. Die Reflek­ toreinheit kann somit auch in großen Distanzen zum Sender angeordnet sein, so daß die Objekte in einem großen Überwachungsbereich erfaßbar sind.

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

Fig. 1 Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfin­ dungsgemäßen Vorrichtung bei eingeschaltetem Sender,

Fig. 2 Vorrichtung gemäß Fig. 1 bei ausgeschaltetem Sender und einge­ schaltetem Testsender,

Fig. 3 Impulsdiagramm für den Betrieb des Senders, des Testsenders und der Empfänger,

Fig. 4 Schematische Darstellung der Intensitätsverläufe der Sende- und Empfangslichtstrahlen bei freiem Strahlengang,

Fig. 5 Schematische Darstellung der Intensitätsverläufe der Sende- und Empfangslichtstrahlen bei einem im Strahlengang angeordneten spiegelnden Objekt,

Fig. 6 Schematische Darstellung der Intensitätsverläufe der Sende- und Empfangslichtstrahlen bei einem im Strahlengang angeordneten dif­ fus reflektierenden Objekt,

Fig. 7 Schematische Darstellung eines Reflektor mit verspiegelten Reflek­ torflächen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer optoelektroni­ schen Vorrichtung 1 zum Erfassen von Objekten 2 in einem Überwachungsbe­ reich. An einem Ende des Überwachungsbereichs sind ein Sender 3 und zwei Empfänger 4, 5 angeordnet, die an eine gemeinsame Auswerteeinheit 6 ange­ schlossen und in einem Gehäuse 7 integriert sind. Der Sender 3 ist vorzugswei­ se von einer Leuchtdiode gebildet und wird im Pulsbetrieb betrieben. Alterna­ tiv kann der Sender 3 von einem Laser gebildet sein. Die Empfänger 4, 5 sind von vorzugsweise baugleichen Photodioden gebildet. Die Auswerteeinheit 6 besteht aus einem Microcontroller oder ist in einem ASIC integriert.

Bei freiem Strahlengang werden die vom Sender 3 emittierten Sendelichtstrah­ len 8 auf eine am gegenüberliegenden Ende des Überwachungsbereichs ange­ ordnete Reflektoreinheit 9 geführt. Die von dort reflektierten Empfangslicht­ strahlen 10 sind auf die Empfänger 4, 5 geführt.

In der Frontwand des Gehäuses 7 ist eine Sendeoptik 11 angebracht, durch welche die Sendelichtstrahlen 8 geführt sind. Zudem ist in der Gehäusewand eine Empfangsoptik 12 vorgesehen, die von den Empfangslichtstrahlen 10 durchsetzt wird. Die Sende- 11 und Empfangsoptik 12 sind jeweils von einer Linse gebildet.

Zwischen der Empfangsoptik 12 und den Empfängern 4, 5 ist ein strahlteilen­ der, teildurchlässiger Spiegel 13 vorgesehen, dessen Frontfläche und Rückseite jeweils um 45° gegenüber der Strahlachse der auftreffenden Empfangslicht­ strahlen 10 geneigt sind. Die die Empfangsoptik 12 durchsetzenden Empfangs­ lichtstrahlen 10 treffen auf die Frontseite des teildurchlässigen Spiegels 13. Ein Teil der Empfangslichtstrahlen 10 durchsetzt den teildurchlässigen Spiegel 13 und trifft auf den dahinter angeordneten ersten Empfänger 4. Der restliche Teil der Empfangslichtstrahlen 10 wird am teildurchlässigen Spiegel 13 reflektiert und trifft auf den zweiten Empfänger 5.

Jedem Empfänger 4, 5 ist ein linear polarisierendes Element 14, 15 vorgeord­ net, welches vorzugsweise als Polarisationsfilter ausgebildet ist.

In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist dem teildurchlässigen Spiegel 13 ein Umlenkelement vorgeordnet. An diesem Um­ lenkelement werden die Sendelichtstrahlen 8 so umgelenkt, daß diese koaxial zu den Empfangslichtstrahlen 10 im Überwachungsbereich geführt werden.

Zweckmäßigerweise besteht das Umlenkelement aus einem weiteren teildurch­ lässigen Spiegel 13, dessen Spiegelfläche parallel zur Spiegelfläche des ersten teildurchlässigen Spiegels 13 verläuft. Der Sender 3 ist unterhalb des zweiten teildurchlässigen Spiegels 13 angeordnet. In diesem Fall wird nur noch eine Linse benötigt, die gleichzeitig die Sende- 3 und Empfangslichtstrahlen 10 fo­ kussiert.

