EP0967583A2

EP0967583A2 - Optoelektronische Sensoreinrichtung

Info

Publication number: EP0967583A2
Application number: EP99109753A
Authority: EP
Inventors: Martin Wüstefeld
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 1998-06-25
Filing date: 1999-05-18
Publication date: 1999-12-29
Anticipated expiration: 2019-05-18
Also published as: EP0967583B1; EP0967583A3; DE59906565D1; DE19828434A1

Abstract

Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Überwachung eines Schutzbereichs, zumindest mit einem Sendeelement (11), einem Empfangselement (13) sowie einer Reflexionseinheit (15) mit wenigstens einem ersten (17) und einem zweiten Reflexionselement (19), wobei ein von dem Sendeelement (11) entlang des Schutzbereichs zu dem ersten Reflexionselement (17) ausgesendetes Sende-Lichtbündel (21) mittels des ersten Reflexionselements (17) als ein Umlenk-Lichtbündel (23) zu dem zweiten Reflexionselement (19) und mittels des zweiten Reflexionselements (19) als ein Empfangs-Lichtbündel (25) entlang des Schutzbereichs zu dem Empfangselement (13) umlenkbar ist, und wobei wenigstens eines der Reflexionselemente (17, 19) als Aufweitungsreflektor zur Umlenkung und Aufweitung des betreffenden Lichtbündels (23, 25) ausgebildet ist. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoreinrichtung zur Überwachung eines Schutzbereichs, zumindest mit einem Sendeelement, einem Empfangselement sowie einer Reflexionseinheit mit wenigstens einem ersten und einem zweiten Reflexionselement, wobei ein von dem Sendeelement entlang des Schutzbereichs zu dem ersten Reflexionselement ausgesendetes Sende-Lichtbündel mittels des ersten Reflexionselements als ein Umlenk-Lichtbündel zu dem zweiten Reflexionselement und mittels des zweiten Reflexionselements als ein Empfangs-Lichtbündel entlang des Schutzbereichs zu dem Empfangselement umlenkbar ist.

Derartige Sensoreinrichtungen sind beispielsweise am Rand eines Sicherheitsbereichs einer Werkmaschine angeordnet, um gegebenenfalls das Betreten dieses Sicherheitsbereichs durch Werkspersonal zu detektieren und ein Warnsignal oder ein Abschaltsignal auszulösen. Hierbei dient die Reflexionseinheit zur Umlenkung des Sende-Lichtbündels zunächst um einen Versatzabstand und schließlich in Richtung des Empfangselements, so daß vom Sende-Lichtbündel und vom Empfangs-Lichtbündel gleichzeitig unterschiedliche Abschnitte des Schutzbereichs überwacht werden können. Insbesondere zur Umlenkung des Sende-Lichtbündels um 180 ° und um einen bestimmten Versatzabstand zwischen Sende- und Empfangs-Lichtbündel sind aus einzelnen optischen Elementen mechanisch zusammengesetzte Tripel-Reflexionseinheiten bekannt, die beispielsweise als ein erstes Reflexionselement einen ebenen Spiegel aufweisen und als zweites Reflexionselement ein von dem ebenen Spiegel um den Versatzabstand beabstandet angeordnetes Dachkant-Element, welches aus zwei im Winkel von 90 ° zueinander angeordneten ebenen Spiegeln besteht.

Ein Nachteil der bekannten optoelektronischen Sensoreinrichtungen der erläuterten Art besteht darin, daß insbesondere bei großem Versatzabstand die Justierung ihrer Reflexionseinheiten zur exakten Umlenkung des Sende-Lichtbündels auf das Empfangselement schwierig und oftmals lediglich durch geschultes Fachpersonal zu bewerkstelligen ist. Vor allem bei den erwähnten Tripel-Reflexionseinheiten erweist sich deren Herstellung aufwendig, da ihre Reflexionselemente in bestimmten Winkeln zueinander präzise angeordnet sein müssen. Eine nachträgliche Änderung der Lage dieser Reflexionselemente, beispielsweise zur Änderung des Versatzabstandes, ist nicht ohne aufwendige Justierungsmaßnahmen möglich.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine optoelektronische Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die mit geringem Aufwand herzustellen und bei verstellbarem Versatzabstand zur erforderlichen Umlenkung des Sende-Lichtbündels auf das Empfangselement auf einfache Weise zu justieren ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens eines der Reflexionselemente der Reflexionseinheit als Aufweitungsreflektor zur Umlenkung und Aufweitung des betreffenden Lichtbündels ausgebildet ist.

