DE202022104704U1

DE202022104704U1 - Transmitting and receiving module for an optoelectronic sensor

Info

Publication number: DE202022104704U1
Application number: DE202022104704.9U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2022-08-19
Filing date: 2022-08-19
Publication date: 2023-11-22
Anticipated expiration: 2032-08-20

Abstract

Sende- und Empfangsmodul (10, 40, 62) für einen optoelektronischen Sensor (50, 60, 82) zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich (20), umfassend
- wenigstens einen Lichtsender (12) zum Aussenden von Sendelicht mit einem ersten Polarisationszustand (P1) und einer ersten Wellenlänge,
- eine dem Lichtsender (12) zugeordnete Sendeoptik (16) zum Erzeugen einer Sendelichtkeule (18) aus dem Sendelicht,
- wenigstens einen Lichtempfänger (24) zum Empfangen von Empfangslicht mit einem zweiten, vom ersten Polarisationszustand (P1) verschiedenen Polarisationszustand (P2) und/oder einer zweiten, von der ersten Wellenlänge verschiedenen Wellenlänge aus einer durch eine dem Lichtempfänger 24 zugeordneten Empfangsoptik (26) gebildeten Empfangslichtkeule (28), dadurch gekennzeichnet, dass das Sende- und Empfangsmodul (10, 40, 62) wenigstens ein optisches Metaelement (32, 42, 64) mit einer Metaoberfläche und/oder einem Metamaterial zur polarisations- und/oder wellenlängenabhängigen Beeinflussung der Sendelichtkeule (18) und/oder Empfangslichtkeule (28) aufweist, wobei das optische Metaelement (32, 42, 64) derart ausgebildet ist, dass sich die Sendelichtkeule (18) und die Empfangslichtkeule (28) im Überwachungsbereich (20) zumindest teilweise überlappen. Transmitting and receiving module (10, 40, 62) for an optoelectronic sensor (50, 60, 82) for detecting objects in a monitoring area (20), comprising
- at least one light transmitter (12) for emitting transmitted light with a first polarization state (P1) and a first wavelength,
- a transmission optics (16) assigned to the light transmitter (12) for generating a transmission light lobe (18) from the transmission light,
- at least one light receiver (24) for receiving received light with a second polarization state (P2) that is different from the first polarization state (P1) and/or a second wavelength that is different from the first wavelength from a receiving optics (26) assigned to the light receiver 24. formed receiving light lobe (28), characterized in that the transmitting and receiving module (10, 40, 62) has at least one optical metaelement (32, 42, 64) with a metasurface and / or a metamaterial for polarization and / or wavelength-dependent influencing Transmitting light lobe (18) and/or receiving light lobe (28), wherein the optical meta-element (32, 42, 64) is designed such that the transmitting light lobe (18) and the receiving light lobe (28) at least partially overlap in the monitoring area (20).

Description

Die Erfindung betrifft ein Sende- und Empfangsmodul für einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The invention relates to a transmitting and receiving module for an optoelectronic sensor with the features of claim 1.

Optoelektronische Sensoren werden häufig eingesetzt, um einen Überwachungsbereich auf Eingriffe durch Objekte zu überwachen. Dafür gibt es vielfältige Anwendungen, vom Bewegungsmelder über die Diebstahlsicherung bis zur Absicherung von automatischen Türen. Objekterfassung spielt auch in der Automatisierungstechnik eine wichtige Rolle.Photoelectronic sensors are often used to monitor a surveillance area for intrusions by objects. There are a variety of applications for this, from motion detectors to anti-theft devices to securing automatic doors. Object detection also plays an important role in automation technology.

Ein einfaches Beispiel eines objekterfassenden Sensors ist eine Reflexionslichtschranke. Diese umfasst, stark vereinfacht, einen Lichtsender wie etwa eine LED, dessen Sendestrahl auf einen am gegenüberliegenden Ende des Überwachungsbereichs angebrachten Retroreflektor trifft, dort in sich zurückgeworfen wird und der so reflektierte Empfangsstrahl wiederum von einem in der Nähe des Lichtsenders angeordneten Lichtempfänger erkannt wird. Ist der Lichtstrahl unterbrochen, so empfängt der Lichtempfänger nichts und löst die Abschaltfunktion aus.A simple example of an object-detecting sensor is a retro-reflective sensor. This includes, greatly simplified, a light transmitter such as an LED, the transmission beam of which hits a retroreflector attached to the opposite end of the monitoring area, is reflected there and the received beam reflected in this way is in turn recognized by a light receiver arranged near the light transmitter. If the light beam is interrupted, the light receiver receives nothing and triggers the switch-off function.

Ein zu verhindernder Schaltfehler bei einer Reflexionslichtschranke, der unter dem Begriff Spiegel- oder Weißsicherheit bekannt ist, kann nun entstehen, wenn ein spiegelndes oder sehr helles Objekt in den Strahlengang eintritt. Dieses Objekt remittiert möglicherweise so viel Licht, dass die Lichtschranke fälschlich keine Strahlenunterbrechung erkennt.A switching error that needs to be prevented in a retro-reflective light barrier, known as mirror or white safety, can occur when a reflective or very bright object enters the beam path. This object may emit so much light that the light barrier incorrectly detects no beam interruption.

Herkömmlich wird dieses Problem mit polarisiertem Licht gelöst. Dazu wird der Sendestrahl polarisiert. Der Retroreflektor erhält die Polarisation an sich und wechselt nur deren Orientierung. Ein Polfilter vor dem Empfänger, der zu dem Polarisator gekreuzt angeordnet ist, lässt daher den Empfangsstrahl ungehindert passieren. Wird der Sendestrahl dagegen von einem Spiegel oder einem hellen Objekt remittiert, so ist er in der falschen Richtung polarisiert oder verliert seine Polarisationseigenschaften, so dass der entstehende Empfangsstrahl von dem Polarisationsfilter nahezu komplett ausgeblendet wird. Auch Spiegel und helle Objekte werden dadurch als Strahlunterbrechung erkannt.Traditionally, this problem is solved with polarized light. For this purpose, the transmission beam is polarized. The retroreflector maintains the polarization itself and only changes its orientation. A polarizing filter in front of the receiver, which is arranged crossed to the polarizer, therefore allows the received beam to pass through unhindered. If, on the other hand, the transmit beam is remitted by a mirror or a bright object, it is polarized in the wrong direction or loses its polarization properties, so that the resulting received beam is almost completely blocked out by the polarization filter. Mirrors and bright objects are also recognized as beam interruptions.

Weiterhin ist aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 10 2006 053 229 A1 bekannt, zur Trennung von Sende- und Empfangsstrahlen einen polarisierenden Stahlteiler zu verwenden. Nachteilig an den bekannten Lösungen ist, dass sie eine Vielzahl optischer Elemente aufweisen, so dass derartige Systeme verhältnismäßig groß sind. Zudem ist die Justage der optischen Elemente zueinander aufwändig und anfällig für Dejustagen.Furthermore, from the prior art, for example DE 10 2006 053 229 A1 known to use a polarizing steel splitter to separate transmit and receive beams. The disadvantage of the known solutions is that they have a large number of optical elements, so that such systems are relatively large. In addition, the adjustment of the optical elements to one another is complex and prone to misalignment.

Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten optoelektronischen Sensor bereitzustellen, der eine kompakte und robuste Bauweise aufweist,Based on this prior art, it is the object of the invention to provide an improved optoelectronic sensor which has a compact and robust design,

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Sende- und Empfangsmodul für einen optoelektronischen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This task is solved by a transmitting and receiving module for an optoelectronic sensor with the features of claim 1.

Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, dass ein Sende- und Empfangsmodul für einen optoelektronischen Sensor zur Vereinigung und Trennung von Sende- und Empfangsstrahlen wenigstens ein optisches Metaelement umfasst. Das optische Metaelement wirkt je nach Ausführungsform in verschiedener Weise auf die Sende- und/oder Empfangsstrahlen und kann dadurch den Strahlteiler, die Sendeoptik, die Empfangsoptik oder eine Kombination dieser Elemente ersetzen und/oder ergänzen. Das Metaelement weist dafür eine Metaoberfläche und/oder ein Metamaterial auf.The invention is based on the basic idea that a transmitting and receiving module for an optoelectronic sensor for combining and separating transmitting and receiving beams comprises at least one optical metaelement. Depending on the embodiment, the optical meta-element acts in different ways on the transmitting and/or receiving beams and can thereby replace and/or supplement the beam splitter, the transmitting optics, the receiving optics or a combination of these elements. For this purpose, the metaelement has a metasurface and/or a metamaterial.

Als Metaoberflächen beziehungsweise Metamaterialien im Sinne dieser Anmeldung sind optisch wirksame Schichten an der Oberfläche beziehungsweise Strukturen eines Schichtsystems oder Vollkörpers zu verstehen, die Strukturen mit Strukturgrößen kleiner als die Wellenlängen eines Lichtstrahls und insbesondere ein binäres Höhenprofil aufweisen. Derartige Flächen oder Strukturen sind aus der Fachliteratur bekannt (z.B.: Flat optics with designer metasurfaces, Nature Mater 13, 139-150 (2014). DOI: 10.1038/NMAT3839) und können durch geeignete Wahl der Strukturen Eigenschaften der Sendelicht- beziehungsweise Empfangslichtstrahlen wie Phase, Amplitude und damit die Ausbreitungsrichtung durch Aufprägen eines Phasenprofils definiert verändern, insbesondere abhängig von der Polarisation und/oder Wellenläge der Lichtstrahlen. Metaoberflächen werden auch als „Flache Optiken“ bezeichnet, da Ihr Platzbedarf in Strahlrichtung deutlich geringer ist als der konventioneller refraktiver Optiken.Metasurfaces or metamaterials in the sense of this application are to be understood as meaning optically effective layers on the surface or structures of a layer system or solid body, which have structures with structure sizes smaller than the wavelengths of a light beam and in particular a binary height profile. Such surfaces or structures are known from the specialist literature (e.g.: Flat optics with designer metasurfaces, Nature Mater 13, 139-150 (2014). DOI: 10.1038/NMAT3839) and, through a suitable choice of structures, properties of the transmitted light or received light beams such as phase , Amplitude and thus the direction of propagation can be changed in a defined manner by imposing a phase profile, in particular depending on the polarization and / or wavelength of the light beams. Metasurfaces are also referred to as “flat optics” because their space requirement in the beam direction is significantly less than that of conventional refractive optics.

Die Arbeit von Reshef, Orad, et al. „An optic to replace space and its application towards ultra-thin imaging systems“, Nature communications 12.1 (2021): 1-8 befasst sich ohne Bezug auf optoelektronische Sensoren zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich wie beispielsweise Reflexionslichtschranken mit sogenannten Spaceplates, die unter Verwendung von optischen Metamaterialien darauf abzielen, den Bereich zwischen Linsen eines optischen Systems zu verringern, um die Bautiefe des optischen Systems weiter reduzieren zu können.The work of Reshef, Orad, et al. “An optic to replace space and its application towards ultra-thin imaging systems”, Nature communications 12.1 (2021): 1-8 deals with so-called spaceplates without reference to optoelectronic sensors for detecting objects in a surveillance area, such as retro-reflective light barriers The use of optical metamaterials aims to reduce the area between lenses of an optical system in order to be able to further reduce the depth of the optical system.

Die Verwendung einer Metaoberfläche und/oder eines Metamaterials hat somit den Vorteil, dass ein verbesserter Sensoraufbau mit geringerem Platzbedarf und robusterer Optik realisiert werden kann.The use of a metasurface and/or a metamaterial therefore has the advantage that an improved sensor structure can be realized with a smaller space requirement and more robust optics.

Ein erfindungsgemäßes Sende- und Empfangsmodul für einen optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich weist zunächst einen Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht mit einem ersten Polarisationszustand und einer ersten Wellenlänge auf, beispielsweise eine LED oder eine Laserdiode. Der Begriff „Wellenlänge“ kann dabei auch einen definierten Wellenlängenbereich umfassen, zumal auch eine monochromatische Lichtquelle nie perfekt monochromatisches Licht aussenden kann. Das Sendelicht kann vorzugsweise linear polarisiert sein, aber auch andere definierte Polarisationszustände aufweisen.A transmitting and receiving module according to the invention for an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area initially has a light transmitter for emitting transmitted light with a first polarization state and a first wavelength, for example an LED or a laser diode. The term “wavelength” can also encompass a defined wavelength range, especially since a monochromatic light source can never emit perfectly monochromatic light. The transmitted light can preferably be linearly polarized, but can also have other defined polarization states.

Dem Lichtsender ist eine Sendeoptik zum Erzeugen einer Sendelichtkeule aus dem vom Lichtsender emittierten Sendelicht zugeordnet. Die Sendelichtkeule definiert dabei insbesondere den vom Sendelicht ausgeleuchteten Bereich im Überwachungsbereich und kann sowohl einen runden als auch einen ovalen Querschnitt aufweisen.The light transmitter is assigned a transmission optics for generating a transmission light lobe from the transmission light emitted by the light transmitter. The transmitted light lobe defines in particular the area in the monitoring area illuminated by the transmitted light and can have both a round and an oval cross section.

Das Sende- und Empfangsmodul weist weiterhin einen Lichtempfänger zum Empfangen von Empfangslicht mit einem zweiten, vom ersten Polarisationszustand verschiedenen Polarisationszustand und/oder einer zweiten, von der ersten Wellenlänge verschiedenen Wellenlänge aus einer durch eine dem Lichtempfänger zugeordneten Empfangsoptik gebildeten Empfangslichtkeule auf. Die Empfangslichtkeule definiert dabei den Sichtbereich des Lichtempfängers, also insbesondere den Bereich im Überwachungsbereich, aus dem reflektiertes oder remittiertes Licht, im Folgenden auch Empfangslicht genannt, vom Lichtempfänger erfasst werden kann. Wie die Sendelichtkeule kann die Empfangslichtkeule sowohl einen runden als auch einen ovalen Querschnitt aufweisen. Die Geometrien der Sende- und Empfangslichtkeulen können gleich sein oder sich voneinander unterscheiden.The transmitting and receiving module further has a light receiver for receiving received light with a second polarization state that is different from the first polarization state and/or a second wavelength that is different from the first wavelength from a receiving light lobe formed by receiving optics assigned to the light receiver. The received light lobe defines the viewing area of the light receiver, i.e. in particular the area in the monitoring area from which reflected or remitted light, hereinafter also referred to as received light, can be detected by the light receiver. Like the transmitting light lobe, the receiving light lobe can have both a round and an oval cross section. The geometries of the transmitting and receiving light lobes can be the same or different from each other.

