DE29707451U1 - Light barrier for the detection of objects within a surveillance area - Google Patents
Light barrier for the detection of objects within a surveillance areaInfo
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtschranke zur Erkennung von Objekten innerhalb eines Überwachungsbereichs mit zumindest einem Sender zum Aussenden von Lichtsignalen in den Überwachungsbereich, mit zumindest einem am Ende des Überwachungsbereichs angeordneten Reflektor zum Reflektieren der ausgestrahlten Lichtsignale, mit zumindest einem Empfänger zum Empfangen der von dem Reflektor reflektierten Lichtsignale und zum Erzeugen eines den empfangenen Lichtsignalen entsprechenden Ausgangssignals und mit einer Auswerteschaltung zur Auswertung des von dem Empfänger erzeugten Ausgangssignals und zur Erzeugung eines Freigabesignals für den Überwachungsbereich, wenn das Ausgangssignal des Empfängers einen vorgegebenen Schwellenwert über- bzw. unterschreitet.The present invention relates to a light barrier for detecting objects within a monitoring area with at least one transmitter for emitting light signals into the monitoring area, with at least one reflector arranged at the end of the monitoring area for reflecting the emitted light signals, with at least one receiver for receiving the light signals reflected by the reflector and for generating an output signal corresponding to the received light signals and with an evaluation circuit for evaluating the output signal generated by the receiver and for generating an enable signal for the monitoring area, if the output signal of the receiver exceeds or falls below a predetermined threshold value.
Lichtschranken dieser Art werden beispielsweise zur Überwachung von automatisch schließenden Türen verwendet. Dabei ist es aufgrund von entstehenden Sicherheitsanforderungen erforderlich, daß ein Unterbrechen des ausgesandten bzw. reflektierten Lichtstrahls durch ein Objekt, wie beispielsweise eine Person, sicher von der Lichtschranke erkannt wird, so daß eine entsprechende Reaktion des Systems, beispielsweise ein Verhindern eines weiteren Schließens einer Tür, sichergestellt ist.Light barriers of this type are used, for example, to monitor automatically closing doors. Due to emerging safety requirements, it is necessary that an interruption of the emitted or reflected light beam by an object, such as a person, is reliably detected by the light barrier so that an appropriate reaction from the system, for example preventing a door from closing further, is ensured.
Problematisch bei diesen Lichtschranken ist, daß helle und insbesondere weiße Objekte, die sich im Bereich nahe vor dem Empfänger befinden, die von dem Sender abgestrahlten Lichtstrahlen so stark remittieren können, daß die auf den Empfänger treffenden, remittierten Lichtstrahlen ein Schalten des Empfängers bewirken können. Das von dem Empfänger in diesem Fall erzeugte Ausgangssignal führt somit dazu, daß von der Auswerteschaltung fälschlicherweise ein Freigabesignal für den Überwachungsbereich erzeugt wird, so daß beispielsweiseThe problem with these light barriers is that bright and especially white objects that are located in the area close to the receiver can reflect the light rays emitted by the transmitter so strongly that the reflected light rays hitting the receiver can cause the receiver to switch. The output signal generated by the receiver in this case therefore leads to the evaluation circuit incorrectly generating an enable signal for the monitoring area, so that, for example,
ein Schließen der Tür trotz Anwesenheit eines Objektes im Überwachungsbereich nicht unterbrochen wird.Closing the door is not interrupted despite the presence of an object in the surveillance area.
Um dieses Problem zu lösen, werden bei Lichtschranken nach dem Stand der Technik beispielsweise Polarisationsfilter verwendet, durch die das von Objekten remittierte Licht ausgefiltert wird. Problematisch ist dabei, daß bei der Verwendung von Polarisationsfiltern die Lichtschranken mit sichtbarem Licht arbeiten müssen, da Polarisationsfilter für Infrarot-Strahlung entweder unakzeptabel schlechte Daten besitzen oder sehr teuer sind. Ein weiteres Problem liegt darin, daß bei der Verwendung von Polarisationsfiltern die verwendeten Linsen keine depolarisierenden Eigenschaften aufweisen dürfen. Somit müssen entweder Glaslinsen oder spannungsfrei gespritzte Linsen verwendet werden, welche ebenfalls die Herstellungskosten einer entsprechenden Lichtschranke erhöhen.To solve this problem, state-of-the-art light barriers use polarization filters, for example, which filter out the light reflected by objects. The problem here is that when using polarization filters, the light barriers have to work with visible light, since polarization filters for infrared radiation either have unacceptably poor data or are very expensive. Another problem is that when using polarization filters, the lenses used must not have depolarizing properties. Therefore, either glass lenses or stress-free injection-molded lenses must be used, which also increase the manufacturing costs of a corresponding light barrier.