Bei der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung dienen die Reflexionselemente also nicht nur zur Umlenkung des betreffenden Lichtbündels, sondern wenigstens eines der Reflexionselemente bewirkt zusätzlich zur Umlenkung eine Aufweitung des Lichtbündels.

Diese Aufweitung eines Lichtbündels vergrößert in vorteilhafter Weise dessen Winkelverfügbarkeit. Dadurch wird die Justierung des als Aufweitungsreflektor ausgebildeten Reflexionselements vereinfacht, da seine Winkelausrichtung zur Umlenkung des Lichtbündels auf das nachfolgende Reflexions- bzw. Empfangselement aufgrund der Aufweitung des umgelenkten Lichtbündeis nicht mit derselben Genauigkeit eingestellt werden muß wie bei einem Lichtbündel von vergleichsweise geringem Bündeldurchmesser.

Umgekehrt gestaltet sich die Anordnung und Justierung der nachfolgenden Elemente einfacher, da ein nachfolgendes Element nicht exakt auf der Längsachse des dieses Element beaufschlagenden Lichtbündels angeordnet sein muß, sondern aufgrund der Aufweitung dieses Lichtbündels auch hierzu geringfügig benachbart angeordnet sein kann, um dennoch eine für die Überwachungsfunktion der Sensoreinrichtung ausreichende Lichtmenge zu empfangen. Außerdem kann die Aufweitung des Lichtbündels - bei dessen weiterer Umlenkung an einem nachfolgenden nächsten Reflexionselement - auf entsprechende Weise auch die Justierung des in diesem Sinne übernächsten Elements vereinfachen.

Somit kann die Justierung vergleichsweise schnell durchgeführt werden, und sie kann auch durch nicht eigens geschultes Personal erfolgen, insbesondere durch den Betreiber der Sensoreinrichtung, beispielsweise nachdem diese zur Änderung des Verlaufs von Sende- und Empfangs-Lichtbündel umgerüstet worden ist. Außerdem ist die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung flexibel in verschiedenartigen Umgebungsbedingungen einsetzbar, da die Umlenkung der Lichtbündel mittels der Reflexionseinheit beispielsweise von Effekten der Temperaturausdehnung oder von Vibrationen großer Werkmaschinen, an welchen oder benachbart zu welchen die Reflexionseinheit angebracht ist, nicht oder nur geringfügig gestört wird.

In ähnlicher Weise wie vorstehend für die Justierung der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung erläutert, vereinfacht sich auch deren Herstellung in vorteilhafter Weise. Da aufgrund der erfindungsgemäßen Ausbildung die Anforderungen an die Genauigkeit der Lage und der Winkelausrichtung der Reflexionselemente vergleichsweise gering sind, können sehr einfache Justierungsmechanismen vorgesehen werden, oder es kann auf diese vollständig verzichtet werden. Beispielsweise ist es möglich, die Reflexionselemente in einem Gehäuse der Reflexionseinheit durch ein einfaches Einschnappen oder Einrasten zu befestigen. Neben der vereinfachten Herstellung ergibt sich hierdurch auch eine vorteilhaft geringe Baugröße der Reflexionseinheit, welche neuartige Anordnungsmöglichkeiten für die Reflexionseinheit ermöglicht.

Gegenüber der Verwendung eines von vornherein aufgeweiteten Sende-Lichtbündels besitzt die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung den Vorteil, daß das Lichtbündel erst an den für die Justierung der Sensoreinrichtung kritischen Abschnitten des Strahlengangs erfolgt, wodurch die mit einer Aufweitung des Lichtbündels einhergehende Verringerung dessen Lichtintensität vergleichsweise gering gehalten werden kann.

Aufgrund dieses Effekts der Verringerung der Lichtintensität des aufgeweiteten Lichtbündels funktioniert die Erfindung besonders gut für vergleichsweise geringe Laufstrecken der jeweils aufgeweiteten Lichtbündel.

Der Aufweitungsreflektor der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist bevorzugt als gewölbter Aufweitungsspiegel ausgebildet, insbesondere als im wesentlichen konvex gewölbter Aufweitungsspiegel. Auch eine im wesentlichen konkave Wölbung des Aufweitungsspiegels ist möglich. Ein derartiger Aufweitungsspiegel läßt sich auf einfache Weise herstellen, beispielsweise durch Spritzgießen oder Tiefziehen und anschließende Bedampfung mit einer reflektierenden Schicht.