Erfindungsgemäß umfasst das Sende- und Empfangsmodul wenigstens ein optisches Metaelement mit einer Metaoberfläche und/oder einem Metamaterial zur polarisations- und/oder wellenlängenabhängigen Beeinflussung der Sendelichtkeule und/oder Empfangslichtkeule, wobei das optische Metaelement derart ausgebildet ist, dem Sendelicht und/oder dem Empfangslicht ein keilförmiges Phasenprofil aufzuprägen, so dass sich die Sendelichtkeule und die Empfangslichtkeule im Überwachungsbereich zumindest teilweise überlappen. Das optische Metaelement übernimmt damit zunächst die Funktion eines Strahlvereinigers beziehungsweise Strahlteilers, indem es einen Sendestrahlengang, repräsentiert durch die Sendelichtkeule, und einen Empfangsstrahlengang, repräsentiert durch die Empfangslichtkeule Überwachungsbereichsseitig vereinigt und lichtsenderbeziehungsweise lichtempfängerseitig trennt.According to the invention, the transmitting and receiving module comprises at least one optical metaelement with a metasurface and/or a metamaterial for polarization- and/or wavelength-dependent influencing of the transmitting light lobe and/or receiving light lobe, wherein the optical metaelement is designed in such a way as to correspond to the transmitted light and/or the received light to impose a wedge-shaped phase profile, so that the transmitting light lobe and the receiving light lobe at least partially overlap in the monitoring area. The optical metaelement thus initially takes on the function of a beam combiner or beam splitter by combining a transmitting beam path, represented by the transmitting light lobe, and a receiving beam path, represented by the receiving light lobe, on the monitoring area side and separating them on the light transmitter or light receiver side.

Die Wirkung des optischen Metaelements ist dabei polarisations- und/oder wellenlängenabhängig, womit Sende- und Empfangslicht effektiv voneinander getrennt werden können. Die Verwendung eines Metaelements mit einer Metaoberfläche und/oder einem Metamaterial hat zudem den Vorteil, dass das Metaelement in Lichtstrahlrichtung eine geringere Ausdehnung als ein herkömmlicher Strahlvereiniger beziehungsweise Strahlteiler aufweist, und somit ein besonders flaches Sende- und Empfangsmodul realisiert werden kann.The effect of the optical metaelement is polarization and/or wavelength dependent, which means that transmitted and received light can be effectively separated from each other. The use of a meta-element with a meta-surface and/or a meta-material also has the advantage that the meta-element has a smaller extension in the light beam direction than a conventional beam combiner or beam splitter, and thus a particularly flat transmitting and receiving module can be realized.

Das optische Metaelement kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass die Sendelichtkeule und die Empfangslichtkeule im Überwachungsbereich koaxial verlaufen. Dies hat den Vorteil, dass die Überlappung von Sendelichtkeule und Empfangslichtkeule unabhängig von der Entfernung vom Sende- und Empfangsmodul ist, wodurch eine zuverlässigere Erfassung von Objekten im Überwachungsbereich ermöglicht wird.The optical meta-element can preferably be designed such that the transmitting light lobe and the receiving light lobe run coaxially in the monitoring area. This has the advantage that the overlap of the transmitting light lobe and the receiving light lobe is independent of the distance from the transmitting and receiving module, which enables more reliable detection of objects in the surveillance area.

Die Sendeoptik kann dazu ausgebildet sein, einen Öffnungswinkel der Sendelichtkeule einzustellen, insbesondere das Sendelicht im Überwachungsbereich zu kollimieren. Dadurch bleibt der Durchmesser der Sendelichtkeule im Überwachungsbereich im Wesentlichen konstant. Damit ist die Ausleuchtung des Überwachungsbereichs unabhängig von der Entfernung vom Sende- und Empfangsmodul.The transmission optics can be designed to set an opening angle of the transmission light lobe, in particular to collimate the transmission light in the monitoring area. As a result, the diameter of the transmitted light lobe remains essentially constant in the monitoring area. This means that the illumination of the monitoring area is independent of the distance from the transmitter and receiver module.

Die Empfangsoptik des Sende- und Empfangsmoduls kann dazu ausgebildet sein, das Empfangslicht auf den Lichtempfänger zu fokussieren. Damit lässt sich ein höherer Signalpegel auf dem Lichtempfänger erreichen.The receiving optics of the transmitting and receiving module can be designed to focus the receiving light onto the light receiver. This allows a higher signal level to be achieved on the light receiver.

Die Sende- und/oder die Empfangsoptik können als Metalinsen ausgebildet sein, welche dem Sende- und/oder Empfangslicht ein parabolisches Phasenprofil aufprägen. Damit ergibt sich ein geringerer Platzbedarf der Sende- und/oder Empfangsoptik im Vergleich zu konventionellen refraktiven Optiken.The transmitting and/or receiving optics can be designed as metal lenses, which imprint a parabolic phase profile on the transmitting and/or receiving light. This results in a smaller space requirement for the transmitting and/or receiving optics compared to conventional refractive optics.

Das optische Metaelement kann dazu ausgebildet sein, zumindest teilweise die Funktion der Sende- und/oder Empfangsoptik aufzuweisen. Mindestens teilweise kann in einem doppelten Sinne verstanden werden, es kann sowohl weitere optische Elemente der Sende- und/oder Empfangsoptik geben, als auch das optische Metaelement weitere Funktionen über solche der Sende- und/oder Empfangsoptik hinaus übernehmen. Vorzugsweise wird die Sende- und/oder Empfangsoptik vollständig ersetzt, es sind also keine weiteren optischen Elemente wie Linsen und dergleichen erforderlich. Das optische Metaelement kann dazu eine Vielzahl von diskreten Metaoberflächen aufweisen.The optical metaelement can be designed to at least partially have the function of transmitting and/or receiving optics. At least in part it can be understood in a double sense, there can be both further optical elements of the transmitting and/or receiving optics, as well as the optical meta-element Take on functions beyond those of the transmitting and/or receiving optics. Preferably, the transmitting and/or receiving optics are completely replaced, so no further optical elements such as lenses and the like are required. For this purpose, the optical metaelement can have a large number of discrete metasurfaces.

Das Sende- und Empfangsmodul kann bevorzugt eine oder mehrere Spaceplates aufweisen. Ein deutscher Fachbegriff hat sich hierfür noch nicht herausgebildet. Eine Spaceplate ist ein Beispiel für ein Metamaterial, wobei diese nicht primär auf eine Veränderung der Wellenfront entsprechend einem Linseneffekt angelegt ist. Vielmehr soll gleichsam ein längerer Lichtweg auf kleinerem physischem Raum verwirklicht werden, um optische Elemente, insbesondere Metalinsen, näher beieinander anordnen zu können. Eine Spaceplate oder ein sonstiges Metamaterial kann an der Vorder- und/oder Rückseite mit einer Metaoberfläche versehen werden, um die Effekte einer Spaceplate und einer Metalinse zu kombinieren. Für weitere Einzelheiten zu Spaceplates wird ergänzend auf die einleitend genannte Arbeit von Reshef et al. verwiesen.The transmitting and receiving module can preferably have one or more space plates. A German technical term for this has not yet been developed. A space plate is an example of a metamaterial, although it is not primarily designed to change the wavefront according to a lens effect. Rather, a longer light path should be realized in a smaller physical space in order to be able to arrange optical elements, especially metal lenses, closer to one another. A spaceplate or other metamaterial can be provided with a metasurface on the front and/or back to combine the effects of a spaceplate and a metal lens. For further details on spaceplates, please refer to the work by Reshef et al. mentioned in the introduction. referred.

