DE19801632A1

DE19801632A1 - Reflexlichtschranke, insbesondere zur Erkennung transparenter, polarisierender Materialien, sowie ein Verfahren zur Verbesserung der Störsicherheit von Reflexlichtschranken

Info

Publication number: DE19801632A1
Application number: DE19801632A
Authority: DE
Inventors: Hoss Hirsch
Original assignee: Pepperl and Fuchs SE
Current assignee: Pepperl and Fuchs SE
Priority date: 1997-10-24
Filing date: 1998-01-17
Publication date: 1999-05-06
Anticipated expiration: 2018-01-18
Also published as: DE19801632C2

Description

Die Erfindung betrifft eine Reflexlichtschranke, insbesondere zur Erkennung transparenter, polarisierender Materialien, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Verbesserung der Störsicherheit von Reflexlichtschranken gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 19.

Zur Erkennung von Objekten sind Reflexlichtschranken bekannt, die einen Sender und einen Empfänger elektromagnetischer Wellen sowie einen davon beabstandeten Reflektor aufweisen. Im Idealfall erzeugt die Reflexlicht schranke dann und nur dann ein Signal, wenn sich ein Objekt im Erfas sungsbereich zwischen Sender und Reflektor befindet. Das vom Sender emittierte Licht wird unter nahezu senkrechtem Einfall am Reflektor durch Reflexion über einen geringfügig beabstandeten Strahlengang auf den Empfänger abgebildet. Bei Reflexlichtschranken befindet sich der Empfänger meist in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Sender der elektromag netischen Wellen, ist beispielsweise in ein- und dasselbe Bauteil, z. B. einen optischen Sensor, integriert. Da bei Reflexlichtschranken der Erfassungs bereich, d. h. etwa der Bereich zwischen Sender bzw. Empfänger und Reflektor, in der Regel groß ist, beispielsweise einige Meter beträgt, muß als Sender eine Lichtquelle möglichst wenig divergenten Lichts verwendet werden. Besonders geeignet dazu sind Laser, aus Platz- und Kostengründen insbesondere Diodenlaser oder Leuchtdioden, meist in Kombination mit Linsen bzw. Linsensystemen, um das von einer divergenten Lichtquelle emittierte Licht zu kollimieren. Die verwendeten Wellenlängen liegen im sichtbaren oder infraroten Bereich des Spektrums.

Während des Betriebs der Reflexlichtschranke mißt der Empfänger die Intensität des einfallenden Lichts, welches in der Regel das vom Reflektor zurückreflektierte Licht ist. Dabei erzeugt die Reflexlichtschranke ein Schaltsignal, wenn der aktuelle Intensitätswert um mehr als einen vorgegebenen Betrag vom Intensitätswert im Ruhezustand, d. h. ohne Objekt im Erfassungsbereich, abweicht. Durch Einbringen eines Objektes in den Erfassungsbereich wird in der Regel die im Ruhezustand empfangene Intensität reduziert, weshalb Lichtschranken so ausgelegt sind, daß die Ruheintensität um einen vorgegebenen Betrag unterschritten werden muß, um zu einem Ausgangssignal zu führen. Das Erkennen von Objekten, deren Einbringen in den Strahlengang nicht zu einer nennenswerten Reduzierung der vom Empfänger gemessenen Intensität führt, ist jedoch problematisch.

Das Erkennen von Objekten, die nicht oder nur diffus reflektieren und wenig Intensität transmittieren, kann mit derartigen Lichtschranken relativ unproblematisch und störsicher vorgenommen werden. Befindet sich ein derartiges Objekt im Strahlengang, wird in jedem Fall die vom Empfänger gemessene Lichtintensität gegenüber dem Ruhewert reduziert, wobei die Schaltschwelle so gewählt wurde, daß sie in diesem Fall unterschritten wird. Die Erkennung von Objekten mit spiegelnder Oberfläche kann allerdings durch Oberflächenreflexe verfälscht werden. Befindet sich ein derartiges Objekt im Erfassungsbereich, kann im ungünstigsten Fall das vom Sender gesendete Licht durch Reflexion an der Objektoberfläche direkt und ohne den Reflektor zu erreichen auf den Empfänger reflektiert werden. In diesem Fall wird eine Intensität gemessen, welche nicht ausreichend geringer als die Ruheintensität ist oder diese sogar übersteigt, so daß die Lichtschranke trotz Objekt kein Ausgangssignal erzeugt. Damit kann das Einbringen eines Objektes in den Erfassungsbereich nicht zuverlässig erkannt werden, da es nicht notwendigerweise mit einer ausreichenden Reduzierung der gemessenen Intensität einhergeht.

