WO2011134889A1 - Optische sensorvorrichtung - Google Patents

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WO2011134889A1
WO2011134889A1 PCT/EP2011/056425 EP2011056425W WO2011134889A1 WO 2011134889 A1 WO2011134889 A1 WO 2011134889A1 EP 2011056425 W EP2011056425 W EP 2011056425W WO 2011134889 A1 WO2011134889 A1 WO 2011134889A1
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WO
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light
receiving
transmitting
optical sensor
sensor device
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PCT/EP2011/056425
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Bernd Fingerle
Thomas KÖLLE
Stefan Hilsenbeck
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Balluff Gmbh
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Publication date
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    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor device, comprising a first transmitting device for light, by which light is emitted to a target, a second transmitting device for light, and a receiving device for light, by which light reflected from the target is detectable, wherein the second transmitting device, the receiving device illuminated and the second transmitting means and the receiving means are in a fixed independent of the target relationship to each other.
  • a self-compensating optical sensor device can be realized, which independently disturbing environmental influences such as extraneous light, aging of electronic components, different temperatures, contamination and Scratches on optical surfaces compensated.
  • an arrangement for measuring a modulated light signal is known, with at least one light emitting diode emitting light emitting diode and at least one receiver for receiving the light signal, and with a control, with the light signal of the LEDs with a further modulated signal so is compensated for, that the receiver is substantially an equalization signal, wherein the time average of the current, which is required to generate the further modulated light signal, and / or the time average of that current, which is supplied to the at least one light emitting diodes, substantially correspond to each other ,
  • EP 1 480 015 A1 discloses an apparatus for measuring a modulated, first light signal with at least one light source emitting the light, at least one receiver for receiving light signal, control signal. mittein, with which the first light signal is compensated with a further modulated light signal so that the receiver is substantially pending an equalization signal, known, wherein deflection means are provided which deflect at least one of the light signals so that the light signals substantially borrowed parallel or equiangularly in the receiver.
  • an opto-electronic switch is known in which an evaluation unit determines time-varying motion changes and a change in movement of an object or a movable element operated by the object is detected as a tap.
  • the invention has for its object to provide an optical sensor device of the type mentioned, which has a minimized blind area.
  • This object is achieved according to the invention in the optical sensor device mentioned above in that a transmitting branch for light and a receiving branch for light at least partially overlap.
  • the inventive solution makes it possible in principle to use the same optical imaging device both for focusing received light (light reflected from the target) and for focusing transmission light of the first transmitting device. As a result, the optical sensor device can be realized in a space-saving manner while minimizing blind zones.
  • the overlap may be partial or it may be complete, that is, transmit branch and receive branch may be formed in parallel overlapping. Especially in the latter case, a steady course of energy at an empirical catch element causes and signal errors due to angular deviations are reduced.
  • a receiving space is provided in which a receiving area of the receiving device is arranged.
  • the receiving area and in particular a photodiode can be arranged in a protected manner.
  • a transmitting branch for light and a receiving branch for light at least partially overlap in the receiving space. This makes it possible to use an optical imaging device for focusing the received light and transmitted light of the first transmitting device.
  • a transmission range of the first transmitting device is arranged in the receiving space. There is then no need to provide a separate receiving space for the transmission range of the first transmitting device.
  • the optical sensor device and in particular a sensor head with transmitting regions and the receiving region can be formed in a simple manner. Furthermore, an at least partial overlap of the transmission branch and the reception branch can be achieved in a simple manner.
  • the receiving space is associated with an optical imaging device. This makes it possible to achieve a focusing of transmitted light and received light. In particular, an autocollimation principle can be realized.
  • the imaging device comprises at least one lens, which is effective for transmitted light and received light.
  • the number of components for the optical imaging device can be minimized and the optical sensor device can be realized in a space-saving manner.
  • the lens forms a closure element for the receiving space.
  • a mechanical protection for elements within the receiving space can be obtained via the lens and the receiving space can be covered and sealed by the lens. It is particularly favorable if the lens extends over the entire transverse surface of the receiving space in order to cover it.
  • the receiving space has a stepped wall facing its interior. Corresponding surfaces of the wall form reflection surfaces for light.
  • the receiving space has a wall or a wall region which tapers at least with respect to an envelope to a transmitting region or receiving region. As a result, an optimized light guide can be achieved.
  • the tapered region has an axis which at least approximately coincides with an axis of an optical imaging device. As a result, optimized light guidance can be realized.
  • the receiving space has a subspace with a wall which has a light-transmissive area and a reflective area for transmitted light of the second transmitting device.
  • the wall forms an aperture with a corresponding aperture to allow light to pass through. Transmission light of the second transmitting device (compensation light) can be directed into the receiving region via the reflecting region.
  • the optical imaging device comprises a first lens which covers the receiving space and which has a free space. Transmitted light can pass through the free space. The first lens is primarily used to focus received light.
  • the free space is located on an edge region of the first lens or on a central region. In the first case in particular, shadowing of received light can be minimized.
  • the second lens can be held over the first lens.
  • the second transmitting device or at least one light source of the second transmitting device can also be held. It can thereby achieve a symmetrical beam path.
  • the free space is assigned a second lens which is assigned to a transmission range of the first transmission device.
  • the second lens is an imaging lens for transmitted light.
  • a transmission range of the second transmission device is arranged at least approximately coaxially behind a transmission range of the first transmission device. This results in a space-saving design.
  • the invention is further based on the object of providing an optical sensor device of the type mentioned above in which, with a space-saving design of a sensor head, an optimized coupling between the receiving light and the transmitted light of the second transmitting device can be achieved.
  • the radiation guiding device ensures that transmitted light from the first transmitting device can not strike the receiving device directly, but that transmitting light from the second transmitting device is emitted in a fixed relationship to the receiving device.
  • the receiving device may receive received light reflected at the target.
  • the radiation guiding device is in this case particularly effective for transmitting light of the first transmitting device, transmitting light of the second transmitting device and receiving light, i. is acted upon by the corresponding light beams.
  • a transmission range of the second transmission device it is possible for a transmission range of the second transmission device to oppose a reception range of the reception device, transmission light of the second transmission device passing through the radiation transmission device, or a transmission range of the second transmission device being transverse to one another at the reception range of the reception device and transmitting light of the second transmission device to the radiation transmission device is reflected.
  • This makes it easy to meet the above requirements.
  • these prerequisites can be fulfilled by means of a beam splitter, whereby feedback adjustment can be made by appropriate beam splitting.
  • a transmission range of the first transmission device is oriented transversely and transmission light of the first transmission device passes through the radiation transmission device.
  • receiving light is reflected by the Strahlungsleit worn in the direction of the receiving device. If the transmission range of the first transmission device and the transmission range of the second transmission device are opposite with respect to the transversely oriented transmission range of the second transmission device in the reception range, then a fixed relationship between the second transmission device and the reception device can be realized in a simple manner.
  • a receiving light passes through the radiating device to the receiving area.
  • the radiation guide device is arranged in a receiving space, in which in particular a receiving area of the receiving device and / or transmitting areas of the first transmitting device and the second transmitting device are arranged. This results in a simple space-saving design.
  • the Strahlungsleit adopted is arranged at an acute angle to an optical axis such as at a 45 ° angle.
  • an optical axis such as at a 45 ° angle.
  • the radiation guide device comprises a beam splitter in order to achieve an optimized radiation guidance both for transmitted light and for received light.
  • the radiation guiding device comprises a semipermeable mirror in order to be able to fulfill the abovementioned requirements.
  • the radiation guide comprises an optical isolator having a light-impermeable region, a reflective surface, and a light-transmissive one Area is arranged, which allows the passage of transmitted light of the first radiation means and of transmitted light of the second radiation means.
  • the reflective surface can be achieved for example by a corresponding coating.
  • the light-permeable region can be realized, for example, by omitting this coating.
  • a reflection device which reflects transmitted light of the second transmitting device in a receiving region of the receiving device.
  • the feedback can be adjusted.
  • the reflecting device is arranged and configured in such a way that light is reflected in the receiving region in an angular range of at most 20 ° relative to a perpendicular of the receiving region.
  • the angle of incidence is at least approximately (with a deviation of at most ⁇ 20 °) parallel to the solder, that is to say that light strikes the reception area at least approximately perpendicularly. This results in an optimized readability.
  • the reflection device is arranged on a wall which limits a receiving space for a transmission range of the second transmitting device.
  • the wall can be designed, in particular, as an aperture stop, which has a reflective side (in particular rear side) for the steering of transmitted light of the second transmitting device.
  • the receiving space for the transmission range of the second transmitting device is a subspace of a receiving space in which a receiving area of the receiving device is arranged, or a space adjacent thereto is arranged.
  • transmission light of the second transmission device is aligned directly with a reception region of the reception device. This results in an optimized coupling of transmitted light of the second transmitting device into the receiving device.
  • the second transmitting device is aligned on the receiving region in such a way that light strikes the receiving region in relation to a perpendicular of the receiving region in the angular range of at most ⁇ 20 °. This minimizes signal errors due to angular deviations.
  • the transmission range of the second transmitting device can be formed on a light guide and in particular be formed by one end of a light guide.
  • a primary light source such as a light-emitting diode can be positioned outside the wall and from there light is introduced into the receiving space via the light guide.
  • the second transmission device has a diffuser disk, which comprises a recess in which a transmission source of the second transmission device is arranged. This results in a space-saving training with optimized coupling of the transmission range of the second transmitting device to the diffuser disc.
  • a first optical waveguide is provided, through which transmitted light of the first transmitting device to the target can be emitted, and a second optical waveguide, by which received light from the target of the receiving device can be fed, and a coupling device, by which transmitted light of the second transmitting device in the second Fiber optic cable can be coupled.
  • the first optical waveguide and the second optical waveguide have a common fiber head and / or the first optical waveguide and the second optical waveguide are realized by a common optical waveguide unit.
  • signal errors due to angular deviations can be minimized.
  • it can then be realized in a simple manner that the transmitted light of the second transmitting device is oriented in an angular range of, for example, at most 20 ° relative to a perpendicular of the receiving region of the receiving device.
  • the operating point of the optical sensor device can be influenced, that is, part of the transmitted light is diverted from the first transmitting device and fed directly to the receiving device.
  • at least one light guide is provided which supplies branched light to the first transmitting device directly to the receiving device.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of an optical sensor device
  • Figure 2 is a partial view of a first embodiment of a
  • FIG. 3 a schematic partial representation of a second exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic partial representation of a third exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • Figure 5 is a schematic partial view of a fourth embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • Figure 6 (a) is a partial schematic representation of a fifth embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • FIG. 6 (b) shows a variant for the formation of the corresponding region according to FIG. 6 (a);
  • FIG. 7 shows a schematic partial representation of a sixth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • FIG. 8 (a) shows a schematic partial representation of a seventh exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • Fig. 8 (b) is a plan view in the direction A of Fig. 8 (a);
  • FIG. 9 shows a schematic partial representation of an eighth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic partial representation of a ninth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • Figure 11 is a schematic partial representation of a tenth embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • FIG. 12 shows a schematic partial representation of an eleventh exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • FIG. 13 shows a schematic partial representation of a twelfth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • Figure 14 is a schematic partial representation of a thirteenth embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • FIG. 15 shows a schematic partial representation of a fourteenth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • FIG. 16 shows a schematic partial representation of a fifteenth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention
  • FIG. 17 shows a variant of the optical sensor device according to the fifteenth embodiment
  • FIG. 18 (a) shows a variant of the seventh exemplary embodiment in a schematic partial representation
  • FIG. 18 (b) is a plan view of the optical sensor device according to FIG.
  • FIG. 19 shows a schematic sectional view of a sixteenth exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention.
  • An exemplary embodiment of an optical sensor device according to the invention which is denoted as a whole by 10 in FIG. 1, comprises a first transmitting device 12 for light and a second transmitting device 14 for light.
  • the first transmitting device 12 and the second transmitting device 14 comprise, for example, in each case (at least) one light-emitting diode 16, 18 as the primary light source.
  • the first transmitting device 12 transmits light 20 in the direction of a target 22 to be detected. There, the light is reflected.
  • the optical sensor device 10 has a corresponding optical imaging device, as will be explained in more detail below.
  • the optical sensor device 10 has a clock generator 24 which, for example, provides a rectangular signal with a specific frequency (for example of the order of 70 kHz). With the appropriate clock, one of the first transmitting device 12 associated drive device is driven. As a result, the first transmitting device 12 emits rectangularly modulated light 20 in a rectangular manner.
  • the second transmitting device 14 is associated with a second control device 28. This in turn is assigned a phase shift element 30, which is connected to the clock generator 24.
  • the phase shift element 30 generates a clock signal that is phase-shifted, for example, by 180 ° in comparison to the signal with which the first drive device 26 is driven.
  • the second transmitting device 14 radiates rectangular amplitude-modulated light 32, which is phase-shifted relative to the light 20 which is emitted by the first transmitting device 12.