Insbesondere wenn der Lichtsender nicht schon aufgrund seiner Bauart, beispielsweise als Laserdiode, Sendelicht mit einem definierten Polarisationszustand aussendet, beispielsweise, wenn der Lichtsender als LED ausgeführt ist, kann dem Lichtsender ein erster Polarisationsfilter zur Erzeugung eines definierten Polarisationszustands des Sendelichts zugeordnet sein. Der Polarisationsfilter kann bevorzugt dazu eingerichtet sein, das Sendelicht linear oder zirkular zu polarisieren. Eine definierte Polarisation des Sendelichts kann eine Trennung von Sende- und Empfangslicht erleichtern.In particular if the light transmitter does not emit transmitted light with a defined polarization state due to its design, for example as a laser diode, for example if the light transmitter is designed as an LED, the light transmitter can be assigned a first polarization filter for generating a defined polarization state of the transmitted light. The polarization filter can preferably be set up to polarize the transmitted light linearly or circularly. A defined polarization of the transmitted light can make it easier to separate transmitted and received light.

Dem Lichtempfänger kann ein zweiter Polarisationsfilter zur selektiven Transmission des Empfangslichts zugeordnet sein. Der zweite Polarisationsfilter kann bevorzugt derart ausgebildet sein, dass er Licht mit der Polarisation des Sendelichts nicht transmittiert. Somit kann eine verbesserte Trennung von Sende- und Empfangslicht erfolgen.A second polarization filter for selective transmission of the received light can be assigned to the light receiver. The second polarization filter can preferably be designed such that it does not transmit light with the polarization of the transmitted light. This means that the separation of transmitted and received light can be improved.

Das Sende- und Empfangsmodul kann bevorzugt in einem optoelektronischen Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich eingesetzt werden. Der optoelektronische Sensor umfasst dabei wenigstens ein Sende- und Empfangsmodul sowie eine Steuer- und Auswerteeinheit, die dazu ausgebildet sein kann, den Lichtsender zu steuern und/oder ein Empfangssignal des Lichtempfängers zu empfangen. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann weiterhin dazu ausgebildet sein, das Empfangssignal des Lichtempfängers auszuwerten. Der optoelektronische Sensor kann eine Schnittstelle zum Ausgeben eines Auswertungsergebnisses der Steuer- und Auswerteeinheit und/oder zum Weiterleiten des Empfangssignals an eine übergeordnete Steuerung umfassen. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann weiterhin dazu ausgebildet sein, bei Erfassung eines Objektes ein Warn- oder ein Abschaltsignal zu erzeugen.The transmitting and receiving module can preferably be used in an optoelectronic sensor for detecting objects in a surveillance area. The optoelectronic sensor includes at least one transmitting and receiving module as well as a control and evaluation unit, which can be designed to control the light transmitter and/or to receive a received signal from the light receiver. The control and evaluation unit can also be designed to evaluate the received signal of the light receiver. The optoelectronic sensor can include an interface for outputting an evaluation result of the control and evaluation unit and/or for forwarding the received signal to a higher-level controller. The control and evaluation unit can also be designed to generate a warning or a switch-off signal when an object is detected.

In einer Ausführungsform kann der optoelektronische Sensor eine Vielzahl von Sende- und Empfangsmodulen aufweisen, wobei die Sende- und Empfangsmodule derart ausgerichtet sind, dass ihre Sende- und Empfangslichtkeulen im Überwachungsbereich im Wesentlichen in einer Ebene parallel zueinander verlaufen, so dass der optoelektronische Sensor ein Lichtgitter erzeugt. Die Querschnitte der Sende- und/oder Empfangslichtkeulen können derart ausgebildet sein, dass Ihre Ausdehnung in der Ebene geringer ist als senkrecht dazu. Damit kann die Gefahr eines Übersprechens zwischen den Sende- und/oder Empfangslichtkeulen der verschiedenen Sende- und Empfangsmodule reduziert werden.In one embodiment, the optoelectronic sensor can have a plurality of transmitting and receiving modules, wherein the transmitting and receiving modules are aligned such that their transmitting and receiving light lobes run essentially parallel to one another in a plane in the monitoring area, so that the optoelectronic sensor forms a light grid generated. The cross sections of the transmitting and/or receiving light lobes can be designed in such a way that their extent in the plane is smaller than perpendicular to it. This can reduce the risk of crosstalk between the transmitting and/or receiving light lobes of the various transmitting and receiving modules.

Der optoelektronische Sensor kann auf einer ersten Seite des Überwachungsbereichs angeordnet sein. Auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Überwachungsbereichs kann ein Reflektor angeordnet sein, der dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil des Sendelichts als Empfangslicht mit dem zweiten, vom ersten Polarisationszustand verschiedenen Polarisationszustand und/oder der zweiten, von der ersten Wellenlänge verschiedenen Wellenlänge zu reflektieren oder remittieren. Eine Änderung des Polarisationszustands kann beispielsweise durch Verwendung fachüblicher Tripelreflektoren erfolgen (Polarisationsdrehung um 90 Grad). Zur Änderung der Wellenlänge kann der Reflektor so genannte Wellenlängenshifter aufweisen, die beispielweise Licht im UV-Bereich durch Lumineszenz oder Fluoreszenz in sichtbares Licht umwandeln. Somit ergibt sich eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich die als Reflexionslichtschranke ausgebildet ist. Befindet sich kein Objekt im Überwachungsbereich gelangt somit das vom Reflektor reflektierte oder remittierte Licht zum Lichtempfänger und erzeugt dort ein Empfangssignal. Tritt ein Objekt in den Überwachungsbereich ein, reflektiert dies in der Regel kein Sendelicht, oder zumindest kein Licht mit dem zweiten Polarisationszustand oder der zweiten Wellenlänge, so dass der Lichtempfänger kein Empfangssignal erzeugt. Die Steuer- und Auswerteeinheit ist dazu ausgebildet, das Ausbleiben des Empfangssignals zu erfassen und ein Objektfeststellungssignal auszugeben. The optoelectronic sensor can be arranged on a first side of the monitoring area. On a second side of the monitoring area opposite the first side, a reflector can be arranged, which is designed to transmit at least part of the transmitted light as received light with the second polarization state that is different from the first polarization state and/or the second wavelength that is different from the first wavelength reflect or remit. The polarization state can be changed, for example, by using standard triple reflectors (polarization rotation by 90 degrees). To change the wavelength, the reflector can have so-called wavelength shifters, which, for example, convert light in the UV range into visible light through luminescence or fluorescence. This results in a device for detecting objects in a surveillance area which is designed as a reflection light barrier. If there is no object in the monitoring area, the light reflected or remitted by the reflector reaches the light receiver and generates a reception signal there. If an object enters the monitoring area, this generally does not reflect any transmitted light, or at least no light with the second polarization state or the second wavelength, so that the light receiver does not generate a received signal. The control and evaluation unit is designed to detect the absence of the received signal and to output an object detection signal.

