DE3423299A1

DE3423299A1 - Verfahren zum ueberwachen von raumbereichen sowie lichtschranke

Info

Publication number: DE3423299A1
Application number: DE19843423299
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Phys. Dr. 7507 Pfinztal Eisenreich; Hans-Peter Dipl.-Ing. 7519 Zaisenhausen Kugler; Gesa Dipl-Phys. 7500 Karlsruhe Sprechels
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 1984-06-23
Filing date: 1984-06-23
Publication date: 1986-01-02

Description

Verfahren zum Überwachen von Raumbereichen sowie Lichtschranke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen von Raumbererchen mittels einer Lichtschranke mit einer Laserlichtquelle und mindestens einem Photosensor mit mindestens einem Fotodetektor sowie eine-Lichtschranke mit einer Laserlichtquelle und einer Empfängeranordnung mit mindestens einem Fotodetektor. Bei Lichtschranken mit einem Lichtsender und einem Lichtempfänger, insbesondere wenn diese einen größeren Abstand zueinander aufweisen, um einen größeren Bereich zu überwachen, stellt sich das Problem einfallenden externen Störlichts. So kann vorkommen, daß, wenn der Empfänger im Weg des Lichtstrahls des Senders angeordnet ist der Lichtstrahl aber unterbrochen wird, der Empfänger dennoch anspricht und zwar aufgrund des Umgebungslichts oder sonstigen auf den Empfänger fallenden Störlichts. Das Problem ist noch gravierender, wenn die Lichtschranke auf Streulicht ausgelegt ist, d.h. der Empfänger nicht im Strahl des Lichtsenders angeordnet ist, und an sprechen sol I, wenn durch in den Strahl des Lichtsenders eindringende Körper auf den Empfänger Licht reflektiert wird. Hier kann durch Störlicht sehr leicht ein irrtümliches Ansprechen des Empfängers erfolgen. Es wurde schon vorgeschlagen, zur Erhöhung der Störlichtsicherheitabgesehen von der Wahl geeigneter Frequenzbereiche des Lichts

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selbst - die Intensität des aus der Laser lichtquelle austretenden Lichtes zu modulieren. Hierzu werden elektrooptische Elemente bzw. Modulatoren , wie Kerr- und Pockelszellen eingesetzt. Derartige Modulatoren sind aber teuer und bedingen hohe lntensitätsverluste₍auch dann, wenn wenn maximales Licht durchtreten soll, so daß Laser entsprechend großer Leistung erforderlich sind bzw. bei gegebenen Laserleistung und Intensität sowie Empfindlichkeit der Fotosensoren nur beschränkte Abstände überwacht werden können. Dies gilt insbesondere, wenn ein großflächiger Bereich mit einem aufgeweiteten Laserstrahl überwacht werden soll, da hierdurch die auf einen einzelnen Fotosensor fallende Intensität bei vorgegebener Ausgangs intensität relativ gering ist. Es wurde weiterhin schon eine Modulation der Lichtintensität durch mechanische Unterbrechung des aus dem Laser austretenden Lichtstrahls vorgeschlagen; doch ist eine solche Modulation recht aufwendig, darüberhinaus störanfällig und schließlich hinsichtlich der Größe der Modulationsfrequenz begrenzt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung von Raumbereichen sowie eine Lichtschranke mit einer Laserlichtquelle zu schaffen, bei dem in einfacher und damit preiswerter Weise eine hohe Störlichtsicherheit ohne Intensitätsverluste der maximalen Intensität des Lasers erreicht wird. Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Lichtintensität des Lasers durch piezoelektri sehe Dejustierung des Resonators moduliert wird und das derart intensitätsmodulierte Licht in der Empfängeranordnung ausgefiltert wird.In konstruktiver Ausgestaltung sieht das Verfahren eine Lichtschranke vor, die derart ausgestaltet ist, daß der Resonator des Lasers mit einem Schwingungserzeuger versehen ist. Mit anderen Worten wird nicht das Licht nach dem Austreten aus der Laser-Cavity bzw. dem Laserresonator moduliert, sondern die Erfindung schlägt vor, schon intensitätsmoduliertes Licht aus dem Laserresonator austreten zu lassen, d.h. also das Licht schon im Laserresonator hinsichtlich seiner Intensität mit einem ultraschal !verfahren zu modulieren.