Um derartige Störungen durch Oberflächenreflexe zu vermindern, ist es bekannt, Licht einer definierten Sendepolarisation in den Erfassungsbereich einzukoppeln, sowie sicherzustellen, daß nur Licht einer definierten Empfangspolarisation detektiert wird. Sende- und Empfangspolarisation sind dabei entweder linear und senkrecht zueinander, so daß das an einer spiegelnden Oberfläche polarisationserhaltend reflektierte Licht vom Empfänger nicht detektiert wird oder zirkular, wobei das polarisations erhaltende reflektierte Licht ein zweites Mal in einer Richtung durch die doppelbrechende Schicht des Polarisators um λ/4 verzögert wird und deshalb durch die zum Zirkularpolarisator gehörende linearpolarisierende Schicht dieses Licht nicht transmittieren läßt. Um dennoch eine Ruheintensität messen zu können, werden als Reflektoren vorzugsweise nichtideale, d. h. nicht polarisationserhaltende, Retroreflektoren eingesetzt. Dies sind beispielsweise herkömmliche Retroreflektoren aus Kunststoff. In definiertem Sendepolarisationszustand eingestrahltes Licht wird daher durch diese Reflektoren derart mit gemischter Polarisation reflektiert, daß wenigstens ein Teil des Lichts die Empfangspolarisation aufweist. So können Kontrast änderungen durch das Einbringen von Objekten in den Erfassungsbereich detektiert werden, ohne daß Oberflächenreflexe die Messung verfälschen.

Besondere Probleme ergeben sich, wenn die zu erkennenden Objekte stets oder in Abhängigkeit von der Sendepolarisation nur einen geringen opti schen Kontrast für die Reflexlichtschranke darstellen, also voll transmit tieren. Dies ist beispielsweise bei transparenten Objekten, insbesondere Glas platten oder klarsichtigen Kunststoffolien, der Fall. Bei einigen Materialien kommt noch das Problem der Polarisation hinzu; beispielsweise haben Klarsichtfolien durch ihre Zusammensetzung aus langkettigen organischen Molekülen, welche während des Herstellungsprozesses durch das Ziehen der Folie ausgerichtet wurden, polarisierende Eigenschaften, die von Ort zu Ort auf der Folie deutlich variieren können und nicht vorherbestimmbar sind. Beim Durchlaufen dieser Folien innerhalb der Reflexlichtschranke wird das Licht mit definierter Sendepolarisation daher in einen unbestimmbaren Polarisationszustand bzw. in eine Überlagerung daraus gebracht, wobei vom Empfänger nur diejenige Komponente mit der Empfangspolarisation detektiert wird. Es liegt auf der Hand, daß damit aus der vom Empfänger gemessenen Intensität kaum zuverlässig auf das Vorhandensein eines Objektes im Erfassungsbereich geschlossen werden kann und Licht schranken zur Erkennung derartiger Folien störanfällig sind.

Eine Verbesserung der Störsicherheit bei der Erkennung transparenter, polarisierender Folien kann gegenwärtig mit autokollimierten Systemen erreicht werden. Dabei liegen Sende- und Empfangsstrahl im Erfassungs bereich auf einer Achse, was durch Einkopplung des vom Sender emittierten Lichts bzw. Auskopplung des rückreflektierten Lichts zum Empfänger mit tels eines Strahlteilers bzw. teildurchlässigen Spiegels erreicht wird. Damit tritt das schließlich auf den Detektor fallende Licht sowohl auf dem Weg zum Reflektor als auch auf dem Rückweg zum Empfänger an jeweils derselben Stelle durch die Folie und erfährt eine zweimalige Polarisierung mit jeweils derselben unbekannten Polarisation. Dies bringt gegenüber den nicht auto kollimierten Systemen, bei denen der Sende- und Empfangsstrahl die Folie an unterschiedlichen Stellen mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften durchtritt, verbesserte Ergebnisse, da im letzteren Fall zwei unbekannte Polarisationen auftreten können und die detektierte Intensität beeinflussen. Jedoch arbeiten auch die autokollimierten Systeme nicht fehlerfrei.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtschranke zur Verfügung zu stellen, mit welcher transparente, polarisierende Kunststoffe und Materialien mit ähnlichen optischen Eigenschaften zuverlässiger und störsicherer erkannt werden können.