Weist der optoelektronische Sensor wie oben beschrieben eine Vielzahl von Sende- und Empfangsmodulen auf, wobei die Sende- und Empfangsmodule derart ausgerichtet sind, dass ihre Sende- und Empfangslichtkeulen im Überwachungsbereich im Wesentlichen in einer Ebene parallel zueinander verlaufen, ergibt sich in Kombination mit dem vorgenannten Reflektor eine Vorrichtung zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich, die als Reflexionslichtgitter ausgebildet ist. Die Steuer- und Auswerteeinheit kann dann dazu ausgebildet sein, die Empfangssignale der Lichtempfänger einzeln auszuwerten und somit basierend auf dem Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines Empfangssignals eine Größe eines erfassten Objekts zu bestimmen.As described above, the optoelectronic sensor has a large number of transmitting and receiving modules, with the transmitting and receiving modules being aligned in such a way that their transmitting and receiving modules are aligned. and reception light lobes in the monitoring area run essentially parallel to one another in a plane, in combination with the aforementioned reflector, a device for detecting objects in a monitoring area results, which is designed as a reflected light grid. The control and evaluation unit can then be designed to evaluate the received signals of the light receivers individually and thus to determine a size of a detected object based on the presence or absence of a received signal.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmoduls;
2 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmoduls;
3 eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Sensors mit einem erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodul;
4 eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Sensors mit einem erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodul;
5 eine schematische Darstellung einer Reflexionslichtschranke mit einem erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodul;
6 eine schematische Darstellung eines Reflexionslichtgitters mit erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodulen;
7 eine schematische Darstellung eines beispielhaften optoelektronischen Sensors gemäß des Standes der Technik;

The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages using exemplary embodiments and with reference to the accompanying drawing. The illustrations in the drawing show:

1 a schematic representation of an exemplary embodiment of a transmitting and receiving module according to the invention;
2 a schematic representation of an exemplary embodiment of a transmitting and receiving module according to the invention;
3 a schematic representation of an optoelectronic sensor with a transmitter and receiver module according to the invention;
4 a schematic representation of an optoelectronic sensor with a transmitter and receiver module according to the invention;
5 a schematic representation of a reflection light barrier with a transmitting and receiving module according to the invention;
6 a schematic representation of a reflection light grid with transmitting and receiving modules according to the invention;
7 a schematic representation of an exemplary optoelectronic sensor according to the prior art;

Die 7 zeigt einen beispielhaften optoelektronischen Senor 101 gemäß des Standes der Technik, der als Reflexionslichtschranke ausgebildet ist, die allein oder als Teil eines Lichtgitters eingesetzt werden kann.The 7 shows an exemplary optoelectronic sensor 101 according to the prior art, which is designed as a reflection light barrier that can be used alone or as part of a light grid.

In einem Gehäuse 102 ist eine Lichtquelle 103 vorgesehen, die eine LED oder ein Laser beliebiger Wellenlänge unter anderem im Infrarot-, sichtbaren oder Ultraviolettbereich sein kann. Die Lichtquelle sendet Licht durch einen Polarisator zu einem Strahlteiler 105. Der Strahlteiler 105 steht in einem Winkel von 45° zu der Lichtquelle 103 und besteht aus einem Dielektrikum, vorzugsweise aus einer unbeschichteten Glasplatte.A light source 103 is provided in a housing 102, which can be an LED or a laser of any wavelength, including in the infrared, visible or ultraviolet range. The light source sends light through a polarizer to a beam splitter 105. The beam splitter 105 is at an angle of 45° to the light source 103 and consists of a dielectric, preferably an uncoated glass plate.

An dem Strahlteiler 105 wird ein Teil des Lichtes reflektiert und muss dann zur Vermeidung von optischem Übersprechen im Gehäuse 102 oder auf eine andere nicht dargestellte Weise absorbiert werden. Der übrige Teil des Lichtes wird transmittiert und gelangt über eine strahlformende Optik 106 und ein Sichtfenster 107 des Gehäuses 102 in den eigentlichen Sendepfad 108.Part of the light is reflected at the beam splitter 105 and must then be absorbed in the housing 102 or in another manner not shown in order to avoid optical crosstalk. The remaining part of the light is transmitted and reaches the actual transmission path 108 via beam-forming optics 106 and a viewing window 107 of the housing 102.

Das Sendelicht trifft auf den Retroreflektor 109 und wird dort mit dreimaliger Totalreflexion in sich zurückgeworfen. Es kehrt also als Empfangsstrahl mit nur geringfügigen Abweichungen auf einem mit dem Sendepfad 108 im Wesentlichen übereinstimmenden - also abgesehen von minimaler Versetzung in der Größenordnung der Mikroreflektoren des Retroreflektors 109 und unvermeidbaren optischen Abbildungsfehlern - Empfangspfad 108` zurück, tritt erneut durch das Sichtfenster 107 in das Gehäuse 102 ein und trifft nach Strahlformung in der strahlformenden Optik 106 auf den Strahlteiler 5.The transmitted light hits the retroreflector 109 and is reflected back there with three times total reflection. It therefore returns as a reception beam with only minor deviations on a reception path 108' that essentially corresponds to the transmission path 108 - that is, apart from minimal offset in the order of magnitude of the microreflectors of the retroreflector 109 and unavoidable optical imaging errors - and enters it again through the viewing window 107 Housing 102 and, after beam shaping in the beam-shaping optics 106, strikes the beam splitter 5.

Die strahlformende Optik 106 kann als einfache Sammellinse ausgebildet sein. Statt einer Linse 106 für Autokollimation kann auch eine Doppellinse gemäß dem Doppellinsenprinzip mit je einer Linse für den Sendepfad 108 und den Empfangspfad 108vorgesehen sein.The beam-shaping optics 106 can be designed as a simple converging lens. Instead of a lens 106 for autocollimation, a double lens can also be provided according to the double lens principle, with one lens each for the transmission path 108 and the reception path 108.

Am Strahlteiler 105 wird ein Teil des Empfangslichts transmittiert und fällt auf die Lichtquelle 103, geht also für eine Auswertung verloren. Der übrige Teil des Empfangslichts wird durch einen Polfilter 110 mit einer zu dem Polarisator 104 senkrechten Polarisationsrichtung auf einen Lichtempfänger 111 reflektiert und dort beispielsweise mittels einer Photodiode oder eines CCD- bzw. CMOS-Chips in ein elektrisches Signal umgesetzt.Part of the received light is transmitted at the beam splitter 105 and falls on the light source 103 and is therefore lost for evaluation. The remaining part of the received light is reflected by a polarizing filter 110 with a polarization direction perpendicular to the polarizer 104 onto a light receiver 111 and converted there into an electrical signal, for example by means of a photodiode or a CCD or CMOS chip.