Die Reflektoreinheit 9 weist ebenfalls ein weiteres linear polarisierendes Ele­ ment 16 auf, welches unmittelbar vor einem Reflektor 17 angeordnet ist, der als Trippelreflektor ausgebildet ist.

Die Polarisationsrichtung der polarisierenden Elemente 14, 16 in der Reflek­ toreinheit 9 und am ersten Empfänger 4 stimmen im wesentlichen, vorzugswei­ se mit einer Winkeldifferenz kleiner als 10°, überein. Im vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiel stimmen die Polarisationsrichtungen exakt überein. Die Polarisa­ tionsrichtung des polarisierenden Elements 15 am zweiten Empfänger 5 ist hierzu um einen Winkel α gedreht, der im Bereich 45° < α < 135° liegt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel α = 90°.

Ist der Sender 3 von einem Laser gebildet, so sind die Sendelichtstrahlen 8 li­ near polarisiert. Dabei ist deren Polarisationsrichtung um 45° gegenüber der Polarisationsrichtung des polarisierenden Elements 16 gedreht.

Die an den Ausgängen der Empfänger 4, 5 anstehenden Empfangssignale wer­ den jeweils mit zwei Schwellwerten S1 und S2 bewertet, wobei der Schwell­ wert S2 oberhalb von S1 liegt. Die Lage der Empfangssignale der Empfänger 4, 5 relativ zu den Schwellwerten S1 und S2 definiert den Schaltzustand der Vor­ richtung 1.

Die Schwellwerte sind in Abhängigkeit der Polarisationsrichtungen der polari­ sierenden Elemente 14, 15 gewählt.

Insbesondere ist der Abstand zwischen den Schwellwerten S1 und S2 so ge­ wählt, daß nur bei freiem Strahlengang das Empfangssignale des ersten Emp­ fänger 4 oberhalb von S2 liegt und gleichzeitig das Empfangssignal des zwei­ ten Empfängers 5 unterhalb von S1 liegt. Dies wird dadurch erreicht, daß der Schwellwert S2 etwa 10% unterhalb des Empfangspegels des ersten Empfän­ gers 4 bei freiem Strahlengang liegt und der Schwellwert S1 etwa 80% unter­ halb dieses Empfangspegels liegt.

In den Fig. 4-6 sind die Lichtleistungen und die Polarisationsrichtungen entlang der Strahlengänge der Sende- 8 und Empfangslichtstrahlen 10 darge­ stellt. Dabei sind eventuelle Dämpfungsverluste beim Durchgang durch die optischen Elemente vernachlässigt.

In Fig. 4 ist die optoelektronische Vorrichtung 1 bei freiem Strahlengang dar­ gestellt. Die vom Sender 3 emittierten Sendelichtstrahlen 8 sind unpolarisiert, was durch die gleichmäßige Verteilung der Pfeile veranschaulicht ist. Die vom Sender 3 emittierte Sendeleistung wird als Bezugspunkt für den weiteren Strahlverlauf genommen und mit 100% angesetzt.

Die Sendelichtstrahlen 8 treffen auf das linear polarisierende Element 16 der Reflektoreinheit 9, dessen Polarisationsrichtung mit einem vertikalen Pfeil ver­ anschaulicht ist.

Nur der in dieser Polarisationsrichtung polarisierte Teil des Sendelichts durch­ dringt das polarisierende Element 16. Dieser Teil beträgt etwa 50% der ur­ sprünglichen Sendeleistung.

Die Sendelichtstrahlen 8 treffen dann auf den Reflektor 17 und werden dort reflektiert, wobei diese dabei zum Teil depolarisiert werden. Bei dem in Fig. 4 dargestellten Fall wird ein Anteil von 35% depolarisiert, während ein Anteil von 15% die Polarisationsrichtung beibehält. Beim zweiten Durchtritt durch das polarisierende Element 16 wird dieser Anteil nicht geschwächt, da dessen Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung des polarisierenden Ele­ ments 16 übereinstimmt. Der depolarisierte Anteil wird dagegen von 35% auf 17% geschwächt. Somit gelangt von der ursprünglich emittierten Sendeleistung ein Anteil von 32% linear polarisiertem Licht auf den teildurchlässigen Spiegel 13, wobei die Sendelichtstrahlen 8 je zur Hälfte reflektiert werden und den Spiegel 13 durchdringen.

