DE3803529C2

DE3803529C2 -

Info

Publication number: DE3803529C2
Application number: DE3803529A
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kambe; Yoshihiko Okuda; Atsuyuki Hirono; Akira Nagaoka; Takayasu Kadoma Osaka Jp Ito
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1988-02-05
Publication date: 1990-11-15
Also published as: US4876446A; DE3803529A1; IT8847605A0; IT1219426B; US4970384A

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zum Nachweis eines den Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Wandlerelement beeinflussenden Objektes, mit einem das von dem photoelektrischen Wandlerelement ab gegebenen Signal verarbeitenden Signal-Prozessor und einer optischen Leiterplatte, in der Lichtleiter ausgebildet sind.

In der DE-OS 27 09 566 ist eine optische Überwachungsein richtung für lichtreflektierende Gegenstände beschrieben, bei der ein Lichtstrahl gegen die Gegenstände gerichtet wird und ein photoelektrischer Wandler zum Empfang des von den Gegenständen ausgesandten Lichts mit einer elektronischen Auswerteschaltung gekoppelt ist.

Während die genannte Überwachungseinrichtung mit Reflexion des Lichtes arbeitet, ist in der EP-OS 01 87 299 ein optischer Sensor beschrieben, bei welchem der nachzuweisende Gegenstand einen Lichtstrahl unterbricht. Zur Führung des Lichts sind in einer optischen Leiterplatten Lichtleiter aus gebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der zuletzt genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß zusätzliche Funktionen und Verknüpfungen optisch ausge führt sind und einfacher Zusammenbau, niedrige Herstellungs kosten und sichere Funktion erzielt werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das photoelektrische Wandlerelement mit weiten photoelektrischen Wandlerelementen zu einem integrierten Bauteil ver einigt ist, daß die weiteren photoelektrischen Wandler elemente mit Lichtaustrittsenden der Lichtleiter gekoppelt sind, daß eine Hilfslichtquelle Licht in die Lichtleiter einspeist, daß die Lichtübertragung von der Hilfslichtquelle zu den zusätzlichen photoelektrischen Wandlerelementen in der Intensität durch optisch wirkende Einstellmittel an der optischen Leiterplatte beeinflußbar ist und daß durch eine von den Ausgangssignalen der weiteren photoelektrischen Wandlerelemente abgeleitete Spannung die Ansprechempfind lichkeit des Signal-Prozessors einstellbar ist.

In einem solchen optischen Sensor können einander entsprechende Teile des Sensorschaltkreises mittels der optischen Leiterplatte einfacher untereinander verknüpft werden, wodurch die benötigten elektrischen Verbindungen zwischen den Schaltkreisteilen erheblich reduziert werden. Dies ermöglicht eine Massenproduktion des Sensors bei niedrigeren Herstellungskosten.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 eine Perspektivansicht des optischen Sensors in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform mit einem aufgelöst dargestellten Teil;

Fig. 2 einen auseinandergezogenen Perspektivschnitt des in Fig. 1 gezeigten optischen Sensors in einem leicht verringerten Maßstab;

Fig. 3 eine Seitenansicht des optischen Sensors von Fig. 1 in einem leicht vergrößerten Maßstab;

Fig. 4 bis 7 bruchstückartige Ausschnittansichten, um das Verhältnis zwischen einer optischen Leiterplatte und einer gedruckten Leiterplatte im optischen Sensor der Fig. 1 in ihren verschiedenen Posi tionen darzustellen;

Fig. 8 eine Draufsicht eines Scheibenteils, der an einem Ende einer optischen Leiterplatte im optischen Sensor von Fig. 1 angebracht ist;

Fig. 9 und 10 bruchstückartige schematische Ansichten, zur Erläuterung des Modus-Einstellknopfs einer anderen als in Fig. 1 dargestellten Ausfüh rungsform;

Fig. 11 in einem Blockdiagramm eine weitere Ausfüh rungsform des optischen Sensors;

Fig. 12 in einer Perspektivansicht die lichtaufneh mende Seite des in Fig. 11 dargestellten optischen Sensors;

Fig. 13 eine Seitenansicht derselben lichtaufnehmen den Seite des in Fig. 11 dargestellten opti schen Sensors;

Fig. 14 eine Perspektivansicht der Licht projizieren den Seite des in Fig. 11 dargestellten opti schen Sensors;

Fig. 15 eine Perspektivansicht einer weiteren Aus führungsform der Licht projizierenden Seite, die in einem in Fig. 11 dargestellten opti schen Sensor verwendet werden kann;

Fig. 16 eine schematische Teilansicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen opti schen Sensors;

Fig. 17 eine Perspektivansicht einer weiteren Aus führungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors mit einem abgesetzt dargestellten Teil;

Fig. 18 eine schematische Seitenansicht des in Fig. 17 dargestellten optischen Sensors;

Fig. 19(a) bis 19(h) bruchstückartige Darstellungen zur Erläute rung der jeweiligen Erscheinungsformen der optischen Verknüpfungen in dem in Fig. 17 dargestellten optischen Sensor;

Fig. 19(i) bis 19(l) eine weitere Ausführungsform des erfindungs gemäßen optischen Sensors, wobei Fig. 19(i) eine bruchstückartige Seitenansicht ist, Fig. 19(j) ein schematisches Diagramm ist, das eine in dem in Fig. 19(i) dargestellten optischen Sensor verwendete Lichtmengen einstelleinrichtung darstellt, Fig. 19(k) in einer Perspektivansicht einen lichtab schirmenden Knopf der Einstelleinrichtung von Fig. 19(j) darstellt und Fig. 19(l) ebenfalls eine Perspektivansicht einer wei teren Ausführungsform des lichtabschirmen den Knopfes darstellt;