Werden die Polarisationsfilter vor den Linsen angeordnet, um auf diese Weise die depolarisierenden Eigenschaften der verwendeten Linsen zu vermeiden, müssen zusätzliche Abdeckscheiben vorgesehen sein, um die Einwirkung von Feuchtigkeit auf die Polarisationsfilter, durch die diese zerstört werden können, zu verhindern. Auch dadurch werden die Herstellungskosten einer Lichtschranke deutlich erhöht.If the polarization filters are placed in front of the lenses in order to avoid the depolarizing properties of the lenses used, additional cover plates must be provided to prevent the effects of moisture on the polarization filters, which can destroy them. This also significantly increases the manufacturing costs of a light barrier.
Werden keine Polarisationsfilter verwendet, entweder um die beschriebenen Nachteile zu vermeiden oder da mit Infrarot-Strahlung gearbeitet werden soll, so muß die Empfindlichkeit des Empfängers so angepaßt werden, daß durch Remission der ausgestrahlten Lichtsignale an einem weißen Objekt innerhalb einer beliebigen Stelle des Überwachungsbereichs kein Schalten des Empfängers erfolgt. Dies hat zur Folge, daß mit einer solchen Lichtschranke nur geringe Überwachungsbereiche abgesichert werden können.If no polarization filters are used, either to avoid the disadvantages described or because infrared radiation is to be used, the sensitivity of the receiver must be adjusted so that the receiver is not switched on by the remission of the emitted light signals from a white object anywhere in the monitoring area. This means that only small monitoring areas can be secured with such a light barrier.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Lichtschranke der eingangs genannten Art so auszubilden, daß unabhängig von der Art des verwendeten Lichtes ein Überwachungsbereich großer Länge überstrahlt werden kann, wobei gleichzeitig ein sicheres Erkennen von an beliebiger Stelle im Überwachungsbereich angeordneten Objekten gewährleistet ist.One object of the invention is to design a light barrier of the type mentioned at the beginning in such a way that, regardless of the type of light used, a surveillance area of great length can be illuminated, while at the same time ensuring reliable detection of objects arranged at any location in the surveillance area.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ausgehend von einer Lichtschranke der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Empfänger zumindest ein Nah- und ein Fernbereichempfangselement umfaßt, wobei das Nahbereichempfangselement so angeordnet ist, daß die von einem Objekt innerhalb eines Nahbereichs des Überwachungsbereichs reflektierten Lichtsignale überwiegend auf das Nahbereichempfangselement treffen, und das Fernbereichempfangselement so angeordnet ist, daß die von dem Reflektor oder von einem Objekt innerhalb eines Fernbereichs des Überwachungsbereichs reflektierten Lichtsignale überwiegend auf das Fernbereichempfangselement treffen, und daß die Empfindlichkeit des Fernbereichempfangselements sowie der Auswerteschaltung so gewählt ist, daß durch die von einem Objekt innerhalb des Fernbereichs remittierten Lichtstrahlen, die auf das Fernbereichempfangselement treffen, kein Freigabesignal erzeugbar ist.This object is achieved according to the invention, starting from a light barrier of the type mentioned at the beginning, in that the receiver comprises at least one short-range and one long-range receiving element, wherein the short-range receiving element is arranged so that the light signals reflected by an object within a short range of the monitoring area predominantly hit the short-range receiving element, and the long-range receiving element is arranged so that the light signals reflected by the reflector or by an object within a long range of the monitoring area predominantly hit the long-range receiving element, and that the sensitivity of the long-range receiving element and the evaluation circuit is selected so that no release signal can be generated by the light rays remitted by an object within the long range which hit the long-range receiving element.
Erfindungsgemäß erfolgt somit eine Aufteilung des Überwachungsbereiches in einen Fern- und einen Nahbereich, so daß die Behandlung der von einem Objekt innerhalb des Überwachungsbereichs remittierten Lichtstrahlen, je nachdem ob sich das Objekt innerhalb des Fern- oder innerhalb des Nahbereichs befindet, unterschiedlich durchführbar ist. Die von einem Objekt im Nahbereich remittierten Lichtsignale werden aufgrund der geometrischen Anordnung des Nah- und Fernbereichempfangselements überwiegend auf das Nahbereichempfangselement geleitet. Die Auswerteschaltung erhält somit von dem Fernbereich-According to the invention, the monitoring area is divided into a long-range and a short-range area, so that the treatment of the light rays remitted by an object within the monitoring area can be carried out differently depending on whether the object is located within the long-range or within the short-range area. The light signals remitted by an object in the short-range area are mainly directed to the short-range area receiving element due to the geometric arrangement of the short-range and long-range receiving elements. The evaluation circuit thus receives from the long-range area
empfangselement kein oder ein relativ niedriges Ausgangs signal, so daß das Unterbrechen des ausgesandten bzw. vom Reflektor reflektierten Lichtstrahls erkannt und entsprechend ein Alarmsignal ausgegeben werden kann.receiving element no or a relatively low output signal, so that the interruption of the light beam emitted or reflected by the reflector can be detected and an alarm signal can be issued accordingly.