Ein für die erfindungsgemäße Sensoreinrichtung geeigneter Aufweitungsspiegel bewirkt die Aufweitung eines an seiner gewölbten Oberfläche reflektierten Lichtbündels, und zwar in Abhängigkeit von dem Krümmungsradius der Wölbung der von dem Lichtbündel beaufschlagten Spiegelfläche. Der Krümmungsradius der Wölbung kann sphärisch, d.h. im Querschnitt als Radius eines Kreises, torisch oder asphärisch vorgesehen sein. Es ist möglich, durch entsprechende Krümmungsradien eine unterschiedlich starke Aufweitung eines Lichtbündels an verschiedenen, bezüglich des Strahlengangs hintereinander angeordneten Reflexionselementen vorzusehen.

Die Aufweitung des Lichtbündels durch den Aufweitungsreflektor kann entweder entlang im wesentlichen einer einzigen Richtung senkrecht zu der Längsachse des vom Aufweitungsreflektor umgelenkten Lichtbündels erfolgen, oder entlang im wesentlichen zweier jeweils zu der genannten Längsachse und zueinander senkrechten Richtungen. Für die erstgenannte Möglichkeit der Lichtbündel-Aufweitung kann der Aufweitungsreflektor als konvex gewölbter Aufweitungsspiegel mit der Form eines Teils der Mantelfläche eines Zylinders ausgebildet sein.

Eine Aufweitung des Lichtbündels entlang dessen gesamten Umfanges läßt sich auf einfache Weise erreichen, wenn der Aufweitungsreflektor als Aufweitungsspiegel im wesentlichen in der Form eines Teils der Oberfläche einer Kugel ausgebildet ist. In entsprechender Weise kann ein Aufweitungsspiegel die Form eines Teils der Mantelfläche eines Torids oder eines Tonnenkörpers besitzen, also eines Körpers, der aus der Rotation einer gekrümmten Linie, beispielsweise einer Kreislinie oder einer Parabel, hervorgeht. Weiterhin kann der Aufweitungsspiegel die Form eines Teils der Oberfläche eines Körpers aufweisen, der ähnlich einer Kugel oder einem Tonnenkörper ausgebildet ist, jedoch mit durchweg oder zumindest teilweise asphärischen Krümmungsradien. Falls der Aufweitungsspiegel nicht rein sphärisch ausgebildet ist, erfolgt die Aufweitung eines reflektierten Lichtbündels in verschiedenen Richtungen senkrecht zu der Längsachse des reflektierten Lichtbündels unterschiedlich stark, entsprechend dem jeweils zugeordneten Krümmungsradius der Oberfläche des Aufweitungsspiegels.

Alternativ zu einer Ausbildung des Aufweitungsreflektors als gewölbter Aufweitungsspiegel können beliebige andere optische Elemente zur Erzielung des Effekts einer Umlenkung und einer gleichzeitigen Aufweitung des Lichtbündels verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, den Aufweitungsreflektor als Kombination eines ebenen Spiegels und einer Zerstreuungslinse auszubilden.

In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung besitzt die Reflexionseinheit genau zwei Reflexionselemente, und das Sendeelement und das Empfangselement einerseits bzw. die Reflexionseinheit andererseits sind auf einander im wesentlichen gegenüberliegenden Seiten des Schutzbereichs angeordnet, so daß das Sende-Lichtbündel und das Empfangs-Lichtbündel in einander entgegengesetzten Strahlrichtungen zwischen diesen beiden Seiten verlaufen. Insbesondere können die beiden Lichtbündel parallel und um einen Versatzabstand beabstandet zueinander verlaufen, wobei die Reflexionseinheit also letztlich eine U-förmige Umlenkung des Sende-Lichtbündels um 180 ° bewirkt. Das Sende- und Empfangs-Lichtbündel können jedoch auch beliebige Winkel zueinander einnehmen und/oder sich schneiden.

Während es insbesondere bei der Ausführungsform der Erfindung mit genau zwei Reflexionselementen bevorzugt ist, wenn alle Reflexionselemente der Reflexionseinheit als gewölbte Aufweitungsspiegel ausgebildet sind, ist es auch möglich, einen Teil der Reflexionselemente in herkömmlicher Weise auszubilden, beispielsweise als ebener Spiegel oder als Dachkant-Element.