Durch die Brfindungsgemäß vorgesehene innere ^piezoelektrische Modulation ist es insbesondere möglich, einfache und preiswerte industriemäßig einsetzbare, als Einheit angebotene Laser, wie He-Ne-Laser zu verwenden .

In bevorzugter Ausführungsform sieht das Verfahren vor, daß das aus dem Resonator des Lasers austretende Licht in der Weise intensitäsmoduliert wird, daß ein Spiegel des Resonators in Schwingungen versetzt wird. Hinsichtlich der Frequenz ist vorgesehen, daß die Intensität des Laserlichts mit einer im Ultraschall liegenden Frequenz moduliert wird, wobei insbesondere die Modulationsfrequenz in der Größenordnung von 100 kHz liegt. Die Modulation erfolgt vorzugsweise dadurch, daß ein Spiegel des Laserresonators durch einen aufgeklebten piezoelektrischen Schwingungserzeuger in Schwingungen versetzt wird. Hierdurch wird einerseits ein Eingriff in die Cavity, der beispielsweise bei kompakten He-Ne-Lasern kaum möglich ist, unnötig, andererseits entfällt auch eine problematische Modulation über die Leistungsversorgung des Lasers. Vorzuqsweise werden Kippschwingungen erzeugt, die den Spiegel verkippen und damit die Dejustierung bewirken. Der mit einem Schwingquarz versehene Spiegel kann hierin außermittig abgestützt sein.

Zur Ausfilterung des modulierten Lichts des Lasers, können grundsätzlich herkömmliche Schaltungen im Empfänger und Filter vorgesehen sein.Solche Filter ermöglichen die Auswertung bestimmter Wellenlängen oder Frequenzbereiche aus dem Gesamtspektrum des auftreffenden Lichts und können daher auf den Empfänger einwirkendes Störlicht in gewissen Bereichen ausschalten in anderen mehr oder minder dämpfen. Nachteillig bei der Verwendung von solchen Filtern ist aber ebenfalls , daß mit ihnen stets mehr eine mehr oder minder starke Schwächung der Lichtintensität des Nutzlichts verbunden ist, wodurch die Empfindlich-

keit der Lichtempfängeranordnung vermindert und beispielsweise die Reichweite einer Lichtschranke wesentlich reduziert werden kann. Je enger der Durchlaßbereich für infrarotes Licht einer Tages licht sperre ist, desto stärker ist die Reichweitenverminderung bei herkömmlichen Senderquellen. Grundsätzlich haben solche Filter darüberhinaus einen nocn relativen weiten Durchlaßbereich, in dem auch Störlichtanteile, wenn auch in reduzierter Form durchgelassen werden. Eine weitere Verminderung von Störlichteinflüssen wird durch die Begrenzung des Gesichtsfeldes des Fotoempfängers durch Blenden vorgenommen. Dies ist eine Möglichkeit, wenn das Signallicht aus einem engen Winkelbereich aufgenommen werden soll. Eine ausreichende Ausblendung von Störlicht findet aber dennoch nicht statt. Nicht verwendbar ist diese Möglichkeit, wenn Signallicht aus größeren Winkelbereichen mit einem Fotoempfänger empfangen werden soll, beispielsweise wenn der Fotoempfänger von Teilchen oder Gegenständen gestreutes Licht zur Auslösung eines Signals aufnehmen soll.

Weiterhin werden in einem Fotoempfänger zwei Sensoren, z.B. Fotodioden eingesetzt, wobei nur eine vom Störlicht getroffen wird, während die andere sowohl vom Signallicht als auch vom Störlicht getroffen wird. Durch Differenzbildung der beiden Sensorsignale läßt sich das Störlicht eli minieren und der Nutz-Signalanteil gewinnen. Der erforderliche Aufwand ist aber relativ groß. Darüberhinaus ist es schwierig die Anordnung genauso zu gestalten, daß beide Sensoren den gleichen Störlichtanteil enthalten und die Differenzbildung das Störlicht tatsächlich vollständig eli miniert. Darüberhinaus ist mit dem vorgenannten Verfahren eine weitgehende Ausscheidung des Rauschens des Fotosensors selbst nicht möglich. Eine andere Möglichkeit, den Störlichteinfluß herabzusetzen und darüberhinaus die Störung durch Rauschen des Fotosensors zu reduzieren, besteht in der sogenannten Wechsel I ichtmethode, die in sendersei tiger Modulation und empfängerseitiger Demodulation des Meßsignals besteht. Es

