DE1297006C2 - Reflex-Lichtschranke - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Reflexlichtschranke mit geometrischer Strahlenteilung, mit einem Lichtsender und einem photoelektrischen Wandler als Lichtcmpfanger, wobei der Lichtsender und der Lichtempfänger in der Nähe je eines Brennpunktes der Abbildungsoptik angeordnet sind.

Es sind! Reflexliehtschranken bekannt (deutsche Patentschrift 952 155, Abb. 1), bei denen durch einen teildurchlässigen Spiegel eine Lichtquelle: virtuell auf einen photoelektrischen Wandler abgebildet wird. Bei der Anwendung einer solchen Lichtschranke auf kurze Entfernungen genügt dann oft ein diffus reflektierender heller Gegenstand, um genügend Licht auf den Wandler zurückzuwerfen. Fur größere Entfernungen werden sogenannte Rückstrahler verwendet, die das auffallende Licht wieder in die Richtung zum Lichtsender reflektieren. Durch den teildurchlassigen Spiegel werden dann etwa 50°. des Lichtstroms aui den photoelektrischen Wandler gelenkt, der bei Anoder Abwesenheit des Reflektors ein Signal abgibt

Es ist auch bekannt (deutsche Patentschrift 952 15d, Abb 4) eine Reflexlichtsehranke der beschriebenen Art mit einem Spiegel aufzubauen, der in der Mitte durchbrochen ist. Das Licht wird dabei durch den mittleren Teil des Spiegels ausgesandt und über dessen Randzonen wieder empfangen und auf den Empfänger geleitet. Hierbei handelt es sich um eine geometrische Strahlenteilung, während man im Fall des teildurchlassigen Spiegels von physikalischer Strahlenteilung spricht. .

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lichtschranke mit geometrischer Strahlenteilung. Es sind verschiedene Arten von Lichtschranken mit geometrische/ Strahlenteilung bekannt. Die bereits erwähnte Art verwendet einen durchbrochenen und unter 45 angeordneten Spiegel. Der Lichtempfänger oder der Lichtsender liegt deshalb senkrecht zur optischen Achse des Gerätes, was einen aufwendigen Aufbau verursacht und die Abmessungen des Gerätes vergrößert.

Es ist auch bereits bekannt (deutsches Gebrauchsmuster 1 830 089), Lichtsender und Lichtempfänger konzentrisch in einer rohrförmigen Fassung anzuordnen. Die Trennung von Lichtsender und Lichtempfänger wird dabei dadurch ermöglicht, daß die Abbildungsoptik in ihrem mittleren Bereich — beispielsweise durch Aufkitten einer Linse — eine kürzere Brennweite als in ihrer Randzone aufweist. Der vom Gegenstand reflektierte und vom mittleren Teil der Linse empfangene Lichtstrom wird dann auf den kurz hinter der Optik angeordneten Empfänger fokussiert.

Diese bekannte Lichtschranke weist aber den Nachteil auf, daß der Lichtempfänger einen Teil des Sendelichtstroms abschattet. Außerdem gestaltet sich die Befestigung und Verdrahtung des Empfängers schwierig, da er direkt im Strahlengang liegt. Auch bei der Auswahl des Empfängers stößt man auf Schwierigkeiten, da nur sehr kleine photoelektrische Wandler benutzt werden können.

Aus dem deutschen Gebrauchsmuster 1 933 530 ist auch eine Reflexlichtsehranke bekannt, bei der der Gehäuseraum durch einen Spiegel in zwei optisch völlig getrennte Teile zerlegt wird, ν obei der Spiegel bis zum Ausgang der Optik reicht und einen Winkel mit der optischen Achse bildet, der vorteilhaft kleiner als 45^: bemessen ist. Auch diese Lichtschranke weist den besprochenen Nacht'il auf, daß der Lichtsender etwa senkrecht zur optischen Achse des Gerätes liegt und daß dadurch ein aufwendiger Aufbau und große Gehäuseabmessungen verursacht werden.

Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Reflexlichtsehranke so auszubilden, daß Lichtsender und Lichttempfänger auf einem gemeinsamen Trägerteil in einer gemeinsamen Ebene im

Verhältnis zur Brennweite nahe nebeneinander angeordnet werden können.

Aus der USA.-Patentschrift 3 161 777 ist zwar ein Lichttaster bekannt, bei dem Sender und Empfänger nebeneinanderliegen. Dabei bandelt es sich jedoch nicht um eine Reflexlichtschranke, und das hier vorliegende Problem der geometrischen Strahlenteilung tritt dabei nicht auf, da nur spiegelnde Objekte, die immer denselben Abstand vom Lichttaster haben, erfaßt werden sollen. i*

Aus der deutschen Auslegeschrift 1 208 097 ist eine lichtelektrische Steuervorrichtung, insbesondere ein Druckmarkensteuergerät, bekannt, bei dem eine Strahlenteilereinrichtung den auf den Kontrastträger geleiteten Lichtstrom auf zwei getrennte Flächen »5 gleicher Ausleuchtung aufteilt. Auf diese Weise erhält eine Photozelle einen mittleren Lichtslrom, der dem Mittelwert des Reflexionsvermögens von Druckmarke und Untergrund entspricht. Dies dient dazu, eine Anpassung an die verschiedenen auftretenden Kontraste ^ao zu ermöglichen. Als Reflexionslichtschranke ist eine solche Voi richtung nicht verwendbar.