Die Lösung der Aufgabe besteht erfindungsgemäß bei einer Reflexlicht schranke gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 mit folgenden Merkmalen: Vor dem Ausgang des Senders befindet sich ein Polarisator, der einen definierten Polarisationszustand P_S herstellt, oder der Sender emittiert bereits polarisiertes Licht der Polarisation P_S; vor dem Empfänger befindet sich ein Polarisator, der Licht einer definierten Polarisation P_E zum Empfänger durchläßt, und vor dem Reflektor befindet sich ein Polarisator, der vom reflektierten Licht den Polarisationszustand P_R durchläßt.

Verfahrensmäßig ist die Lösung der Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß das zu erkennende Objekt mit polarisiertem Licht der Polarisation P_S beleuchtet, nach Reflexion am Reflektor vor dem erneuten Einfall auf das Objekt ein Polarisationszustand P_R hergestellt sowie Licht einer definierten Polarisation P_E vom Empfanger detektiert wird.

Unter der Polarisation P_R wird in diesem Zusammenhang derjenige Polarisationszustand verstanden, welchen das Licht nach Reflexion am Reflektor sowie nach Durchlaufen des Polarisators P_R vor dem erneuten Einfall auf das zu detektierende Objekt hat. Die Empfangspolarisation P_E ist diejenige Polarisation vor dem bzw. beim Auftreffen auf den Empfangs polarisator, die vom Empfangspolarisator maximal transmittiert wird. Die Polarisation des Lichts nach Transmission durch den Empfangspolarisator kann davon verschieden sein, insbesondere im Falle eines Zirkular polarisators.

Vorzugsweise sind die Sende- und Empfangspolarisation P_S und P_E lineare Polarisationen, welche senkrecht zueinander gerichtet sind. Sie werden mittels Linearpolarisatoren, die vor dem Ausgang des Senders bzw. Eingang des Empfängers angeordnet sind, hergestellt. Auf den Sendepolarisator kann verzichtet werden, falls der Sender bereits polarisiertes Licht emittiert. Durch diese Maßnahme können Oberflächenreflexe durch Spiegelungen an der Objektoberfläche zuverlässig unterdrückt werden.

Die Störanfälligkeit der Lichtschranke in diesem Fall kann wesentlich verringert werden, wenn vor dem Reflektor ein Linearpolarisator mit einer Durchlaßrichtung, die um etwa 30 bis 60°, vorzugsweise um etwa 45°, gegenüber der linearen Sendepolarisation gedreht ist, aufgestellt wird. Die Zuverlässigkeit beliebiger Reflexlichtschranken mit Sende- und Empfangs polarisatoren zur Unterdrückung von Lichtreflexen des zu detektierenden Objekts kann auf diese Weise durch den zusätzlichen Polarisator unabhängig von der Ausführung und dem Aufbau der Reflexlichtschranke verbessert werden.

Der Polarisationszustand P_R kann jedoch auch eine beliebige elliptische, vorzugsweise zirkulare Polarisation sein. Ein derartiger Polarisator kann durch die Kombination eines doppelbrechenden Elements mit einem Linearpolarisator erreicht werden, wobei der Linearpolarisator zwischen dem doppelbrechenden Element und dem Reflektor angeordnet ist. Zur Herstellung einer zirkularen Polarisation ist das doppelbrechende Element ein an die Wellenlänge der Lichtquelle angepaßtes λ/4-Plättchen. Hat der Zirkularpolarisator die linear polarisierende Schicht auf der dem Reflektor abgewandten Seite, so verhält er sich in der vorliegenden Erfindung vergleichbar wie ein einfacher linearer Polarisator und ist deshalb in diesem Fall durch einen solchen ersetzbar. Die Ausrichtung des zum Aufbau des Zirkularpolarisators verwendeten Linearpolarisators ist bei linearer Sende- und Empfangspolarisation grundsätzlich beliebig.