Eine Steuerung 112 empfängt dieses elektrische Signal. Die Steuerung 112 erkennt somit, ob das Licht der Lichtquelle 103 ungehindert empfangen wird. Wird kein elektrisches Signal entsprechend einem empfangenen Empfangsstrahl ausgegeben, so erkennt die Steuerung 112 eine Unterbrechung und damit ein Objekt im Strahlengang. Darauf reagiert die Steuerung 112, indem sie ein Signal für die Anwesenheit eines Objekts ausgibt. Das kann für einen nachgelagerten Verarbeitungsprozess in der Automatisierungstechnik verwendet werden oder alternativ ein Warnsignal oder ein Abschaltsignal für eine zugeordnete Maschine sein. Die Steuerung 112 kann auch mit der Lichtquelle 103 verbunden sein, etwa um diese ein- und auszuschalten.A controller 112 receives this electrical signal. The controller 112 thus detects whether the light from the light source 103 is being received unhindered. If no electrical signal is output corresponding to a received beam, the controller 112 detects an interruption and thus an object in the beam path. The controller 112 responds to this by issuing a signal for the presence of an object. This can be used for a downstream processing process in automation technology or alternatively be a warning signal or a shutdown signal for an assigned machine. The controller 112 can also be connected to the light source 103, for example to switch it on and off.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmoduls 10. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a transmitting and receiving module 10 according to the invention.

Ein Lichtsender 12, beispielsweise eine LED oder eine Laserdiode, emittiert Sendelicht. Dem Lichtsender 12 ist ein erster Polarisator 14 zugeordnet, so dass das Sendelicht nach Durchgang durch den ersten Polarisator 14 eine erste Polarisation P1 aufweist, im vorliegenden Beispiel eine lineare Polarisation senkrecht zur Zeichenebene. Eine dem Lichtsender 12 zugeordnete Sendeoptik 16 erzeugt eine Sendelichtkeule 18 aus dem vom Lichtsender 12 emittierten Sendelicht. Die Sendelichtkeule 18 definiert dabei insbesondere den vom Sendelicht ausgeleuchteten Bereich im Überwachungsbereich 20 und weist im Ausführungsbeispiel einen runden Querschnitt 22 auf.A light transmitter 12, for example an LED or a laser diode, emits transmitted light. A first polarizer 14 is assigned to the light transmitter 12, so that the transmitted light has a first polarization P1 after passing through the first polarizer 14, in the present example a linear polarization perpendicular to the plane of the drawing. A transmission optics 16 assigned to the light transmitter 12 generates a transmission light lobe 18 from the transmission light emitted by the light transmitter 12. The transmitted light lobe 18 in particular defines the area illuminated by the transmitted light in the monitoring area 20 and has a round cross section 22 in the exemplary embodiment.

Eine einem Lichtempfänger 24 zugeordnete Empfangsoptik 26 bildet im Überwachungsbereich 20 eine Empfangslichtkeule 28, die in diesem Ausführungsbeispiel wie die Sendelichtkeule 18 einen runden Querschnitt 30 aufweist. Die Empfangslichtkeule 28 definiert im Überwachungsbereich 20 einen Sichtbereich des Lichtempfängers 24, also den Bereich im Überwachungsbereich 20, aus dem Empfangslicht auf den Lichtempfänger 24 abgebildet werden kann.A receiving optics 26 assigned to a light receiver 24 forms a receiving light lobe 28 in the monitoring area 20, which in this exemplary embodiment has a round cross section 30 like the transmitting light lobe 18. The received light lobe 28 defines a viewing area of the light receiver 24 in the monitoring area 20, i.e. the area in the monitoring area 20 from which the received light can be imaged onto the light receiver 24.

Erfindungsgemäß weist das Sende- und Empfangsmodul 10 zur Überlagerung der Sendelichtkeule 18 und der Empfangslichtkeule 28 im Überwachungsbereich 20 ein optisches Metaelement 32 mit einer Metaoberfläche und/oder einem Metamaterial auf. Das Metaelement 32 ist zur polarisationsabhängigen Beeinflussung der Sendelichtkeule 18 und der Empfangslichtkeule 28 ausgebildet. Dies bedeutet, die Sendelichtkeule 18 und die Empfangslichtkeule 28 werden abhängig von der Polarisation P1 des Sendelichts, respektive der Polarisation P2 des Empfangslichtes geformt, in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere abgelenkt, und zwar derart, dass die Sendelichtkeule 18 und die Empfangslichtkeule 28 im Überwachungsbereich 20 koaxial zueinander verlaufen. Das optische Metaelement 32 wirkt dabei derart auf das Sende- beziehungsweise Empfangslicht, dass diesem durch das Metaelement 32 jeweils ein polarisationsabhängiges, keilförmiges Phasenprofil aufgeprägt wird. Sendelicht wird von der Lichtquelle 12 auskommend in Richtung des Überwachungsbereichs 20 abgelenkt, Empfangslicht mit einer Polarisation P2 senkrecht zur Polarisation P1 des Sendelichts wird aus dem Bereich der Empfangslichtkeule 28 kommend auf den Lichtempfänger 24 abgebildet. Damit wird verhindert, dass Licht mit der Polarisation P1 des Sendelichts auf den Lichtempfänger 24 trifft. Zur weiteren Verbesserung der Trennung von Sende- und Empfangslicht ist dem Lichtempfänger 24 ein zweiter Polarisator 34 zugeordnet, durch den nur Licht mit der zweiten, von der ersten Polarisation P1 des Sendelichts verschiedenen Polarisation P2 zum Lichtempfänger 24 gelangen kann.According to the invention, the transmitting and receiving module 10 has an optical metaelement 32 with a metasurface and/or a metamaterial for superimposing the transmitting light lobe 18 and the receiving light lobe 28 in the monitoring area 20. The meta-element 32 is designed to influence the transmitting light lobe 18 and the receiving light lobe 28 in a polarization-dependent manner. This means that the transmitted light lobe 18 and the received light lobe 28 are shaped depending on the polarization P1 of the transmitted light or the polarization P2 of the received light, in particular deflected in this exemplary embodiment, in such a way that the transmitted light lobe 18 and the received light lobe 28 are coaxial with one another in the monitoring area 20 get lost. The optical meta-element 32 acts on the transmitted or received light in such a way that a polarization-dependent, wedge-shaped phase profile is impressed on it by the meta-element 32. Transmitted light is deflected from the light source 12 in the direction of the monitoring area 20, received light with a polarization P2 perpendicular to the polarization P1 of the transmitted light is imaged onto the light receiver 24 coming from the area of the received light lobe 28. This prevents light with the polarization P1 of the transmitted light from hitting the light receiver 24. To further improve the separation of transmitted and received light, the light receiver 24 is assigned a second polarizer 34, through which only light with the second polarization P2, which is different from the first polarization P1 of the transmitted light, can reach the light receiver 24.

2 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sende und-Empfangsmoduls 40. Dabei bezeichnen wie auch in den folgenden Figuren gleiche Bezugszeichen die gleichen oder einander entsprechende Merkmale. Die Funktionsweise ist weitgehend die gleiche wie bei dem Sende- und Empfangsmodul 10 gemäß 1 . Der Unterschied besteht in der Ausbildung des optischen Metaelements 42, welches dem Sende- und Empfangslicht zusätzlich zu den polarisationsabhängigen keilförmigen Phasenprofilen polarisationsabhängige parabolische Phasenprofile aufprägt. Das Metaelement 42 übernimmt damit die Funktion der Sendeoptik 14 und der Empfangsoptik 34 des Sende- und Empfangsmoduls 10 aus 1, so dass diese als separate Bauteile entfallen können. 2 shows a further embodiment of a transmitting and receiving module 40 according to the invention. As in the following figures, the same reference numbers denote the same or corresponding features. The functionality is largely the same as that of the transmitting and receiving module 10 according to 1 . The difference lies in the design of the optical metaelement 42, which imprints polarization-dependent parabolic phase profiles on the transmitted and received light in addition to the polarization-dependent wedge-shaped phase profiles. The meta element 42 thus takes over the function of the transmitting optics 14 and the receiving optics 34 of the transmitting and receiving module 10 1 , so that these can be omitted as separate components.