Der den Spiegel 13 durchdringende Anteil der Empfangslichtstrahlen 10 trifft auf das polarisierende Element des ersten Empfängers 4, dessen Polarisations­ richtung mit derjenigen der Sendelichtstrahlen 8 übereinstimmt, so daß diese ohne weitere Schwächung durch das erste polarisierende Element 14 auf den ersten Empfänger 4 gelangen. Dieser Anteil beträgt 16% der ursprünglichen Sendeleistung.

Die Polarisationsrichtung des polarisierenden Elements 15 vor dem zweiten Empfänger 5 ist um 90° bezüglich der auftreffenden Empfangslichtstrahlen 10 gedreht, so daß kein Empfangslicht auf den zweiten Empfänger 5 trifft.

Entsprechend der auf die Empfänger 4, 5 auftreffenden Lichtmengen liegt das Empfangssignal am Ausgang des ersten Empfängers 4 oberhalb des Schwell­ werts S2 und das Empfangssignal am Ausgang des zweiten Empfängers 5 un­ terhalb des Schwellwerts S1.

Bei dem in Fig. 5 dargestellten Fall ist ein hochreflektierendes Objekt 2 im Strahlengang vor der nicht dargestellten Reflektoreinheit 9 angeordnet. Das Objekt 2 ist von einem Reflektor gebildet, an welchem die vom Sender 3 emit­ tierten Sendelichtstrahlen 8 nahezu ohne Verlust reflektiert werden. Die vom Sender 3 emittierten depolarisierten Sendelichtstrahlen 8 bleiben auch nach der Reflexion am Reflektor depolarisiert.

Die am Reflektor reflektierten Empfangslichtstrahlen 10 treffen auf den teil­ durchlässigen Spiegel 13, wobei von dort jeweils gleiche Anteile des Emp­ fangslichts in Richtung der beiden Empfänger 4, 5 geführt sind. Da das Emp­ fangslicht depolarisiert ist, wird es beim Durchtritt durch die polarisierenden Elemente 14, 15 jeweils um etwa 50% geschwächt. Daher treffen auf die Emp­ fänger 4, 5 jeweils etwa 25% der ursprünglichen Sendeleistung.

Dies führt zu Empfangssignalen an den Empfängern 4, 5, welche jeweils ober­ halb der Schwellwerte S2 liegen. Diese Empfangssignale unterscheiden sich eindeutig von den Schaltzuständen bei freiem Strahlengang, so daß eine sichere Detektion des Objekte 2 gewährleistet ist.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Fall ist ein diffus reflektierendes Objekt 2 im Strahlengang vor der nicht dargestellten Reflektoreinheit 9 angeordnet. Von dem auf das Objekt 2 auftreffenden Sendelicht wird bedingt durch die diffuse Reflexion nur ein kleiner Anteil, typischerweise unterhalb von 1% der ur­ sprünglich emittierten Sendelichtleistung, von der Empfangsoptik 12 erfaßt. Entsprechend gering sind die auf die Empfänger 4, 5 auftreffenden Lichtmen­ gen. Ansonsten entspricht der Strahlengang, insbesondere auch hinsichtlich der Polarisationsverhältnisse, dem in Fig. 5 dargestellten Fall.

Da auf die Empfänger 4, 5 jeweils nur ein Anteil von weniger als 0,25% der ursprünglich emittierten Sendelichtleistung trifft, liegen die Empfangssignale jeweils unterhalb des Schwellwerts S1. Auch diese Schaltzustände unterschei­ den sich eindeutig von den Schaltzuständen bei freiem Strahlengang, so daß auch in diesem Fall eine sichere Objekterkennung gewährleistet ist.