Da somit im Nahbereich vorhandene Objekte durch das Nahbereichempfangselement erkannt werden, kann die Empfindlichkeit des Fernbereichempfangselements sowie der Auswerteschaltung sehr hoch gewählt werden, ohne daß ein im Nahbereich vorhandenes, stark remittierendes Objekt fälschlicherweise ein Freigabesignal für den Überwachungsbereich erzeugen kann.Since objects present in the close range are thus detected by the close range receiving element, the sensitivity of the long range receiving element and the evaluation circuit can be set very high without a strongly remitting object present in the close range being able to falsely generate an enable signal for the monitoring area.
Da weiterhin sowohl die Sendeleistung der Sendeelemente als auch die Empfindlichkeit der empfangsseitig vorgesehenen Elemente maximal gewählt werden können, sind mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke wesentlich größere Reichweiten abdeckbar als mit herkömmlich ausgebildeten Lichtschranken. So können beispielsweise Überwachungsbereiche mit Längen von bis zu sechs Metern problemlos mit einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke abgedeckt werden.Since both the transmission power of the transmitting elements and the sensitivity of the elements provided on the receiving side can be selected to a maximum, significantly greater ranges can be covered with a light barrier designed according to the invention than with conventionally designed light barriers. For example, monitoring areas with lengths of up to six meters can be easily covered with a light barrier designed according to the invention.
Erfindungsgemäß muß dabei lediglich berücksichtigt werden, daß die Empfindlichkeit der empfangsseitig vorgesehenen Elemente so gewählt ist, daß durch die von einem Objekt innerhalb des Fernbereichs remittierten Lichtstrahlen, die auf das Fembereichempfangselement treffen, kein Freigabesignal erzeugt wird. Innerhalb des Fernbereichs darf ausschließlich von dem Reflektor reflektiertes Licht zum Schalten des Fernbereichempfangselements führen, so daß nur in diesem Fall ein Freigabesignal für den Überwachungsbereich ausgelöst werden darf. Durch die Tatsache, daß der Reflexionsgrad eines Reflektors üblicherweise 500 bis 1000 mal höher ist als ein entsprechender Reflexionsgrad eines weißen, diffus remittierenden Objekts, kann die Empfindlichkeit der empfangsseitig vorgesehenen Elemente relativ hoch gewählt werden, ohne daßAccording to the invention, it is only necessary to take into account that the sensitivity of the elements provided on the receiving side is selected so that no release signal is generated by the light rays reflected by an object within the long-range area that hit the long-range receiving element. Within the long-range area, only light reflected by the reflector may lead to the switching of the long-range receiving element, so that only in this case may a release signal be triggered for the monitoring area. Due to the fact that the degree of reflection of a reflector is usually 500 to 1000 times higher than a corresponding degree of reflection of a white, diffusely reflecting object, the sensitivity of the elements provided on the receiving side can be selected to be relatively high without
ein im Fernbereich angeordnetes, weißes, diffus remittierendes Objekt ein Freigabesignal erzeugt, so daß die gewünschten großen Reichweiten der Lichtschranke erreicht werden können.a white, diffusely reflecting object arranged in the long-distance area generates a release signal so that the desired large ranges of the light barrier can be achieved.
Durch die Unabhängigkeit von Polarisationsfiltern können bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke sowohl Lichtsignale im sichtbaren als auch im Infrarotbereich oder in sonstigen Spektralbereichen verwendet werden.Due to the independence from polarization filters, a light barrier designed according to the invention can use light signals in the visible as well as in the infrared range or in other spectral ranges.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Auswerteschaltung ein Differenzelement zur Bildung der Differenz der Ausgangssignale der Nah- und der Fernbereichempfangselemente und zur Erzeugung eines entsprechenden Differenzsignals. Vorteilhaft kann der Empfänger auch unmittelbar als Differenzempfangselement zur Erzeugung eines die Differenz der Ausgangssignale der Nah- und der Fernbereichempfangselemente repräsentierenden Differenzsignals ausgebildet sein. Insbesondere bei diesen Ausführungsformen ist die Auswerteschaltung zur Auswertung des Differenzsignals ausgebildet. According to an advantageous embodiment of the invention, the evaluation circuit comprises a differential element for forming the difference between the output signals of the short-range and long-range receiving elements and for generating a corresponding differential signal. Advantageously, the receiver can also be designed directly as a differential receiving element for generating a differential signal representing the difference between the output signals of the short-range and long-range receiving elements. In particular in these embodiments, the evaluation circuit is designed to evaluate the differential signal.