Als Alternative können Sende- und Empfangspolarisation zirkulare Polarisationen mit gleichem Drehsinn sein. Dies wird mechanisch erreicht durch Anordnung von zirkular polarisierenden Elementen, also Linearpolarisator und λ/4-Plättchen, vor Sender und Empfänger mit gleicher Einbaulage, gleicher Schichtanordnung und gleicher Ausrichtung des Linearpolarisators. Ein derartiger Zirkularpolarisator stellt beim Beleuchten der mit dem Linearpolarisator abschließenden Seite her aus unpolarisiertem Licht zirkular, z. B. rechtsdrehend, polarisiertes Licht her. Beim Beleuchten von der anderen Seite wird mit demselben Drehsinn polarisiertes Licht maximal transmittiert, befindet sich jedoch nach der Transmission in einem linear polarisierten Zustand. Vom Empfänger wird also die Intensität der rechtszirkularen Komponente gemessen, wobei die linkszirkulare Komponente, die Oberflächenreflexen entspricht, unterdrückt wird.

Bei zirkularer Sende- und Empfangspolarisation kann die Reflektorpolarisation P_R linear mit beliebiger Ausrichtung der Polarisationsrichtung oder zirkular sein.

Um mechanisch leicht zu montierende Einheiten zu schaffen, ist der Polari sator vorzugsweise direkt auf dem Reflektor aufgebracht, aufgesetzt, aufge klebt oder sonstwie in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Reflektor befestigt. Dabei kann der Polarisator eine linearpolarisierende Folie sein, welche auf den Reflektor aufgeklebt ist. Derartige Bauelemente lassen sich besonders kostengünstig realisieren. Bei der Montage ist nicht mehr als der übliche Justieraufwand sowie die Ausrichtung bzw. Drehung des Polarisa tors bezüglich der Sende- bzw. Empfangspolarisationsrichtung, P_S bzw. P_E, notwendig.

Als Reflektor dient im Prinzip jedes beliebige reflektierende Element, bei spielsweise einfache Kunststoffretroreflektoren. Weiterhin kann der Reflek tor auch durch Verspiegelung und/oder der geometrischen Veränderung der Oberflächenstruktur der Rückseite des Polarisators gebildet sein. Ebenso können Zirkularpolarisatoren vor Sender und Empfänger zum Einsatz gelangen, wobei die Zirkularpolarisatoren identisch in der Ausrichtung und Schichtanordnung sein müssen und deren linear polarisierende Schicht auf der Sender und Empfänger zugewandten Seite liegt, um Objektreflexe sicher zu unterdrücken.

Zur Herstellung zirkularer Sende- und Empfangspolarisation mit entgegengesetztem Drehsinn kann vorteilhaft ein gemeinsamer Zirkularpolarisator vor Sender und Empfänger verwendet werden. Die linear polarisierende Schicht ist dabei Sender und Empfänger zugewandt, während sich die doppelbrechende λ/4-Schicht auf der dem Reflektor zugewandten Seite befindet.

Erfindungsgemäß kann die Störsicherheit herkömmlicher Reflexlicht schranken in vorteilhafter Weise dadurch verbessert werden, daß vor dem Reflektor ein Polarisator installiert wird. Dabei wird zum Betrieb der Licht schranke in bekannter Weise ein optischer Sensor verwendet, in welchen Sender und Empfänger integriert sind. Der Sender ist beispielsweise ein Laser, eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode im gewünschten Wellenlängen bereich. Als Empfänger/Detektor dient beispielsweise ein Fototransistor oder eine Fotodiode. In den optischen Sensor ist weiterhin eine Auswerte elektronik integriert, welche das Ausgangssignal des Empfängers mit einer vorbestimmten Schaltschwelle vergleicht und dementsprechend ein binäres Ausgangssignal des Sensors erzeugt.

Es sind optische Sensoren bekannt, bei welchen Sender und Empfänger bzw. die entsprechenden Austrittsfenster in unmittelbarer räumlicher Nähe zueinander an einer Frontfläche des Sensors angeordnet sind. Weiterhin sind bei derartigen Sensoren bereits Sende- und Empfangspolarisation senk recht zueinander, z. B. durch entsprechende Anordnung von polarisierenden Folien an den Austrittsfenstern und/oder durch Verwendung einer polarisiertes Licht emittierenden Lichtquelle. Derartige optische Sensoren können vorteilhaft zum Aufbau einer erfindungsgemäßen Reflexlicht schranke unter Beibehaltung der Störsicherheit bei der Detektion von teilweise stark selbstreflektierenden Objekten verwendet werden.