Außerdem ist aus der USA.-Patentschrift 2429 331 eine Vorrichtung zur Überprüfung von Papierbahnen auf Fehler bekannt, bei der zwei Keile so angeordnet »5 sind, daß sie von der Lichtquelle zwei Abbildungen auf der Papierbahn herstellen, so daß zwei unmittelbar über der Papierbahn angeordnete Photozellen getrennte Stellen beobachten. Dadurch sollen zwei aufeinanderliegende Signale erzeugt werden, die in einer Gegentaktschaltung verarbeitet werden, um die Fehlerempfindlichkeit zu erhöhen.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Rellexlichtschranke so auszubilden, daß Lichtsender und Lichtempfänger auf einem gemeinsamen Trägerteil und einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet werden können.

Die Erfindung geht aus von einer Reflexlichtschranke mit geometrischer Strahlenteilung, mit einem Lichtsender und einem photoelektrischen Wandler als Lichtemplänger, wobei der Lichtsender und der Lichtemplänger in der Nähe je eines Brennpunkten der Abbildungsoptik angeordnet sind und kennzeichnet sich dadurch, daß der aus einer Lumineszenzdiode bestehende Lichtsender und der Lichtempfänger in +5 einer zur Achse der Abbildungsoptik senkrechten Ebene liegen und im Verhältnis zur Brennweite der Abbildungsoptik nahe nebeneinander angeordnet sind und daß die Trennung von Sende- und Empfangslichtstrom durch vor oder hinter dx.r Abbildungsoptik angeordnete keilförmige Elemente verursacht wird.

Lichtsender und Lichtempfänger — im vorliegenden Fall beides Halbleiterbauelemente — können somit gemeinsam auf einer Trägerplatte befestigt werden, die gleichzeitig die Teile des elektronischen Verstärkers trägt. Es ist damit erstmals möglich, die gesamten Sende- und Empfangsteile einer Lichtschranke in den als gedruckte Schaltung aufgebauten Verstärker miteinzubeziehen, so daß keine weiteren Verdrahtungen oder irgendwelche optischen Justierarbeiten erforderlich sind. Nur der Abstand zwischen Lichtsender und Lichtempfänger ist dabei einzuhalten, was durch entsprechende Ausgestaltung der Trägerplatte sehr einfach ist. Dabei erlaubt die Erfindung außerdem den Aufbau einer Lichtschranke, die auch gegen Erschütterungen und dadurch verursachte Dejustierungen außerordentlich unempfindlich ist.

Die Ausgestaltung und Anordnung der keilförmigen Elemente kann auf verschiedene Weise erfolgen:

Eine bevorzugte Ausfübrungsform besteht aus einem ringförmigen Keilelement, das in der Mitte einen kreisförmigen Durchbruch für den Sendelichtstrom aufweist. In diesem Fall wird der Lichtsender auf der optischen Achse angeordnet, und der nutzbare Sendelichtstrom wird vom Keilelement nicht beeinflußt. Der reflektierte und auf das ringförmige Keilelement treffende Empfangslichtstrom wird dagegen abgelenkt und von der Abbildungsoptik auf dem Empfänger fokussiert.

Bei Verwendung von Abbildungslinsen kurzer Brennweite kann es vorteilhafter sein, auch den Sendelichtstrom durch ein zentral angeordnetes kreisförmiges Keilelement abzulenken. Lichtsender und Lichtempfäncer sind dann in gleichem Abstand neben der optischen Achse anzuordnen.

Statt einer kreisförmigen Aufteilung der Pupille kann auch eine andere Art der Aufteilung gewählt werden. Beispielsweise kann es erforderlich sein. zur Erfassung bestimmter Gegenstände ein rechteckig begrenztes Sendelichtbündel zu erzeugen. Dies wird durch ein rechteckiges Keilelement in der Mitte der Abbildunpsoptik erreicht. Dabei ist es wieder möglich, nur den Sendelichtstrom durch das Keilelement /u beeinflussen, den für den Empfang vorgesehenen Teil der Abbildungsoptik aber durch kein Keilelement zu beeinflussen. Der Empfangslichtstrom wird dann durch diesen Teil der Abbildungsoptik auf den auf der optischen Achse befindlichen Empfänger fokussiert.

Die erforderlichen Keilelemente können durch Pressen aus geeignetem Material sehr einfach hergestellt werden, beispielsweise aus Acrylglas. Es ist auch möglich, als Ausgangsmaterial einen Werkstoff zu wählen, der Filtereigenschaften besitzt und nur den NV dlenlängenbereich durchläßt, der vom Sender abgestrahlt und für den der Empfänger empfindlieh ist.

Um Reflexionsverluste zu vermeiden oder um einen noch einfacheren optischen Aufbau zu ermöglichen, kann das Keilelement auch mit der Abbildungsoptik verkittet oder aus einem Stück mit dieser hergestellt werden.