erfolgt hier eine frequenzselektive Verstärkung des Empfängersignals bzw. Demodulation im Zusammenhang mit der nachfolgenden Verstärkung. Die Modulationsfrequenz muß dabei deutlich über der 50 Hz Netz-Frequenz und sollte auch noch möglichst über 10 kHz liegen, da sich bis zu dieser Frequenz noch Oberwellen des Leuchtröhrenlichts bemerkbar machen. Zur Selektion der Signal frequenz sind Filter, wie Hochfaßfilter sowie gegebenenfalls Tiefpässe am Ein- und Ausgang des Verstärkers, letztere zur Begrenzung des Rauschens vorgesehen. Es können weiterhin synchron Demudulatoren, wie phase-Lock-Schaltung vorgesehen sein. Die Unterdrückung von Störeinflüssen, wie Störlicht ist besser als bei den vorgenannten Verfahren, doch mit einem erheblichen elektronischen Aufwand verbunden. Die genannten Probleme und angedeuteten bisherigen LösungsmÖgHenkelten sind u.a. in Elektronik 1980, ff., Seite 39 behandelt. Obwohl die Störeinflüsse seit dem Einsatz von optischen Sender- Empfänger-Anordnungen bekannt sind und ihre Unterdrückung bzw. Eleminierung versucht wurde, hat dies bisher nur zu aufwendigen elektronischen Schaltungen geführt.

Die Erfindung schlägt daher zur Ausfilterung von Störlicht, wie Umgebungslicht als Tageslicht von Beleuchtungskörpers etc. vor, daß die Ausfilterung des intensitätsmodulierten Anteils am auf dem Fotodetektor einfallenden Licht dadurch erfolgt, daß die Fotospannung zur Weiterverarbeitung über einen als Schwingkreis ausgebildeten Lastwiderstand abgenommen wird. Der Fotodetektor des Fotosensors ist hierbei vorzugsweise eine Fotodiode oder ein Fotofefdeffekttransistor. Bei einem durch die Beleuchtung vorgegebenen Fotostrom steigt die Spannung linear mit dem Lastwiderstand. Für ein Wechselstrom, dessen Frequenz mit der Resonanzfrequenz des als Arbeitswiderstands geschalteten Schwingkreises übereinstimmt, ist dieser Widerstand extrem hoch und damit auch die abfallende Nutzspannung. Für Frequenzen außerhalb der Resonanzfrequenz ist dieser Widerstand und damit die Spannung gering. Damit ist der Einfluß von Gleichlicht

und Wechsel licht einer Frequenz außerhalb der Resonanzfrequenz ausgeschaltet. Die Auskopplung des Nutzsignals aus den Schwingkreis kann nach den in der Rundfunktechnik überlichen Verfahren erfolgen. Wesentlich ist, daß die Selektion der Wellenlänge des Nutzsignals praktisch direkt und sogleich mit der Umwandlung des Fotostroms in ein Spannungssignal und nicht erst nachher erfolgt. Hierdurch ist die Empfängeranordnung von vorneherein lediglich für das Nutzsignal empfindlich, während sie bisher in gleicher Weise für Signale und Rauschen oder Störungen empfindlich war. Abweichend von den oben dargestellten Versuchen immer aufwendigerer frequenzselektiver Verstärker wird lediglich der Abgriff der Fotospannung durch einen Schwingkreis statt durch einen herkömmlichen ohmschen Widerstand vorgenommen. Durch diese ansich einfache Maßnahme, wird überraschender Weise tatsächlich eine Ausschaltung der obengenannten Störeinflüsse und die Abnahme von Weiterverarbeitung alleine des Nutzsignals erreicht. Eine frequenzselektive Verstärkung ist nicht mehr notwendig. Das Signal kann in einfacherer Weise weiterverarbeitet, beispielsweise verstärkt und umgewandelt werden. Durch die genannte Ausgestaltung eines Fotosensors ergibt sich gegen über dem Stande der Technik, bei dem die weiterzuverarbeitende Spannung über ohmsche Widerstände abgegriffen wurde, noch der zusätzliche überraschende Effekt, daß die Empfindlichkeit des Fotoempfängers mit höherer Sendefrequenz gesteigert wird. Während bisher lediglich ein Teil der angelegten Vorspannung bei maximaler Lichteinstrahlung zur Verfugung stand, reicht nun der Meßbereich nahezu bis zur Vorspannung des Lichtempfängers und wird damit wesentlich vergrößert. Während bei den bisherigen Frequenzdemodulationsmethoden aufgrund der Verarbeitung, nämlich Demodulation der am Lichtempfänger abgegriffenen Spannung, das Spannungssignal für moduliertes und nicht moduliertes Licht in gleicher Weise empfindlich reagiert, wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Fotosensors selbst erreicht, daß das Meßsignal nur auf geeignet modu-

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liertes Nutzlicht reagiert. Es kann gegebenenfalls vorgesehen sein, daß der Schwingkreis abstimmbar ist.