Gemäß einer weiteren nicht dargestellten Alternative der Erfindung wird in der Auswerteeinheit 6 der Quotient der Empfangssignale gebildet. Im vorliegenden Fall wird der Wert des am Empfänger 4 anstehenden Empfangssignales durch den Wert des am Empfänger 5 anstehenden Empfangssignals dividiert. Bei freiem Strahlengang ergibt sich für den Quotienten ein Zahlenwert mit x » 1. Ist ein Objekt 2 mit beliebigem Reflexionsgrad im Strahlengang angeordnet, so ergibt sich für den Quotienten ein Zahlenwert im Bereich x = 1. Um eine si­ chere Detektion der Objekte 2 zu gewährleisten, liegt die Höhe des Schwell­ werts etwa im Bereich 2 < S ≦ 10. Demzufolge ist gewährleistet, daß der Schwellwert S nur bei freiem Strahlengang überschritten wird. Zusätzlich wer­ den die Empfangssignale der Empfänger 4, 5 einzeln mit dem Schwellwert S1 bewertet.

Zur Überprüfung der Funktionssicherheit der Vorrichtung 1 sind Mittel zur Testung vorgesehen. Durch Betätigen dieser Mittel nehmen bei fehlerfreiem Betrieb der Vorrichtung 1 die Empfangssignale der Empfänger 4, 5 vorgegebe­ nen Schaltzustände bezüglich der Schwellwerte S1 und S2 bzw. bezüglich des Schwellwerts S an, was in der Auswerteeinheit 6 abgeprüft wird.

Diese Testung kann zyklisch erfolgen, wobei die Testung von der Auswerte­ einheit 6 innerhalb vorgegebener Zeitintervalle, die im Bereich von msec lie­ gen, periodisch aktiviert wird. Eine derartige zyklische Testung erfolgt dann, wenn die Sicherheitsanforderungen an die Vorrichtung 1 besonders hoch sind.

Sind die Sicherheitsanforderungen an die Vorrichtung 1 weniger hoch, so kann die Testung innerhalb größerer Zeitintervalle, die typischerweise im Bereich von Stunden liegen, erfolgen. Dabei wird die Testung vorzugsweise durch ein externes an die Vorrichtung 1 angeschlossenes Schaltgerät ausgelöst. Die Testung kann zweckmäßigerweise dann erfolgen, wenn die Vorrichtung 1 und/­ oder die Maschine, an welche die Vorrichtung 1 zu Überwachungszwecken angeschlossen ist, gewartet wird oder außer Betrieb ist.

Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Mittel zur Testung ein Testsendelichtstrahlen 18 emittierender Testsender 19 vorgese­ hen. Die Testsendelichtstrahlen 18 verlaufen vollständig im Inneren des Ge­ häuses 7 und sind über den strahlteilenden, teildurchlässigen Spiegel 13 auf die Empfänger 4, 5 geführt. Dabei treffen die Testsendelichtstrahlen 18 auf die Rückseite des teildurchlässigen Spiegels 13. Von dort wird ein Anteil von etwa 50% der Testsendelichtstrahlen 18 zum ersten Empfänger 4 reflektiert. Der andere Teil der Testsendelichtstrahlen 18 durchsetzt den teildurchlässigen Spiegel 13 und trifft auf den zweiten Empfänger 5.

Die Durchführung der Testung ist in Fig. 3 veranschaulicht. Während der Testung bleibt der Sender 3 vorzugsweises ausgeschaltet. Alternativ könnte der Sender 3 auch eingeschaltet bleiben, da er die Wirkung des Testsenders 19 nur verstärkt und nicht stört. Die Testung untergliedert sich in zwei Testmessun­ gen. Bei der ersten Testmessung (t₁) wird nicht nur der Sender 3 sondern auch der Testsender 19 bleibt abgeschaltet. Da dann von der Vorrichtung 1 keinerlei Licht emittiert wird, müssen bei fehlerfreiem Betrieb die Empfangssignale der Empfänger 4, 5 jeweils unterhalb des Schwellwerts S1 liegen. Im Idealfall nehmen die Pegel der Empfangssignale den Wert Null an.

Im Realfall liegen die Empfangssignalpegel oberhalb des Nullpegels. Dies be­ ruht vorwiegend auf dem Rauschen der Empfänger 4, 5.

Liegt im Fehlerfall eines der Empfangssignale oberhalb des Schwellwerts S1, so ist der entsprechende Empfänger 4 oder 5 defekt. Handelt es sich um den ersten Empfänger 4, so ist eventuell auch der Sender 3 nicht ausschaltbar, da diese Signalkombination dem Betrieb der Vorrichtung 1 bei freiem Strahlen­ gang entspricht. Liegen beide Empfangssignale oberhalb der Schwellwerte S1 und S2, so läßt sich der Sender 3 oder der Testsender 19 nicht ausschalten und/­ oder beide Empfänger 4, 5 sind defekt.