  • the optical sensor device 10 also has a receiving device 34 for light.
  • the receiving device 34 includes, for example, (at least) a photodiode 36. This is an amplifier 38 downstream.
  • the receiving device 34 receives light 40 which is reflected by the target 22 (received light), the primary source of this light being the transmitting device 12.
  • the second transmitting device 14 and the receiving device 34 are in a fixed relationship independent of the target 22 and, in particular, of the position of the target 22. Transmission light of the second transmitting device 14 is also received by the receiving device 34. Thus, the transmitted light 32 of the second transmitting device 14 and the receiving light 14 (which is reflected by the target 22) are superimposed upon reception at the receiving device 34.
  • a demodulator 42 Downstream of the amplifier 38 is a demodulator 42.
  • This third control device 44 is coupled to the second control device 28 and can control these in dependence on the received light signal. It is a control objective to readjust the current at the light-emitting diode 18 such that a direct signal results at the photodiode 36 in the sense that the brightness of the (opposite-phase) transmitted light 32 of the second transmitting device 14 and the receiving light 40 is the same at the photodiode 36 is great.
  • the actual measurement signal is a readjustment signal of this evaluation electronics, which can be tapped off at the third control device 44 (indicated by the reference numeral 46 in FIG. 1), and which is used to readjust the second control device 28 for regulating the current applied to the light-emitting diode 18.
  • the second transmission device 14 represents a compensation transmission device, on which the readjustment takes place via the transmission power. In principle, it is also possible that a readjustment takes place both at the first transmitting device 12 and at the second transmitting device 14.
  • the receiving device 34 with the corresponding photodiode 36 as the detector is a receiving device for both the first transmitting device 12 and for the second transmitting device 14.
  • the optical sensor device 10 is self-compensating and disturbing environmental influences such as extraneous light, or the aging of electronic components, different temperatures, dirt, scratches on surfaces, etc. are compensated automatically.
  • a first exemplary embodiment of an optical sensor device comprises a sensor head 48, which is shown schematically in FIG. shows.
  • This sensor head 48 has a receiving space 50, which is arranged, for example, as a recessed recess on a housing 52.
  • the receiving space 50 is assigned an optical imaging device 54.
  • This optical imaging device 54 comprises and is in particular formed by (at least) one lens 56. This lens 56 covers the receiving space 50 to the front and in particular forms a type of closure element for the receiving space 50.
  • the optical imaging device 54 defines an optical axis 58.
  • a transmission region 60 (first transmission region) of the first transmission device 12 is arranged in the receiving chamber 50.
  • the first transmission range 60 is formed in the embodiment shown by a light emitting diode 62 as the primary light source of the first transmitting device 12.
  • the transmitting region 60 is not formed directly by a primary light source, but rather is formed, for example, on an optical waveguide which is connected to the primary light source.
  • the transmitting region 60 lies on a lower end of the receiving space 50 facing away from the lens 56 and lies coaxially with the optical axis 58.
  • a transmitting area 64 (second transmitting area) of the second transmitting device 14 is furthermore arranged.
  • this second transmitting region 64 is in turn formed directly by a light-emitting diode 66 as the primary light source of the second transmitting device 14. It is also possible in principle here that the second transmitting region 64 and the primary light source are spatially separated from one another.
  • the second transmission range 64 is oriented transversely to the first transmission range 60 relative to the optical axis 58.
  • a main radiation direction 68 of the second transmission region 64 is oriented transversely to the optical axis 58.
  • a receiving area 70 of the receiving device 34 is likewise formed in the receiving space 50.
  • the receiving area 70 is oriented relative to the optical axis 58 transversely to the first transmitting area 60 and oriented in alignment with the second transmitting area 64 in such a way that transmitted light of the second transmitting device 14 from the second transmitting area 64 directly to the receiving area 70 of the receiving device 34 can get.
  • the receiving space 50 has, for example, a cylindrical shape. It can be provided that it has a wall 72, which tapers towards the first transmitting region 60.
  • the wall 72 may be provided with steps 74 in order to provide certain reflection angles.
  • a radiation guide 76 is arranged in the receiving space 50. This ensures that transmission light of the second transmission range 64 can reach the reception area 70 and, for example, can get directly into it without this being influenced by the target 22. Furthermore, the radiation guide device 76 ensures that transmission light of the first transmitting device 12 can reach the optical imaging device 54 and in particular the lens 56 through the radiation guide device 76 and can be focused from there in the direction of the target 22. Furthermore, the radiation guiding device ensures that received light, which is reflected by the target 22 and is focused correspondingly via the optical imaging device 54, is reflected in the direction of the receiving region 70. In one embodiment, the Strahlungsleit observed 76 is formed by a beam splitter.
  • This is in particular formed by a semitransparent mirror 78 whose mirror side 80 faces the lens 56 and faces away from the first transmitting region 60.
  • This semitransparent mirror 78 is positioned at an acute angle and in particular at 45 ° to the optical axis 58. Transmission light of the first transmission area 60 can pass through it. However, received light is reflected on the mirror side 80 in the direction of the reception area 70. Transmission light of the second transmission Device 14 can also pass through semitransparent mirror 78 and strike the receiving area 70 directly.
  • the sensor head 48 provides a transmitting branch 82 for light which partially overlaps with a light receiving branch 84, namely above the mirror side 80 of the semitransparent mirror.
  • the optical imaging device 54 can be used in common for the transmitting branch 82 and the receiving branch 84.
  • blind zones are minimized by the transmitting branch 82 and receiving branch 84 overlapping above the semitransparent mirror 78.
  • the feedback can be adjusted via the division ratio of the radiation divider.
  • the arrangement of the elements in the sensor head 48 operates according to the autocollimization principle.
  • a second embodiment of a sensor head which is shown schematically in Figure 3 and is designated 86, the basic structure is the same as the sensor head 48. For like elements, like reference numerals are used.
  • a receiving region 88 of the receiving device is arranged at the lower end of the receiving space 50 (where the first transmitting region 60 is arranged at the sensor head 48).
  • a first transmitting region 90 of the first transmitting device 12 is arranged transversely to the optical axis (where the receiving region 70 is arranged in the sensor head 48).
  • a radiation guide device 92 is provided, which is designed as a radiation splitter. Transmission light from the second transmission area 64 is reflected at the radiation guide device 92 to the reception area 88. recom- light from the target 22 passes through the radiation guide device 92 to the reception area 88. Light from the first transmission area 90 does not pass directly through the radiation guide 92, but can only reach the reception area 88 after reflection at the target 22.
  • an optical sensor device with the sensor head 86 functions as described above with reference to the sensor head 84.
  • the sensor head 94 (FIG. 4) has a Fresnel lens 96 (both in the transmission branch and in the reception branch).
  • a Fresnel lens 96 can usually be realized with a smaller thickness than a bi-convex lens and also the temperature behavior can be improved.
  • a sensor head 98 In a further embodiment of a sensor head 98 (FIG. 5), the basic arrangement is the same as in the sensor head 48.
  • a receiving space 100 is provided, in which a corresponding lens 56 is arranged, the receiving area 70 is arranged, and the second transmitting area 64 and the radiation guiding device 76.
  • the receiving space 100 has a subspace 102 adjoining this below, in which the first transmitting area 104 is arranged.
  • the subspace 102 represents a type of depression in the receiving space 100.
  • the subspace 102 in this case has a downwardly tapering wall 106, which is in particular stepped. At a lower end is the first transmission area 104.
  • a lens 108 is arranged, which serves for the bundling of transmitted light of the first transmitting device 12. Thereby for example, a larger solid angle for transmitted light of the first transmitting device 12 can be detected and the efficiency of the transmitting branch is improved.
  • the lens 108 is arranged in particular at the transition region between the receiving space 100 and its subspace 102.
  • the sensor head 98 functions as described above.
  • a fifth exemplary embodiment of a sensor head 110 which is shown schematically in FIG. 6 (a), comprises a receiving space 112.
  • the receiving space 112 has a first subspace 114 and a second subspace 116.
  • a first transmission range 118 of the first transmitting device 12 is arranged in the first subspace 114.
  • a radiation guide device 120 is arranged in the first subspace 114.
  • the first subspace 114 and the second subspace 116 are separated by a wall 122 having an opening 124.
  • a receiving area 126 of the receiving device 34 is arranged in the second subspace 116. It lies coaxially with an optical axis 128 of an optical imaging device 130 corresponding to the optical imaging device 54.
  • the opening 124 is also coaxial with the optical axis 128 and aligned with the receiving region 126. Receiving light, which is focused in particular via the optical imaging device 130, can thereby hit the receiving region 126 through the wall 122.
  • a second transmission range 132 of the second transmitting device 14 is arranged.
  • the second transmission range 132 is arranged, for example, next to the reception range 126.
  • the wall 122 has a reflection device 134, which is formed for example by a corresponding mirror coating of the wall 122. This reflection device 134 faces the second transmission region 132.
  • the second transmission range 132 and the reflection device 134 are arranged so that compensation light of the second transmitting device 14, which is emitted at the second transmitting region 132, is reflected at the reflecting device 134 into the receiving region 126.
  • the wall 122 with the opening 124 forms an aperture stop. Basically, a degree of coupling on the nature of this aperture diaphragm and in particular on the opening 124 is adjustable. In principle, this aperture diaphragm can also be provided with a free-form surface in order to allow directional reflection onto the reception region 126 of light of the second transmission region 132.
  • a reflection device 134 which has a reflection surface 136, such as a mirror surface, which is oriented at an acute angle to the optical axis 128.
  • the sensor head 110 functions as described above.
  • a first transmission range 142 for transmitted light of the first transmitting device 12 is arranged in a receiving space 140.
  • a second transmission range 144 for transmitted light of the second transmitting device 14 is arranged.
  • a receiving region 146 of the receiving device 34 is arranged transversely to the first transmitting region 142.
  • the second transmission range 144 and the reception range 146 are in particular aligned with one another.
  • An optical imaging device corresponding to the optical imaging device 54 is provided.
  • An optical isolator 148 which is impermeable to light in a region 150, is provided as the radiation guide device.
  • a light-transmissive region 152 is formed, for example via a continuous recess or a coating-free region. This area 152 is thereby assigns that transmission light of the first transmission range 142 can be emitted in the direction of the target 22. It is further arranged so that transmission light of the second transmission range 144 (compensation light) can pass directly into the reception range 146.
  • the optical isolator 148 On a surface 154, which faces the optical imaging device 54, the optical isolator 148 is specular. For example, it is provided with a reflective coating. As a result, at the optical isolator 148, outside the region 152, receiving light coming from the target 22 can be reflected into the receiving region 146.
  • the coating on the surface 154 can provide the optical isolator properties.
  • the light transmissibility without a recess or the like must be provided.
  • the coupling ratios can be adjusted via the size of the region 152 and adjusted via the division ratios of the radiation guide device.
  • the sensor head 138 functions as described above.
  • a receiving space 158 is provided, which has a tapering wall 160 in the direction of a receiving area 162 of the receiving device 134.
  • the wall 160 is in particular graduated.
  • the receiving space 158 is covered at the top by a first lens 164 of a corresponding optical imaging device.
  • a transmitting region 166 (first transmitting region) of the first transmitting device 12 lies laterally below the first lens 164.
  • the first lens 164 has a free space 168 for this purpose.
  • This free space 168 is assigned a second lens 170, which serves to focus transmission light.
  • Transmission light of the first transmitting device 12 passes through the first lens 164 and is not affected by the first lens 164.
  • the second lens focuses on the target 22.
  • the first lens 164 is then primarily an imaging lens for received light.
  • the combination of the first lens 164 and the second lens 170 serves to focus the transmitted light and the received light.
  • the first transmitting region 166 is arranged on a light-emitting diode 172, which is arranged in a side space 173 of the receiving space 158.
  • a second transmission area 174 is further arranged in the receiving space 158. For example, this is formed on a light emitting diode 176.
  • the second transmission range 174 is arranged coaxially below the first transmission range 166. Compensation light is emitted directly in the direction of the reception area 162 with the second transmission area 174.
  • a transmit branch and a receive branch of the sensor head 156 at least partially overlap, so that a blind zone is reduced.
  • the free space 168 and, correspondingly, the arrangement of the first transmitting area 166 can also take place, for example, centrally with respect to the first lens 164.
  • a first lens 164 ' is provided, on which in a central region 400 a Holder 402 is seated.
  • the holder holds a light emitting diode 172 'of a first transmitting area 166'.
  • the light-emitting diode 172 ' radiates in the direction of the target 22.
  • the holder 402 further supports a second lens 170 ', which is correspondingly centrally disposed on the first lens 164'. Transmitted light of the LED 172 'must penetrate the second lens 170'.
  • the holder 402 further holds a light emitting diode 176 'of a second transmitting region 174'.