Im Rahmen der Erfindung kann die Reflexionseinheit auch mehr als die zwei bevorzugten Reflexionselemente aufweisen. In diesem Fall erfolgt die Umlenkung des Sende-Lichtbündels mittels der zwei genannten Reflexionselemente zu dem Empfangselement zumindest in indirekter Weise, nämlich über das oder die zusätzlichen Reflexionselemente. Insbesondere kann zwischen dem ersten und dem zweiten Reflexionselement als drittes Reflexionselement ein halbdurchlässiger Spiegel vorgesehen sein, der einen Teil des ihn beaufschlagenden Lichtbündels zur zusätzlichen Durchsetzung des Schutzbereichs mit einem Lichtbündel in Richtung eines zusätzliches Empfangselements umlenkt.

Ferner ist es im Rahmen der Erfindung möglich, daß das Sendeelement und das Empfangselement auf einander gegenüberliegenden Seiten des Schutzbereichs angeordnet sind, während die Reflexionseinheit im wesentlichen im Zentrum des Schutzbereichs angeordnet ist und die Umlenkung des Sende-Lichtbündels um einen Versatzabstand, jedoch im wesentlichen ohne Richtungsänderung bewirkt, so daß das Lichtbündel beispielsweise einem stufenförmigen Verlauf folgt.

Die Erfindung erstreckt sich auch auf eine wenigstens zwei Reflexionselemente aufweisende Reflexionseinheit, die in entsprechender Weise wie vorstehend für die erfindungsgemäße Sensoreinheit beschrieben zur Umlenkung eines Sendes-Lichtbündels an den Reflexionselementen zu einem Empfangselement vorgesehen ist, und bei der wenigstens eines der Reflexionselemente als Aufweitungsreflektor ausgebildet ist, der zusätzlich zur Umlenkung eine Aufweitung des betreffenden Lichtbündels bewirkt. Diese Reflexionseinheit kann im wesentlichen aufgebaut sein, wie vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung beschrieben. Insbesondere ist es bevorzugt, wenn der Aufweitungsreflektor als konvex gewölbter Aufweitungsspiegel ausgebildet ist.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit den Figuren beschrieben; in diesen zeigen:

Fig. 1a und 1b: eine perspektivische Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung mit einer Reflexionseinheit bzw. eine Querschnitts-Seitenansicht dieser Reflexionseinheit,
Fig. 2a und 2b: eine perspektivische Seitenansicht der Sensoreinrichtung gemäß Fig. 1 mit bezüglich einer ersten Achse verkippter Reflexionseinheit bzw. eine Querschnitts-Seitenansicht dieser Reflexionseinheit,
Fig. 2c: eine Querschnitts-Seitenansicht einer Reflexionseinheit mit im Vergleich zur Reflexionseinheit gemäß Fig. 2b unterschiedlich angeordneten Reflexionselementen, und
Fig. 3a und 3b: eine perspektivische Seitenansicht der Sensoreinrichtung gemäß Fig. 1 mit bezüglich einer weiteren Achse verkippter Reflexionseinheit bzw. eine schematische Draufsicht auf diese Reflexionseinheit.

Fig. 1a zeigt eine erfindungsgemäße opto-elektronische Sensoreinrichtung in perspektivischer Seitenansicht. Diese Sensoreinrichtung besitzt ein Sendeelement 11 und ein hierzu benachbart angeordnetes Empfangselement 13, sowie eine diesen Elementen 11, 13 gegenüberliegend angeordnete Reflexionseinheit 15 mit einem innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordneten ersten Aufweitungsspiegel 17 und zweiten Aufweitungsspiegel 19.

Ein Sende-Lichtbündel 21 verläuft von dem Sendeelement 11 in einer Sende-Strahlrichtung A zu dem ersten Aufweitungsspiegel 17, von dem es als Umlenk-Lichtbündel 23 in einer Umlenk-Strahlrichtung B zum zweiten Aufweitungsspiegel 19 umgelenkt wird. Dieses Umlenk-Lichtbündel 23 wird vom zweiten Aufweitungsspiegel 19 derart in eine Empfangs-Strahlrichtung C umgelenkt, daß es als Empfangs-Lichtbündel 25 das Empfangselement 13 beaufschlagt.