Fig. 20 eine schematische Seitenansicht einer weite ren Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors;

Fig. 21 eine bruchstückartige Perspektivansicht eines Mechanismus für Lichtmengenänderungen, der in einem erfindungsgemäßen optischen Sensor verwendet wird;

Fig. 22 bis 24 erläuternde Ansichten des Lichtmengenände rungsmechanismus von Fig. 21;

Fig. 25 ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen dem Drehwinkel des Exzenternockens und der gesteuerten Lichtmenge in dem Lichtmengen änderungsmechanismus von Fig. 21 darstellt;

Fig. 26 eine bruchstückartige Perspektivansicht einer weiteren Ausführungsform des Licht mengenänderungsmechanismus für den erfin dungsgemäßen optischen Sensor;

Fig. 27 bis 29 erläuternde Ansichten der Wirkungsweise des Lichtmengenänderungsmechanismus von Fig. 26.

In den Fig. 1 bis 3 ist eine erfindungsgemäße Ausführungs form, ein optischer Sensor 10 eines Reflexionstyps, darge stellt. Dieser enthält eine gedruckte Leiterplatte 11, an deren eine Seite Lichtprojektions- und Lichtaufnahme- Elemente und an deren anderen Seite eine optische Leiter platte 12 gehaltert ist. Die gedruckte Leiterplatte 11 enthält vorzugsweise solch ein elektrisch isolierendes Material wie Keramik, Glas oder ähnliche Platten und ein Leiterschaltkreis ist auf der Oberfläche dieses Materials ausgebildet. Elektronische Bauteile 13 wie Chips, die beispielsweise Transistoren, Kondensatoren, Widerstände und ähnliches enthalten, sind auf der Leiterplatte 11 befestigt. Lichtemittierende Elemente aus beispielsweise Leuchtdioden bilden sowohl eine Lichtquelle 14 als auch eine Hilfslichtquelle 15, die auch als Referenz lichtquelle dient, und sind auf einer untergeordneten, gedruck ten Leiterplatte 16 befestigt, die wiederum an der gedruck ten Leiterplatte 11 befestigt ist. Ein photoelektrischer Wandler 17 und eine Gruppe photoelektrischer Wandler 18 bis 20, die eine Lichtaufnahmeeinrichtung bil den für von irgendeinem innerhalb eines Erfassungsbereichs vorhandenen Objekt reflektiertes Licht, sind in einem IC-Chip oder integrieten Bauteil 21 ausgebildet, und dieses integrierte Bauteil 21 ist ebenfalls auf dem gedruckten Schaltkreis 11 befestigt.

Im vorliegenden Fall weist der gedruckte Schaltkreis 11 Durchgangsöffnungen 22 bis 27 sowohl an den den licht emittierenden Elementen 14 und 15 entsprechenden als auch an den den photoelektrischen Wandlern 17 und 18 bis 20, im folgenden auch als lichtaufnehmende Elemente bezeichnet, auf der einen Seite der bedruckten Leiterplatte 11 ent sprechenden Stellen auf, so daß diese lichtemittieren den und lichtaufnehmenden Elemente und die elektronischen Bauteile mittels dieser durchführenden Löcher 22 bis 27 und der optischen Leiterplatte 12 optisch miteinander verknüpft werden können, wobei diese Löcher zusätz lich als Positionierungshilfe bei der Befestigung der oben aufgeführten Elemente und Teile auf der gedruckten Leiterplatte 11 dienen. Falls die gedruckte Leiterplatte 11 aus einem transparenten Material mit geringer Absorptions rate hergestellt worden ist, wie transparenter Keramik, trans parentem Glas oder ähnlichem, ist es nicht immer notwendig, die gedruckte Leiterplatte mit durchführenden Löchern zu versehen.

Andererseits enthält die optische Leiterplatte 12 Lichtleiter 28 bis 34, im folgenden auch als optische Wellenleiter bezeichnet, Eingabe- und Ausgabe-Spiegelteile 35 bis 40, einen Lichtprojektions-Linsenteil oder Projektionsteil 41 und einen Lichtaufnahme-Linsenteil oder Lichtempfängerteil 42. In diesem Fall kann die opti sche Leiterplatte 12 preisgünstig in Massenfertigung hergestellt werden; und zwar unter Verwendung von Präzisions-Kunststofformtechnik oder IC-Herstellungstechnik, die auf einem jedem Fachmann bekannten, Masken verwendenden Fotoätzverfahren basiert. Zur Ausbildung der optischen Leiterplatte 12 wird vorzugsweise ein lichtempfindlicher Kunststoff verwendet, so daß die optischen Wellenleiter 28 bis 34 mittels einem eine Maske verwendenden Fotoätzver fahren hergestellt werden können. Es ist ebenfalls möglich, eine Glasplatte als Trägermaterial für die optische Leiter platte zu verwenden, in welcher die optischen Wellenleiter 28 bis 34 mittels eines Materials mit hohem Brechungskoeffi zienten, das in das Glas an vorbestimmten Stellen der Glas platte eindiffundiert ist, ausgebildet werden können. Je nach Bedarf kann auch eine andere zweckmäßige Herstellungsart für optische Wellenleiter gewählt werden. Bei den Endteilen der optischen Wellenleiter 29 bis 31, die von dem optischen Wellenleiter 28 abzweigen, ist in der Nähe dieser Endteile ein Funktions anzeige-/Betätigungsbereich angeordnet, der aus einem Funk tionsanzeigeelement 43, einem Ausgabemodus-Einstellteil 44 und einem Empfindlichkeits-Einstellteil 45 besteht.