  • the light-emitting diode 176 ' emits light in the direction of a receiving region 162. This solution results in a symmetrical beam path with respect to light emission and light reception. It is achieved a parallel overlap of transmit branch and receive branch.
  • a first receiving space 180 and a second receiving space 182 are provided.
  • the first receiving space 180 and the second receiving space 182 are separated in particular via a wall 184.
  • a receiving area 186 of the receiving device 34 is arranged. Furthermore, a second transmitting region 188 of the second transmitting device 14 is arranged transversely to an optical axis. Furthermore, the first receiving space 180 is associated with an optical imaging device 190 for received light.
  • a radiation guide 192 is positioned in the first receiving space 180. This is formed, for example, by a semipermeable mirror. At the semitransparent mirror, transmission light of the second transmission area 188 is reflected into the reception area 162. Received light, which comes from the target 22 and by the optical imaging device 190 fo- is passed through the radiation guides 192 to the receiving area 162.
  • a first transmitting area 194 of the first transmitting device 12 is arranged. This is assigned an optical imaging device 196 for transmitted light of the first transmission range 194.
  • Transmitted light of the first transmission range 194 is emitted in a focused manner by the optical imaging device 196 in the direction of the target 22 and reflected there.
  • the overlap between a transmission branch and a reception branch is minimized.
  • the transmission branch is to a certain extent next to the reception branch.
  • the sensor head 178 functions as described above.
  • a first receiving space 200 and a receiving space corresponding to the second receiving space 182 are provided.
  • the second accommodating space 200 has a wall 202 formed as an aperture stop having an opening 204. Below this opening 204 sits a receiving area 206 of the receiving device 34.
  • a second transmission area 208 of the second transmission device 14 for compensating light is arranged. This compensation light is emitted in the direction of the wall 202 and reflected there into the reception area 206.
  • the mode of operation of the illumination of the reception area 206 by compensation light and by the reception light basically corresponds to that of the sensor head 110.
  • a first receiving space 212 and a second receiving space corresponding to the second receiving space 182 are provided, which are arranged next to one another.
  • a receiving area 214 of the receiving device 34 is positioned at a lower end.
  • the receiving space 212 is closed by a lens 216 of an optical imaging device, which serves to focus received light on the receiving area 214.
  • a third receiving space 218 is arranged, which is connected to the first receiving space 212 so that a light passage is allowed.
  • a second transmitting area 220 of the second compensating light sensor device 14 is positioned.
  • a tapered and in particular stepped wall 222 may be provided towards the second transmission region 220.
  • the third receiving region 218 is bounded at the top (on the side facing away from the second transmitting region 220) by a wall 224, on which a reflection device 226, such as a reflecting mirror, is arranged.
  • Transmission light of the second transmission area 220 is emitted in the third reception space 218 in the direction of the mirror 226 and then reflected through a connection opening to the first reception space 212 into the reception area 214.
  • the material of the mirror 226 determines the coupling factor.
  • a reflection device may be used which diffusely reflects, for example.
  • the sensor head 210 functions as described above.
  • a first receiving space 230 and a second receiving space 182 are again provided.
  • a receiving area 232 is arranged at a lower, tapered end.
  • a recess 236 is formed, on which a second transmission region 238 of the second transmitting device 14 is arranged.
  • the second transmission area 238 radiates compensation light directly into the reception area 232.
  • the first receiving space 230 is associated with an optical imaging device 240, in particular in the form of a lens, which focuses the received light to the receiving area 232.
  • the sensor head 228 functions as described above.
  • the adjustment of the irradiation intensity of compensation light is possible, for example, via diaphragms.
  • a further exemplary embodiment of a sensor head 242 (FIG. 13) comprises a first receiving space 244 and a second receiving space 182.
  • a receiving area 246 is arranged at a lower end of the first receiving space 244.
  • a second transmission area 248 for compensation light is arranged in the first receiving space 244. This is formed on an optical waveguide 250, which is performed by a wall 252 which limits the first receiving space 244.
  • a primary light source 254 and in particular light-emitting diode for the second transmitting device 14 is arranged outside this wall 252. Second transmitted light is thereby from this light source 254 in coupled to the optical waveguide 250 and emitted from there from the second transmission range 248 in the receiving region 246.
  • the sensor head 228 functions as described above, with the transmitter branch and the receiver branch separated.
  • the material of the optical waveguide 250 or a corresponding length defines a coupling factor of the coupling of a primary source for compensating light into the receiving region 232.
  • a light transit time can be varied, for example, by appropriate variation of the length of the optical waveguide 250 (which is formed, for example, by a glass fiber). As a result, for example, runtime differences can be compensated for in other measuring methods.
  • a first receiving space 258 and a second receiving space 182 are provided. At a lower end of the first accommodating space 258, a receiving area 260 is disposed. Between the first receiving space 258 and the second receiving space 182, a space 262 is formed. This is for example via an opening 264 in connection with the first receiving space 258th
  • a second transmission area 266 for compensation light is arranged in the space 262.
  • the space 262 has a reflective wall 268, compensating light being emitted through the second transmitting area 266 in the direction of the wall 268, being reflected there and passing through the opening 264 into the first receiving space 258 to the receiving area 260. It is in principle possible that a boundary wall of the opening 264 is formed at least partially reflective. Otherwise, the sensor head 256 functions as described above.
  • the degree of feedback may be affected.
  • a first receiving space 272 and a second receiving space 182 are provided.
  • a receiving area 274 is disposed.
  • a wall 276 bounding the first receiving space 272 tapers toward the receiving area 274 with respect to an envelope.
  • the wall 276 can be stepped.
  • a diffuser disk 278 with aperture 280 (diffuser diaphragm) is arranged above the receiving region 274.
  • aperture 280 diffuser diaphragm
  • the diffuser disk 278 has a lateral recess 282.
  • a primary light source 284 and in particular light-emitting diode is arranged, which is part of the second transmitting device 14 and provides compensation light.
  • a further exemplary embodiment of a sensor head 288 (FIG. 16) comprises a first optical waveguide 290, to which a primary light source 292 of the first transmitting device 12 is connected. Transmission light of the first transmitting device 12 can be emitted via the first optical waveguide 290 in the direction of the target 22. Furthermore, a second optical waveguide 294 for receiving light is provided. Receiving light reflected by the target 22 is coupled into the second optical waveguide 294 and fed to a receiving area 296 of the receiving device 34. To the second optical waveguide 294, a coupling device 298 is coupled, via which compensation light of the second transmitting device 14 can be coupled.
  • the coupling device 298 is designed in particular as a fiber coupling.
  • the value of the coupling ratio of the injector 298 determines the ratio of the compensation light feedback.
  • optical waveguides 290, 294 and in particular glass fibers By using optical waveguides 290, 294 and in particular glass fibers, it is possible, for example, to achieve hard-to-reach areas (as in machines) for target detection.
  • optical waveguides 290, 294 and in particular glass fibers By the solutions according to the invention, for example, diffuse light scanners with ranges greater than 1 m or reflective light barriers with high range or large functional reserve, light transit time sensors, for example, with ranges greater than 1 m or light sensor with background suppression for ranges greater than 1 m can be realized.
  • first optical waveguide and the second optical waveguide are realized by a common optical waveguide unit.
  • an optical waveguide 500 is provided, into which light the first transmitting device 12 is coupled.
  • the light guide 500 in turn is aligned with the reception area 246.
  • Light of the first transmitting device 12 is then coupled via the light guide 500 directly into the receiving region 246.
  • the reception area 246 thereby contains light of the first transmission device 12 directly and light of the second transmission device 14 directly.

Abstract

Es wird eine optische Sensorvorrichtung bereitgestellt, umfassend eine erste Sendeeinrichtung für Licht, durch welche Licht zu einem Target emittierbar ist, eine zweite Sendeeinrichtung für Licht, und eine Empfangseinrichtung für Licht, durch welche vom Target reflektiertes Licht detektierbar ist, wobei die zweite Sendeeinrichtung die Empfangseinrichtung beleuchtet und die zweite Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung in einer vom Target unabhängigen festen Beziehung zueinander stehen, wobei ein Sendezweig für Licht und ein Empfangszweig für Licht sich mindestens teilweise überlappen.

Description

Optische Sensorvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine optische Sensorvorrichtung, umfassend eine erste Sendeeinrichtung für Licht, durch welche Licht zu einem Target emittierbar ist, eine zweite Sendeeinrichtung für Licht, und eine Empfangseinrichtung für Licht, durch welche vom Target reflektiertes Licht detektierbar ist, wobei die zweite Sendeeinrichtung die Empfangseinrichtung beleuchtet und die zweite Sendeeinrichtung und die Empfangseinrichtung in einer vom Target unabhängigen festen Beziehung zueinander stehen.
Bei einer entsprechenden Kombination aus zwei optischen Sendern und einer gemeinsamen Empfangseinrichtung, welche mit einer bestimmten elektro- nischen Signalauswertung gekoppelt sind, kann eine selbstausgleichende optische Sensorvorrichtung realisiert werden, welche selbstständig störende Umwelteinflüsse wie beispielsweise Fremdlicht, Alterung von elektronischen Bauelementen, unterschiedliche Temperaturen, Verschmutzungen und Kratzer auf optischen Oberflächen kompensiert.
Aus der DE 102 56 429 AI ist eine Anordnung zum Messen eines modulierten Lichtsignals bekannt, mit wenigstens einer das Lichtsignal aussendenden Leuchtdiode und wenigstens einem Empfänger zum Empfang des Lichtsignals, sowie mit einer Regelung, mit der das Lichtsignal der Leuchtdioden mit einem weiteren modulierten Signal so kompensiert wird, dass am Empfänger im Wesentlichen ein Gleichlichtsignal ansteht, wobei der zeitliche Mittelwert des Stroms, der zur Erzeugung des weiteren modulierten Lichtsignals erforderlich ist, und/oder der zeitliche Mittelwert desjenigen Stroms, der der wenigstens einen Leuchtdioden zugeführt wird, einander im Wesentlichen entsprechen.
Aus der EP 1 480 015 AI ist eine Vorrichtung zum Messen eines modulierten, ersten Lichtsignals mit wenigstens einer das Licht aussendenden Lichtquelle, wenigstens einem Empfänger zum Empfangen von Lichtsignal, Regelungs- mittein, mit denen das erste Lichtsignal mit einem weiteren modulierten Lichtsignal so kompensiert wird, dass am Empfänger im Wesentlichen ein Gleichlichtsignal ansteht, bekannt, wobei Umlenkmittel vorgesehen sind, die wenigstens eines der Lichtsignale so umlenken, dass die Lichtsignale im Wesent- liehen parallel oder winkelgleich in dem Empfänger treffen.
Aus der WO 01/54276 AI ist ein opto-elektronischer Schalter bekannt, bei welchem eine Auswerteeinheit zeitveränderliche Bewegungsänderungen ermittelt und eine Bewegungsänderung eines Objekts oder eines vom Objekt betätigten beweglichen Elements als Antippen erkannt wird .
Aus der EP 0 066 888 A2 ist ein Entfernungsmessgerät nach dem Prinzip der Laufzeitmessung bekannt, wobei eine Vorrichtung zur wechselweisen Durchführung von Signal-Laufzeitmessungen über eine Messstrecke und eine Refe- renzstrecke vorgesehen ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine optische Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, welche einen minimierten Blindbereich aufweist.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten optischen Sensorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Sendezweig für Licht und ein Empfangszweig für Licht sich mindestens teilweise überlappen. Durch die erfindungsgemäße Lösung ist es prinzipiell möglich, die gleiche optische Abbildungseinrichtung sowohl zur Fokussierung von Empfangslicht (vom Target reflektiertes Licht) als auch zur Fokussierung von Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung zu benutzen. Dadurch lässt sich die optische Sensorvorrichtung platzsparend realisieren unter Minimierung von Blindzonen.
Der Überlapp kann teilweise sein oder er kann vollständig sein, das heißt Sendezweig und Empfangszweig können parallel überlappend ausgebildet sein. Insbesondere im letzten Falle wird ein stetiger Energieverlauf an einem Emp- fangselement bewirkt und Signalfehler infolge von Winkelabweichungen werden reduziert.
Günstig ist es, wenn ein Aufnahmeraum vorgesehen ist, in welchem ein Emp- fangsbereich der Empfangseinrichtung angeordnet ist. Dadurch lässt sich der Empfangsbereich und insbesondere eine Photodiode geschützt anordnen.
Es ist dann günstig, wenn in dem Aufnahmeraum ein Sendezweig für Licht und ein Empfangszweig für Licht sich mindestens teilweise überlappen. Dadurch lässt sich eine optische Abbildungseinrichtung zur Fokussierung von Empfangslicht und Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung verwenden.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass in dem Aufnahmeraum ein Sendebereich der ersten Sendeeinrichtung angeordnet ist. Es muss dann kein separater Auf- nahmeraum für den Sendebereich der ersten Sendeeinrichtung vorgesehen werden. Dadurch lässt sich die optische Sensorvorrichtung und insbesondere ein Sensorkopf mit Sendebereichen und dem Empfangsbereich auf einfache Weise ausbilden. Weiterhin lässt sich auf einfache Weise ein mindestens teilweiser Überlapp von Sendezweig und Empfangszweig erreichen.