Während die vorgenannten Maßnahmen grundsätzlich bei Verfahren zum Überwachen Lichtschranken eingesetzt werden können, bei denen

einer Laserlichtquelle ein Fotoempfänger zugeorndet ist, wir die Erfindung vorzugsweise eingesetzt, wenn der Lichtstrahl der Laserlichtquelle aufgeweitet und derart ein größerer Bereich über weitere Entfernungen überwacht werden soll; und macht zum Teil eine solche Überwachung erst möglbh , da bei der Aufspaltung des Lichtstrahls die Intensität des Lichts pro Flächeneinheit der Auftreffläche gegenüber einen nicht aufgeweiteten Strahl wesentlich reduziert wird und daher gegen über den herkömmlichen Verfahren und Lichtschranken trotz Arbeiten mit einem intensitätsmodulierten Licht, die zur Verfügung stehenden Maximal intensität nicht reduziert werden sollte, was durch die erfindungsgemäß vorgesehene Modulationsart erreicht wird und ebenfalls die Empfängerschaltung höchst empfindlich sein sollte, was durch die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen erreicht wird. Dies gilt insbesondere, wenn, wie gesagt, größere Entfernungen überbrückt werden sollten. Eine Vorrichtung zum Aufweiten paralleler Lichtbündel ist ansich in der DE-PS 26 50 023 beschrieben. Die Erfindung sieht demgemäß eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vor, daß der vom Laser ausgesandte intensitätsmodulierte Lichtstrahl zu einer Fläche aufgeweitet und durch eine Vielzahl aneinander gereihter Detektoren empfangen wird. Die Fläche kann dabei entweder eben oder aber kegelförmig ausgebildet sein , wodurch ein Objekt durch einen Lichtkegelmantel, der praktisch über das Objekt gestülpt ist, geschützt wird.

Die Erfindung kann in der bevorzugten Ausgestaltung zum Überwachen von Räumen, einzelnen Objekten etc. eingesetzt werden. Bei einer auf gespannnten Lichtfläche kann ein Durchtritt von Objekten durch diese Fläche entweder durch Reduzierung der Streuung von Licht an den

durchtretenden Objekt durch Detektoren oder durch objetktbedingte Abschattung von Detektoren festgestellt werden. Im zweiten Fall kann durch Verwendung von selektiven Detektoren sogar der Durchtrittspunkt bestimmt werden. Fener können z.B, in zueinander parallelen Ebenen mit deffiniertem Abstand diese Lichtflächen erzeugt werden, um mit dieser Anordnung die Geschwindigkeit von bewegten Objekten zu messen. Der Durchtrittsbereich ist dabei nicht durch die Ausdehnung der Lichtschranke begrenzt, sondern in Entfernung und Winkel beliebig ausdehnbar. Eine weitere Einsatzmöglichkeit besteht darin eine Lichtfläche zu erzeugen, die einen gegen Brand zu schützenden Raum durchschneidet. An geeigneter Stelle außerhalb der Lichtfläche sind eine oder mehrere Detektoren so angebracht , daß aus jedem Bereich der Lichtfläche gestreutes Licht auf mindestens einen der Detektoren gelangen kann. Treten Rauchteilchen durch die Lichtfläche, so erreicht das dadurch erzeugte Streulicht einen Detektor und löst diesen aus, woraufhin geeignete Folgemaßnahmen eingeleitet werden können.