Die in den 1 und 2 beschriebenen Ausführungsformen des Sende- und Empfangsmoduls 10, 40 trennen Sende- und Empfangslicht basierend auf den unterschiedlichen Polarisationen P1, P2 des Lichts. Analog kann auch eine Trennung basierend auf unterschiedlichen Wellenlängen von Sende- und Empfangslicht erfolgen. Das optische Metaelement 32, 42 prägt dann dem Sende- beziehungsweise Empfangslicht ein wellenlängenabhängiges keilförmiges Phasenprofil auf. Anstelle der Polarisationsfilter 14, 34 können dann entsprechende Bandpass- oder Linienfilter verwendet werden, um das Licht wellenlängenabhängig weiter zu filtern.The ones in the 1 and 2 Described embodiments of the transmitting and receiving module 10, 40 separate transmitting and receiving light based on the different polarizations P1, P2 of the light. Analogously, a separation based on different wavelengths of transmitted and received light can also take place. The optical meta-element 32, 42 then imprints a wavelength-dependent wedge-shaped phase profile on the transmitted or received light. Instead of the polarization filters 14, 34, corresponding bandpass or line filters can then be used to further filter the light depending on the wavelength.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Sensors 50 mit einem erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodul 10. Das Sende- und Empfangsmodul 10 ist in einem Gehäuse 52 mit einem für das Sende- und Empfangslicht transparenten Fenster 54 angeordnet. Eine Steuer- und Auswerteeinheit 56 steuert die Lichtquelle 12 und empfängt ein Empfangssignal des Lichtempfängers 24. Eine Schnittstelle 58 dient zum Weiterleiten des Empfangssignals an eine übergeordnete Steuerung oder zum Ausgeben eines Auswertungsergebnisses der Steuer- und Auswerteeinheit 56. 3 shows an exemplary embodiment of an optoelectronic sensor 50 with a transmitting and receiving module 10 according to the invention. The transmitting and receiving module 10 is arranged in a housing 52 with a window 54 that is transparent to the transmitting and receiving light. A control and evaluation unit 56 controls the light source 12 and receives a received signal from the light receiver 24. An interface 58 is used to forward the received signal to a higher-level controller or to output an evaluation result from the control and evaluation unit 56.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Sensors 60 mit einem erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodul 62. Das optische Metaelement 64 des Sende- und Empfangsmoduls 62 übernimmt in diesem Ausführungsbeispiel die Funktion des Fensters im Gehäuse 52 des optoelektronischen Sensors, so dass ein separates Fenster entfallen kann. Das Sende- und Empfangsmodul 62 weist zusätzlich eine dem Lichtsender 12 zugeordnete erste Spaceplate 66 und eine dem Lichtempfänger 24 zugeordnete zweite Spaceplate 68 auf. Diese verkürzen im Sende- und Empfangsstrahlengang den Abstand zwischen dem optischen Metaelement 64 und dem Lichtsender 12 beziehungsweise dem Lichtempfänger 14, so dass ein besonders kompakter optoelektronischer Sensor 60 realisiert werden kann. Grundsätzlich kann auch das optische Metaelement 64 so ausgebildet sein, dass es die Funktion der Spaceplates 66, 68 mit übernimmt. Dadurch kann die Anzahl der optischen Elemente im Sensor weiter reduziert werden. 4 shows a further exemplary embodiment of an optoelectronic sensor 60 with a transmitting and receiving module 62 according to the invention. In this exemplary embodiment, the optical meta-element 64 of the transmitting and receiving module 62 takes over the function of the window in the housing 52 of the optoelectronic sensor, so that a separate window can be omitted. The transmitting and receiving module 62 additionally has a first space plate 66 assigned to the light transmitter 12 and a second space plate 68 assigned to the light receiver 24. These shorten the distance between the optical meta-element 64 and the light transmitter 12 in the transmitting and receiving beam path or the light receiver 14, so that a particularly compact optoelectronic sensor 60 can be realized. In principle, the optical meta-element 64 can also be designed in such a way that it also takes on the function of the space plates 66, 68. This allows the number of optical elements in the sensor to be further reduced.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Reflexionslichtschranke 70 mit einem ein erfindungsgemäßes Sende- und Empfangsmodul 10 aufweisenden optoelektronischen Sensor 50. Der optoelektronische Sensor 50 ist auf einer ersten Seite 72 des Überwachungsbereichs 20 angeordnet. Der optoelektronische Sensor 50 emittiert Sendelicht mit einem ersten Polarisationszustand P1 in einer Sendelichtkeule 18. Auf der der ersten Seite 72 gegenüberliegenden zweiten Seite 74 des Überwachungsbereichs 20 ist ein Reflektor 76 angeordnet, der zumindest einen Teil des Sendelichts als Empfangslicht mit einem zweiten, vom ersten Polarisationszustand P1 verschiedenen Polarisationszustand P2 reflektiert oder remittiert. Befindet sich kein Objekt im Überwachungsbereich 20, wird von der Empfangslichtkeule 28 erfasstes Empfangslicht auf den Lichtempfänger des Sensors abgebildet und erzeugt dort ein Empfangssignal. Tritt ein Objekt in den Überwachungsbereich 20 ein, reflektiert dies in der Regel kein Sendelicht, oder zumindest kein Licht mit dem zweiten Polarisationszustand P2, so dass der Lichtempfänger 24 kein Empfangssignal erzeugt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 56 ist dazu ausgebildet, das Ausbleiben des Empfangssignals zu erfassen und ein Objektfeststellungssignal über die Schnittstelle 58 des Sensors 50 auszugeben. 5 shows a schematic representation of a reflection light barrier 70 with an optoelectronic sensor 50 having a transmitting and receiving module 10 according to the invention. The optoelectronic sensor 50 is arranged on a first side 72 of the monitoring area 20. The optoelectronic sensor 50 emits transmitted light with a first polarization state P1 in a transmitted light lobe 18. On the second side 74 of the monitoring area 20 opposite the first side 72, a reflector 76 is arranged, which transmits at least part of the transmitted light as received light with a second, different from the first polarization state P1 reflected or remitted in different polarization states P2. If there is no object in the monitoring area 20, received light detected by the received light lobe 28 is imaged onto the light receiver of the sensor and generates a received signal there. If an object enters the monitoring area 20, this generally does not reflect any transmitted light, or at least no light with the second polarization state P2, so that the light receiver 24 does not generate a received signal. The control and evaluation unit 56 is designed to detect the absence of the received signal and to output an object detection signal via the interface 58 of the sensor 50.

