DE4238116C2 - Reflexionslichtschranke mit nebeneinanderliegender Sende- und Empfangsoptik - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reflexionslichtschranke gemäß dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-OS 19 34 321 bekannt. Bei dieser Reflexionslichtschranke ist zum Nachweis von Objekten in einem Überwa­ chungsbereich vor einem der Lichtempfänger ein polarisierendes Element ange­ ordnet, vor dem anderen Lichtempfänger jedoch nicht. Zur Lichtauswertung werden die Ausgangssignale der Lichtempfänger einer logischen Verknüpfungs­ schaltung, beispielsweise einem ODER-Gatter, zugeführt. Je nachdem ob ein Empfänger belichtet wird oder nicht, wird dies als logischer Schaltzustand "0" oder "1" den Eingängen der Verknüpfungsschaltung zugeführt.

Nachteilig hierbei ist jedoch, daß zur Bewertung, ob ein Lichtempfänger belich­ tet ist oder nicht, bzw. ob am Eingang der Verknüpfungsschaltung "0" oder "1" anliegt, das Ausgangssignal des Lichtempfängers mit einer Schwelle bewertet werden muß.

Dies wiederum bedeutet, daß die Bewertung, ob ein Lichtempfänger belichtet ist oder nicht, von der auf den Lichtempfänger auftreffenden Lichtintensität und da­ mit vom Reflexionsgrad der im Überwachungsbereich angeordneten Objekte ab­ hängig ist.

Bei einer durch die DE-PS 28 24 583 bekannten Reflexionslichtschranke ist zum Erkennen auch stark reflektierender Gegenstände innerhalb einer von einem Strahlenbündel durchsetzten Überwachungsstrecke der Sendeoptik und der Emp­ fangsoptik jeweils ein Polarisator räumlich vorgeordnet, deren Polarisationsebe­ nen um 90° gegeneinander gedreht sind.

Eine derartige Reflexionslichtschranke weist den Nachteil auf, daß ein reflektie­ render Gegenstand mit depolarisierenden Eigenschaften nicht erkannt werden kann.

Aus der DE-37 33 656 C1 ist eine Reflexionslichtschranke bekannt, die einen Lichtsender mit einem diesem nachgeordneten Polarisator sowie zwei Lichtemp­ fänger mit jeweils einem Analysator aufweist. Die Polarisationsebenen der Ana­ lysatoren sind um 90° gegeneinander gedreht. Die in den Lichtempfängern regi­ strierten Empfangssignale werden in einem Komparator verglichen.

Ist kein Hindernis im Strahlengang angeordnet, sind die vom Reflektor reflek­ tierten Empfangslichtintensitäten an den Lichtempfängern gleich groß. Tritt ein Hindernis in den Strahlengang, wird dieses Verhältnis gestört. Nachteilig hierbei ist wiederum, daß die Empfangslichtintensitäten vom Reflexionsgrad der Hin­ dernisse stark abhängig sind.

Aus der DE-AS 11 36 834 ist eine Vorrichtung zum Messen von Lageänderun­ gen mittels eines lichtelektrischen Abtastsystems bekannt. Diese Vorrichtung dient zum Erfassen der gegenseitigen Verschiebung zweier optischer Raster zu­ einander nach dem Zweiphasenprinzip, bei welcher das eine Raster auf das an­ dere Raster abgebildet wird. Dabei werden die von den Rastern empfangenen Empfangslichtstrahlen in einem polarisierenden Strahlteiler aufgespalten und zwei Lichtempfängern zugeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reflexionslichtschranke der gat­ tungsgemäßen Art dahingehend zu verbessern, daß sowohl in der Überwa­ chungsstrecke befindliche Gegenstände mit spiegelnder Reflexion als auch sol­ che mit depolarisierenden Eigenschaften sicher erkannt werden können.

Diese Aufgabe ist durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 ge­ löst.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen an­ gegeben. Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Reflexionslichtschran­ ke.