Weiterhin können auch bekannte autokollimierte Systeme mit einer definier ten Sende- bzw. Empfangspolarisation zur Unterdrückung beispielsweise spiegelnder Reflexe der zu detektierenden Objekte vorteilhaft in ihrer Störsicherheit erhöht werden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung, in der zeigen:

Fig. 1 eine Reflexlichtschranke mit jeweils einem Linearpolarisator als Sende- bzw. Empfangspolarisator,

Fig. 2 eine weitere Reflexlichtschranke als autokollimiertes System,

Fig. 3 eine Reflexlichtschranke mit jeweils einem Zirkularpolarisator als Sende- bzw. Empfangspolarisator,

Fig. 4 eine Reflexlichtschranke mit einem gemeinsamen Zirkular polarisator als Sende- und Empfangspolarisator.

In Fig. 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Reflexlichtschranke dargestellt, die aus den Komponenten Sender 1 und Empfanger 2 für elektro magnetische Wellen, Reflektor 3 sowie einem davor angeordneten Polarisator 4 besteht. Sender 1 und Empfänger 2 sind in einen handelsüblichen optischen Sensor 9 integriert, welcher zur Anwendung im sichtbaren und/oder infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums ausgelegt ist. Fig. 1 zeigt eine Reflexlichtschranke, bei welcher sich ein Objekt 14 im Erfassungsbereich 10 zwischen dem optischen Sensor 9 und dem Polarisator 4 mit Reflektor 3 befindet. Das Objekt 14 ist zur Abgrenzung von den Komponenten der Lichtschranke gestrichelt dargestellt.

Sender 1 und Empfänger 2 sind in den optischen Sensor 9 derart eingebaut, daß das vom Sender 1 emittierte Licht das Sensorgehäuse über ein Fenster in der Frontfläche 12 verlassen kann. Es wird im wesentlichen senkrecht zur Frontfläche 12 abgestrahlt und trifft auf den parallel zur Frontfläche 12 beabstandet angeordneten Reflektor 3. Durch Verwendung einer wenig divergenten Lichtquelle als Sender 1, insbesondere eines Lasers, bzw. einer geeigneten in den Sensor 9 integrierten Optik zur Kollimation des von einer divergenten Lichtquelle abgestrahlten Lichts gelingt, wie in Fig. 1 angedeutet, die Herstellung eines nahezu parallelen, nicht divergenten Sendestrahls 7, der durch Reflexion am Reflektor 3 in den Empfangsstrahl 8 überführt wird. Die Reflexlichtschranke ist so justiert, d. h. Strahlrichtung des Sendestrahls 7 und Abstand von Sensor 9 und Reflektor 3 so aneinander angepaßt, daß der Empfangsstrahl 8 auf den Empfänger 2 trifft.

Der Empfänger 2 erzeugt ein Ausgangssignal, welches von der Intensität des einfallenden Lichts, d. h. in der Regel des vom Reflektor 3 zurückreflektierten Lichts, abhängt. Unterschreitet das Ausgangssignal eine vorbestimmte Schaltschwelle, so gibt der Sensor 9 ein Schaltsignal ab, welches im Idealfall die Gegenwart eines Objekts 14 im Erfassungsbereich 10 der Lichtschranke anzeigt. Dazu wird das gemessene Ausgangssignal von einer Auswerte elektronik mit dieser Schaltschwelle verglichen und ein binäres Schaltsignal erzeugt.