Es ist dann ferner günstig, wenn in dem Aufnahmeraum ein Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung angeordnet ist.
Es ist auch möglich, dass sich ein Sendezweig für Licht und ein Empfangszweig für Licht außerhalb des Aufnahmeraums mindestens teilweise überlappen.
Günstigerweise ist dem Aufnahmeraum eine optische Abbildungseinrichtung zugeordnet. Dadurch lässt sich eine Fokussierung von Sendelicht und Empfangslicht erreichen. Insbesondere lässt sich ein Autokollimationsprinzip reali- sieren.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die Abbildungseinrichtung mindestens eine Linse, welche wirksam ist für Sendelicht und Empfangslicht. Dadurch lässt sich die Anzahl der Bauelemente für die optische Abbildungs- einrichtung minimieren und die optische Sensorvorrichtung lässt sich raumsparend realisieren. Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Linse ein Verschlusselement für den Aufnahmeraum bildet. Dadurch lässt sich über die Linse auch ein mechanischer Schutz für Elemente innerhalb des Aufnahmeraums erhalten und der Aufnahmeraum lässt sich durch die Linse abdecken und abdichten. Es ist dann besonders günstig, wenn die Linse sich über die gesamte Querfläche des Aufnahmeraums erstreckt, um diesen abzudecken.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist der Aufnahmeraum eine seinem Innenraum zugewandte abgestufte Wandung auf. Entsprechende Flächen der Wandung bilden Reflexionsflächen für Licht.
Ferner ist es günstig, wenn der Aufnahmeraum eine Wandung oder einen Wandungsbereich aufweist, welcher sich mindestens bezüglich einer Einhüllenden zu einem Sendebereich oder Empfangsbereich hin verjüngt. Dadurch kann eine optimierte Lichtführung erreicht werden.
Es ist dann günstig, wenn der sich verjüngende Bereich eine Achse aufweist, welche mindestens näherungsweise mit einer Achse einer optischen Abbil- dungseinrichtung übereinstimmt. Dadurch lässt sich eine optimierte Licht- führung realisieren.
Bei einer Ausführungsform weist der Aufnahmeraum einen Teilraum mit einer Wandung auf, welche einen lichtdurchlässigen Bereich und einen reflektierenden Bereich für Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung aufweist. Die Wan- dung bildet eine Blende mit einer entsprechenden Apertur, um Licht durchzulassen. Über den reflektierenden Bereich lässt sich Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (Kompensationslicht) in den Empfangsbereich lenken. Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die optische Abbildungseinrich- tung eine erste Linse, welche den Aufnahmeraum abdeckt und welche einen Freiraum aufweist. Durch den Freiraum hindurch kann Sendelicht gelangen. Die erste Linse dient vor allem zur Fokussierung von Empfangslicht.
Günstig ist es, wenn der Freiraum an einem Randbereich der ersten Linse liegt oder an einem zentralen Bereich. Insbesondere im ersten Falle lässt sich Abschattung von Empfangslicht minimieren. Wenn beispielsweise der Freiraum an einem zentralen Bereich der ersten Linse liegt, dann lässt sich über die erste Linse die zweite Linse halten. Durch einen entsprechenden Halter lässt sich auch die zweite Sendeeinrichtung oder zumindest eine Lichtquelle der zweiten Sendeeinrichtung halten. Es lässt sich dadurch ein symmetrischer Strahlengang erreichen. Es ist dann günstig, wenn dem Freiraum eine zweite Linse zugeordnet ist, welche einem Sendebereich der ersten Sendeeinrichtung zugeordnet ist. Die zweite Linse ist eine Abbildungslinse für Sendelicht. Durch die Anordnung der zweiten Linse innerhalb des Außenumfangs der ersten Linse lässt sich ein teilweiser Überlapp zwischen Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung und Emp- fangslicht erreichen und damit lässt sich eine Blindzone minimieren.
Konstruktiv ist es günstig, wenn ein Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung mindestens näherungsweise koaxial hinter einem Sendebereich der ersten Sendeeinrichtung angeordnet ist. Dadurch ergibt sich ein platzsparen- der Aufbau.
Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine optische Sensorvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welcher bei platzsparendem Aufbau eines Sensorkopfs eine optimierte Kopplung zwischen Empfangs- licht und Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung erreichbar ist.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten optischen Sensorvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine Strahlungsleiteinrichtung vorge- sehen ist, welche so ausgebildet ist, dass Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung die Empfangseinrichtung unabhängig vom Target trifft, Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung die Empfangseinrichtung nicht ohne Reflexion am Target trifft und vom Target kommendes Empfangslicht die Empfangseinrich- tung trifft.
Die Strahlungsleiteinrichtung sorgt dafür, dass Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung die Empfangseinrichtung nicht direkt treffen kann, jedoch Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung in fester Beziehung zu der Empfangs- einrichtung zu dieser emittiert wird . Die Empfangseinrichtung kann am Target reflektiertes Empfangslicht empfangen. Die Strahlungsleiteinrichtung ist dabei insbesondere wirksam für Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung, Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung und Empfangslicht, d.h. wird von den entsprechenden Lichtstrahlen beaufschlagt.
Es ist dabei möglich, dass ein Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung einem Empfangsbereich der Empfangseinrichtung gegenüberliegen, wobei Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung durch die Strahlungsleiteinrichtung durchgeht, oder ein Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung am Emp- fangsbereich der Empfangseinrichtung quer zueinander liegen und Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung an der Strahlungsleiteinrichtung reflektiert wird. Dadurch lassen sich auf einfache Weise die oben genannten Voraussetzungen erfüllen. Insbesondere lassen sich diese Voraussetzungen über einen Strahlteiler erfüllen, wobei durch entsprechende Strahlaufteilung eine Rückkopp- lungseinstellung erfolgen kann.
Beispielsweise ist bei gegenüberliegendem Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung und Empfangsbereich ein Sendebereich der ersten Sendeeinrichtung quer orientiert und Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung geht durch die Strahlungsleiteinrichtung durch .
Insbesondere wird dann Empfangslicht von der Strahlungsleiteinrichtung in Richtung der Empfangseinrichtung reflektiert. Wenn bei quer orientiertem Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung im Empfangsbereich der Sendebereich der ersten Sendeeinrichtung und der Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung gegenüberliegt, dann lässt sich auf einfache Weise eine feste Beziehung zwischen der zweiten Sendeeinrichtung und Empfangseinrichtung realisieren.
Insbesondere geht ein Empfangslicht durch die Strahlungsleiteinrichtung zu dem Empfangsbereich durch.
Günstig ist es, wenn die Strahlungsleiteinrichtung in einem Aufnahmeraum angeordnet ist, in welchem insbesondere auch ein Empfangsbereich der Empfangseinrichtung und/oder Sendebereiche der ersten Sendeeinrichtung und der zweiten Sendeeinrichtung angeordnet sind. Dadurch ergibt sich ein einfacher platzsparender Aufbau .
Vorteilhafterweise ist die Strahlungsleiteinrichtung in einem spitzen Winkel zu einer optischen Achse angeordnet wie beispielsweise in einem 45°-Winkel. Dadurch lässt sich durch Bereitstellung einer reflektierenden Oberfläche eine Re- flexion von Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung oder Empfangslicht zur Strahlungsführung erreichen.
Günstig ist es, wenn die Strahlungsleiteinrichtung einen Strahlteiler umfasst, um eine optimierte Strahlungsführung sowohl für Sendelicht als auch für Empfangslicht zu erreichen.
Bei einer Ausführungsform umfasst die Strahlungsleiteinrichtung einen halbdurchlässigen Spiegel, um die oben genannten Voraussetzungen erfüllen zu können.
Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Strahlungsleiteinrichtung einen optischen Isolator, welcher einen für Licht undurchlässigen Bereich hat, eine reflektierende Oberfläche hat und in welchem ein für Licht durchlässiger Bereich angeordnet ist, welcher den Durchtritt von Sendelicht der ersten Strahlungseinrichtung und von Sendelicht der zweiten Strahlungseinrichtung erlaubt. Dadurch lassen sich auf einfache Weise die oben genannten Voraussetzungen erfüllen. Die reflektierende Oberfläche lässt sich beispielsweise durch eine entsprechende Beschichtung erreichen. Der für Licht durchlässige Bereich lässt sich beispielsweise durch Weglassen dieser Beschichtung realisieren.
Bei einer Ausführungsform ist eine Reflexionseinrichtung vorgesehen, welche Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung in einen Empfangsbereich der Empfangseinrichtung reflektiert. Durch entsprechende Ausbildung der Reflexionseinrichtung lässt sich die Rückkopplung einstellen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Reflexionseinrichtung so angeordnet und ausgebildet ist, dass Licht in einem Winkelbereich von höchstens 20° bezogen auf ein Lot des Empfangsbereichs in den Empfangsbereich reflektiert wird . Dadurch liegt der Einfallswinkel mindestens näherungsweise (mit einer Abweichung von höchstens ± 20°) parallel zum Lot, das heißt Licht trifft mindestens näherungsweise senkrecht auf den Empfangsbereich. Dadurch erhält man eine optimierte Auswertbarkeit.
Insbesondere ist die Reflexionseinrichtung an einer Wandung angeordnet, welche einen Aufnahmeraum für einen Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung begrenzt. Die Wandung lässt sich insbesondere als Aperturblende aus- bilden, welche eine spiegelnde Seite (insbesondere Rückseite) für die Lenkung von Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung aufweist.
Es ist dabei möglich, dass der Aufnahmeraum für den Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung einen Teilraum eines Aufnahmeraums ist, in welchem ein Empfangsbereich der Empfangseinrichtung angeordnet ist, oder ein dazu benachbarter Raum angeordnet ist. Bei einer weiteren Ausführungsform ist Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung direkt auf einen Empfangsbereich der Empfangseinrichtung ausgerichtet. Dadurch ergibt sich eine optimierte Einkopplung von Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung in die Empfangseinrichtung .
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die zweite Sendeeinrichtung auf dem Empfangsbereichs so ausgerichtet ist, dass Licht bezogen auf ein Lot des Empfangsbereichs in dem Winkelbereich von höchstens ± 20° auf den Empfangsbereich trifft. Dadurch werden Signalfehler aufgrund von Winkel- abweichungen minimiert.
Der Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung kann dabei an einem Lichtleiter gebildet sein und insbesondere durch ein Ende eines Lichtleiters gebildet sein. Dadurch lässt sich eine primäre Lichtquelle wie eine Leuchtdiode außer- halb der Wandung positionieren und von dort wird Licht über den Lichtleiter in den Aufnahmeraum eingeleitet.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die zweite Sendeeinrichtung eine Diffusorscheibe auf, welche eine Ausnehmung umfasst, in welcher eine Sende- quelle der zweiten Sendeeinrichtung angeordnet ist. Dadurch ergibt sich eine platzsparende Ausbildung mit optimierter Ankopplung des Sendebereichs der zweiten Sendeeinrichtung an die Diffusorscheibe.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ein erster Lichtwellenleiter vorgesehen, durch welchen Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung zu dem Target emittierbar ist, und ein zweiter Lichtwellenleiter, durch welche Empfangslicht vom Target der Empfangseinrichtung zuführbar ist, und eine Kopplungseinrichtung, durch welche Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung in den zweiten Lichtwellenleiter einkoppelbar ist.
Es lassen sich dadurch auch Targets überwachen, welche sonst über Lichtstrahlen aus einer gewissen Entfernung her nicht zugänglich sind wie beispielsweise innerhalb von Maschinen. Es ist beispielsweise günstig, wenn der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter einen gemeinsamen Faserkopf aufweisen und/oder der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter durch eine gemeinsame Lichtwellenleitereinheit realisiert sind. Dadurch lassen sich beispielsweise Signalfehler aufgrund von Winkelabweichungen minimieren. Beispielsweise ist dann auf einfache Weise realisierbar, dass Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung in einem Winkelbereich von beispielsweise höchstens 20° bezogen auf ein Lot des Empfangsbereichs der Empfängereinrichtung ausgerichtet ist.
Es kann auch günstig sein, wenn Licht der ersten Sendeeinrichtung direkt auf die Empfangseinrichtung trifft. Dadurch lässt sich der Arbeitspunkt der optischen Sensorvorrichtung beeinflussen, das heißt es wird ein Teil des Sendelichts der ersten Sendeeinrichtung abgezweigt und direkt der Empfangs- einrichtung zugeführt. Beispielsweise ist mindestens ein Lichtleiter vorgesehen, der abgezweigtes Licht der ersten Sendeeinrichtung direkt der Empfangseinrichtung zuführt.