In der oben beschriebenen optischen Leiterplatte 12 wird von einer Hilfslichtquelle 15 emittiertes Licht P₀ über den Spiegelteil 35 (s. Fig. 4) in dem optischen Wellenleiter 28 eingespeist und in einem bestimmten Verhältnis auf die optischen Wellenleiter 29 bis 32 verteilt (s. Fig. 3). Das erste abgezweigte Licht P ₁ im Wellenleiter 29 wird am Endteil des Wellenleiters 29 einer Lichteintrittsfläche 46 des Funktionsanzeigeelements 43 vom Typ eines Streukörpers zugeführt. Das auf diese Weise das Funktionsanzeigeelement 43 erreichende Licht wird in alle Radialrichtungen verstreut, so daß visuell erkennbar wird, ob der optische Sensor 10 in Betrieb ist. Das zweite abgezweigte Licht P ₂ wird dem am Endteil des optischen Wellenleiters 30 angeordneten Ausgabemodus-Einstellteil 44 zugeführt. Dieser Ausgabemodus- Einstellteil 44 enthält einen einstellbaren, flachen Platten teil 47 und einen an diesem flachen Plattenteil 47 befestig ten Bedienteil 48. Dieser flache Plattenteil 47 ist nur in einem Teilbereich seiner Oberfläche die dem Endteil des Wellenleiters 30 gegenüberliegt, nichtreflektierend ausge bildet, während der restliche Oberflächenteilbereich reflek tierend ausgebildet ist, so daß der Reflexionsfaktor am Ausgabemodus-Einstellteil 44 variiert werden kann. Indem der nichtreflektierende Oberflächenteilbereich in bezug auf das gegenüberliegende Ende des Wellenleiters 30 versetzt wird, wird das abgezweigte Licht P ₂ durch die Verschiebung des Ausgabemodus-Einstellteils 44 verändert. Ein optischer Wellenleiter 33 liegt mit einem seiner Enden dem Ausgabemodus-Einstellteil 44 gegenüber und ist an diesem Ende mit dem abgezweigten Wellenleiter 30 in Dickerichtung der optischen Leiterplatte 12 zusammengefügt. Von diesem zweigt er ab (s. Fig. 1) und endet in seitwärtiger Richtung bei einem Spiegelteil 36, wo ein entsprechend der Ein stellung des Ausgabemodus-Einstellteils 44 verändertes Licht P₂′ anliegt, welches vom Spiegel teil 36 reflektiert und von dem photoelektrischen Wandler 19 empfangen wird, wie am besten in Fig. 6 zu sehen ist.

Ein drittes abgezweigtes Licht P ₃ wird an einen optischen Eingabeteil des Empfindlichkeits-Einstellteils 45 angelegt, der bei einem Endteil des optischen Wellenleiters 31 ange ordnet ist. Der Empfindlichkeits-Einstellteil 45 weist einen Empfindlichkeits-Einstellknopf 52, der mit einem Scheibenteil 50 versehen ist, der mit vielen kleinen Löchern 49 mit bestimmter Verteilung perforiert ist (s. Fig. 8), einen Bedienteil 51 und eine Reflektorplatte 53 auf. Der Scheibenteil 50 befindet sich zwischen der Reflektorplatte 53 und dem dieser gegenüberliegenden Ende des Wellenleiter 31. Die kleinen Löcher 49 im Scheiben teil 50 sind im vorliegenden Fall derart verteilt, daß ihre Anzahl im Rotationssinn allmählich ansteigt oder sinkt, so daß sich der Reflexionsfaktor der Reflektorplatte 53 für das dritte abgezweigte Licht P ₃, das die kleinen Löcher 49 des Scheibenteils 50 durchdrungen hat, bei Drehung des Empfindlichkeits-Einstellknopfs 52 ändert. Ein optischer Wellenleiter 34 liegt zusammen mit dem abgezweigten Wellenleiter 31, der das dritte abgezweigte Licht P ₃ leitet, dem Empfind lichkeits-Einstellteil 45 gegenüber und ist in Längsrichtung der optischen Leiterplatte 12 mit dem abgezweigten Wellen leiter 31 verbunden. In seitlicher Richtung zweigt er ab und endet bei einem Spiegelteil 37, so daß ein entsprechend der Einstellung des Empfindlichkeits-Einstellteils 45 verändertes Licht P₃′ durch den optischen Wellenleiter 34 gelangt, an dem Spiegelteil 37 reflektiert und von dem photoelektrischen Wandler 18 aufgenommen wird (s. Fig. 5).

Ein viertes abgezweigtes Licht P ₄ setzt sich durch den opti schen Wellenleiter 32 fort, wird an einem Endteil abgelenkt und von dem photoelektrischen Wandler 20 aufgenommen.

Anstelle der oben beschriebenen Beschaffenheit des Ausgabe modus-Einstellteils 44 ist es möglich, einen Ausgabemodus- Einstellteil 44 a vorzusehen, der mit einem abgestuften Teil (s. Fig. 9 und 10) versehen ist, so daß der Ausgabemodus- Einstellteil 44 a unterschiedliche Abstände d ₁ und d ₂ zum Endteil des Wellenleiters 30 aufweisen wird, je nach der Stellung des Ausgabemodus-Einstellteils 44 a. Dabei ist der Abstand d ₁ relativ größer (s. Fig. 9), um den Modulationsgrad zu senken, während der Abstand d ₂ relativ geringer ist (s. Fig. 10), um den Modulationsgrad zu erhöhen. Der Scheibenteil 50 des Empfindlichkeits-Ein stellteils 45 braucht nicht kreisrund zu sein, sondern kann die Form einer Involvente aufweisen, so daß sich die einander gegenüberliegenden Flächen zwischen dem Scheibenteil 50 und dem Endteil des Wellenleiters 31 oder 34 bei Verdrehung des Empfindlichkeits- Einstellteils 45 ändern, wodurch die Empfindlich keitseinstellung erreicht wird, ohne den Schei benteil 50 zu perforieren.