Um Störungen des Lichtschrankenbetriebs durch Oberflächenreflexe an spiegelnden Objekten 14 zu vermeiden, die zu einer Nichterkennung des Objekts führen können, befindet sich vor dem Sender 1 ein Sendepolarisator 5, welcher nur Licht in einem Polarisationszustand P_S durchläßt. Somit ist der Sendestrahl mit der Polarisation P_S polarisiert. Vor dem Empfänger 2 befindet sich ein weiterer Polarisator 6, welcher nur die Polarisation P_E durchläßt, so daß aus dem Empfangsstrahl 8 nur diese Polarisations komponente P_E zur detektierten Intensität beiträgt. Eine Möglichkeit zur Unterdrückung von Oberflächenreflexen besteht darin, den Sendepolarisator 5 und den Empfangspolarisator 6 aus einem einzigen gemeinsam genutzten Zirkularpolarisator aufzubauen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zwei getrennte lineare Polarisatoren für Sender und Empfänger zu verwenden. In diesem Fall stehen die Linearpolarisationsrichtungen senkrecht zueinander. In beiden Fällen wird an einem spiegelnden Objekt polarisationserhaltend reflektiertes Licht der Polarisation P_S durch den Empfangspolarisator 6 vollständig unterdrückt.

Der Kern der erfindungsgemäßen Reflexlichtschranke, mit welchem die Reduzierung der Störanfälligkeit bei der Erkennung von polarisierenden Materialien gelingt, liegt in dem zusätzlichen Polarisator 4, der im Bereich des Reflektors 3 angeordnet ist. Dieser Polarisator 4 filtert aus dem vom Reflektor 3 reflektierten Empfangsstrahl 8 die Komponente mit der Pola risation P_R heraus, welche dann erneut auf das zu erkennende mit unbe kannter Polarisation polarisierende Objekt 14 und wegen dessen Transpa renz auf den Empfänger 2 fällt. Der Polarisator 4 ist parallel zum Reflektor 3 sowie zur Frontfläche 12 des Sensors 9 angeordnet, d. h. Sende- und Empfangsstrahl 7 bzw. 8 treffen etwa senkrecht auf den Polarisator 4 auf.

Die Polarisatoren 4, 5 und 6 können Linearpolarisatoren, z. B. polarisierende Folien, die direkt auf die Austrittsfenster von Sender 1 bzw. Empfänger 2 oder auf den Reflektor 3 geklebt sind, oder auch Zirkularpolarisatoren sein. Die Polarisationen P_S, P_E und P_R sind linear, wobei P_S und P_E senkrecht zueinander sind und P_R um etwa 45° demgegenüber gedreht ist. Mit dieser Anordnung gelingt eine zuverlässige Erkennung von transparenten polarisierenden Materialien, wie polarisierenden Folien.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Reflexlichtschranke, die als autokollimiertes System ausgebildet ist. Der Darstellung aus Fig. 1 entsprechend, sind Sender 1' und Empfänger 2' in einen optischen Sensor 9' integriert, wobei der Sendestrahl 7' durch ein Fenster in der Frontfläche 12' des Sensors 9' aus- sowie der Empfangsstrahl 8' durch dasselbe Fenster wieder eintritt. Der Sendestrahl 7' tritt senkrecht zur Frontfläche aus, trifft senkrecht auf den Reflektor 3', wodurch der Empfangsstrahl 8' in den Sendestrahl 7' abgebildet wird und außerhalb des Sensors dieselbe Strahl achse hat. Innerhalb des Sensors werden Sende- und Empfangsstrahl 7' bzw. 8' mittels eines teildurchlässigen Spiegels 13 getrennt, der unter 45° relativ zur Strahlrichtung des Sendestrahls 7' in den Strahlengang eingebracht ist Im Erfassungsbereich 10' der Lichtschranke liegen Sende- und Empfangs strahl daher übereinander und haben eine gemeinsame Strahlachse. Das Licht durchläuft daher das zu erkennende transparente Objekt 14' an etwa der gleichen Stelle und erfährt auf dem Hin- und Rückweg eine Polarisierung etwa gleichen Grades und gleicher Richtung, wodurch auch polarisierende Objekte 14' zuverlässiger erkannt werden können.

Zur Reflexunterdrückung werden auch bei diesem Beispiel Sende- und Empfangsstrahl 7' bzw. 8' durch jeweils einen vor dem Sender 1' bzw. dem Empfänger 2' angeordneten Polarisator 5' bzw. 6' senkrecht zueinander polarisiert. Alternativ kann statt eines gewöhnlichen Strahlteilers 13 ein polarisierender Strahlteilers verwendet werden, welcher jeweils eine Polari sationskomponente transmittiert und die dazu senkrechte reflektiert. Alter nativ dazu können die Polarisatoren 5' und 6' aus einem einzigen gleicher maßen in den Sende- und Empfangsstrahl eingebrachten Zirkularpolarisator bestehen.