Die nachfolgende Beschreibung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen :
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer optischen Sensorvorrichtung; Figur 2 eine Teildarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines
Sensorkopfs einer optischen Sensorvorrichtung im Lichtsendebereich und Lichtempfangsbereich;
Figur 3 eine schematische Teildarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 4 eine schematische Teildarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung; Figur 5 eine schematische Teildarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung; Figur 6(a) eine schematische Teildarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 6(b) eine Variante für die Ausbildung des entsprechenden Bereichs gemäß Figur 6(a);
Figur 7 eine schematische Teildarstellung eines sechsten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 8(a) eine schematische Teildarstellung eines siebten Ausführungs- beispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 8(b) eine Draufsicht in der Richtung A gemäß Figur 8(a);
Figur 9 eine schematische Teildarstellung eines achten Ausführungs- beispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 10 eine schematische Teildarstellung eines neunten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung; Figur 11 eine schematische Teildarstellung eines zehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 12 eine schematische Teildarstellung eines elften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 13 eine schematische Teildarstellung eines zwölften Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung; Figur 14 eine schematische Teildarstellung eines dreizehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 15 eine schematische Teildarstellung eines vierzehnten Ausführungs- beispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung;
Figur 16 eine schematische Teildarstellung eines fünfzehnten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung; Figur 17 eine Variante der optischen Sensorvorrichtung gemäß dem fünfzehnten Ausführungsbeispiel;
Figur 18(a) eine Variante des siebten Ausführungsbeispiels in einer schematischen Teildarstellung;
Figur 18(b) eine Draufsicht auf die optische Sensorvorrichtung gemäß Figur
18(a); und
Figur 19 eine schematische Schnittansicht eines sechzehnten Ausführungs- beispiels einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung .
Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung, welches in Figur 1 als Ganzes mit 10 bezeichnet ist, umfasst eine erste Sendeeinrichtung 12 für Licht und eine zweite Sendeeinrichtung 14 für Licht. Die erste Sendeeinrichtung 12 und die zweite Sendeeinrichtung 14 umfassen beispielsweise jeweils (mindestens) eine Leuchtdiode 16, 18 als primäre Lichtquelle.
Die erste Sendeeinrichtung 12 sendet Licht 20 in Richtung eines zu detektie- renden Targets 22. Dort wird das Licht reflektiert. Die optische Sensorvorrichtung 10 weist eine entsprechende optische Abbildungseinrichtung auf, wie untenstehend noch näher erläutert wird . Die optische Sensorvorrichtung 10 weist einen Taktgenerator 24 auf, welcher beispielsweise ein Rechtecksignal mit einer bestimmten Frequenz (beispielsweise in der Größenordnung von 70 kHz) bereitstellt. Mit dem entsprechenden Takt wird einer der ersten Sendeeinrichtung 12 zugeordnete Ansteuerungs- einrichtung angesteuert. Die erste Sendeeinrichtung 12 strahlt dadurch recht- eckförmig amplitudenmoduliertes Licht 20 ab.
Der zweiten Sendeeinrichtung 14 ist eine zweite Ansteuerungseinrichtung 28 zugeordnet. Dieser wiederum ist ein Phasenschiebeglied 30 zugeordnet, wel- eher mit dem Taktgenerator 24 verbunden ist. Das Phasenschiebeglied 30 erzeugt ein beispielsweise um 180° phasenverschobenes Taktsignal im Vergleich zu dem Signal, mit welchem die erste Ansteuerungseinrichtung 26 angesteuert wird. Die zweite Sendeeinrichtung 14 strahlt dadurch rechteckförmig amplitudenmoduliertes Licht 32 ab, welches phasenverschoben zu dem Licht 20 ist, welches durch die erste Sendeeinrichtung 12 abgestrahlt wird .
Die optische Sensorvorrichtung 10 weist ferner eine Empfangseinrichtung 34 für Licht auf. Die Empfangseinrichtung 34 umfasst beispielsweise (mindestens) eine Photodiode 36. Dieser ist ein Verstärker 38 nachgeschaltet.
Die Empfangseinrichtung 34 empfängt Licht 40, welches von dem Target 22 reflektiert wird (Empfangslicht), wobei die primäre Quelle dieses Lichts die Sendeinrichtung 12 ist. Die zweite Sendeeinrichtung 14 und die Empfangseinrichtung 34 stehen in einer festen, vom Target 22 und insbesondere von der Position des Targets 22 unabhängigen Beziehung zueinander. Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung 14 wird von der Empfangseinrichtung 34 ebenfalls empfangen. Es überlagert sich also Sendelicht 32 der zweiten Sendeeinrichtung 14 und Empfangslicht 14 (welches vom Target 22 reflektiert ist) beim Empfang an der Empfangseinrichtung 34.
Dem Verstärker 38 nachgeordnet ist ein Demodulator 42. Diesem nachgeordnet wiederum ist eine dritte Ansteuerungseinrichtung 44. Diese dritte Ansteuerungseinrichtung 44 ist an die zweite Ansteuerungseinrichtung 28 gekoppelt und kann diese in Abhängigkeit von dem empfangenen Lichtsignal ansteuern. Es ist dabei ein Regelziel, den Strom an der Leuchtdiode 18 so nachzuregeln, dass sich an der Photodiode 36 ein Gleichsignal ergibt in dem Sinne, dass an der Photodiode 36 die Helligkeit des (gegenphasigen) Sendelichts 32 der zweiten Sendeeinrichtung 14 und des Empfangslichts 40 gleich groß ist. Eine Auswertungselektronik der optischen Sensorvorrichtung 10, welche den De- modulator 42 und die dritte Ansteuerungseinrichtung 44 umfasst, erkennt, welche der Leuchtdioden 16 bzw. 18 eventuell zu stark strahlt, um ein Gleichsignal zu erhalten.
Das eigentliche Messsignal ist ein Nachregelungssignal dieser Auswertungselektronik, welches an der dritten Ansteuerungseinrichtung 44 abgreifbar ist (in Figur 1 durch das Bezugszeichen 46 angedeutet), und welches benutzt wird, um die zweite Ansteuerungseinrichtung 28 zur Regelung der Strom- beaufschlagung der Leuchtdiode 18 nachzuregeln.
Die zweite Sendeeinrichtung 14 stellt eine Kompensationssendeeinrichtung dar, an welcher die Nachregelung über die Sendeleistung erfolgt. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass sowohl an der ersten Sendeeinrichtung 12 als auch an der zweiten Sendeeinrichtung 14 eine Nachregelung erfolgt.
Die Empfangseinrichtung 34 mit der entsprechenden Photodiode 36 als Detektor ist eine Empfangseinrichtung sowohl für die erste Sendeeinrichtung 12 als auch für die zweite Sendeeinrichtung 14. Durch eine entsprechend ausge- bildete optische Sensorvorrichtung 10 lassen sich beispielsweise Objekte erkennen und/oder Abstände erkennen und/oder Bewegungsrichtungen erkennen. Die optische Sensorvorrichtung 10 ist selbstausgleichend und störende Umwelteinflüsse wie beispielsweise Fremdlicht, oder die Alterung von elektronischen Bauelementen, unterschiedliche Temperaturen, Verschmutzun- gen, Kratzer auf Oberflächen usw. werden selbstständig kompensiert.
Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Sensorvorrichtung umfasst einen Sensorkopf 48, welcher schematisch in Figur 2 ge- zeigt ist. Dieser Sensorkopf 48 weist einen Aufnahmeraum 50 auf, welcher beispielsweise als Vertiefungsausnehmung an einem Gehäuse 52 angeordnet ist. Dem Aufnahmeraum 50 ist eine optische Abbiidungseinrichtung 54 zugeordnet. Diese optische Abbiidungseinrichtung 54 umfasst und ist insbesondere gebildet durch (mindestens) eine Linse 56. Diese Linse 56 deckt den Aufnahmeraum 50 nach vorne ab und bildet insbesondere eine Art von Verschlusselement für den Aufnahmeraum 50.
Die optische Abbiidungseinrichtung 54 definiert eine optische Achse 58. In dem Aufnahmeraum 50 ist ein Sendebereich 60 (erster Sendebereich) der ersten Sendeeinrichtung 12 angeordnet. Der erste Sendebereich 60 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch eine Leuchtdiode 62 als primäre Lichtquelle der ersten Sendeeinrichtung 12 gebildet. Es ist grundsätzlich auch möglich, dass der Sendebereich 60 nicht direkt durch eine primäre Lichtquelle gebildet ist, sondern beispielsweise an einem Lichtwellenleiter gebildet ist, welcher mit der primären Lichtquelle verbunden ist.
Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel liegt der Sendebereich 60 an einem unteren, der Linse 56 abgewandten Ende des Aufnahmeraums 50 und liegt koaxial zu der optischen Achse 58.
In dem Aufnahmeraum 50 ist ferner ein Sendebereich 64 (zweiter Sendebereich) der zweiten Sendeeinrichtung 14 angeordnet. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist dieser zweite Sendebereich 64 wiederum direkt durch eine Leuchtdiode 66 als primäre Lichtquelle der zweiten Sendeeinrichtung 14 gebildet. Es ist auch hier grundsätzlich möglich, dass der zweite Sendebereich 64 und die primäre Lichtquelle räumlich voneinander getrennt sind .
Der zweite Sendebereich 64 ist bezogen auf die optische Achse 58 quer zu dem ersten Sendebereich 60 orientiert. Eine Hauptstrahlungsrichtung 68 des zweiten Sendebereichs 64 ist quer zu der optischen Achse 58 orientiert. Ein Empfangsbereich 70 der Empfangseinrichtung 34 ist ebenfalls in dem Aufnahmeraum 50 gebildet. Der Empfangsbereich 70 ist dabei bezogen auf die optische Achse 58 quer zu dem ersten Sendebereich 60 orientiert und fluchtend zu dem zweiten Sendebereich 64 orientiert und zwar derart, dass Sende- licht der zweiten Sendeeinrichtung 14 von dem zweiten Sendebereich 64 direkt zu dem Empfangsbereich 70 der Empfangseinrichtung 34 gelangen kann .
Der Aufnahmeraum 50 weist beispielsweise eine zylindrische Gestalt auf. Es kann vorgesehen sein, dass er eine Wandung 72 hat, welche sich zu dem ersten Sendebereich 60 hin verjüngt. Die Wandung 72 kann dabei mit Stufen 74 versehen sein, um bestimmte Reflexionswinkel bereitzustellen.
In dem Aufnahmeraum 50 ist eine Strahlungsleiteinrichtung 76 angeordnet. Diese sorgt dafür, dass Sendelicht des zweiten Sendebereichs 64 in den Emp- fangsbereich 70 gelangen kann und beispielsweise direkt in ihn gelangen kann, ohne dass dies von dem Target 22 beeinflusst ist. Ferner sorgt die Strahlungsleiteinrichtung 76 dafür, dass Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung 12 durch die Strahlungsleiteinrichtung 76 hindurch zu der optischen Ab- bildungseinrichtung 54 und insbesondere der Linse 56 gelangen kann und von dort in Richtung des Targets 22 fokussierbar ist. Ferner sorgt die Strahlungsleiteinrichtung dafür, dass Empfangslicht, welches vom Target 22 reflektiert ist und über die optische Abbildungseinrichtung 54 entsprechend fokussiert wird, in Richtung des Empfangsbereichs 70 reflektiert wird . Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Strahlungsleiteinrichtung 76 durch einen Strahlteiler gebildet. Dieser ist insbesondere durch einen halbdurchlässigen Spiegel 78 gebildet, dessen Spiegelseite 80 der Linse 56 zugewandt ist und dem ersten Sendebereich 60 abgewandt ist. Dieser halbdurchlässige Spiegel 78 ist in einem spitzen Winkel und insbesondere 45°-Winkel zu der optischen Achse 58 positioniert. Sendelicht des ersten Sendebereichs 60 kann durch diesen hindurch gelangen. Empfangslicht wird jedoch an der Spiegelseite 80 in Richtung des Empfangsbereichs 70 reflektiert. Sendelicht der zweiten Sende- einrichtung 14 kann ebenfalls durch den halbdurchlässigen Spiegel 78 hindurch gehen und direkt auf den Empfangsbereich 70 treffen.
Der Sensorkopf 48 stellt einen Sendezweig 82 für Licht bereit, welcher mit einem Empfangszweig 84 für Licht teilweise überlappt, nämlich oberhalb der Spiegelseite 80 des halbdurchlässigen Spiegels.
Durch diese Lösung kann die optische Abbildungseinrichtung 54 gemeinsam für den Sendezweig 82 und den Empfangszweig 84 verwendet werden.
Durch den oberhalb des halbdurchlässigen Spiegels 78 überlappenden Sendezweig 82 und Empfangszweig 84 sind Blindzonen minimiert.
Über das Teilungsverhältnis des Strahlungsteilers ist die Rückkopplung ein- stellbar.