Fig. 2-4 Prinzipdarstellungen der in den Lichtempfängern gene­ rierten Signale bei den grundsätzlichen Möglichkeiten Überwachungsstrecke frei, nicht reflektierender Gegen­ stand und reflektierender Gegenstand in der Überwa­ chungsstrecke.

Die in einem Gehäuse untergebrachte Reflexionslichtschranke gemäß Fig. 1 weist einen Lichtsender 10 mit davor angeordneter Sendeoptik 11, zwei Licht­ empfänger 12, 13 mit vorgeordneter Empfangsoptik 14 und einen den beiden Lichtempfängern 12, 13 zugeordneten polarisierenden Strahlteiler 15 auf, der zwischen der Empfangsoptik 14 und den beiden Lichtempfängern 12, 13 ange­ ordnet ist. Dem beispielsweise als Tripelspiegel mit verspiegelter oder unver­ spiegelter Reflexionsfläche ausgebildeten Retroreflektor 16 ist ein linear polari­ sierendes Element 17 z. B. in Form einer Polarisationsfolie räumlich vorgeord­ net, die gegebenenfalls auch integrierender Bestandteil des Retroreflektors sein kann.

Das unpolarisierte, sichtbare Licht des beispielsweise als Halbleiterstrahlungs­ quelle ausgebildeten Lichtsenders 10 gelangt über das polarisierende Element 17 zu dem am Ende der Überwachungsstrecke angeordneten Retroreflektor 16. Das von diesem reflektierte und den Polarisator 17 in Rückwärtsrichtung durchdrin­ gende Licht ist polarisiert und trifft nach Durchtritt durch die Empfangsoptik 14 auf den polarisierenden Strahlteiler 15, der das polarisierte Reflexionslicht transmittieren läßt, in einer um 90° dazu gedrehten Ebene polarisiertes Licht hingegen reflektiert.

Das bedeutet, daß bei freier Überwachungsstrecke linear polarisiertes Licht auf den Lichtempfänger 12 gelangt, der auf den Empfänger 13 reflektierte Refle­ xionslichtanteil indessen vernachlässigbar ist.

Dementsprechend hoch ist die am Ausgang des Lichtempfängers 12 anstehende Signalamplitude. Die Subtraktion der beiden Signale führt somit zu einem ein­ deutigen Ergebnis bzw. zum Signalpegel "High" (Fig. 2).

Befindet sich ein nicht reflektierender Gegenstand in der Überwachungsstrecke, so wird das unpolarisierte Sendelicht von diesem unpolarisiert reflektiert, so daß allenfalls ein sehr geringer Lichtanteil (geringe Lichtleistung) auf die beiden Lichtempfänger 12 und 13 gelangt. Die Amplituden der Ausgangssignale der Lichtempfänger 12 und 13 sind daher jeweils nur sehr gering, so daß eine Sub­ traktion dieser beiden Signale ebenfalls zu einem eindeutigen Ergebnis, Signal "Low", führt. Der nicht reflektierende Gegenstand ist somit sicher erkennbar (Fig. 3).

Bei einem in der Überwachungsstrecke befindlichen reflektierenden Gegenstand, z. B. einem Spiegel, wird das vom Lichtsender 10 abgestrahlte unpolarisierte Licht spiegelnd reflektiert und gelangt unpolarisiert auf den Strahlteiler 15. In­ folge der reflektierten hohen Lichtleistung wird der den Strahlteiler 15 passie­ rende, auf den Lichtempfänger 12 gelangende polarisierte Anteil sowie der vom Strahlteiler 15 auf den Lichtempfänger 13 reflektierte um 90° gedrehte polari­ sierte Anteil verhältnismäßig hoch und die in den beiden Lichtempfängern gene­ rierten Signale liegen in der gleichen Größenordnung. Die Substraktion der bei­ den Signale führt daher zu einem resultierenden Signal "Low" (Fig. 4).