Des weiteren wird Licht aus dem lichtemittierenden Element 14 über den Spiegelteil 39 reflektiert und durch den Licht projektions-Linsenteil 41 parallelgerichtet, um als Licht bündel aus der optischen Leiterplatte 12 heraus abzustrah len. Von einem Objekt im Erfassungsbereich reflektiertes Licht des Lichtbündels wird vom lichtaufnehmenden Linsenteil 42 gebündelt und von dem Spiegelteil 40 auf das lichtaufnehmende Element 17 reflektiert (s. Fig. 7).

Es wird kurz auf den Zusammenbau der oben beschriebenen Ausführungsform des optischen Sensors 10 Bezug genommen. Zuerst werden die elektronischen Bauteile 13 wie Transisto ren, Kondensatoren, Widerstände und ähnliches, die unter geordnete, gedruckte Leiterplatte 16, die die lichtemittie renden Elemente 14 und 15 enthält, und der IC-Chip 21 mit den lichtaufnehmenden Elementen 17 und 18 bis 20 auf der Leiterbahnen aufweisenden Frontseitenoberfläche der gedruck ten Leiterplatte 11 befestigt. Auf der anderen, rückwärtigen Oberfläche der gedruckten Leiterplatte 11 werden die opti sche Leiterplatte 12, die die optischen Wellenleiter 28 bis 34 enthält, die Spiegelteile 35 bis 40 und die Linsenteile 41 und 42 befestigt, wobei sie mit Hilfe der durchführenden Löcher 22 bis 27 in die richtige Position gebracht werden. Anschließend wird die gedruckte Leiterplatte 11 in ein nicht gezeigtes Gehäuse eingefügt, in welchem das Funktions anzeigeelement 43, der Ausgabemodus-Einstellteil 44 und der Empfindlichkeits-Einstellteil 45 für die oben beschriebenen Betriebsarten angeordnet sind. Die optische Leiter platte 12 wird im Gehäuse befestigt. Mit dieser Anordnung ist es möglich, die lichtemittierenden Elemente 14 und 15, welche über die optischen Wellenleiter 28 bis 34, die Spiegelteile 35 bis 40 und die durchführenden Löcher 22 bis 27 mit den elektronischen Bauteilen 13 verbunden sind, optisch mit den lichtaufnehmenden Elementen 17 und 18 bis 20 zu verbinden. Gemäß dieser Verbindungsanordnung können die Bestandteile des optischen Sensors 10 nur durch Positionieren der optischen Übergänge montiert werden, ohne daß zusätzliche elektrische, mecha nische oder optische Elemente nötig sind, wodurch die notwendige Teilezahl erheblich reduziert wird. Des weiteren kann die Montage des optischen Sensors 10 erheblich vereinfacht und damit die Montagekosten redu ziert werden. Schließlich wird der optische Sensor 10 verkleinert.

Des weiteren wird in dem optischen Sensor 10 der oben be schriebenen Anordnung ein Objekt innerhalb des Erfassungsbereichs entsprechend der durch das licht aufnehmende Element 17 aufgenommenen Lichtmenge nachgewiesen. Die Nachweisform wird gewählt durch geeignete Verarbeitung des Ausgangssignals des lichtaufnehmenden Elements 19, das Licht über den optischen Wellenleiter 33 für das modulier te Licht P ₂′, den Spiegelteil 36 und das Loch 26 empfängt, in einem Signal-Prozessor. Eine geeig nete Empfindlichkeitseinstellspannung kann erzeugt werden durch Vergleichen des Ausgangssignals des lichtaufnehmenden Elements 18, das Licht über den Wellenleiter 34 für das eingestellte Licht P ₃′, den Spiegelteil 37 und das Loch 25 empfängt, mit dem Ausgangssignal des lichtempfangenden Elements 20, das Licht über den Wellenleiter 32 für das abgezweigte Licht P ₄, den Spiegelteil 38 und das Loch 27 empfängt.

In den Fig. 11 bis 14 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors 10 dargestellt, wobei die Teile, die mit der oben dargestellten Ausführungsform übereinstimmen, mit den gleichen, aber um 100 erhöhten Bezugszeichen dargestellt sind. In der vorliegenden Ausführungsform sind eine Lichtprojektions einrichtung 100 und eine Lichtaufnahmeeinrichtung 102 mit einer Signalverarbeitungseinrichtung 101 verbunden und derart angeordnet, daß sie einander gegenüberliegen. Im Gegensatz zu der oben beschriebenen Ausführungsform in den Fig. 1 bis 10 ist die Lichtprojektionseinrichtung 100 von der Lichtaufnahmeeinrichtung 102 getrennt. Abgesehen von der getrennten Lichtprojek tionseinrichtung entspricht die Lichtaufnahmeeinrichtung 102 im wesent lichen der oben beschriebenen Anordnung des op tischen Sensors 10. Die Lichtprojek tionseinrichtung 100 enthält eine gedruckte Leiterplatte 111 a, an welcher die lichtemittierenden Elemente 114 und 115 und der IC-Chip 116 befestigt sind, und eine optische Leiterplatte 112 a, mit einer Licht projizierenden Linse 141 und einem opti schen Wellenleiter 128 a. Dabei ist die optische Leiterplatte 112 a an der gedruckten Leiterplatte 111 a be festigt, so daß sich Licht von dem lichtemittie renden Element 115 durch den Wellenleiter 128 a fort setzt und auf den Funktionsanzeigeteil 143 auffällt. Das Licht aus dem lichtemittierenden Element 114 in der Lichtprojektionseinrichtung 100 wird durch die Licht projizierende Linse 141 gegen die gegenüberliegende Lichtaufnahmeeinrichtung 102 abgestrahlt. Ein Objekt OJ zwischen beiden Einrichtungen 100 und 102 wird dabei erfaßt. Der Zustand der Lichtprojek tionseinrichtung 100 wird mittels des Funktionsanzeige elements 143 angezeigt. Ebenfalls ist es möglich, daß eine Lichtprojektionseinrichtung 100 b mit einem einzelnen licht emittierenden Element 114 b versehen ist, so daß sich das von diesem Element 114 b projizierte Licht durch den optischen Wellenleiter 128 b, der sich zwischen dem lichtemittierenden Element 114 b und dem Funktionsanzeigeteil 143 b erstreckt, zum Funktionsanzeigeteil 143 b fortsetzt.