Die Anordnung der Elemente im Sensorkopf 48 arbeitet dabei nach dem Auto- kollimationsprinzip. Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs, welcher in Figur 3 schematisch dargestellt ist und mit 86 bezeichnet ist, ist der grundlegende Aufbau gleich wie beim Sensorkopf 48. Für gleiche Elemente werden gleiche Bezugszeichen verwendet. Bei dem Sensorkopf 86 ist ein Empfangsbereich 88 der Empfangseinrichtung an dem unteren Ende des Aufnahmeraums 50 angeordnet (dort, wo beim Sensorkopf 48 der erste Sendebereich 60 angeordnet ist). Ein erster Sendebereich 90 der ersten Sendeeinrichtung 12 ist quer zur optischen Achse dazu angeordnet (dort, wo bei dem Sensorkopf 48 der Empfangsbereich 70 angeordnet ist).
Es ist eine Strahlungsleiteinrichtung 92 vorgesehen, welche als Strahlungsteiler ausgebildet ist. Sendelicht vom zweiten Sendebereich 64 wird an der Strahlungsleiteinrichtung 92 zu dem Empfangsbereich 88 reflektiert. Emp- fangslicht vom Target 22 geht durch die Strahlungsleiteinrichtung 92 hindurch zu dem Empfangsbereich 88. Licht vom ersten Sendebereich 90 geht dabei nicht direkt durch die Strahlungsleiteinrichtung 92, sondern kann erst nach Reflexion an dem Target 22 in den Empfangsbereich 88 gelangen.
Ansonsten funktioniert eine optische Sensorvorrichtung mit dem Sensorkopf 86 wie oben anhand des Sensorkopfs 84 beschrieben.
Bei den Sensorköpfen 48 und 86 sind die jeweiligen Linsen 56 als bi-konvexe Linsen gezeigt. Es sind auch andere Ausführungen möglich. Beim Sensorkopf 94 (Figur 4) ist eine Fresnel-Linse 96 vorgesehen (sowohl im Sendezweig als auch im Empfangszweig). Eine Fresnel-Linse 96 lässt sich üblicherweise mit geringerer Dicke realisieren als eine bi-konvexe Linse und auch das Temperaturverhalten lässt sich verbessern.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 98 (Figur 5) ist die grundsätzliche Anordnung wie bei dem Sensorkopf 48.
Es ist ein Aufnahmeraum 100 vorgesehen, in welchem eine entsprechende Linse 56 angeordnet ist, der Empfangsbereich 70 angeordnet ist und der zweite Sendebereich 64 sowie die Strahlungsleiteinrichtung 76.
Der Aufnahmeraum 100 weist einen sich an diesen unterhalb anschließenden Teilraum 102 auf, in welchem der erste Sendebereich 104 angeordnet ist. Der Teilraum 102 stellt eine Art von Vertiefung in dem Aufnahmeraum 100 dar.
Der Teilraum 102 weist dabei eine sich nach unten hin verjüngende Wandung 106 auf, welche insbesondere abgestuft ist. An einem unteren Ende liegt der erste Sendebereich 104.
Oberhalb des ersten Sendebereichs 104 ist eine Linse 108 angeordnet, welche zur Bündelung von Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung 12 dient. Dadurch lässt sich ein größerer Raumwinkel für Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung 12 erfassen und der Wirkungsgrad des Sendezweigs wird verbessert.
Die Linse 108 ist insbesondere am Übergangsbereich zwischen Aufnahmeraum 100 und seinem Teilraum 102 angeordnet.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 98 wie oben beschrieben.
Ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 110, welcher schematisch in Figur 6(a) gezeigt ist, umfasst einen Aufnahmeraum 112. Der Aufnahmeraum 112 weist dabei einen ersten Teilraum 114 und einen zweiten Teilraum 116 auf. In dem ersten Teilraum 114 ist ein erster Sendebereich 118 der ersten Sendeeinrichtung 12 angeordnet. Ferner ist im ersten Teilraum 114 eine Strahlungsleiteinrichtung 120 angeordnet.
Der erste Teilraum 114 und der zweite Teilraum 116 sind durch eine Wandung 122 mit einer Öffnung 124 getrennt. In dem zweiten Teilraum 116 ist ein Empfangsbereich 126 der Empfangseinrichtung 34 angeordnet. Er liegt dabei koaxial zu einer optischen Achse 128 einer optischen Abbildungseinrichtung 130 entsprechend der optischen Abbildungseinrichtung 54. Die Öffnung 124 ist ebenfalls koaxial zur optischen Achse 128 und fluchtend zu dem Empfangsbereich 126 ausgerichtet. Empfangslicht, welches insbesondere über die optische Abbildungseinrichtung 130 fokussiert wird, kann dadurch durch die Wandung 122 hindurch auf den Empfangsbereich 126 treffen.
In dem zweiten Teilraum 116 ist ein zweiter Sendebereich 132 der zweiten Sendeeinrichtung 14 angeordnet. Der zweite Sendebereich 132 ist dabei beispielsweise neben dem Empfangsbereich 126 angeordnet. Die Wandung 122 weist eine Reflexionseinrichtung 134 auf, welche beispielsweise durch eine entsprechende Spiegelbeschichtung der Wandung 122 gebildet ist. Diese Reflexionseinrichtung 134 liegt dem zweiten Sendebereich 132 gegenüber. Der zweite Sendebereich 132 und die Reflexionseinrichtung 134 sind dabei so angeordnet, dass Kompensationslicht der zweiten Sendeeinrichtung 14, welche an dem zweiten Sendebereich 132 emittiert wird, an der Reflexionseinrichtung 134 in den Empfangsbereich 126 reflektiert wird . Die Wandung 122 mit der Öffnung 124 bildet eine Aperturblende. Grundsätzlich ist ein Kopplungsgrad über die Art dieser Aperturblende und insbesondere über die Öffnung 124 einstellbar. Diese Aperturblende kann grundsätzlich auch mit einer Freiformfläche versehen werden, um eine gerichtete Reflexion auf den Empfangsbereich 126 von Licht des zweiten Sendebereichs 132 zu ermög- liehen.
Bei einer in Figur 6(b) in einem Ausschnitt gezeigten Variante ist eine Reflexionseinrichtung 134 vorgesehen, welche eine Reflexionsfläche 136 wie beispielsweise eine Spiegelfläche hat, die in einem spitzen Winkel zu der op- tischen Achse 128 orientiert ist.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 110 wie oben beschrieben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 138 (Figur 7) ist in einem Aufnahmeraum 140 ein erster Sendebereich 142 für Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung 12 angeordnet. Quer dazu ist ein zweiter Sendebereich 144 für Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung 14 (Kompensationslicht) angeordnet. Weiterhin ist quer zu dem ersten Sendebereich 142 ein Empfangsbereich 146 der Empfangseinrichtung 34 angeordnet. Der zweite Sendebereich 144 und der Empfangsbereich 146 sind insbesondere fluchtend zueinander ausgerichtet.
Es ist eine optische Abbildungseinrichtung entsprechend der optischen Abbil- dungseinrichtung 54 vorgesehen. Als Strahlungsleiteinrichtung ist ein opti- scher Isolator 148 vorgesehen, welcher in einem Bereich 150 für Licht undurchlässig ist. In dem optischen Isolator 148 ist ein für Licht durchlässiger Bereich 152 gebildet, beispielsweise über eine durchgehende Ausnehmung oder einen beschichtungsfreien Bereich. Dieser Bereich 152 ist dabei so ange- ordnet, dass Sendelicht des ersten Sendebereichs 142 in Richtung des Targets 22 emittierbar ist. Er ist ferner so angeordnet, dass Sendelicht des zweiten Sendebereichs 144 (Kompensationslicht) direkt in den Empfangsbereich 146 gelangen kann.
An einer Oberfläche 154, welche der optischen Abbildungseinrichtung 54 zugewandt ist, ist der optische Isolator 148 spiegelnd. Beispielsweise ist er mit einer spiegelnden Beschichtung versehen. Dadurch kann an dem optischen Isolator 148 außerhalb des Bereichs 152 Empfangslicht, welches vom Target 22 kommt, in den Empfangsbereich 146 reflektiert werden.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass die Beschichtung an der Oberfläche 154 die optischen Isolatoreigenschaften bereitstellt. Durch eine Nichtbeschich- tung in dem Bereich 152 erfolgt dann die Lichtdurchlässigkeit, ohne dass eine Ausnehmung oder dergleichen vorgesehen werden muss. Die Kopplungsverhältnisse lassen sich über die Größe des Bereichs 152 einstellen sowie über die Teilungsverhältnisse der Strahlungsleiteinrichtung einstellen.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 138 wie oben beschrieben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 156, welcher in Figur 8(a) schematisch gezeigt ist, ist ein Aufnahmeraum 158 vorgesehen, welcher eine sich verjüngende Wandung 160 in Richtung eines Empfangsbereichs 162 der Empfangseinrichtung 134 aufweist. Die Wandung 160 ist da- bei insbesondere abgestuft.
Der Aufnahmeraum 158 wird nach oben durch eine erste Linse 164 einer entsprechenden optischen Abbildungseinrichtung überdeckt. Ein Sendebereich 166 (erster Sendebereich) der ersten Sendeeinrichtung 12 liegt seitlich unterhalb der ersten Linse 164. Die erste Linse 164 weist dazu einen Freiraum 168 auf. Diesem Freiraum 168 ist eine zweite Linse 170 zugeordnet, welche zur Fokus- sierung von Sendelicht dient. Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung 12 tritt durch die erste Linse 164 hindurch und wird dabei durch die erste Linse 164 nicht beeinflusst. Durch die zweite Linse erfolgt eine Fokussierung auf das Target 22. Die erste Linse 164 ist dabei dann vor allem eine Abbildungslinse für Empfangslicht. Die Kombination aus erster Linse 164 und zweiter Linse 170 dient zur Fokussierung von Sendelicht und Empfangslicht.
Insbesondere ist der erste Sendebereich 166 an einer Leuchtdiode 172 ange- ordnet, welche in einem Seitenraum 173 des Aufnahmeraums 158 angeordnet ist.
In dem Aufnahmeraum 158 ist ferner ein zweiter Sendebereich 174 angeordnet. Beispielsweise ist dieser an einer Leuchtdiode 176 gebildet.
Bevorzugterweise ist der zweite Sendebereich 174 koaxial unterhalb des ersten Sendebereichs 166 angeordnet. Mit dem zweiten Sendebereich 174 wird Kompensationslicht direkt in Richtung des Empfangsbereichs 162 emittiert.
Ein Sendezweig und ein Empfangszweig des Sensorkopfs 156 überlappen sich mindestens teilweise, sodass eine Blindzone verringert ist.
Es lässt sich eine platzsparende Anordnung erreichen.
Der Freiraum 168 und entsprechend die Anordnung des ersten Sendebereichs 166 kann beispielsweise auch mittig bezogen auf die erste Linse 164 erfolgen.
Bei einer Variante des Ausführungsbeispiels gemäß den Figuren 8(a) und 8(b), welche in den Figuren 18(a) und 18(b) dargestellt ist, ist eine erste Linse 164' vorgesehen, an welcher in einem zentralen Bereich 400 ein Halter 402 sitzt. Der Halter hält eine Leuchtdiode 172' eines ersten Sendebereichs 166'. Die Leuchtdiode 172' strahlt in Richtung des Targets 22 ab. Der Halter 402 hält ferner eine zweite Linse 170', welche entsprechend zentral an der ersten Linse 164' angeordnet ist. Sendelicht der Leuchtdiode 172' muss die zweite Linse 170' durchdringen.
Der Halter 402 hält ferner eine Leuchtdiode 176' eines zweiten Sendebereichs 174'. Die Leuchtdiode 176' emittiert Licht in Richtung eines Empfangsbereichs 162. Durch diese Lösung erhält man einen symmetrischen Strahlengang bezüglich Lichtemission und Lichtempfang . Es ist eine parallele Überlappung von Sendezweig und Empfangszweig erreicht.
Ansonsten funktioniert dieses Ausführungsbeispiel wie oben beschrieben.
Bei einem achten Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs, welcher in Figur 9 schematisch dargestellt und dort mit 178 bezeichnet ist, sind ein erster Aufnahmeraum 180 und ein zweiter Aufnahmeraum 182 vorgesehen. Der erste Aufnahmeraum 180 und der zweite Aufnahmeraum 182 sind dabei insbeson- dere über eine Wand 184 getrennt.
In dem ersten Aufnahmeraum 180 ist ein Empfangsbereich 186 der Empfangseinrichtung 34 angeordnet. Ferner ist ein zweiter Sendebereich 188 der zweiten Sendeeinrichtung 14 quer zu einer optischen Achse angeordnet. Weiterhin ist dem ersten Aufnahmeraum 180 eine optische Abbildungseinrichtung 190 für Empfangslicht zugeordnet.