Eine andere Anwendung liegt beispielsweise in der Verringerung der Unfallgefährdung bei der Arbeit an Maschinen, z.B. stanzen, pressen oder dergleichen. Vor den bewegten Maschinenteilen wird die erfindungsgemäße Lichtschranke mit aufgeweiteten Strahl und mehreren Detektoren so angeordnet, daß zwischen der Bedienungsperson der Maschine und dem gefährlichen Bereich der Maschine eine Lichtfläche erzeugt wird. Befindet sich die Bedienungsperson noch in dem gefährlichen Bereich, so ist das Lichtfeld noch durchdrungen, d.h. es ist noch Streulicht vorhanden, so daß die Detektoren noch aktiviert sind und den Arbeitszyklus der Maschine unterbinden. Es findet also eine Streuticht-Detektion statt. Auch das lichtoptische Abtasten von Gegenständen nach größerem Umriß, wie es beispielsweise beim Sortieren von Stückgut notwendig ist, kann durch Überstreichen des Objekts durch das Lichtfeld bei auf den gegenüberliegenden Seiten rasterförmig angeordneten Detektoren errei cht werden. Die Kegel mantel fläche kann zur Diebstahlssicherung von

Objekten verwendet werden, indem das zu schützende Objekt von einer Kegel mantel fläche eingehüllt wird. Die Registrierung von Streulicht durch Detektoren zeigt den unbefugten Zugriff an, woraufhin FoI ge maß nah men eingeleitet werden. Fehlalarme werden durch die Erfindung zuverlässig ausgeschaltet. Die Erfindung kann bei Flugplatzbefeuerung, Flugraumbegrenzung, Markierungsflächen und Anflugpunkten erzeugt werden, da einerseits von einem Laser erzeugbare Intensität voll zur Verfugung steht, diese über einen großen Flächenbereich eingesetzt werden kann und andererseits die im Empfangsbereich geringe Intensität noch optimal durch die hohe Empfindlichkeit der Empfangeranordnung aufgenommen wird. Eine Vielzahl weiterer Einsatzmöglichkeiten des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie der erfindungsgemäßen Lichtschranke sind möglich.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Er indung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert ist. Dabei zeigt:

Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen

Lichtschranke;

Figur 2 eine schematische Detaildarstellung des Senders mit

Aufweiteoptik;

Figur 3 der Verlauf der erfindungsgemäß modulierten Intensität;

Figur 4 einen einzelnen Fotodetektor der erfindungsgemäßen

Lichtschranke.

Die erfindungsgemäße Lichtschranke besteht aus einem i ntensitätsmodulierten Sender 1 mit eindimensionaler Aufweiteoptik und eine

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Empfängeranordnung mit einer Sensorleiste 2 mit einer Vielzahl einzelner Fotosensoren zur Ajfnähme des vom Sender 1 ausgesandten Lichts. Ein typischer Abstand D von Sender 1 zu Empfänger 2,

beträgt dabei 3,50 m bei einer Höhe H der Sensor leiste von 1,50 m. ^:

Der Sender 1 sendet ein im 100-KHz-Bereich intensitätsmoduliertes Licht 4 aus, das nach Aufweitung auf die Sensorleiste 2 auftrifft und hier empfangen wird. Das in den einzelnen Fotosensoren 3 zusammen mit Umgebungslicht 5 auf treffende Licht wird dabei bei der Umwandlung des Lichts in ein elektrisches Signal im Fotosensor vom Umgebungslicht 5 getrennt, also vom Gesamtlicht einfach herausgefiltert, so daß selektiv nur das Licht mit der Modulationsfrequenz von den Fotosensoren 3 detektiert wird. Alle übrigen Anteile des auftreffenden Lichts, insbesondere des Fremd lichts 5 liefern kein Signal. Wird der Lichtvorhang 4 des Senders 1 an irgendeiner Stelle unterbrochen, so liefern die entsprechenden Fotosensoren 3 kein Signal mehr; dies wird dann von einer.Folgeelektronik erkannt und weiter verarbeitet, beispielsweise durch Auslösung eines Alarms etc. Bei einer Versuchtsdurchführung mit den oben angegebenen Abmessungen, betrug die auf die Fotosensoren 3 auffallende Leistungsdichte vom Sender nur 8 χ 10 W. Der Nutzsignal anteil hiervon betrug nur 5%. Trotz dieser geringen Intensitäten konnten verschiedenartigste Gegenstände detektiert werden ohne Störung durch unterschiedliches, insbesondere unterschiedlich intensives größeres Fremdlicht. Die Leistungsdichte am Empfangsort könnte noch weiter verringert werden; das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne größere Probleme bei weiteren Distanzen, nämlich Abständen bis zu 100 m eingesetzt werden.