6 zeigt eine schematische Darstellung eines Reflexionslichtgitters 80 mit einem eine Vielzahl von erfindungsgemäßen Sende- und Empfangsmodulen 10.1, ..., 10.n aufweisenden optoelektronischen Sensor 82. Der optoelektronische Sensor 82 ist auf einer ersten Seite 84 des Überwachungsbereichs 20 angeordnet. Die Sende- und Empfangsmodule 10.1, ..., 10.n des Sensors 82 sind so ausgerichtet, dass ihre Sendelichtkeulen 18.1, ... 18.n und Empfangslichtkeulen 28.1, ..., 28.n im Überwachungsbereich 20 im Wesentlichen in einer Ebene (in der 6 die Zeichnungsebene) parallel zueinander verlaufen, so dass der optoelektronische Sensor 82 ein Lichtgitter erzeugt. 6 shows a schematic representation of a reflected light grid 80 with an optoelectronic sensor 82 having a plurality of transmitting and receiving modules 10.1, ..., 10.n according to the invention. The optoelectronic sensor 82 is arranged on a first side 84 of the monitoring area 20. The transmitting and receiving modules 10.1, ..., 10.n of the sensor 82 are aligned so that their transmitting light lobes 18.1, ... 18.n and receiving light lobes 28.1, ..., 28.n in the monitoring area 20 are essentially in one level (in the 6 the drawing plane) run parallel to one another, so that the optoelectronic sensor 82 generates a light grid.

Der optoelektronische Sensor 82 emittiert Sendelicht mit einem ersten Polarisationszustand in den Sendelichtkeulen 18.1, ..., 18.n. Auf der der ersten Seite 84 gegenüberliegenden zweiten Seite 86 des Überwachungsbereichs 20 ist ein Reflektor 88 angeordnet, der zumindest einen Teil des Sendelichts als Empfangslicht mit einem zweiten, vom ersten Polarisationszustand verschiedenen Polarisationszustand reflektiert oder remittiert. Befindet sich kein Objekt im Überwachungsbereich 20, wird von den Empfangslichtkeulen 28.1, ..., 28.n erfasstes Empfangslicht auf den Lichtempfängern der Sende- und Empfangsmodule 10.1, ..., 10.n des Sensors 82 abgebildet und erzeugt dort ein Empfangssignal. Tritt ein Objekt in den Überwachungsbereich 20 ein, reflektiert dies in der Regel kein Sendelicht, oder zumindest kein Licht mit dem zweiten Polarisationszustand, so dass zumindest einer der Lichtempfänger kein Empfangssignal erzeugt. Die Steuer- und Auswerteeinheit 90 des Sensors 82 ist dazu ausgebildet, das Ausbleiben des Empfangssignals zu erfassen und ein Objektfeststellungssignal über die Schnittstelle 92 des Sensors 82 auszugeben. Die Steuer- und Auswerteeinheit 90 kann weiterhin dazu ausgebildet sein, die Empfangssignale der Lichtempfänger einzeln auszuwerten und somit basierend auf dem Vorhandensein oder nicht Vorhandensein eines Empfangssignals eine Größe eines erfassten Objekts zu bestimmen.The optoelectronic sensor 82 emits transmitted light with a first polarization state in the transmitted light lobes 18.1, ..., 18.n. On the second side 86 of the monitoring area 20 opposite the first side 84, a reflector 88 is arranged, which reflects or remits at least part of the transmitted light as received light with a second polarization state that is different from the first polarization state. If there is no object in the monitoring area 20, received light detected by the received light lobes 28.1, ..., 28.n is imaged on the light receivers of the transmitting and receiving modules 10.1, ..., 10.n of the sensor 82 and generates a received signal there. If an object enters the monitoring area 20, this generally does not reflect any transmitted light, or at least no light with the second polarization state, so that at least one of the light receivers does not generate a received signal. The control and evaluation unit 90 of the sensor 82 is designed to detect the absence of the received signal and to output an object detection signal via the interface 92 of the sensor 82. The control and evaluation unit 90 can further be designed to evaluate the received signals of the light receivers individually and thus to determine a size of a detected object based on the presence or absence of a received signal.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102006053229 A1 [0006]

Claims

Transmitting and receiving module (10, 40, 62) for an optoelectronic sensor (50, 60, 82) for detecting objects in a surveillance area (20), comprising - at least one light transmitter (12) for emitting transmitted light with a first polarization state ( P1) and a first wavelength, - a transmission optics (16) assigned to the light transmitter (12) for generating a transmission light lobe (18) from the transmission light, - at least one light receiver (24) for receiving reception light with a second, different from the first polarization state (P1 ) different polarization state (P2) and / or a second wavelength different from the first wavelength from a reception light lobe (28) formed by a reception optics (26) assigned to the light receiver 24, characterized in that the transmitting and receiving module (10, 40, 62) has at least one optical metaelement (32, 42, 64) with a metasurface and/or a metamaterial for polarization- and/or wavelength-dependent influencing of the transmitted light lobe (18) and/or received light lobe (28), wherein the optical metaelement (32, 42, 64) is designed such that the transmitting light lobe (18) and the receiving light lobe (28) at least partially overlap in the monitoring area (20).

Transmit and receive module (10, 40, 62). Claim 1 , characterized in that the optical meta-element (22) is designed such that the transmitting light lobe (18) and the receiving light lobe (28) run coaxially in the monitoring area.

Transmitting and receiving module (10, 40, 62) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting optics (16) is designed to set an opening angle of the transmitted light lobe (18), in particular to collimate the transmitted light in the monitoring area (20).

Transmitting and receiving module (10, 40, 62) according to one of the preceding claims, characterized in that the receiving optics (26) is designed to focus the received light onto the light receiver (24).

Transmitting and receiving module (40, 62) according to one of the preceding claims, characterized in that the optical meta-element (42,64) at least partially has the function of transmitting and/or receiving optics.

Transmitting and receiving module (10, 40, 62) according to one of the preceding claims, characterized in that the light transmitter (12) is assigned a first polarization filter (14) for generating the first polarization state (P1).

Transmitting and receiving module (10, 40, 62) according to one of the preceding claims, characterized in that the light receiver (24) is assigned a second polarization filter (34) for selective transmission of the received light.

Optoelectronic sensor (50, 60, 82) for detecting objects in a monitoring area (20), comprising at least one transmitting and receiving module (10, 40, 62) according to one of the preceding claims and a control and evaluation unit (56, 90) , which is designed to evaluate a received signal from the light receiver (24) of the transmitting and receiving module (10, 40, 62).

Photoelectric sensor (82) according to Claim 8 , characterized in that the sensor (82) has a plurality of transmitting and receiving modules (10.1, ..., 10.n), the transmitting and receiving modules (10.1, ..., 10.n) being aligned in this way that their transmitting light lobes (18.1, ..., 18.n) and receiving light lobes (28.1, ..., 28.n) run essentially parallel to each other in the monitoring area.

Device (70, 80) for detecting objects in a monitoring area (20), comprising - at least one optoelectronic sensor arranged on a first side (72, 84) of the monitoring area (20) according to one of the Claims 8 or 9 and - at least one reflector (76, 88) arranged on a second side (74, 86) of the monitoring area 20 opposite the first side (72, 84), which is designed to reflect at least part of the transmitted light as received light with the second, to reflect or remit a polarization state (P2) different from the first polarization state (P1) and/or the second wavelength different from the first wavelength.

Device (70, 80) after Claim 10 , characterized in that the control and evaluation unit (56, 90) is designed to generate a warning or a switch-off signal when an object is detected in the monitoring area (20).