In Fig. 1a sind weiterhin Achsen X, Y, Z eines orthogonalen Koordinatensystems eingezeichnet. Die Sende-Strahlrichtung A und die Empfangs-Strahlrichtung C verlaufen gegensinnig bzw. gleichsinnig parallel zu der X-Achse, und zwar um einen Versatzabstand D voneinander beabstandet. Die Umlenk-Strahlrichtung B des am ersten Aufweitungsspiegel 17 umgelenkten Lichtbündels 23 verläuft gegensinnig parallel zur Z-Achse dergestalt, daß dieses Lichtbündel 23 sowie das Sende- und das Empfangs-Lichtbündel 21 bzw. 25 U-förmig im wesentlichen innerhalb einer gemeinsamen Ebene verlaufen.

Die beiden Aufweitungsspiegel 17, 19 sind innerhalb des Gehäuses der Reflexionseinheit 15 entlang der Z-Achse beabstandet voneinander angeordnet. Das Gehäuse weist geeignete, in den Figuren nicht dargestellte Öffnungen auf, so daß das Sende-Lichtbündel 21 den ersten Aufweitungsspiegel 17 ungehindert beaufschlagen und das Empfangs-Lichtbündel 25 von dem zweiten Aufweitungsspiegel 19 ungehindert in Empfangs-Strahlrichtung C verlaufen kann.

Die beiden Aufweitungsspiegel 17, 19 besitzen jeweils die Form eines Teils der Mantelfläche eines Zylinders, wobei die reflektierende Seite der Spiegel 17, 19 der konvexen Außenseite dieser Mantelfläche entspricht. Somit sind jeweils zwei gegenüberliegende Seitenkanten der beiden Spiegel 17, 19 kreislinienförmig gekrümmt, und die beiden anderen einander gegenüberliegenden Seitenkanten verlaufen im wesentlichen geradlinig parallel zueinander. Dementsprechend erfolgt eine Aufweitung eines Lichtbündels 23, 25, das von einem der Aufweitungsspiegel 17, 19 umgelenkt wird, jeweils in einer Richtung senkrecht zu der Strahlrichtung dieses Lichtbündels 23, 25, nämlich entlang des Verlaufs der gekrümmten Seitenkanten und senkrecht zum Verlauf der geradlinigen Seitenkanten.

Die beiden Aufweitungsspiegel 17, 19 sind dergestalt relativ zueinander und zu den Lichtbündeln 21, 23, 25 ausgerichtet, daß der erste Aufweitungsspiegel 17 und der zweite Aufweitungsspiegel 19 jeweils eine Aufweitung des Querschnitts des Umlenk-Lichtbündels 23 bzw. des Empfangs-Lichtbündels 25 in Y-Richtung bewirken, d.h. eine Aufweitung des Querschnitts entlang und entgegen der Y-Achse. Die Aufweitung des Empfangs-Lichtbündels 25 in Y-Richtung ist in Fig. 1a zu erkennen.

Fig. 1b zeigt die Reflexionseinheit 15 und den Strahlengang der Lichtbündel 21, 23, 25 in einer schematischen Querschnitts-Seitenansicht. Der geradlinige Verlauf des Querschnitts der Aufweitungsspiegel 17, 19 entspricht dem Verlauf der jeweiligen zwei geradlinigen Seitenkanten.

Die in Fig. 1a dargestellte Sensoreinrichtung dient zur Überwachung eines zwischen Sendeelement 11 und Empfangselement 13 einerseits sowie Reflexionseinheit 15 andererseits gelegenen Schutzbereichs. Hierfür wird das Sende-Lichtbündel 21 auf bekannte Weise kontinuierlich oder in schnellen Pulsen vom Sendeelement 11 ausgesendet, während das Empfangselement 13 kontinuierlich oder sendersynchron den Empfang des Empfangs-Lichtbündels 25 überwacht. Falls dieser Empfang aufgrund einer Unterbrechung des Sende-Lichtbündels 21 oder des Empfangs-Lichtbündels 25 unterbrochen wird, gibt eine der Sensoreinrichtung zugeordnete, in Fig. 1a nicht dargestellte Auswerteeinheit ein entsprechendes Ausgangssignal ab, beispielsweise ein Warn-, Abschalt- oder Steuersignal.