In dem ersten Aufnahmeraum 180 ist eine Strahlungsleiteinrichtung 192 positioniert. Diese ist beispielsweise durch einen halbdurchlässigen Spiegel gebil- det. An dem halbdurchlässigen Spiegel wird Sendelicht des zweiten Sendebereichs 188 in den Empfangsbereich 162 reflektiert. Empfangslicht, welches vom Target 22 kommt und durch die optische Abbildungseinrichtung 190 fo- kussiert wird, tritt durch die Strahlungsleiteinrichtungen 192 hindurch zu dem Empfangsbereich 162.
In dem ersten Aufnahmeraum 182 ist ein erster Sendebereich 194 der ersten Sendeeinrichtung 12 angeordnet. Diesem ist eine optische Abbildungseinrich- tung 196 für Sendelicht des ersten Sendebereichs 194 zugeordnet.
Sendelicht des ersten Sendebereichs 194 wird fokussiert durch die optische Abbildungseinrichtung 196 in Richtung des Targets 22 emittiert und dort re- flektiert. Der Überlapp zwischen einem Sendezweig und einem Empfangszweig ist dabei minimiert. Der Sendezweig liegt gewissermaßen neben dem Empfangszweig.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 178 wie oben beschrieben.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 198 (Figur 10) sind ein erster Aufnahmeraum 200 und ein dem zweiten Aufnahmeraum 182 entsprechender Aufnahmeraum vorgesehen. (Es wird deshalb für den zweiten Aufnahmeraum das gleiche Bezugszeichen wie für den Sensorkopf 178 ver- wendet.) Der zweite Aufnahmeraum 200 hat eine Wandung 202, welche als Aperturblende mit einer Öffnung 204 ausgebildet ist. Unterhalb dieser Öffnung 204 sitzt ein Empfangsbereich 206 der Empfangseinrichtung 34.
Neben dem Empfangsbereich 206 ist ein zweiter Sendebereich 208 der zwei- ten Sendeeinrichtung 14 für Kompensationslicht angeordnet. Dieses Kompensationslicht wird in Richtung der Wandung 202 ausgestrahlt und dort in den Empfangsbereich 206 reflektiert.
Die Funktionsweise der Beleuchtung des Empfangsbereichs 206 durch Kom- pensationslicht und durch Empfangslicht entspricht grundsätzlich derjenigen wie beim Sensorkopf 110. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 210 (Figur 11) sind ein erster Aufnahmeraum 212 und ein zweiter Aufnahmeraum entsprechend dem zweiten Aufnahmeraum 182 vorgesehen, welche nebeneinander angeordnet sind. In dem ersten Aufnahmeraum 212 ist an einem unteren Ende ein Empfangsbereich 214 der Empfangseinrichtung 34 positioniert. Nach oben ist der Aufnahmeraum 212 durch eine Linse 216 einer optischen Abbildungs- einrichtung geschlossen, welche zur Fokussierung von Empfangslicht auf den Empfangsbereich 214 dient. Neben dem ersten Aufnahmeraum 212 ist ein dritter Aufnahmeraum 218 angeordnet, welcher mit dem ersten Aufnahmeraum 212 so verbunden ist, dass ein Lichtdurchtritt erlaubt ist.
Am unteren Ende des dritten Aufnahmeraums 218 ist ein zweiter Sendebereich 220 der zweiten Sensoreinrichtung 14 für Kompensationslicht positioniert. Es kann dabei eine sich verjüngende und insbesondere abgestufte Wandung 222 zu dem zweiten Sendebereich 220 hin vorgesehen sein.
Der dritte Aufnahmebereich 218 ist nach oben hin (an der dem zweiten Sen- debereich 220 abgewandten Seite) durch eine Wandung 224 begrenzt, an welcher eine Reflexionseinrichtung 226 wie ein reflektierender Spiegel angeordnet ist.
Sendelicht des zweiten Sendebereichs 220 wird in dem dritten Aufnahmeraum 218 in Richtung des Spiegels 226 emittiert und dann durch eine Verbindungsöffnung zu dem ersten Aufnahmeraum 212 hin in den Empfangsbereich 214 reflektiert.
Das Material des Spiegels 226 legt den Kopplungsfaktor fest. Anstelle des Spiegels kann grundsätzlich eine Reflexionseinrichtung verwendet werden, welche beispielsweise auch diffus reflektiert.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 210 wie oben beschrieben. Bei einem elften Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs, welches in Figur 12 schematisch gezeigt und dort 228 bezeichnet ist, sind wiederum ein erster Aufnahmeraum 230 und ein zweiter Aufnahmeraum 182 vorgesehen. In dem ersten Aufnahmeraum ist an einem unteren, sich verjüngenden Ende ein Empfangsbereich 232 angeordnet.
Seitlich an einer Wandung 234 ist eine Ausnehmung 236 gebildet, an welcher ein zweiter Sendebereich 238 der zweiten Sendeeinrichtung 14 angeordnet ist. Der zweite Sendebereich 238 strahlt Kompensationslicht direkt in den Empfangsbereich 232.
Dem ersten Aufnahmeraum 230 ist eine optische Abbildungseinrichtung 240 insbesondere in Form einer Linse zugeordnet, welche Empfangslicht zu dem Empfangsbereich 232 fokussiert.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 228 wie oben beschrieben.
Das Einstellen der Bestrahlungsstärke von Kompensationslicht ist beispiels- weise über Blenden möglich.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 242 (Figur 13) umfasst einen ersten Aufnahmeraum 244 und einen zweiten Aufnahmeraum 182. An einem unteren Ende des ersten Aufnahmeraums 244 ist ein Empfangsbereich 246 angeordnet.
In dem ersten Aufnahmeraum 244 ist ein zweiter Sendebereich 248 für Kompensationslicht angeordnet. Dieser ist an einem Lichtwellenleiter 250 gebildet, welcher durch eine Wandung 252, welche den ersten Aufnahmeraum 244 begrenzt, durchgeführt ist. Eine primäre Lichtquelle 254 und insbesondere Leuchtdiode für die zweite Sendeeinrichtung 14 ist außerhalb dieser Wandung 252 angeordnet. Zweites Sendelicht wird dabei von dieser Lichtquelle 254 in den Lichtwellenleiter 250 eingekoppelt und von dort von dem zweiten Sendebereich 248 ausgehend in den Empfangsbereich 246 emittiert.
Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 228 wie oben beschrieben, wobei Sen- dezweig und Empfangszweig getrennt sind.
Das Material des Lichtwellenleiters 250 bzw. eine entsprechende Länge legt einen Kopplungsfaktor der Kopplung einer primären Quelle für Kompensationslicht in den Empfangsbereich 232 fest. Eine Lichtlaufzeit kann beispiels- weise über entsprechende Variation der Länge des Lichtwellenleiters 250 (welcher beispielsweise durch eine Glasfaser gebildet ist) variiert werden. Dadurch können beispielsweise Laufzeitunterschiede bei anderen Messverfahren kompensiert werden. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 256 sind ein erster Aufnahmeraum 258 und ein zweiter Aufnahmeraum 182 vorgesehen. An einem unteren Ende des ersten Aufnahmeraums 258 ist ein Empfangsbereich 260 angeordnet. Zwischen dem ersten Aufnahmeraum 258 und dem zweiten Aufnahmeraum 182 ist ein Raum 262 gebildet. Dieser steht beispielsweise über eine Öffnung 264 in Verbindung mit dem ersten Aufnahmeraum 258.
In dem Raum 262 ist ein zweiter Sendebereich 266 für Kompensationslicht angeordnet.
Der Raum 262 weist eine reflektierende Wandung 268 auf, wobei durch den zweiten Sendebereich 266 in Richtung der Wandung 268 Kompensationslicht emittiert wird, dort reflektiert wird und dabei durch die Öffnung 264 hindurch in den ersten Aufnahmeraum 258 zu dem Empfangsbereich 260 gelangt. Es ist dabei grundsätzlich möglich, dass auch eine Begrenzungswand der Öffnung 264 mindestens teilweise reflektierend ausgebildet ist. Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 256 wie oben beschrieben.
Über Anrauen oder Beschichten von entsprechenden Licht reflektierenden Oberflächen in dem Raum 262 kann der Grad der Rückkopplung beeinflusst werden.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 270 (Figur 15) sind ein erster Aufnahmeraum 272 und ein zweiter Aufnahmeraum 182 vorgesehen.
An einem unteren Ende des ersten Aufnahmeraums 270 ist ein Empfangsbereich 274 angeordnet.
Eine Wandung 276, welche den ersten Aufnahmeraum 272 begrenzt, verjüngt sich bezüglich einer Einhüllenden zu dem Empfangsbereich 274 hin. Die Wandung 276 kann dabei abgestuft sein.
Oberhalb des Empfangsbereichs 274 ist eine Diffusorscheibe 278 mit Apertur 280 (Diffusorblende) angeordnet. Durch die entsprechende Apertur 280 kann Empfangslicht zu dem Empfangsbereich 274 gelangen.
Die Diffusorscheibe 278 weist eine seitliche Ausnehmung 282 auf. In dieser seitlichen Ausnehmung ist eine primäre Lichtquelle 284 und insbesondere Leuchtdiode angeordnet, welche Teil der zweiten Sendeeinrichtung 14 ist und Kompensationslicht bereitstellt. Über die Diffusorscheibe 278, welche entsprechende angeschrägte Flächen 286 um die Apertur 280 aufweisen, gelangt Kompensationslicht zu dem Empfangsbereich 274.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Sensorkopfs 288 (Figur 16) umfasst einen ersten Lichtwellenleiter 290, an welchen eine primäre Lichtquelle 292 der ersten Sendeeinrichtung 12 angeschlossen ist. Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung 12 lässt sich über den ersten Lichtwellenleiter 290 in Richtung des Targets 22 emittieren. Es ist weiterhin ein zweiter Lichtwellenleiter 294 für Empfangslicht vorgesehen. Von dem Target 22 reflektiertes Empfangslicht wird in den zweiten Lichtwellenleiter 294 eingekoppelt und einem Empfangsbereich 296 der Emp- fangseinrichtung 34 zugeführt. An den zweiten Lichtwellenleiter 294 ist eine Einkopplungseinrichtung 298 gekoppelt, über welche Kompensationslicht der zweiten Sendeeinrichtung 14 einkoppelbar ist.
In einem Bereich 300 des zweiten Lichtwellenleiters 294, welcher der Ein- kopplungseinrichtung 300 bezüglich eines Lichtwegs 302 von Empfangslicht nachgeordnet ist, überlagern sich vom Target 22 reflektiertes Empfangslicht und Kompensationslicht und Kompensationslicht mit überladenem Empfangslicht gelangt zu dem Empfangsbereich 296. Ansonsten funktioniert der Sensorkopf 288 wie oben beschrieben.
Die Einkopplungseinrichtung 298 ist insbesondere als Faserkoppier ausgeführt. Der Wert des Kopplungsverhältnisses der Einkopplungseinrichtung 298 legt das Verhältnis der Rückkopplung von Kompensationslicht fest.
Durch die Verwendung von Lichtwellenleitern 290, 294 und insbesondere Glasfasern können beispielsweise schwer zugängliche Stellen (wie in Maschinen) zur Targeterfassung erreicht werden. Durch die erfindungsgemäßen Lösungen können beispielsweise diffuse Lichttaster mit Reichweiten größer 1 m oder Reflexionslichtschranken mit hoher Reichweite bzw. großer Funktionsreserve, Lichtlaufzeitsensoren beispielsweise mit Reichweiten größer 1 m oder Lichttaster mit Hintergrundausblendung für Reichweiten größer 1 m realisiert werden.
Bei einer Variante dieses Ausführungsbeispiels, welches schematisch in Figur 17 gezeigt ist, ist an den Lichtwellenleitern 290 und 294 an ihrem jeweiligen Ende ein gemeinsamer Faserkopf 304 angeordnet. Durch diesen Faserkopf ist ein einheitliches Sende-/Empfangsende gebildet.
Es ist beispielsweise auch möglich, dass der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter durch eine gemeinsame Lichtwellenleitereinheit realisiert sind.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel einer optischen Sensorvorrichtung, welches in Figur 13 gezeigt ist und welche eine Variante des Ausführungs- beispiels gemäß Figur 13 ist, ist ein Lichtleiter 500 vorgesehen, in welchen Licht der ersten Sendeeinrichtung 12 eingekoppelt wird . Der Lichtleiter 500 wiederum ist auf den Empfangsbereich 246 ausgerichtet. Licht der ersten Sendeeinrichtung 12 wird dann über den Lichtleiter 500 direkt in den Empfangsbereich 246 eingekoppelt. Der Empfangsbereich 246 enthält dadurch Licht der ersten Sendeeinrichtung 12 direkt und Licht der zweiten Sendeeinrichtung 14 direkt. Über Licht der ersten Sendeeinrichtung 12, welches der Empfangseinrichtung bereitgestellt wird, lässt sich der Arbeitspunkt der optischen Sensorvorrichtung beeinflussen.