Es ist grundsätzlich vorteilhaft, das Keilelement im parallelen Strahlengang zu verwenden, d. h., daß das Element in Richtung des ausgesandten Lichtes hinter der Linse angeordnet wird. Ist eine Fokussierung des Senders auf eine endliche Entfernung notwendig, beispielsweise um kleine Teilchen zu erfassen, so wird das keilförmige Element am vorteilhaftesten zwischen zwei Linsen angeordnet, zwischen denen paralleler Strahlengang herrscht.

Die Erfindung ist in den F i g. 1 bis 5 dargestellt. Es zeigt

F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des Keilelements,

F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Keilelements,

F i g. 3 eine Lichtschranke mit einem Keilelement nach Fig. 1. und

F i g. 4 und 5 zeigen weitere Möglichkeiten zur Ausbildung des Keilelements.

Das in F i g. 1 dargestellte Keilelement 1 weist eine äußere Ringzone 2 und eine Mittelzone 3 auf. Die Basis der Ringzone 2 ist gegenüber der Basis der Mittelzone 3 um 180° verdreht, beide Keile

lenken also in entgegengesetzte Richtungen ab.

In F i g. 2 ist in der Mittelzone kein Keilelement vorhanden, der Sendelichtstrom verläßt die Lichtschranke dementsprechend ohne Ablenkung.

Die in F i g. 3 dargestellte Lichtschranke weist eine runde Fassung 4 auf, in der konzentrisch eine Trägerplatte 5, die Abbildungsoptik 6 und ein Keilelement 1 angeordnet sind. Der von einer Lumineszenzdiode? abgestrahlte Sendelichtstrom wird von der Linse 6 parallel gerichtet und vom mittleren Teil des Keilelementsl (vgl.Fig. 1). in Richtung der optischen Achse abgelenkt. Er trifft auf einen in beliebigem Abstand α angeordneten Rückstrahler 8. Dieser wirft das Lichtbündel wieder in sich zurück. Durch die unvermeidlichen Süeueigenschaften des Rückstrahlers 8 trifft ein großer Teil des Licht-

stromes auf das ringförmige Keilelement 2 und wird von diesem' abgelenkt. Die Linse 6 fokussiert das auf sie treffende parallele und schräg zur optischen Achse verlaufende Lichtbündel auf den Lichtempfänger 9.

Lichtsender 7, LichtempFänger 9 und die Teile 10 des Verstärkers bzw. die Bauteile zur Stromversorgung des Lichtsenders 7 sind gemeinsam auf der Trägerplatte 5 angeordnet.

Der durch die Erfindung ermöglichte einfache und raumsparende Aufbau einer Reflexlichtschranke ergibt sich ohne weiteres aus der Fig. 3.

Die F i g. 4 und 5 zeigen weitere mögliche Ausführungsformen für das Keilelement, wobei das in F i g. 4 gezeigte Beispiel ein etwa rechteckig begrenztes Sendelichtbündel ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Reflexlichtschranke mit geometrischer Strahlenteilung rait einem Lichtsender und einem photoelektrischen Wandler als Lichtempfänger, wobei S der Lichtsender und der Lichtempfänger in der Nähe je eines Brennpunktes der Abbildungsoptik angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der aus einer Lumineszenzdiode bestehende Lichtsender (7) und der Lichtempfänger (9) in einer zur Achse der Abbildungsoptik (6) senkrechten Ebene liegen und im Verhältnis zur Brennweite der Abbildungsoptik (6) nahe nebeneinander angeordnet sind und daß die Trennung von Sende- und Empfangslichtstrom durch vor oder hinter der Abbildungsoptik (6) angeordnete keilförmige optische Elemente (1) verursacht wird.

2. Reflexlichtschranke nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtsender (7) und der Lichtempfänger (9) gemeinsam auf einer Trägerplatte (S) befestigt sind, die gleichzeitig die Teile (10) des Verstärkers trägt.

3. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) in seiner Mitte einen kreisförmigen Durchbruch für *5 den Sendelichtstrom aufweist (F i g. 2).

4. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) aus einem ringförmigen Keil (2) und einem zentral angeordneten Keil (3) besteht, wobei die Basis der Keile jeweils so liegt, daß die Ablenkung in entgegengesetzte Richtungen erfolgt.

5. Reflexlichtsehranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Ablenkung des Sendclichtbündels ein rechteckiger Keil (F i g. 4) in der Mitte der Abbildungsoptik (6) vorgesehen ist.

6. Reflexlichtsehranke nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) durch Pressen aus Acrylglas hergestellt ist.

7. Reflexlichtsehranke nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) aus einem Material hergestellt wird, das nur für den Wellenlängenbereich durchlässe ist. der vom Lichtsender abgestrahlt wird und für den der Lichtempfänger empfindlich ist.

8. Reflexlichtsehranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) mit der Abbildungsoptik (6) verkittet ist

9. Autokollimationslichtschranke nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) und die Abbildungsoptik (6) aus einem Stück bestehen.

K). Autokollimationslichtschranke nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Keilelement (1) im paraHelen Strahlengang angeordnet ist.