Im Gegensatz zu den vorangegangenen Ausführungsformen, in welchen die elektronischen Bauteile 13 auf der einen Seite und die optische Leiterplatte 12 auf der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte 11 befestigt sind, sind gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung die elektroni schen Bausteine 13 und die optische Leiterplatte 12 auf derselben Seite der gedruckten Leiterplatte 11 befestigt, insbesondere auf der Leiterbahnen aufweisenden Seite. Zum Beispiel trägt eine in Fig. 16 dargestellte gedruckte Lei terplatte 211 auf einer Seite, die die Leiterbahnen und die elektronischen Bauteile 213 aufweist, einen IC-Chip 221 mit einer Reihe lichtaufnehmender Ele mente sowie ein lichtemittierendes Element 215. Zusätzlich zur lichtaufnehmenden Linse 242 befindet sich auf derselben Seite der gedruckten Leiterplatte 211 eine optische Leiterplatte 212, die Spiegelteile 235 und 236 enthält, die mittels eines Abstandhalters 216 auf der optischen Lei terplatte 212 befestigt sind. Falls nötig, kann eine der Optimierung dienende Bohrung 245 zwischen den lichtemittierenden Elementen und den Spiegelteilen ange ordnet werden. In der in Fig. 16 dargestellten Ausführungs form sind die Bauteile, auf die Bezug genom men wird, mit einem kleinen Unterschied zu den entsprechen den Bauteilen der oben angeführten Ausbildungsform der Fig. 1 bis 10 oder Fig. 11 bis 15 ausgebildet, aber es ist auch möglich, identisch zu den oben aufgeführten Aus führungsformen ausgebildete Bauteile auf einer Seite der gedruckten Leiterplatte 211 zusammenzufügen, um eine im wesentlichen gleiche Wirkungsweise zu erzielen. Mit der in diesem Absatz beschriebenen Ausführungsform kann eine weitere Ver besserung, speziell der Einfachheit der Montage, erzielt werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung fehlen die abgezweigten Wellenleiter der optischen Leiter platte teilweise. In dem gewonnenen Raum ist eine Einrichtung zum Einstellen des Lichtstroms durch die optischen Wellenleiter vorgesehen. In der in den Fig. 17 und 18 dargestellten weiteren Ausführungsform sind in einer opti schen Leiterplatte 312 zwei der Anzeige dienende Wellen leiter 329 a und 329 b zur Weiterleitung des von den lichtemittierenden Elementen 315 a und 315 b emittierten Lichts ausgebildet, abzweigende optische Wellenleiter 331 a bis 331 b zur aufgeteilten Weiterleitung des von einem lichtemittierenden Element 315 c emittierten Lichts und zwei optische Wellenleiter 332 a und 332 b zur Weiterleitung des von einem lichtemittierenden Element 314 ausgehenden Lichtes durch den Wellenleiter 332 a und dann, von einem Spiegelteil 335 reflektiert, durch den Wellenleiter 332 b. Das reflektierte Licht wird als Referenzlicht zum abgezweigten Wellenleiter 331 d weitergeleitet. In der optischen Leiterplatte 312 ist eine Aussparung 328 ausgebildet, die sich so erstreckt, als ob Zwischen glieder der optischen Wellenleiter 331 a bis 331 d weggelassen worden wären. Dabei sind die einander ge genüberliegenden Seitenflächen der Aussparung 228 derart ausgebil det, daß sie jeweils an den Enden der verzweigten Wellenleiter 331 a bis 331 d nach außen gewölbt sind und die Kollimatorlinsen 355 a bis 355 d und Sammellinsen 356 a 356 d bilden, um das durch die Wellenleiter 331 a bis 331 d geleitete Licht so umzuformen, daß es in der Aussparung 328 aus im wesent lichen parallelen Lichtbündeln besteht. Ein Lichtmengen änderungsteil 345 ist in der Aussparung 328 angeordnet. Dieser Lichtmengenänderungsteil 345 enthält zwei licht abschirmende Scheiben 357 a und 357 b, die auf einer Dreh achse in entgegengesetzten Richtungen exzentrisch befestigt sind, so daß, sobald der Lichtmengenänderungsteil 345 in die Aussparung 328 ein geführt ist, die Scheiben 357 a und 357 b zwischen zwei inneren Wellenleitern 331 b und 331 c der opti schen Wellenleiter 331 a bis 331 d liegen. Wenn der Lichtmengenänderungsteil 345 um seine Achse gedreht wird, wird die Lichtmenge durch die beiden optischen Wellenleiter 331 b und 331 c über die exzentrischen Scheiben 357 a und 357 b variiert.