Der Sender 1 mit Aufweiteoptik weist einen Laser 6 mit einem üblichen Hohlraumresonator 7 auf, der am Austrittsende 8 einen halbdurchlässigen Spiegel 9 und an dem diesen Ende gegenüberliegenden Ende 11 einen vollreflektierenden Spiegel 12 aufweist. Der Spiegel 12 ist

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mit einem piezoelektrischen Schallgeber 13 versehen, beispielsweise ein Schwingquarz auf den Spiegel aufgeklebt. Vor dem aus dem Laser 6 austretenden Strahl 14 ist eine Aufweiteoptik 15 angeordnet, die als wesentliches optisches Element eine zylindrische Linse 16 aufweist, deren Inneres 17'aus einem optisch dünneren zylindrischen Medium besteht, als der dieses konzentrisch umgebende Zylindermantel 18. Die Zylinderlinse 16 ist von einem Teilumfang mit einem Spiegel 19 versehen. Hierdurch kann die Beschränkung der Lichtfläche 4 auf den ausgewählten Aufweitewinkel erzielt werden. Die Dicke der Lichtfläche senkrecht zu ihrer aufgeweiteten Fläche wird zunächst durch die Divergenz "des Laserstrahls 14 bestimmt, kann aber durch geeignete Positionierung mittels zusätzlicher Linsen herabgesetzt werden Durch die erfindungsgemäß eingesetzte Aufweiteoptik ist es möglich über weite Bereiche eine nahezu homogene Intensitätsverteilung zu erreichen. Der piezoelektrische Schallgeber 13 wird,durch einen geeigneten elektronischen Schwingkreis in Schwingungen einer Frequenz F = 1 /t im Ultraschal !bereich, insbesondere einer Größenordnung von 100 kH versetzt. Die Schwingung des Schallgebers 13 wird auf den Spiegel 12 übertragen. Hierdurch wird der Resonator 7 mit einer Periode t aus der Resonanzbedingung des Lasers 6 gebracht, so daß in diesem keine Verstärkung mehr stattfindet und sich die Intensität I des Laserstrahls 14 gegenüber der Intensität I periodisch vermindert und damit der Laserstrahl 14 eine modulierte Intensität I aufweist,

wie sie in Figur 3 veranschaulicht ist.

Das modulierte Laserlicht 4 wird dann von den einzelnen Fotosensoren 3 der Sensorleiste 2, von dem einer in der Figur 4 dargestellt ist, empfangen. Der Fotosensor 3 weist als Fotoempfänger eine Fotodiode 22 auf. Statt einer Fotodiode könnte auch ein Foto- FET-Empfänger vorgesehen sein. Der Fotoempfänger 22 ist derart geschaltet, daß er selektiv nur das Licht mit der Modulatiansfrequenz detektiert und alle übrigen Anteile kein Signal liefern. Hierzu ist der Fotodiode 22 ein Parallel schwingkreis 23 mit einer Spule 28 und einem abstimmbaren Kondensator 29

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zugeordnet; Spule 28 und Kondensator 29 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zueinander, gemeinsam aber in Reihe zur Fotodiode 22 angeordnet. Über diesen Schwingkreis wird dann die Arbeitsspannung abgegriffen, die eine"Auswerteelektronik zugeleitet wird. Die Arbeitsspannung liegt dabei schon als demodulierte Arbeitsspannung U_f vor, bei der, wie gesagt, sämtliche Störlichtanteile schon ausgeschaltet sind und die das reine Nutzsignal beinhaltet. Das Arbeitssignal U, kann dann ohne großen schaltungstechnischen Aufwand in ansich bekannter Weise verstärkt werden. Bei dem hier verwendeten Wechselstromwiderstand 23 des Fotosensors 3 ist für alle anderen Frequenzen außer der Nutzsignalfrequenz der Wechselstromwiderstandswert praktisch NjII oder vernachlässigbar, während er für die Nutzsignal frequenz beträchtlich und insbesondere derart, daß der bei maximaler Einstrahlung erreichte reichbare kleinste Innenwiderstand der Fotodiode 22 gegenüber dem Wechselstromwiderstand für die Nutzfrequenz vernachlässig bar ist; für das Nutzsignal U, steht daher praktisch der gesamte vorgegebene Spannungsbereich bis nahe zum Maximalwert U zur Verfugung. Der erfindungsgemäß eingesetzte Fotosensor 3 weist daher eine hohe Signalempfindlichkeit auf; zur Auskopplung des Signals zwecks Weiterverarbeitung ist grundsätzlich lediglich eine Impedanzwandlung vorzunehmen.