Durch die erfindungsgemäße Auswertung des Differenzsignals der Ausgangssignale des Nah- und des Fernbereichempfangselements wird erreicht, daß bei einer Remission des ausgesendeten Lichtstrahls an einem Objekt innerhalb des Nahbereichs, der auf den Empfangselementen auftreffende, einen relativ großen Durchmesser aufweisende Lichtstrahl dahingehend ausgewertet wird, daß eine Gewichtung der auf das Nah- und das Fernbereichempfangselement auftretenden Lichtmenge durchgeführt wird. Insbesondere bei weißen, stark remittierenden Objekten wird auch bei einer Remission an einem solchen Objekt innerhalb des Nahbereichs ein gewisser Anteil von Licht auf das Fernbereichempfangselement treffen. Der Anteil des Lichts, der auf das Nahbereichempfangselement trifft, ist jedoch ungleich höher, so daß durch Bildung der Differenz derThe evaluation of the difference signal of the output signals of the short-range and long-range receiving elements according to the invention ensures that, when the emitted light beam is reflected by an object within the short range, the light beam having a relatively large diameter striking the receiving elements is evaluated in such a way that the amount of light striking the short-range and long-range receiving elements is weighted. Particularly in the case of white, strongly reflecting objects, a certain proportion of light will strike the long-range receiving element even when such an object is reflected within the short range. The proportion of light striking the short-range receiving element is, however, much higher, so that by forming the difference between the
AusgangsSignale der beiden Empfangselemente der Effekt des auf das Fernbereichempfangselement auftreffenden Lichts eliminiert wird. Somit wird das erfaßte Lichtsignal korrekt dem Nahbereichempfangselement zugeordnet, so daß kein Freigabesignal für den Überwachungsbereich erzeugt wird und ein Alarmsignal abgegeben wird, durch das beispielsweise der Schließvorgangs einer Tür unterbrochen werden kann.Output signals from the two receiving elements eliminate the effect of the light hitting the long-range receiving element. The detected light signal is thus correctly assigned to the short-range receiving element, so that no release signal is generated for the monitoring area and an alarm signal is emitted, which can, for example, interrupt the closing process of a door.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist im optischen Weg vor dem Fernbereichempfangselement ein Polarisationsfilter vorgesehen. Bevorzugt ist dabei der Reflektor als Tripelreflektor ausgebildet. Durch die Verwendung eines Polarisationsfilters sowie eines Tripelreflektors wird eine zusätzliche Sicherheit erreicht, da auch spiegelnde Objekte, die sich im Fernbereich des Überwachungsbereichs befinden, sicher erkannt werden können. Da durch den Polarisationsfilter nur die von dem Tripelreflektor reflektierten Signale hindurch auf das Fernbereichempfangselement treffen, bewirken im Fernbereich angeordnete spiegelnde Objekte eine Unterbrechung des Lichtstrahls, so daß diese Objekte ebenfalls sicher erkannt werden.According to a further preferred embodiment of the invention, a polarization filter is provided in the optical path in front of the long-range receiving element. The reflector is preferably designed as a triple reflector. By using a polarization filter and a triple reflector, additional security is achieved, since reflective objects located in the long-range of the monitoring area can also be reliably detected. Since only the signals reflected by the triple reflector pass through the polarization filter to the long-range receiving element, reflective objects located in the long-range cause an interruption of the light beam, so that these objects are also reliably detected.
Da die Reichweite einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke durch die Geometrie der optischen Elemente bestimmt wird, ist eine kostengünstige Herstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke möglich. Beispielsweise kann das Gehäuse sowie die Linsen im Spritzgußverfahren hergestellt werden. Dabei können beispielsweise zum einen eine Gehäuseschale und zum anderen eine die Linsen umfassende Deckplatte, mit der die Gehäuseschale verschließbar ist, jeweils in einem Stück gespritzt werden.Since the range of a light barrier designed according to the invention is determined by the geometry of the optical elements, a cost-effective production of a light barrier designed according to the invention is possible. For example, the housing and the lenses can be manufactured using an injection molding process. For example, a housing shell and a cover plate containing the lenses, with which the housing shell can be closed, can each be injection molded in one piece.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind Sender und Empfänger innerhalb eines Gehäuses angeordnet, wobei an der Vorderseite des Gehäuses die optischenAccording to a further advantageous embodiment of the invention, the transmitter and receiver are arranged within a housing, with the optical
Elemente, insbesondere in Form einer Sende- und einer Empfängslinse vorgesehen sind und der Abstand zwischen Sender und Empfänger auf der einen Seite und den optischen Elementen der Lichtschranke auf der anderen Seite innerhalb des Gehäuses maximal gewählt ist. Dies kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, daß Sender und Empfänger sowie im wesentlichen alle übrigen elektronischen Bauelemente der Lichtschranke auf einer Seite einer Leiterplatte angeordnet sind und die Leiterplatte so innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, daS diese Seite der Leiterplatte den optischen Elementen der Lichtschranke zugewandt ist.Elements, in particular in the form of a transmitting and receiving lens, are provided and the distance between the transmitter and receiver on one side and the optical elements of the light barrier on the other side is chosen to be as maximum within the housing. This can be advantageously achieved by arranging the transmitter and receiver and essentially all other electronic components of the light barrier on one side of a circuit board and arranging the circuit board within the housing in such a way that this side of the circuit board faces the optical elements of the light barrier.