Des weiteren ist auf der oberen Seite der optischen Leiter platte 312 eine Kerbe 358 ausgebildet, um wiederum einen Teil des Wellenleiters 331 a der verzweigten Wellenleiter 331 a bis 331 d zu unterbrechen. Ein Ausgabemodus-Einstell teil 344 ist in der Kerbe 358 verschiebbar eingefügt. Funk tionsanzeigeelemente 343 a und 343 b sind an den Endkanten der anzeigenden optischen Wellenleiter 329 und 329 b angeordnet. Es sind Lichtprojektions linsenteile 341 und lichtaufnehmende Linsenteile 342 mit der gleichen Struktur wie in den vorangegangenen Ausfüh rungsformen auf der gedruckten Leiterplatte 311 vorgesehen. Des weiteren ist ein IC-Chip 321 vorgesehen, der lichtauf nehmende Elemente 317, 318, 319 a, 319 b und 320 enthält und der die gleiche Anordnung wie in den vorstehenden Ausfüh rungsformen aufweist, ausgenommen der zahlenmäßigen Anpas sung an die verzweigten Wellenleiter. Dieser IC ist eben falls auf der gedruckten Leiterplatte 311 befestigt.

In dieser Ausführungsform bewirkt die Anwesen heit eines Objektes innerhalb des Erfassungsbereichs, daß ein Signalverarbeitungskreis das funktionsan zeigende, lichtemittierende Element 315 a erregt, von welchem das Licht zum Funktionsanzeige teil 343 a gelangt, welches dadurch als Anzeige für eine Erfassung dient. Die Erregung des licht emittierenden Elements 315 b aufgrund einer Annäherung eines Objektes an den Erfassungsbereich bewirkt, daß der andere Funk tionsanzeigeteil 343 b als Anzeige für eine Annäherung dient. Durch Verschieben des Ausgabemodus-Einstellteils 344 in nerhalb der Kerbe 358 wird die Lichtmenge im ersten optischen Wellenleiter 331 a, dessen zugehöriges lichtemittierendes Element 315 c im wesentlichen die gleiche Funktion hat wie das lichtemittierende Element 15 der in den Fig. 1 bis 10 dargestellten Ausfüh rungsform, variiert und die Spürfunktion ge wechselt. Mit einer Drehung des Licht mengenänderungsteils 345 in der Aussparung 228 wird die Lichtmenge variiert, die von dem lichtemittierenden Element 315 c zu den zwei verzweigten optischen Wellenleitern 331 b und 331 c gelangt, und es kann die gleiche Einstellbarkeit wie bei dem oben angeführten optischen Sensor 10 verwirklicht werden. Die optischen Wellenleiter 332 a und 332 b, die das lichtemittierende Element 314 mit dem abgezweigten optischen Wellenleiter 331 d verbinden, ermöglichen es, Schwankungen des durch das lichtemittierende Element 314 abgegebenen Lichtes auszugleichen, da ein Lichteingangs signal sowohl von dem lichtemittierenden Element 314 als auch von dem lichtemittierenden Element 315 c erhalten wird.

In dieser Ausführungsform kann die optische Ver bindung zwischen den jeweiligen lichtemittierenden Elemen ten 315 a bis 315 c und den verzweigten optischen Wellen leitern 331 a bis 331 d mittels der in den Fig. 19(a) bis 19(h) dargestellten verschiedenen Anordnungen erzielt werden. Dabei zeigt Fig. 19(a), wie das Licht vom licht emittierenden Element 315 vom Spiegelteil reflektiert wird und auf die Endkante des Wellenleiters 331 auffällt. In Fig. 19(b) ist dargestellt, wie das Licht direkt auf den Wellenleiter 331 auffällt. Fig. 19(c) zeigt, wie das Licht direkt auf ein End-Spiegelteil des Wellenleiters 331 auf fällt und sich durch diesen fortzusetzen. In den Fig. 19(d) und 19(e) ist dargestellt, wie das Licht direkt auf ein Endprismateil an der Endkante des Wellenleiters 331 auf fällt, und sich durch diesen fortsetzt. In den Fig. 19(f), 19(g) und 19(h) ist dargestellt, wie das Licht auf Sammel linsen an den Endkanten des jeweiligen Wellen leiters 331 auffällt.

In Fig. 19(i) ist eine weitere sehr günstige Ausführungsform dargestellt, in welcher mehrere Zweige der optischen Wellenleiter teilweise entfallen sind und in welche Einstelleinrichtungen für die Lichtmenge durch die Wellenleiter ebenfalls in dem durch das Aussparen entstandenen Raum angeordnet sind. Eine optische Leiterplatte 312′ dieser Ausführungsform ist derart ausge bildet, daß sie vier verzweigte optische Wellenleiter 331 a′ bis 331 d′ aufweist zur aufgeteilten Weiterleitung von einem lichtemittierenden Element 315 c′ projizierten Lichtes und ein weiterer optischer Wellen leiter 332 a′ vorhanden ist, um Licht von einem lichtemittierenden Element 314′ als Referenzlicht an einen 331 d′ der abgezweigten optischen Wellenleiter anzulegen. In die ser optischen Leiterplatte 312′ isteine Aussparung 328′ vorgesehen, welche die beiden Wellenleiter 331 b′, 331 c′ unterbricht, welche sich zwischen den beiden anderen der vier Wellenleiter befinden. An den jeweils bei den Lichtelementen 314′ und 315 c′ liegen den Eckteilen der optischen Leiterplatte 312′ sind Sammel linsen 356 a′ und 356 b′ in Form von Ausbuchtungen vorgesehen. Des weiteren sind an Positionen auf einer Seitenkante der optischen Leiterplatte 312′, an denen Enden der verzweigten optischen Wellenleiter 331 a′ und 331 b′ angeordnet sind und wo die lichtaufnehmenden Elemente 317′, 318′, 319 a′, 319 b′ und 320′ eines IC-Chips 321′ optisch mit den Wellenleitern ver bunden werden, Kollimatorlinsen 355 a′ bis 355 d′ in Form von Ausbuchtungen vorgesehen. Obwohl in der Zeichnung nicht speziell dargestellt, können funktionsanzeigende Wellenleiter, Lichtprojektions- und lichtaufnehmende Linsenteile in ähnlicher Weise wie in den oben aufgeführten Ausführungsformen vorgesehen werden.