Wie in der Figur 4 angedeutet ist, können die Elemente des Parallelresonanzkreises auch regelbar ausgebildet sein, um gegebenenfalls eine Anpassung der Frequenz der abzugreifenden Spannung an unterschiddliche Modulationsfrequenzen des Empfängers 1 vorzunehmen. Falls mit mehereren Modulationsfrequenzen im eingestrahlten Licht gearbeitet wird, können auch mehrere Parallelresonanzkreise 23 in Reihe geschaltet vorgesehen sein. In konstruktiver und fertigungstechnischer Hinsicht wird der Parallel schwingkreis direkt mit der Fotodiode 22 ausgebildet.

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Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in geeigneter Kombination für die Verwirklichung der
Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.

Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Überwachen von Raumbereichen mittels einer Lichtschranke mit einer Laserlichtquelle und einer Empfängeranordnung mit mindestens einem Fotosensor, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtintensität des Lasers durch piezoeletrische Dejustierung des Resonators moduliert wird und das derart intensitätsmodulierte Licht in der Empfängeranordnung ausgefiltert wird.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Resonator des Lasers austretende Licht in der Weise intensitätsmoduliert wird, daß ein Spiegel des Resonators in Schwingungen versetzt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Intensität des Laserlichts mit einer im Ultraschall liegenden Frequenz moduliert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

die Modul at ionsfrequenz in der Größenordnung von 100 kHz liegt.

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5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spiegel des Laserresonators durch einen aufgeklebten piezoelektrischen Schwingungserzeuger in Schwingungen versetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausfilterung des intensitätsmodulierten Anteils am auf dem Fotodetektor einfallenden Licht dadurch erfolgt, daß die Fotospannung zur Weiterverarbeitung über einen als Schwingkreis ausgebildeten Lastwiderstand abgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser ausgesandte Licht mittels einer Fotodiode empfangen wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Laser ausgesandte Licht mittels eines Fotofeldeffekttransistors empfangen wird.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Laser ausgesandte intensitäts modulierte Lichtstrahl zu einer Fläche aufgeweitet und durch eine Vielzahl aneinander gereihter Detektoren empfangen wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

der Laserstrahl durch eine zylindrische Linse mit einem Inneren aus einem optisch dünneren Medium als der Mantel aufgeweitet wird.

11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den aufgeweiteten Laserstrahl gebildete Fläche eine Ebene ist.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die durch den aufgeweiteten Laserstrahl gebildete Fläche einen Lichtkegel mantel bildet.

13. Lichtschranke mit einer Laser!ichtquelIe und einer Empfängeranordnung mit mindestens einem Fotosensor, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Resonator (7) des Lasers (6) mit einem Schwingungserzeuger (13) versehen ist.

14. Lichtschranke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger ein piezoelektrischen Schallgeber (13) ist.

15. Lichtschranke nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungserzeuger (13) an einem Spiegel (12) des Laserresonators (7) angeordnet ist.

16. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtempfängeranordnung einen als Schwingkräs (28, 29) gebildeten Lastwiderstand aufweist, über den die Fotospannung zur Weiterverarbeitung in einer elektronischen Schaltung abgenommen wird.

17. Lichtschranke nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß

die Schwingkreiselemente auf die Schwingfrequenz des Schwingungserzeugers (13) abstimmbar sind.

18. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotosensoren (3) eine Fotodiode (22) als Hotudetektor aufweisen.

19. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Fotosensoren (3) einen Fotofeldeffekttransistor als Fotodetektor aufweisen, bei dem der Gatewiderstand als Schwingkreis ausgebildet ist.

20. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß dem Laser (7) eine vollzylindrische Linse (16) nachgeordnet ist, dessen Inneres (17) aus einem optisch dünneren Medium besteht als der Mantel (18), daß die Linse (16) zum Strahl (14) des Lasers (6) so angeordnet ist, daß an der Grenzfläche zum optisch dünneren Medium Totalreflektion eintritt; und daß die Fotoempfängeranordnung eine Reihe benachbarter Fotosensoren (3) aufweist.

21. Lichtschranke nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß Teile der Außenfläche der Linse (16) mit einer Verspiegelung (19) versehen sind.

22. Lichtschrankenach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß das optisch dünnere Zylinder innere (17) koaxial zum Zylindermantel (18) angeordnet ist.

23. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die zylinderförmige Linse ein Rohr ist.

24. Lichtschranke nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aus Glas besteht .