Während der zweiten Testmessung (t₂) ist der Sender 3 ausgeschaltet und der Testsender 19 eingeschaltet. Der Testsender 19 emittiert dabei unpolarisierte Testsendelichtstrahlen 18, die zu gleichen Anteilen über den strahlteilenden Spiegel 13 auf die Empfänger 4, 5 geführt sind. Da es sich um depolarisiertes Licht handelt werden die Testsendelichtstrahlen 18 bei Durchgang durch die polarisierenden Elemente 14, 15 gleichermaßen geschwächt. Die Sendeleistung ist so gewählt, daß im fehlerfreien Fall die Empfangssignale beider Empfänger 4, 5 oberhalb des Schwellwerts S2 liegen.

Liegt das Empfangssignal eines Empfängers 4, 5 unterhalb dieses Schwellwerts S2, so ist dieser Empfänger 4 oder 5 defekt.

Durch Verknüpfung der Ergebnisse beider Testmessungen läßt sich somit fest­ stellen, ob der Sender 3 bzw. der Testsender 19 oder einer der Empfänger 4, 5 defekt ist.

Nach Abschluß der Testmessungen wechselt die Vorrichtung 1 wieder in den Arbeitsbetrieb. Dort ist der Sender 3 eingeschaltet und der Testsender 19 aus­ geschaltet. Unter t₃ in Fig. 3 ist dieser Fall bei freiem Strahlengang darge­ stellt.

In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist als Mittel zur Testung anstelle des Testsenders 19 vor dem Empfänger 4, 5 ein polarisieren­ des Element 15 vorgesehen, dessen polarisierende Wirkung veränderbar ist.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel besteht dieses polarisierende Element 15 aus einem Flüssigkristallelement. Durch Anlegen unterschiedlicher Spannun­ gen kann das Flüssigkristallelement zwischen zwei Zuständen umgeschaltet werden. Im ersten Zustand wirkt das Flüssigkristallelement linear polarisierend. Dieser Zustand wird während der Arbeitsphase eingenommen, in welcher der Sender 3 aktiviert ist. Dieser Fall entspricht beispielsweise dem Zustand der Vorrichtung 1 bei t₃ in Fig. 3.

Während der Testung wechselt das Flüssigkristallelement in den zweiten Zu­ stand. In diesem Zustand hat das Flüssigkristallelement keine polarisierende Wirkung mehr.

Die Testung erfolgt wiederum in zwei getrennten Testmessungen. Die erste Testmessung erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel bei abgeschalte­ tem Sender 3. Entsprechend müssen die Empfangssignale der Empfänger 4, 5 im fehlerfreien Zustand unterhalb von S1 liegen.

Während der zweiten Testmessung ist der Sender 3 aktiviert. Die Testmessung erfolgt zweckmäßigerweise bei freiem Strahlengang. Die Intensitätsverhältnisse und Polarisationsrichtungen der Sende- 8 und Empfangslichtstrahlen 10 ent­ sprechen im wesentlichen dem in Fig. 4 dargestellten Fall. Lediglich werden die Empfangslichtstrahlen 10 beim Durchgang durch das vom Flüssigkristall­ element gebildeten polarisierenden Element 15 nicht mehr geschwächt. Ent­ sprechend gelangt auf diesen Empfänger 5 dieselbe Lichtmenge wie auf den anderen Empfänger 4. Somit liegen die Empfangssignale der beiden Empfänger 4, 5 im fehlerfreien Fall oberhalb des Schwellwerts S2.

Die Auswertung, ob im Fehlerfall der Sender 3 oder einer der Empfänger 4, 5 defekt ist, erfolgt analog zum ersten Ausführungsbeispiel.

Gemäß der zweiten Alternative der Erfindung werden die Testmessungen wie folgt durchgeführt. Während der ersten Testmessung (t₁) müssen bei fehlerfrei­ em Betrieb die Empfangssignale der Empfänger 4, 5 jeweils unterhalb des Schwellwerts S1 liegen. Während der zweiten Testmessung (t₂) wird der Quo­ tient der Empfangssignale mit dem Schwellwert S bewertet. Der Quotient der Empfangssignale der Empfänger 4, 5 liegt dann bei eingeschaltetem Testsender 19 unterhalb des Schwellwerts S.