Zwischen den Kollimatorlinsen 355 a′ bis 355 d′ der optischen Leiterplatte 312′ und den lichtaufnehmenden Elementen 318′ bis 320′ des IC-Chips 321′ ist eine wie in den Fig. 19(j) und 19(k) dargestellte Lichtmengen-Drosseleinrichtung 350′ angeordnet. Diese Drosseleinrichtung 350′ enthält eine Platte 351′, mit vier dämpfenden Teilen 351 a′ bis 351 d′, die zu den Kollimatorlinsen 355 a′ bis 355 d′ passen, und einen lichtabschirmenden Knopf 353′, der in einem nicht gezeigten Gehäuse gelagert ist, dreh- und verschiebbar ist und einen Schlitz 352′ aufweist, der auf grund der Knopfverschiebung mit einem oder mehreren Dämp fungsteilen 351 a′ bis 351 d′ fluchten kann. Der Schlitz 352′ des Knopfes 353′ kann auch durch ein Durchführungsloch 352′′ ersetzt sein, wie in Fig. 19(l) dargestellt.

In dem optischen Sensor dieser Ausführungsform kann im wesentlichen die gleiche Lichtprojizierung und Lichtaufnahme in bezug auf den Erfassungsbereich ausgebildet werden, wie in den vorangegangenen Ausführungs formen. Während ein Eingangs-Licht von dem lichtemittie renden Element 315 c′ mittels eines zweckmäßigen Spiegelteils den verzweigten optischen Wellenleitern 331 a′ bis 331 d′ zugeführt wird, wird ein Ausgangs-Licht von den Kollimatorlinsen 355 a′ bis 355 d′ durch die Lichtmengen- Dämpfungseinrichtung 350′ an einem der Optimierung dienen den Spiegelteil gespiegelt und auf die lichtaufnehmenden Elemente 318′ bis 320′ aufgeteilt. Es wird die gleiche Wirkung wie in den vorangegange nen Ausführungsformen erzielt. Im vorliegenden Fall ist ein Lichtmengenänderungsteil verschiebbar in der Aussparung 328′ angeordnet, um das durch die zwei optischen Wellenleiter 331 b′ und 331 c′ ge leitete Licht einzustellen. Als Lichtmengenänderungsteil kann eines der unter Bezugnahme auf die Fig. 21 oder 26 später beschriebenen Teile Verwendung finden. Wie in Anordnung in Fig. 16 können sowohl die optische Leiter platte als auch die elektronischen Bauteile auf derselben die Leiterbahnen aufweisenden Seite des gedruckten Schalt kreises befestigt sein, und das sowohl in dieser als auch in den in den Fig. 17 bis 19 gezeigten Ausführungsformen. Die gemeinsame Montage auf derselben Seite ist besonders vorteilhaft und kann auch in einer weiteren Ausführungsform zur Anwendung kommen, auf die im folgen den bezug genommen wird.

Fig. 20 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform des optischen Sensors, in der die optische Verknüpfung zwi schen den verzweigten optischen Wellenleitern 431 a bis 431 e und den entsprechenden Wellenleitern 431 a′ bis 431 d′ mittels eines Prismas 460 dargestellt ist. Das von den an den Enden der Wellenleiter 431 a bis 431 d befindlichen Kollimatorlinsen 455 a bis 455 d projizierte Licht wird in nerhalb des Prismas 460 totalreflektiert und den an den Enden der entsprechenden Wellen leiter 431 a′ bis 431 d′ befindlichen Sammellinsen 456 a bis 456 d zugeführt. In diesem Fall kann die Empfindlichkeits einstellung durch Einfügung einer perforierten dreh baren Scheibe nach Fig. 8 zwischen den jeweiligen Kollimatorlinsen 455 a bis 455 d und dem Prisma 460 verwirklicht werden. Die übrige Anordnung und Wirkungsweise dieser Ausführungsform ist die gleiche wie bei den vorangegangenen Ausführungsformen.

In den Fig. 21 bis 24 ist eine weitere Lichtmengenänderungs anordnung, die in den erfindungsgemäßen optischen Sensor eingebaut werden kann, dargestellt. In dieser Anordnung ent hält ein Lichtmengenänderungsteil 545 zwei Exzenternocken 557 a und 557 b, die auf einer drehbaren Welle befestigt, in Axialrichtung voneinander getrennt und um 90° winkelversetzt sind. Die Exzenternocken 557 a und 557 b sind derart angeordnet, daß sie einer Aussparung 528 gegenüberliegen, um zwei optische Wellenleiter 531 und 531 c einer optischen Leiter platte 512 zu unterbrechen. Eine gegabelte und elastische lichtabschirmende Platte 553, die an zwei Enden jeweils eine abgewinkelte Fahne 554 a und 554 b aufweist, ist zwischen dem Lichtmengenänderungsteil 545 und der optischen Leiterplatte 512 angeordnet. Entsprechend der Verdrehung des Lichtmengenänderungsteils 545 werden die Fahnen 554 a und 554 b durch die Exzenternocken 557 a und 557 b dazu gebracht, in die Aussparung 528 einzutauchen oder herauszugehen. Entsprechend dem Eintauchgrad kann die Menge des sich in den Wellenleitern 531 b und 531 c fortsetzenden Lichtes variiert werden. Dies wird anhand der Kurven in Fig. 25 dargestellt, in welcher die Lichtmenge D der Wellenleiter 531 b und 531 c auf der Ordinate und der Drehwinkel des Licht mengenänderungsteils 545 auf der Abszisse aufgetragen ist.