Durch die beschriebene Ausgestaltung wird eine minimale Bautiefe einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke erreicht. Somit besitzt eine erfindungsgemäß ausgebildete Lichtschranke bei minimaler Bautiefe gegenüber üblichen Lichtschranken eine erheblich vergrößerte Reichweite, da die maximale Systemempfindlichkeit voll ausgenutzt werden kann.The described design achieves a minimal installation depth for a light barrier designed according to the invention. Thus, a light barrier designed according to the invention has a significantly increased range compared to conventional light barriers with a minimal installation depth, since the maximum system sensitivity can be fully utilized.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben; in diesen zeigen:The invention is described in more detail below using an embodiment with reference to the drawings; in which:
Figur 1 eine erfindungsgemäß ausgebildete Lichtschranke, bei der der Reflektor am Ende des Fernbereichs angeordnet ist,Figure 1 shows a light barrier designed according to the invention, in which the reflector is arranged at the end of the long-range area,
Figur 2 die Lichtschranke gemäß Figur 1, bei der der Reflektor in Richtung zum Nahbereich verschoben ist,Figure 2 shows the light barrier according to Figure 1, in which the reflector is shifted towards the close range,
Figur 3 die Lichtschranke nach Figur 1, mit einem Objekt im Bereich zwischen dem Fern- und dem Nahbereich undFigure 3 shows the light barrier according to Figure 1, with an object in the area between the far and the near range and
&psgr; &ogr;ψ ϳ
Figur 4 die Lichtschranke nach Figur 3, bei dem das Objekt innerhalb des Nahbereichs angeordnet ist.Figure 4 shows the light barrier according to Figure 3, where the object is located within the near field.
Figur 1 zeigt eine aus einem Gehäuse 1 und einem Reflektor 2 bestehende Lichtschranke. Innerhalb des Gehäuses 1 ist ein ein Lichtsignal 3 aussendender Sender 4 angeordnet.Figure 1 shows a light barrier consisting of a housing 1 and a reflector 2. A transmitter 4 that emits a light signal 3 is arranged within the housing 1.
Das Lichtsignal 3 tritt durch eine an der Vorderseite des Gehäuses 1 angeordnete Sendelinse 5 in einen zwischen dem Gehäuse 1 und dem Reflektor 2 liegenden, in einen Nahbereich 6' und einen Fernbereich 6" unterteilten Überwachungsbereich 6 ein und wird an dem Reflektor 2 in Richtung des Gehäuses 1 zurückreflektiert.The light signal 3 enters through a transmitting lens 5 arranged on the front of the housing 1 into a monitoring area 6 located between the housing 1 and the reflector 2, which is divided into a close area 6' and a long-distance area 6", and is reflected back by the reflector 2 in the direction of the housing 1.
Das mit 3' bezeichnete reflektierte Lichtsignal tritt durch eine an der Vorderseite des Gehäuses 1 vorgesehene Empfangslinse in das Gehäuse 1 ein und trifft dort auf den Empfangsbereich eines Empfängers 8.The reflected light signal designated 3' enters the housing 1 through a receiving lens provided on the front of the housing 1 and there hits the reception area of a receiver 8.
Der Empfänger 8 umfaßt ein Fernbereichempfangselement 9 sowie ein Nahbereichempfangselement 10, wobei das reflektierte Lichtsignal 3' auf den zum Sender 4 hin gelegenen Bereich des Fernbereichempfangselements 9 auftrifft, da sich der Reflektor 2 in der in Figur 1 dargestellten Stellung am Ende des Überwachungsbereichs 6 und damit auch des Fernbereichs 6" befindet .The receiver 8 comprises a long-range receiving element 9 and a short-range receiving element 10, whereby the reflected light signal 3' strikes the area of the long-range receiving element 9 facing the transmitter 4, since the reflector 2 is in the position shown in Figure 1 at the end of the monitoring area 6 and thus also of the long-range area 6".
In Figur 2 ist der Reflektor, der beispielsweise an einer Schiebetür eines Aufzuges befestigt ist, in Richtung des Gehäuses 1 verschoben, so daß er am Anfang des Fernbereichs 6" zu liegen kommt.In Figure 2, the reflector, which is attached to a sliding door of an elevator, for example, is displaced in the direction of the housing 1 so that it comes to lie at the beginning of the long-distance range 6".
In dieser Stellung wird das von dem Sender 4 ausgesandte Lichtsignal 3 über den Reflektor 2 wiederum in Richtung desIn this position, the light signal 3 emitted by the transmitter 4 is again directed via the reflector 2 in the direction of the
Empfängers 8 reflektiert, wobei das reflektierte Lichtsignal 3' aufgrund des größeren Reflexionswinkels auf den von dem Sender 4 abgewandt gelegenen Empfangsbereich des Fernbereichempfangselements 9 auftrifft.Receiver 8, whereby the reflected light signal 3' hits the reception area of the long-range reception element 9 facing away from the transmitter 4 due to the larger angle of reflection.