Fig. 1a zeigt die Sensoreinrichtung in ideal justierter Stellung, d. h. das Sendelichtbündel 21 wird nach Umlenkung an den beiden Aufweitungsspiegeln 17, 19 als Empfangs-Lichtbündel 25 derart auf das Empfangselement 13 reflektiert, daß die Längsachse C des Empfangs-Lichtbündels 25 im wesentlichen zentral durch das Empfangselement 13 verläuft.

Die für eine derartige Justierung erforderliche, vorstehend beschriebene Anordnung der beiden Aufweitungsspiegel 17, 19 innerhalb der Reflexionseinheit 15 läßt sich bei der Herstellung der Sensoreinrichtung auf einfache Weise bewerkstelligen, da der Strahlverlauf B, C aufgrund der konvex gewölbten Ausbildung der Spiegel 17, 19 vergleichsweise unkritisch auf geringfügige Abweichungen von der dargestellten bzw. beschriebenen Stellung der Spiegel 17, 19 reagiert. Aufgrund der Aufweitung des Sende-Lichtbündels 21 mittels des ersten Aufweitungsspiegels 17 bzw. der Aufweitung des Umlenk-Lichtbündels 23 mittels des zweiten Aufweitungsspiegels 19 beaufschlagt auch bei Abweichung der jeweiligen Lage und Ausrichtung der Spiegel 17, 19 von ihrer Idealstellung noch ein ausreichender Teil des reflektierten Lichtbündels 23 bzw. 25 das jeweils nachfolgende Element 19 bzw. 13.

In ähnlicher Weise bleibt das Empfangselement 13 auch bei einer gewissen Verkippung der gesamtem Reflexionseinheit 15 noch in ausreichender Weise vom Empfangs-Lichtbündel 25 beaufschlagt. Zur Erläuterung dieser vorteilhaften Eigenschaft der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung ist in den Fig. 2a und 2b eine Verkippung der Reflexionseinheit 15 um die Y-Achse und in den Fig. 3a und 3b eine Verdrehung der Reflexionseinheit 15 um die Z-Achse dargestellt. Diese Figuren zeigen im wesentlichen dieselben Teile der erfindungsgemäßen Sensoreinrichtung wie in den Fig. 1a bzw. 1b dargestellt. Dementsprechend sind diese Teile mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 2a und 2b zeigen die Sensoreinrichtung in perspektivischer Seitenansicht bzw. das Reflexionselement 15 in Querschnitts-Seitenansicht, wobei das Reflexionselement 15 bezüglich der Y-Achse gekippt ist. Das Umlenk-Lichtbündel 23 und das Sende-Lichtbündel 21 bzw. das Empfangs-Lichtbündel 25 stehen also nicht mehr in dem in Fig. 1a und 1b gezeigten Winkel von jeweils 90° zueinander. Das Empfangselement 13 wird dennoch in einem für die Überwachung des Schutzbereichs ausreichenden Maße vom Empfangs-Lichtbündel 25 beaufschlagt. Dies liegt an der bekannten 180°-Reflexion einer 90°-Dachkant-Reflexionseinheit, welche die beiden Aufweitungsspiegel 17, 19 aufgrund ihrer in Fig. 2b gezeigten Relativwinkel-Stellung von 90° zueinander bilden. Dadurch wird das Sende-Lichtbündel 21 nach wie vor letztlich um 180° reflektiert.

Bei der erfindungsgemäßen Reflexionseinheit 15 ist die Montage der beiden Spiegel 17, 19 im Vergleich zu herkömmlichen Reflexionseinheiten mit ebenen Spiegeln jedoch deutlich einfacher, da sich der Strahlengang B, C von Umlenk-Lichtbündel 23 und Empfangs-Lichtbündel 25 aufgrund deren Aufweitung insbesondere bei großen Versatzabständen relativ unkritisch verhält gegenüber Abweichungen der Relativwinkel-Stellung der beiden Aufweitungsspiegel 17, 19 von ihrer Ideal-Stellung von 90°. Dies ermöglicht größere Toleranzen in der Herstellung und Justierung der erfindungsgemäßen Reflexionseinheit 15.