Zur Vergrößerung des Überwachungsbereichs weist der Reflektor 17 wie in Fig. 7 dargestellt verspiegelte Reflektorflächen 20 auf, wobei die Reflektor­ flächen 20 typischerweise von Prismenoberflächen gebildet sind. Die Reflek­ torflächen 20 sind dabei durch Aufbringen einer Metallschicht 21 verspiegelt, wobei die Metallschicht 21 vorzugsweise auf die Reflektorflächen 20 aufge­ dampft wird. Als Metallschichten 21 werden vorzugsweise Aluminium-, Sil­ ber- oder Goldschichten verwendet.

Bei nicht verspiegelten Reflektoren 17 erfolgt die Reflexion der Sendelicht­ strahlen 8 am Reflektor 17 durch eine Totalreflexion an den als Prismen aus­ gebildeten Reflektorflächen 20. Bei dieser Totalreflexion tritt eine relativ starke Depolarisation der linear polarisierten Sendelichtstrahlen 8 auf. Typischerweise werden dabei 70% des einfallenden Sendelichts bei der Reflexion am Reflektor 17 depolarisiert. Dementsprechend groß ist der Verlust beim Durchgang der Sendelichtstrahlen 8 durch das polarisierende Element 16 nach Reflexion am Reflektor 17, wie insbesondere aus Fig. 4 ersichtlich ist. Dort treffen nach dem ersten Durchgang durch das polarisierende Element 16 etwa 50% der vom Sender 3 emittierten Sendelichtstrahlen 8 auf den Reflektor 17. Infolge der de­ polarisierenden Wirkung des Reflektors 17 durchsetzen nur etwa 32% der ur­ sprünglichen Sendelichtstrahlen 8 das polarisierende Element 16 und gelangen zu den Empfängern 4, 5.

Durch die Verspiegelung der Reflektorflächen 20 des Reflektors 17 wird dieser Anteil des Sendelichts erheblich, typischerweise um 20% gesteigert, so daß die auf die auf die Empfänger 4, 5 auftreffenden Lichtmengen entsprechend größer sind. Dadurch kann die Reflektoreinheit 9 auch in größeren Abständen zu dem Sender 3 angeordnet sein, um die für eine sichere Erfassung der Objekte not­ wendigen Lichtmengen auf den Empfänger 4, 5 zu erhalten.

Claims (21)

1. Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich, an dessen einem Ende ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender und zwei Empfangslichtstrahlen empfangende Empfänger mit jeweils einem vorgeordneten ersten und zweiten linear polarisierenden Element, deren Polarisationsrichtungen um einen Winkel α im Bereich 45° < α < 135° gegeneinander gedreht sind, angeordnet sind, und an dessen anderem Ende eine Reflektoreinheit, bestehend aus einem Reflektor und einem vorgeordneten dritten linear polarisierenden Element, dessen Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung des ersten oder zweiten polarisierenden Elements im wesentlichen überein­ stimmt, angeordnet ist, wobei die an Ausgängen der Empfänger anste­ henden Empfangssignale jeweils mit zwei unterschiedlichen Schwellwer­ ten S1 und S2 (S2 < S1) bewertet werden, deren Abstand so gewählt ist, daß nur bei freiem Strahlengang das Empfangssignal eines Empfängers oberhalb von S2 und das Empfangssignal des zweiten Empfängers unter­ halb von S1 liegt, und daß Mittel zur Testung der Vorrichtung vorgese­ hen sind, durch deren Betätigung bei fehlerfreiem Betrieb die Empfangs­ signale der Empfänger vorgegebene Schaltzustände bezüglich der Schwellwerte S1 und S2 einnehmen, nach Patent. . ./Patenanmeldung 198 10 231, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (17) verspiegelte Re­ flektorflächen (20) aufweist.

2. Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich, an dessen einem Ende ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender und zwei Empfangslichtstrahlen empfangende Empfänger mit jeweils einem vorgeordneten ersten und zweiten linear polarisierenden Element, deren Polarisationsrichtungen um einen Winkel α im Bereich 45° < α < 135° gegeneinander gedreht sind, angeordnet sind, und an dessen anderem Ende eine Reflektoreinheit, bestehend aus einem Reflektor und einem vorgeordneten dritten linear polarisierenden Element, dessen Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung des ersten oder zweiten polarisierenden Elements im wesentlichen überein­ stimmt, angeordnet ist, wobei der Quotient der an den Ausgängen der Empfänger anstehenden Empfangssignale gebildet wird und dieser mit einem Schwellwert S bewertet wird, und daß Mittel zur Testung der Vorrichtung vorgesehen sind, durch deren Betätigung bei fehlerfreiem Betrieb der Quotient der Empfangssignale bezüglich des Schwellwerts S einen vorgegebenen Wert annimmt, nach Patent. . ./Patenanmeldung 198 10 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (17) verspiegelte Re­ flektorflächen (20) aufweist.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Reflektorflächen (20) des Reflektors (17) mit einer Metallschicht (21) bedampft sind.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Metallschicht (21) als Aluminium-, Silber- oder Goldschicht ausgebildet ist.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1-4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Testung zyklisch erfolgt.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß die Testung durch externes Aktivieren der Mittel zur Testung erfolgt.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Polarisationsrichtungen des ersten und zweiten polarisierenden Elements (14, 15) um α = 90° gegeneinander gedreht sind.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Empfangslichtstrahlen (10) über einen strahlteilenden teil­ durchlässigen Spiegel (13) zu den Empfängern (4, 5) geführt sind.

9. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich­ net, daß von dem teildurchlässigen Spiegel (13) ein Umlenkelement an­ geordnet ist, an welchem die Sendelichtstrahlen (8) reflektiert werden, so daß sie koaxial zu den Empfangslichtstrahlen (10) im Überwachungsbe­ reich geführt sind.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Umlenkelement von einem teildurchlässigen Spiegel (13) gebildet ist.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, da­ durch gekennzeichnet, daß zu deren Testung ein Testsender (19) vorge­ sehen ist, dessen Testsendelichtstrahlen (18) auf die Empfänger (4, 5) gerichtet sind.

12. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9-11, da­ durch gekennzeichnet, daß die vom Testsender (19) emittierten Testsen­ delichtstrahlen (18) über den teildurchlässigen Spiegel (13) zu den Emp­ fängern (4, 5) geführt sind.

13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge­ kennzeichnet, daß während der Testung der Sender (3) abgeschaltet ist.

14. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei deren fehlerfreiem Betrieb während einer ersten Testmessung bei abgeschaltetem Sender (3) und Testsender (19) die Empfangssignale der Empfänger (4, 5) jeweils unterhalb des Schwell­ werts S1 liegen.

15. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, da­ durch gekennzeichnet, daß bei deren fehlerfreiem Betrieb während einer zweiten Testmessung bei abgeschaltetem Sender (3) und eingeschaltetem Testsender (19) die Empfangssignale der Empfänger (4, 5) jeweils ober­ halb des Schwellwerts S2 liegen oder der Quotient der Empfangssignale der Empfänger (4, 5) unterhalb des Schwellwerts S liegt, wobei das Emp­ fangssignal des Empfängers (4) durch das Empfangssignal des Empfän­ gers (5) dividiert wird.

16. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-10, da­ durch gekennzeichnet, daß zu deren Testung die Polarisationswirkung des polarisierenden Elements (15) vor dem Empfänger (5) veränderbar ist.

17. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß das polarisierende Element (15) von einem Flüssigkristallele­ ment gebildet ist.

18. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei den Testmessungen die Polarisationswirkung des polarisierenden Elements (15) aufgehoben ist.

19. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß bei deren fehlerfreiem Betrieb während einer ersten Testmessung bei abgeschaltetem Sender (3) die Empfangssignale der Empfänger (4, 5) unterhalb des Schwellwerts S1 liegen und während einer zweiten Test­ messung bei eingeschaltetem Sender (3) und freiem Strahlengang ober­ halb von S2 liegen, oder daß der Quotient der Empfangssignale der Emp­ fänger (4, 5) während der zweiten Testmessung unterhalb des Schwell­ werts S liegt, wobei das Empfangssignal des Empfängers (4) durch das Empfangssignal des Empfängers (5) dividiert wird.

20. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (3) von einer Leuchtdiode gebildet ist.

21. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-19, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sender (3) von einem Laser gebildet ist, wobei die Polarisationsrichtung der vom Laser emittierten Sendelicht­ strahlen (8) etwa um 45° bezüglich der Polarisationsrichtung des linear polarisierenden Elements (16) der Reflektoreinheit (9) gedreht ist.