In Figur 3 ist am Ende des Nahbereichs 6' ein Objekt 11 angeordnet, von dem das vom Sender 4 ausgesandte Lichtsignal 3 in Richtung des Empfängers 8 reflektiert wird. Da sich das Objekt 11 im Grenzbereich zwischen dem Nahbereich 61 und dem Fernbereich 6" befindet, trifft das reflektierte Lichtsignal 3' auf den zwischen den Nah- und Fernbereichempfangselementen 9, 10 gelegenen Empfangsbereich des Empfängers 8, wie es in Figur 3 schematisch dargestellt ist. Da das reflektierte Lichtsignal 3' einen endlichen Durchmesser besitzt, wird in diesem Fall sowohl ein Teil des Fernbereichempfangselements 9 als auch des Nahbereichempfangselements 10 mit Licht beaufschlagt. Der Empfänger 8 ist als Differenzempfangselement ausgebildet, so daß ein Ausgangssignal des Empfängers 8 erzeugt wird, welches aus der Differenz der Ausgangssignale des Fern- und des Nahbereichempfangselements 9, 10 besteht.In Figure 3, an object 11 is arranged at the end of the close range 6', from which the light signal 3 emitted by the transmitter 4 is reflected in the direction of the receiver 8. Since the object 11 is located in the border area between the close range 61 and the long range 6", the reflected light signal 3' hits the reception area of the receiver 8 located between the short and long range reception elements 9, 10, as shown schematically in Figure 3. Since the reflected light signal 3' has a finite diameter, in this case both a part of the long range reception element 9 and the short range reception element 10 are exposed to light. The receiver 8 is designed as a differential reception element, so that an output signal of the receiver 8 is generated which consists of the difference between the output signals of the long range and short range reception elements 9, 10.
In Figur 4 ist das Objekt 11 vollständig in den Nahbereich 6' hinein verschoben, so daß das reflektierte Lichtsignal 3' im wesentlichen vollständig auf das Nahbereichempfangselement 10 auftrifft.In Figure 4, the object 11 is completely displaced into the near range 6' , so that the reflected light signal 3' essentially completely impinges on the near range receiving element 10.
Im folgenden wird die Funktionsweise einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke näher erläutert:The functionality of a light barrier designed according to the invention is explained in more detail below:
Das Ausgangssignal des als Differenzempfangselement ausgebildeten Empfängers 8 ist mit einer nicht dargestellten Auswerteschaltung verbunden, die ein Freigabesignal für den Überwachungsbereich 6 erzeugt, wenn das Ausgangssignal des Empfängers 8 einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Unterschreitet das Ausgangssignal des Empfängers 8 diesenThe output signal of the receiver 8, which is designed as a differential receiving element, is connected to an evaluation circuit (not shown) which generates an enable signal for the monitoring area 6 when the output signal of the receiver 8 exceeds a predetermined threshold value. If the output signal of the receiver 8 falls below this
Schwellenwert, so wird ein Alarmsignal gegeben. Beispielsweise kann aufgrund des Alarmsignals die Schließbewegung einer Tür unterbrochen werden.threshold value, an alarm signal is given. For example, the closing movement of a door can be interrupted due to the alarm signal.
In der in Fig. 1 dargestellten Konstellation trifft das reflektierte Lichtsignal 3' im wesentlichen vollständig auf das Fernbereichempfangselement 9 auf. Das Ausgangssignal des Nahbereichempfangselements 10 ist somit abgesehen von Störeinflüssen im wesentlichen gleich Null. Die Differenz der Ausgangssignale des Fern- und des Nahbereichempfangselement 9, 10 entspricht somit im wesentlichen dem Ausgangssignal des Fernbereichempfangselements 9, wobei die Empfindlichkeit des Fernbereichempfangselements 9 so gewählt ist, daß der Schwellenwert der Auswerteschaltung in diesem Fall deutlich überschritten wird.In the configuration shown in Fig. 1, the reflected light signal 3' essentially completely hits the long-range receiving element 9. The output signal of the short-range receiving element 10 is thus essentially zero, apart from interference. The difference between the output signals of the long-range and short-range receiving elements 9, 10 thus essentially corresponds to the output signal of the long-range receiving element 9, with the sensitivity of the long-range receiving element 9 being selected such that the threshold value of the evaluation circuit is clearly exceeded in this case.
Tritt bei der in Figur 1 dargestellten Konstellation ein weißes, diffus reflektierendes Objekt in den Fernbereich 6" ein, so ist die Energie des von diesem Objekt in Richtung des Empfängers 8 diffus reflektierten Lichtsignals so gering, daß aufgrund der gewählten Empfindlichkeit des Empfängers 8 und insbesondere des Fernbereichempfangselements 9 das Ausgangssignal des Empfängers 8 unterhalb des Schwellenwertes der Auswerteschaltung liegt. Somit wird korrekterweise kein Freigabesignal, sondern ein Alarmsignal erzeugt.If, in the constellation shown in Figure 1, a white, diffusely reflecting object enters the long-range area 6", the energy of the light signal diffusely reflected by this object in the direction of the receiver 8 is so low that due to the selected sensitivity of the receiver 8 and in particular of the long-range receiving element 9, the output signal of the receiver 8 is below the threshold value of the evaluation circuit. This correctly means that no release signal is generated, but rather an alarm signal.