Bezugszeichenliste Optische Sensorvorrichtung
Erste Sendeeinrichtung
Zweite Sendeeinrichtung
Leuchtdiode
Leuchtdiode
Licht
Target
Taktgenerator
Erste Ansteuerungseinrichtung
Zweite Ansteuerungseinrichtung
Phasenschiebeglied
Licht
Empfangseinrichtung
Photodiode
Verstärker
Licht
Demodulator
Dritte Ansteuerungseinrichtung
Ausgangssignal
Sensorkopf (Erstes Ausführungsbeispiel) Aufnahmeraum
Gehäuse
Optische Abbildungseinrichtung
Linse
Optische Achse
Erster Sendebereich
Leuchtdiode
Zweiter Sendebereich
Leuchtdiode
Hauptstrahlungsrichtung Empfangsbereich
Wandung
Stufen
Strahlungsleiteinrichtung
Halbdurchlässiger Spiegel
Spiegelseite
Sendezweig
Empfangszweig
Sensorkopf (Zweites Ausführungsbeispiel) Empfangsbereich
Erster Sendebereich
Strahlungsleiteinrichtung
Sensorkopf (Drittes Ausführungsbeispiel) Fresnel-Linse
Sensorkopf (Viertes Ausführungsbeispiel) Aufnahmeraum
Teilraum
Erster Sendebereich
Wandung
Linse
Sensorkopf (Fünftes Ausführungsbeispiel) Aufnahmeraum
Erster Teilraum
Zweiter Teilraum
Erster Sendebereich
Strahlungsleiteinrichtung
Wandung
Öffnung
Empfangsbereich
Optische Achse
Optische Abbildungseinrichtung
Zweiter Sendebereich
Reflexionseinrichtung 136 Reflexionsfläche
138 Sensorkopf (Sechstes Ausführungsbeispiel)
140 Aufnahmeraum
142 Erster Sendebereich
144 Zweiter Sendebereich
146 Empfangsbereich
148 Optischer Isolator
150 Bereich
152 Bereich
154 Oberfläche
156 Sensorkopf (Siebtes Ausführungsbeispiel)
158 Aufnahmeraum
160 Wandung
162 Empfangsbereich
164, 164' Erste Linse
166, 166' Erster Sendebereich
168 Frei räum
170, 170' Zweite Linse
172, 172' Leuchtdiode
173 Seitenraum
174, 174' Zweiter Sendebereich
176, 176' Leuchtdiode
178 Sensorkopf (Achtes Ausführungsbeispiel)
180 Erster Aufnahmeraum
182 Zweiter Aufnahmeraum
184 Wand
186 Empfangsbereich
188 Zweiter Sendebereich
190 Optische Abbildungseinrichtung
192 Strahlungsleiteinrichtung
194 Erster Sendebereich
196 Optische Abbildungseinrichtung
198 Sensorkopf (Neuntes Ausführungsbeispiel) 200 Erster Aufnahmeraum
202 Wandung
204 Öffnung
206 Empfangsbereich
208 Zweiter Sendebereich
210 Sensorkopf (Zehntes Ausführungsbeispiel)
212 Erster Aufnahmeraum
214 Empfangsbereich
216 Linse
218 Dritter Aufnahmeraum
220 Zweiter Sendebereich
222 Wandung
224 Wandung
226 Reflexionseinrichtung
228 Sensorkopf (Elftes Ausführungsbeispiel)
230 Erster Aufnahmeraum
232 Empfangsbereich
234 Wandung
236 Ausnehmung
238 Zweiter Sendebereich
240 Optische Abbildungseinrichtung
242 Sensorkopf (Zwölftes Ausführungsbeispiel)
244 Erster Aufnahmeraum
246 Empfangsbereich
248 Zweiter Sendebereich
250 Lichtwellenleiter
252 Wandung
254 Lichtquelle
256 Sensorkopf (Dreizehntes Ausführungsbeispiel)
258 Erster Aufnahmeraum
260 Empfangsbereich
262 Raum
264 Öffnung 268 Wandung
270 Sensorkopf (Vierzehntes Ausführungsbeispiel)
272 Erster Aufnahmeraum
274 Empfangsbereich
276 Wandung
278 Diffusorscheibe
280 Apertur
282 Ausnehmung
284 Lichtquelle
286 Schräge Fläche
288 Sensorkopf (Fünfzehntes Ausführungsbeispiel)
290 Erster Lichtwellenleiter
292 Lichtquelle
294 Zweiter Lichtwellenleiter
296 Empfangsbereich
298 Einkopplungseinrichtung
300 Bereich
302 Lichtweg
304 Faserkopf
400 Zentraler Bereich
402 Halter
500 Lichtleiter

Claims

Patentansprüche
Optische Sensorvorrichtung, umfassend eine erste Sendeeinrichtung (12) für Licht, durch welche Licht zu einem Target (22) emittierbar ist, eine zweite Sendeeinrichtung (14) für Licht, und eine Empfangseinrichtung (34) für Licht, durch welche vom Target (22) reflektiertes Licht detek- tierbar ist, wobei die zweite Sendeeinrichtung (14) die Empfangseinrichtung (34) beleuchtet und die zweite Sendeeinrichtung (14) und die Empfangseinrichtung (34) in einer vom Target (22) unabhängigen festen Beziehung zueinander stehen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass ein Sendezweig (82) für Licht und ein Empfangszweig (84) für Licht sich mindestens teilweise überlappen.
Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Aufnahmeraum (50), in welchem ein Empfangsbereich (70) der Empfangseinrichtung (34) angeordnet ist.
Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (50) ein Sendezweig (82) für Licht und ein Empfangszweig (84) für Licht sich mindestens teilweise überlappen.
Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (50) ein Sendebereich (60) der ersten Sendeeinrichtung (12) angeordnet ist.
Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (50) ein Sendebereich (64) der zweiten Sendeeinrichtung (14) angeordnet ist.
6. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Sendezweig (82) für Licht und ein Empfangszweig (84) für Licht außerhalb des Aufnahmeraums (50) mindestens teilweise überlappen .
7. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aufnahmeraum (50) eine optische Abbildungseinrichtung (54) zugeordnet ist.
8. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abbildungseinrichtung (54) eine Linse (56; 96) umfasst, welche wirksam ist für Sendelicht und Empfangslicht.
9. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (56; 96) ein Verschlusselement für den Aufnahmeraum (50) bildet.
10. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Linse (56; 96) sich über die gesamte Querfläche des Aufnahmeraums (50) erstreckt.
11. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (50) eine seinem Innenraum zugewandte abgestufte Wandung (72) aufweist.
12. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (50) eine Wandung (72) oder einen Wandungsbereich aufweist, welcher sich mindestens bezüglich einer Einhüllenden zu einem Sendebereich (60) oder Empfangsbereich (88) hin verjüngt.
13. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der sich verjüngende Bereich eine Achse aufweist, welche mindestens näherungsweise mit einer Achse (58) einer optischen Abbil- dungseinrichtung (54) übereinstimmt.
14. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (112) einen Teilraum mit einer Wandung (122) aufweist, welche einen lichtdurchlässigen Bereich (124) und einen reflektierenden Bereich (134) für Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) aufweist.
15. Optische Sensorvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Abbildungseinrichtung (54) eine erste Linse (164) umfasst, welche den Aufnahmeraum (158) abdeckt und welche einen Freiraum (168) aufweist.
16. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (168) an einem Randbereich der ersten Linse (164) liegt oder an einem zentralen Bereich (400) der ersten Linie (164') liegt.
17. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass dem Freiraum (168) eine zweite Linse (170) zugeordnet ist, welche einem Sendebereich (166) der ersten Sendeeinrichtung (12) zugeordnet ist.
18. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sendebereich (174) der zweiten Sendeeinrichtung (14) mindestens näherungsweise koaxial hinter einem Sendebereich (166) der ersten Sendeeinrichtung (12) angeordnet ist.
19. Optische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Strahlungsleiteinrichtung (76), welche so ausgebildet ist, dass Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) die Empfangseinrichtung (34) unabhängig vom Target (22) trifft, Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung (12) die Empfangseinrichtung (34) nicht ohne Reflexion am Target (22) trifft und am Target (22) reflektiertes Empfangslicht die Empfangseinrichtung (34) trifft.
20. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sendebereich (64) der zweiten Sendeeinrichtung (14) und ein Empfangsbereich (70) der Empfangseinrichtung (34) gegenüber liegen, wobei Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) durch die Strahlungsleiteinrichtung (76) durchgeht, oder ein Sendebereich (64) der zweiten Sendeeinrichtung (14) und der Empfangsbereich (88) der Empfangseinrichtung (34) quer zueinander liegen und Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) an der Strahlungsleiteinrichtung (76) reflektiert wird .
21. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei gegenüberliegendem Sendebereich (64) der zweiten Sendeeinrichtung (14) und Empfangsbereich (70) ein Sendebereich (60) der ersten Sendeeinrichtung (12) quer orientiert ist und Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung (12) durch die Strahlungsleiteinrichtung (76) durchgeht.
22. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass Empfangslicht von der Strahlungsleiteinrichtung (76) in Richtung der Empfangseinrichtung (34) reflektiert wird .
23. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei quer orientiertem Sendebereich (64) der zweiten Sendeeinrichtung (14) und Empfangsbereich (88) der Sendebereich (90) der ersten Sendeeinrichtung (12) dem Sendebereich (64) der zweiten Sendeeinrichtung (14) gegenüber liegt.
24. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass Empfangslicht durch die Strahlungsleiteinrichtung (76) zu dem Empfangsbereich (88) gelangt.
25. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleiteinrichtung (76) in einem Aufnahmeraum (50) angeordnet ist.
26. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleiteinrichtung (76) in einem spitzen Winkel zu einer optischen Achse (58) angeordnet ist.
27. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleiteinrichtung (76) einen Strahlteiler umfasst.
28. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleiteinrichtung (76) einen halbdurchlässigen Spiegel (78) umfasst.
29. Optische Sensorvorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlungsleiteinrichtung (76) einen optischen Isolator (148) aufweist, welcher einen für Licht undurchlässigen Bereich (150) hat, eine reflektierende Oberfläche (154) hat und an welchem ein für Licht durchlässiger Bereich (152) angeordnet ist, welcher den Durchtritt von Sendelicht der ersten Strahlungseinrichtung (12) und von Sendelicht der zweiten Strahlungseinrichtung (14) erlaubt.
30. Optische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Reflexionseinrichtung (134), welche Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) in einen Empfangsbereich (126) der Empfangseinrichtung (14) reflektiert.
31. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (134) so angeordnet und ausgebildet ist, dass Licht in einem Winkelbereich von höchstens 20° bezogen auf ein Lot des Empfangsbereichs (126) in den Empfangsbereich (126) reflektiert wird .
32. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Reflexionseinrichtung (134) an einer Wandung (122) angeordnet ist, welche einen Aufnahmeraum (116) für einen Sendebereich (118) der zweiten Sendeeinrichtung (14) begrenzt.
33. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmeraum (218) für den Sendebereich der zweiten Sendeeinrichtung (14) ein Teilraum eines Aufnahmeraums ist, in welchem ein Empfangsbereich der Empfangseinrichtung (14) angeordnet ist, oder ein dazu benachbarter Raum ist.
34. Optische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) direkt auf einen Empfangsbereich (232) der Empfangseinrichtung (34) ausgerichtet ist.
35. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Sendebereich an einem Lichtleiter (250) gebildet ist.
36. Optische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Sendeeinrichtung ein Diffusorscheibe (278) aufweist, welche eine Ausnehmung (282) umfasst, in welchen eine Sendequelle (284) der zweiten Sendeeinrichtung (14) angeordnet ist.
37. Optische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten Lichtwellenleiter (290), durch welchen Sendelicht der ersten Sendeeinrichtung (12) zu dem Target (22) emittierbar ist, einen zweiten Lichtwellenleiter (294), durch welchen Empfangslicht vom Target (22) der Empfangseinrichtung (34) zuführbar ist, und eine Einkopplungs- einrichtung (298), durch welche Sendelicht der zweiten Sendeeinrichtung (14) in den zweiten Lichtwellenleiter (294) einkoppelbar ist.
38. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichtwellenleiter (290) und der zweite Lichtwellenleiter (294) einen gemeinsamen Faserkopf (304) aufweisen und/oder der erste Lichtwellenleiter und der zweite Lichtwellenleiter durch eine gemeinsame Lichtwellenleitereinheit realisiert sind.
39. Optische Sensorvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Licht der ersten Sendeeinrichtung (12) direkt der Empfangseinrichtung (34) zugeführt ist.
40. Optische Sensorvorrichtung nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch mindestens einen Lichtleiter (500), über welchen Licht der ersten Sendeeinrichtung (12) der Empfangseinrichtung (34) zugeführt ist.
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