Aus der Querschnitts-Seitenansicht gemäß Fig. 2b geht jedoch auch hervor, daß der Versatzabstand D zwischen Sende-Lichtbündel 21 und Empfangs-Lichtbündel 25 sich aufgrund der Verkippung der Reflexionseinheit 15 und somit des Umlenk-Lichtbündels 23 verkürzt, so daß die Längsachse C des Empfangs-Lichtbündels 25 mit zunehmender derartiger Verkippung vom Empfangselement 13 weg in Richtung des Sendeelements 11, d.h. entlang der Z-Achse wandert.

Dieser Effekt des Abwanderns des Empfangs-Lichtbündels 25 kann durch eine erfindungsgemäße Reflexionseinheit 15 ausgeglichen werden, wie sie in einer Querschnitts-Seitenansicht in Fig. 2c dargestellt ist. Bei dieser Reflexionseinheit 15 ist der erste Aufweitungsspiegel 17 gegenüber dem zweiten Aufweitungsspiegel 19 dergestalt verdreht, daß die beiden geradlinigen Seitenkanten des ersten Aufweitungsspiegels 17 zu den geradlinigen Seitenkanten des zweiten Aufweitungsspiegels 19 in einer Ansicht entlang der Z-Achse einen Winkel von 90° relativ zueinander einnehmen. Dementsprechend zeigt die Seitenansicht gemäß Fig. 2c einen gekrümmten Querschnitt des ersten Aufweitungsspiegels 17, entsprechend den gekrümmten Seitenkanten dieses Spiegels 17.

In dieser Anordnung bewirkt der erste Aufweitungsspiegel 17 eine Aufweitung des Querschnitts des Umlenk-Lichtbündels 23 in X-Richtung.

Diese Aufweitung erscheint nach Umlenkung am zweiten Aufweitungsspiegel 19 als Aufweitung des Empfangs-Lichtbündels 25 in Z-Richtung, zusätzlich zu dessen von dem zweiten Aufweitungsspiegel 19 verursachten Aufweitung in Y-Richtung. Die Aufweitung des Empfangs-Lichtbündels 25 in Z-Richtung kann den erläuterten Effekt des Abwanderns des Empfangs-Lichtbündels 25 vom Empfangselement 13 ausgleichen. Daher erlaubt die erfindungsgemäße Reflexionseinheit 15 aufgrund ihrer Ausbildung mit gewölbten Aufweitungsspiegeln 17, 19 gegenüber einer bekannten Reflexionseinheit mit ebenen Spiegeln eine stärkere Verkippung und somit für die Ausrichtung der Reflexionseinheit 15 großzügigere Montage-Toleranzen.

Fig. 3a und 3b zeigen die Sensoreinrichtung gemäß Fig. 1a und 1b in einer perspektivischen Seitenansicht bzw. in einer schematischen Draufsicht, wobei die Reflexionseinheit 15 bezüglich der Z-Achse verdreht ist.

Während aufgrund der Verdrehung der Reflexionseinheit 15 die Empfangs-Strahlrichtung C bezüglich des Empfangselements 13 in Y-Richtung seitlich verschwenkt ist, wird das Empfangselement 13 aufgrund der Aufweitung des Empfangs-Lichtbündels 25 in Y-Richtung dennoch lichtbeaufschlagt.

Ein Ausgleich einer derartigen Verdrehung der Reflexionseinheit 15 ist zwar auch durch eine herkömmliche Tripel-Reflexionseinheit möglich, bei der ein Reflexionselement als entsprechend angeordnetes Dachkant-Element ausgebildet ist. Diese bekannte Tripel-Reflexionseinheit ist jedoch in nachteiliger Weise schwierig zu justieren, gerade bei großen Versatzabständen und insbesondere falls es möglich sein soll, unterschiedliche Versatzabstände einzustellen. Dagegen erfordert ein Aufweitungsspiegel 17, 19 der erfindungsgemäßen Reflexionseinheit 15 lediglich eine vergleichsweise geringe Genauigkeit in seiner Anordnung innerhalb der Reflexionseinheit 15.