Wird der Reflektor 2 in Richtung des Gehäuses 1 verschoben, so wandert das vom Reflektor 2 reflektierte Lichtsignal 3' von der dem Sender 4 zugewandten Außenkante des Fernbereichempfangselements 9 über den Empfangsbereich des Fernbereichempfangselements 9 hinweg, bis es die dem Sender 4 abgewandte Seite erreicht hat, wie es in Figur 2 dargestellt ist. Solange sich der Reflektor 2 innerhalb des Fernbereichs 6" befindet, wird somit bei nicht unterbrochenem, reflektiertem Lichtsignal 3' durch die Auswerteschaltung ein FreigabesignalIf the reflector 2 is moved in the direction of the housing 1, the light signal 3' reflected by the reflector 2 travels from the outer edge of the long-range receiving element 9 facing the transmitter 4 across the receiving area of the long-range receiving element 9 until it has reached the side facing away from the transmitter 4, as shown in Figure 2. As long as the reflector 2 is within the long-range area 6", an enable signal is thus generated by the evaluation circuit when the reflected light signal 3' is not interrupted.
erzeugt. Im Falle eines variablen Abstands zwischen dem Gehäuse 1 und dem Reflektor 2 ist somit dafür zu sorgen, daß ein durch den Nahbereich 6' vorgegebener Mindestabstand zwischen dem Gehäuse 1 und dem Reflektor 2 eingehalten wird. Typische Werte für den Nah- und den Fernbereich liegen bei ca. 1,5 m bzw. 6 m.generated. In the case of a variable distance between the housing 1 and the reflector 2, it must be ensured that a minimum distance between the housing 1 and the reflector 2, specified by the close range 6', is maintained. Typical values for the close and long range are approximately 1.5 m and 6 m respectively.
Tritt ein Objekt 11 im Übergangsbereich zwischen dem Nahbereich 6! und dem Fernbereich 6" in den Überwachungsbereich ein, wie dies in Figur 3 dargestellt ist, so ist die Energie des von dem Objekt 11 remittierten Lichtsignals 3', insbesondere wenn es sich bei dem Objekt 11 um ein weißes Objekt handelt, so hoch, daß bei Lichtschranken üblicher Art ein Schalten des Empfangselementes erfolgt, so daß fälschlicherweise ein nicht unterbrochener Lichtstrahl 3, 3' erkannt wird. Bei einer erfindungsgemäß ausgebildeten Lichtschranke fällt in diesem Fall das reflektierte Lichtsignal 3' in den Bereich zwischen dem Fern- und dem Nahbereichempfangselement 9, 10, so daß ein gleicher Anteil des endlich breiten remittierten Lichtstrahls 3' auf einen Bereich des Fernbereichempfangselements 9 und auf einen Bereich des Nahbereichempfangselements 10 auftrifft.If an object 11 enters the monitoring area in the transition area between the close range 6 ! and the long range 6", as shown in Figure 3, the energy of the light signal 3' remitted by the object 11, particularly if the object 11 is a white object, is so high that in the case of light barriers of the usual type, the receiving element is switched so that an uninterrupted light beam 3, 3' is incorrectly detected. In the case of a light barrier designed according to the invention, the reflected light signal 3' falls in the area between the long range and the short range receiving element 9, 10 so that an equal portion of the finitely wide remitted light beam 3' strikes an area of the long range receiving element 9 and an area of the short range receiving element 10.
Sind die betroffenen Bereiche der Empfangselemente 9, 10 im wesentlichen gleich groß, wie dies bei einer Position des Objekts 11 an der Grenze zwischen dem Fernbereich 6" und dem Nahbereich 6' der Fall ist, so sind die Ausgangssignale der Fern- und Nahbereichempfangselemente 9, 10 im wesentlichen gleich groß, so daß das Ausgangssignal des Empfängers 8, das die Differenz zwischen diesen beiden Signalen darstellt, im wesentlichen gleich Null ist. Damit unterschreitet das Ausgangssignal des Empfängers 8 einen vorgegebenen Schwellenwert der Auswerteschaltung so daß kein Freigabesignal, sondern ein Alarmsignal ausgelöst und damit das in den Nahbereich 6' des Überwachungsbereichs 6 eintretende Objekt 11 erkannt wird.If the affected areas of the receiving elements 9, 10 are essentially the same size, as is the case when the object 11 is positioned at the boundary between the long-range area 6" and the short-range area 6' , the output signals of the long-range and short-range receiving elements 9, 10 are essentially the same size, so that the output signal of the receiver 8, which represents the difference between these two signals, is essentially zero. The output signal of the receiver 8 therefore falls below a predetermined threshold value of the evaluation circuit, so that no release signal but an alarm signal is triggered and thus the object 11 entering the short-range area 6' of the monitoring area 6 is detected.