In den Fig. 26 bis 29 ist eine weitere Lichtmengenänderungs anordnung dargestellt. In dieser Ausführungsform enthält ein Lichtmengenänderungsteil 645 ebenfalls zwei Exzenter nocken 657 a und 657 b, die an einer axial drehbaren Welle befestigt, in axialer Richtung voneinander getrennt und winkelversetzt sind. Des weiteren ist in einer optischen Leiterplatte 612 eine Aussparung 628 vorgesehen, um zwei optische Wellenleiter 631 b und 631 c, die in der Leiterplatte 612 ausgebildet sind, zu unterbrechen. Weiterhin ist eine gegabelte Federplatte 653 auf der Leiterplatte 612 befestigt, deren zwei gegabelte freie Enden zwischen der Aussparung 628 und den Exzenter nocken 657 a und 657 b angeordnet sind. Dabei sind die Exzenternocken 657 a und 657 b derart angeordnet, daß sie der Aussparung 628 gegenüberliegen. Zwei lichtabschirmende Teile 654 a und 654 b sind jeweils an den freien Enden der Federplatte 653 gehaltert und können über die Exzenternocken 657 a und 657 b dazu gebracht zu werden, in die Aussparung 628 einzutauchen oder herauszukommen. In den lichtabschirmenden Teilen 654 a und 654 b sind an geeigneten Stellen Durchfüh rungslöcher 655 a und 655 b vorgesehen, welche sich mit der Verschiebung der licht abschirmenden Teile 654 a und 654 b hin- und herbewegen. Dabei wird die Lichtfortpflanzung durch die Wellen leiter 631 b und 631 c von den undurchlässigen Bereichen der lichtabschir menden Teile 654 a und 654 b abgeschirmt, um die durchgeführte Lichtmenge zweckmäßig zu variieren. Wenn diese lichtabschirmenden Teile 654 a und 654 b verschiebbar, aber eng an den Umfangswandungen der Aussparung 628 anliegen, kann das Licht sich nur durch die Durch führungslöcher 655 a und 655 b fortsetzen, wie in Fig. 28 gezeigt. Wie in Fig. 29 gezeigt, kann verhindert werden, daß der optische Sensor durch Streulicht LL von anderen Teilen der Vorrichtung beeinflußt wird.

Claims

1. Optischer Sensor zum Nachweis eines den Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem photoelektrischen Wandler element beeinflussenden Objektes, mit einem das von dem photoelektrischen Wandlerelement abgegebenen Signal verarbeitenden Signal-Prozessor und einer optischen Leiterplatte, in der Lichtleiter ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das photoelektrische Wandler element (17) mit weiteren photoelektrischen Wandlerelementen (18, 19, 20) zu einem integrierten Bauteil (21) vereinigt ist, daß die weiteren photoelektrischen Wandlerelemente (18, 19, 20) mit Lichtaustrittsenden der Lichtleiter (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34) gekoppelt sind, daß eine Hilfslichtquelle (15) Licht in die Lichtleiter einspeist, daß die Lichtüber tragung von der Hilfslichtquelle (15) zu den zusätzlichen photoelektrischen Wandlerelementen (18, 19, 20) in der Intensität durch optisch wirksame Einstellmittel (44, 45) an der optischen Leiterplatte (12) beeinflußbar ist und daß durch eine von den Ausgangssignalen der weiteren photoelek trischen Wandlerelemente (18, 19, 20) abgeleitete Spannung die Ansprechempfindlichkeit des Signal-Prozessors einstell bar ist.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtleiterplatte (12) mit der Lichtquelle (14) auf einer gemeinsamen gedruckten Leiterplatte (11) aufgebaut ist.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die optische Leiterplatte (12) zusammen mit einem Projektionsteil (41), einem Lichtempfängerteil (42) und den Einstellmitteln (44, 45) auf einer Seite der gedruckten Leiterplatte (11) angeordnet ist.

4. Optischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Lichtquelle (14), das photoelektrische Wandlerelement (17) und die Einstellmittel (44, 45) auf der einen Seite und der Projektionsteil (41), der Lichtempfänger teil (42) und die optische Leiterplatte (12) auf der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte (11) angeordnet sind.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Leiterplatte (11) mit Durchgangsöff nungen (22, 24, 25, 26, 27) für eine optische Kopplung der auf beiden Seiten der gedruckten Leiterplatte (11) angeordneten Elemente versehen ist.

6. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gedruckte Leiterplatte (11) aus einem licht durchlässigen Material besteht.

7. Optischer Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich einige der Lichtleiter (28, 29, 30, 31, 32, 33, 34) von der Hilfslichtquelle (15) zu einem Funktionsanzeigeelement (43), zu dem photoelektrischen Wandlerelement (20) zur Erzeugung einer Referenzgröße und zu den Einstellmitteln (44, 45) verzweigen, wobei mittels dieser Einstellmittel die sich in den Lichtleiterzweigen aus breitende Lichtmenge veränderbar ist.

8. Optischer Sensor nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Projektionsteil (41) und der Lichtempfängerteil (42) je eine Linse aufweisen, die Bestand teil der optischen Leiterplatte (12) ist.

9. Optischer Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Funktionsanzeigeelement (43) und die Einstell mittel (44, 45) an einer Endkante der optischen Leiterplatte (12) angeordnet sind.