Bezugszeichenliste

11: Sendeelement
13: Empfangselement
15: Reflexionseinheit
17: erster Aufweitungsspiegel
19: zweiter Aufweitungsspiegel
21: Sende-Lichtbündel
23: Umlenk-Lichtbündel
25: Empfangs-Lichtbündel
A: Sende-Strahlrichtung
B: Umlenk-Strahlrichtung
C: Empfangs-Strahlrichtung
D: Versatzabstand
X: Achse
Y: Achse
Z: Achse

Claims

Optoelektronische Sensoreinrichtung zur Überwachung eines Schutzbereichs,
zumindest mit einem Sendeelement (11), einem Empfangselement (13) sowie einer Reflexionseinheit (15) mit wenigstens einem ersten (17) und einem zweiten Reflexionselement (19),
wobei ein von dem Sendeelement (11) entlang des Schutzbereichs zu dem ersten Reflexionselement (17) ausgesendetes Sende-Lichtbündel (21) mittels des ersten Reflexionselements (17) als ein Umlenk-Lichtbündel (23) zu dem zweiten Reflexionselement (19) und mittels des zweiten Reflexionselements (19) als ein Empfangs-Lichtbündel (25) entlang des Schutzbereichs zu dem Empfangselement (13) umlenkbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines der Reflexionselemente (17, 19) als Aufweitungsreflektor zur Umlenkung und Aufweitung des betreffenden Lichtbündels (23, 25) ausgebildet ist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufweitungsreflektor (17, 19) als gewölbter Aufweitungsspiegel, insbesondere als im wesentlichen konvex gewölbter Aufweitungsspiegel ausgebildet ist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufweitungsreflektor (17, 19) zur Aufweitung des von ihm umgelenkten Lichtbündels (23, 25) entlang im wesentlichen einer einzigen Richtung senkrecht zu der Längsachse (B, C) dieses Lichtbündels ausgebildet ist,
wobei der Aufweitungsreflektor insbesondere als ein gewölbter Aufweitungsspiegel (17, 19) mit im wesentlichen der Form eines Teils der Mantelfläche eines Zylinders ausgebildet ist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufweitungsreflektor zur Aufweitung des von ihm umgelenkten Lichtbündels entlang des gesamten Umfangs des Querschnitts dieses Lichtbündels ausgebildet ist,
wobei der Aufweitungsreflektor insbesondere als ein gewölbter Aufweitungsspiegel mit zwei verschiedenen oder gleichen Krümmungen ausgebildet ist
und/oder im wesentlichen die Form eines Teils der Oberfläche einer Kugel, eines Teils der Mantelfläche eines Tonnenkörpers, vorzugsweise eines Kreis-Tonnenkörpers, eines Teils der Mantelfläche eines Torids oder eines Teils der Mantelfläche eines zumindest teilweise asphärischen Körpers aufweist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufweitungsreflektor als Kombination eines im wesentlichen ebenen Spiegels und einer Zerstreuungslinse ausgebildet ist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Reflexionseinheit (15) genau zwei Reflexionselemente (17, 19) aufweist, und
daß die Reflexionseinheit (15) einerseits sowie das Sendeelement (11) und das Empfangselement (13) andererseits sich bezüglich des Schutzbereichs im wesentlichen gegenüberliegend angeordnet sind, wobei das Sende-Lichtbündel (21) und das Empfangs-Lichtbündel (25) innerhalb des Schutzbereichs insbesondere im wesentlichen entgegengesetzt parallel und um einen Versatzabstand (D) beabstandet zueinander verlaufen.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß beide Reflexionselemente (17, 19) als gewölbte Aufweitungsspiegel ausgebildet sind.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Reflexionselemente als ein im wesentlichen ebener Spiegel und das andere Reflexionselement als ein gewölbter Aufweitungsspiegel ausgebildet ist.
Optoelektronische Sensoreinrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß eines der Reflexionselemente als ein Dachkant-Element und das andere der Reflexionselemente als ein gewölbter Aufweitungsspiegel ausgebildet ist.
Reflexionseinheit (15) mit wenigstens einem ersten (17) und einem zweiten Reflexionselement (19),
zur Umlenkung eines von einem Sendeelement (11) zu dem ersten Reflexionselement (17) ausgesendeten Sende-Lichtbündels (21) mittels des ersten Reflexionselements (17) zu dem zweiten Reflexionselement (19) und mittels des zweiten Reflexionselements (19) zu einem Empfangselement (13),
insbesondere für eine optoelektronische Sensoreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens eines der Reflexionselemente (17, 19) als Aufweitungsreflektor zur Umlenkung und Aufweitung des betreffenden Lichtbündels (23, 25) ausgebildet ist.
Reflexionseinheit nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Aufweitungsreflektor (17, 19) als gewölbter Aufweitungsspiegel, insbesondere als im wesentlichen konvex gewölbter Aufweitungsspiegel ausgebildet ist.