Bewegt sich das Objekt 11 noch näher in Richtung des Gehäuses 1 bzw. wird es in diese Position in den Nahbereich 6' des
Überwachungsbereichs S eingeführt, so trifft das von dem Objekt 11 remittierte Lichtsignal 3' im wesentlichen vollständig
auf das Nahbereichempfangselement 10, wohingegen auf das Fernbereichempfangselement 9 nur eine geringe Reststrahlung
bzw. keine Strahlung auftrifft. Somit unterschreitet die Differenz der Ausgangssignale des Fernbereichempfangselements 9
und des Nahbereichempfangselements 10 den vorgegebenen
Schwellenwert, so daß auch bei einer extremen Annäherung eines Objektes 11 an das Gehäuse 1 durch die von dem Objekt 11
remittierten Lichtsignale nicht fälschlicherweise ein Freigabesignal erzeugt wird.If the object 11 moves even closer towards the housing 1 or is brought into this position in the close range 6' of the
surveillance area S, the light signal 3' reflected by the object 11 essentially completely hits the short-range receiving element 10, whereas only a small amount of residual radiation or no radiation hits the long-range receiving element 9. Thus, the difference between the output signals of the long-range receiving element 9 and the short-range receiving element 10 falls below the predetermined
Threshold value, so that even if an object 11 approaches the housing 1 extremely close, a release signal is not erroneously generated by the light signals remitted by the object 11.
Während anhand des Ausführungsbeispiels der Fall beschrieben wurde, daß ein Freigabesignal erzeugt wird, wenn das Ausgangssignal
des Empfängers 8 einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, so kann bei der Verwendung von passiv schaltenden
Empfangselementen ein Freigabesignal erzeugt werden, wenn das Ausgangssignal des Empfängers einen vorgegebenen
Schwellenwert unterschreitet. Ebenso kann ein Freigabesignal bei Unterschreiten eines Schwellenwerts erzeugt werden, wenn
das Ausgangssignal des Fernbereichempfangselements von dem
Ausgangssignal des Nahbereichempfangselements abgezogen wird.While the embodiment described the case where an enable signal is generated when the output signal
of the receiver 8 falls below a predetermined threshold value, a release signal can be generated when using passively switching receiving elements if the output signal of the receiver exceeds a predetermined
Similarly, an enable signal can be generated when a threshold value is undershot if the output signal of the long-range receiving element is
Output signal of the short-range receiving element is subtracted.
Claims (16)
dadurch gekennzeichnet/ daß der Empfänger (8) zumindest ein Nah- (10) und ein Fernbereichempfangselement (9) umfaßt, wobei das Nahbereichempfangselement (10) so angeordnet ist, daß die von einem Objekt (11) innerhalb eines Nahbereichs (61) des· Überwachungsbereichs (6) reflektierten Lichtsignale (3') überwiegend auf das Nahbereichempfangselement (10) treffen, und das Fernbereichempfangselement (9) so angeordnet ist, daß die von dem Reflektor (2) oder von einem Objekt (11) innerhalb eines Fernbereichs (6") des Überwachungsbereichs (6) reflektierten Lichtsignale (3') überwiegend auf das Fernbereichempfangselement (9) treffen, und daß die Empfindlichkeit des Fernbereichempfangselements (9) sowie der Auswerteschaltung so gewählt ist, daß durch die von einem Objekt (11) innerhalb des1. Light barrier for detecting objects (11) within a monitoring area (6) with at least one transmitter (4) for emitting light signals (3) into the monitoring area (6), with at least one reflector (2) arranged at the end of the monitoring area (6) for reflecting the emitted light signals (3), with at least one receiver (8) for receiving the light signals (3') reflected by the reflector (2) and for generating an output signal corresponding to the received light signals and with an evaluation circuit for evaluating the output signal generated by the receiver (8) and for generating an enable signal for the monitoring area (6) when the output signal of the receiver (8) exceeds or falls below a predetermined threshold value,
characterized in that the receiver (8) comprises at least one short-range (10) and one long-range receiving element (9), the short-range receiving element (10) being arranged such that the light signals (3') reflected by an object ( 11 ) within a short range (6') of the monitoring area (6) predominantly strike the short-range receiving element (10), and the long-range receiving element (9) being arranged such that the light signals (3') reflected by the reflector (2) or by an object (11) within a long range (6") of the monitoring area (6) predominantly strike the long-range receiving element (9), and that the sensitivity of the long-range receiving element (9) and of the evaluation circuit is selected such that the light signals (3') reflected by an object (11) within the
dadurch gekennzeichnet, daß Sender und Empfänger (8, 9, 10) sowie im wesentlichen alle übrigen elektronischen Bauelemente der Lichtschranke auf einer Seite einer Leiterplatte angeordnet sind und die Leiterplatte so innerhalb des Gehäuses (1) angeordnet ist, daß diese Seite der Leiterplatte den optischen Elementen (5, 7) der Lichtschranke zugewandt ist.15. Light barrier according to claim 14,
characterized in that the transmitter and receiver (8, 9, 10) and essentially all other electronic components of the light barrier are arranged on one side of a circuit board and the circuit board is arranged within the housing (1) such that this side of the circuit board faces the optical elements (5, 7) of the light barrier.
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