Auf diese Weise wird unpolarisiertes Licht eindeutig von dem polarisierten Licht unterschieden, das von der Anordnung Retroreflektor 16, polarisierendes Element 17 auf die Empfangsoptik 14 reflektiert wird.

Bei der Verwendung eines Tripelspiegels mit nicht verspiegelten Tripelelemen­ ten ist das den Reflektor 16 verlassende Licht stark depolarisiert und nur ein Bruchteil dieses Lichts durchdringt das Polarisationselement 17 auf dem Rück­ weg.

Die Fig. 2 bis 4 veranschaulichen schematisch die Signalamplituden der beiden Lichtempfänger 12 und 13 für die Zustände der Überwachungsstrecke, wie sie durch die im vorstehenden aufgezeigten Fallbeispiele definiert sind. Dabei kennzeichnen die Buchstaben A, B und C in dieser Reihenfolge, die Zustände "freie Überwachungsstrecke", "nicht oder schwach reflektierender Gegenstand 18 in der Überwachungsstrecke" und "Reflektor 19" (z. B. Spiegel oder Gegenstand mit stark depolarisierenden Eigenschaften) in der Überwa­ chungsstrecke mit den jeweiligen durch Differenzbildung gewonnenen Aus­ gangssignalen.

Der polarisierende Strahlteiler 15 und die Polarisationsfolie 17 müssen optisch, das heißt hinsichtlich der Durchlaßrichtung des Lichtstrahlenbündels, optimal ausgerichtet sein.

Der polarisierende Strahlteiler ist beispielsweise durch eine mit einer geeigneten Beschichtung versehene Glasplatte verkörpert. Die Zentralwellenlänge des Strahlteilers liegt vorzugsweise im Bereich der Wellenlänge des Sendelichts.

Claims (4)

1. Reflexionslichtschranke zum Nachweis eines Objektes in einem Überwa­ chungsbereich, an dessen einem Ende ein Lichtsender, zwei Ausgangssig­ nale liefernde und einem Signalvergleich zugeordnete Lichtempfänger, ein linear polarisierendes Element, strahlenteilende Mittel sowie eine dem Lichtsender und den Lichtempfängern zugeordnete Optik angeordnet sind und an dessen anderem Ende, bezogen auf das vom Lichtsender ausgehen­ de Licht, ein linearer Polarisator und ein Retroreflektor hintereinander an­ gebracht sind, wobei die strahlenteilenden Mittel sowie das linear polarisie­ rende Element der Optik derart optisch nachgeordnet sind, daß einer der Lichtempfänger lediglich von Licht beaufschlagbar ist, dessen Polarisa­ tionsrichtung um 90° gegenüber dem vom Polarisator und Retroreflektor kommenden Licht, das zu dem anderen Lichtempfänger gelangen kann, gedreht ist, dadurch gekennzeichnet, daß das linear polarisierende Element und die strahlenteilenden Mittel aus einem polarisierenden Strahlteiler (15) bestehen, der derart der aus einer Nebeneinanderanordnung einer Sende- (10) und einer Empfangsoptik (14) bestehenden Optik optisch nachgeord­ net ist, daß der eine Lichtempfänger (13) von dem am polarisierenden Strahlteiler (15) reflektierten, der andere Lichtempfänger (12) von dem durch den polarisierenden Strahlteiler (15) hindurchgehenden Licht beauf­ schlagbar ist, und daß der Signalvergleich durch eine Differenzbildung der Ausgangssignale der beiden Lichtempfänger (12, 13), die 90° gegeneinan­ der gedrehten Polarisationsrichtungen zugeordnet sind, erfolgt.

2. Reflexionslichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Retroreflektor (16) als Tripelspiegel mit verspiegelter Reflexionsfläche ausge­ bildet ist.

3. Reflexionslichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Retroreflektor (16) als Tripelspiegel mit unverspiegelter Reflexionsfläche ausgebildet ist.

4. Reflexionslichtschranke nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (17) Bestandteil des Retroreflektors (17) ist.