Die Verbesserung der Erkennungssicherheit derartiger autokollimierter Systeme wird ebenfalls durch einen vor dem Reflektor 3' angeordneten Polarisator 4' erreicht. Die Ausrichtung des Polarisators 4' relativ zu den Polarisatoren 5' und 6' ist so gewählt, daß er einen Polarisationszustand P_R herstellt, der um etwa 45° gegenüber P_S und P_E gedreht ist. Auch hier können alternativ dazu die Polarisatoren aus einem einzigen gleichermaßen in den Sende- und Empfangsstrahl eingebrachten Zirkularpolarisator bestehen.

Mit einer derartigen Anordnung gelingt einerseits eine Unterdrückung von Oberflächenreflexen, andererseits eine zuverlässige Detektion transparenter Materialien mit unbestimmten optischen Eigenschaften, insbesondere mit unbekanntem, örtlich variierendem Polarisationsverhalten.

Fig. 3 zeigt eine weitere Reflexlichtschranke, bei welcher die Polarisatoren 5'' und 6'' vor Sender 1'' bzw. Empfänger 2'' Zirkularpolarisatoren gleicher Bauart und Ausrichtung sind. Sende- und Empfangspolarisator 5'' und 6'' bestehen jeweils aus einem Linearpolarisator 15 bzw. 15', der Sender 1'' bzw. Empfänger 2'' zugewandt ist, sowie einer dem Reflektor 3'' zugewandten λ/4- Plättchen 16 bzw. 16'. Die Polarisationsrichtung des Linearpolarisators 15 bzw. 15' ist relativ zur langsamen und schnellen Achse der doppelbrechenden λ/4- Schicht 16 bzw. 16' um etwa 45° gedreht, um eine zirkulare Polarisation beim Lichteinfall auf die Seite des Linearpolarisators herzustellen. Die Ausrichtung der beiden Linearpolarisatoren 15 und 15' vor Sender 1'' und Empfänger 2'' stimmt miteinander überein.

Das vom Sender 1'' emittierte Licht gelangt daher als Sendestrahl 7'' mit einer zirkularen Sendepolarisation P_S in den Erfassungsbereich 10'' zwischen Sender 1'' bzw. Empfänger 2'' und Reflektor 3''. Vom Empfangspolarisator 6'' wird Licht aus dem Empfangsstrahl 8'', das eine mit dieser Sendepolarisation P_S übereinstimmende Empfangspolarisation P_E aufweist, maximal transmittiert, befindet sich allerdings nach Durchlaufen des Empfangspolarisators 6'' in einem linear polarisierten Zustand. Durch Reflexion an Oberflächen wird aus rechtszirkular einfallendem Licht linkszirkular auslaufendes Licht und umgekehrt; derartige Reflexe werden damit durch den Empfangspolarisator unterdrückt.

Direkt vor dem Reflektor 3'', der ein Retroreflektor ist, befindet sich erfindungsgemäß ein weiterer Polarisator 4''. Dieser ist ein Linearpolarisator mit beliebiger Ausrichtung oder ebenfalls ein Zirkularpolarisator, bestehend aus einem dem Reflektor zugewandten Linearpolarisator sowie einem λ/4- Plättchen. Im Falle eines Zirkularpolarisators als Reflektorpolarisator 4'' ist dessen Drehsinn vorzugsweise dem Drehsinn des Sende- bzw. Empfangspolarisators 5'' bzw. 6'' entgegengesetzt.

Fig. 4 zeigt eine der Fig. 3 entsprechende Ausgestaltung, bei welcher sich vor Sender 1''' und Empfänger 2''' einen gemeinsamer Zirkularpolarisator 17, bestehend aus einer linearen Schicht 15'' sowie einer λ/4-Schicht 16'', befindet, der als Sende- bzw. Empfangspolarisator dient. Im übrigen entspricht die Lichtschranke aus Fig. 4 der aus Fig. 3.

Bezugszeichenliste

1

,

1

',

1

'',

1

''' Sender

2

,

2

',

2

'',

2

''' Empfänger

3

,

3

',

3

'',

3

''' Reflektor

4

,

4

',

4

'',

4

''' Polarisator vor Reflektor

5

,

5

',

5

'' Sendepolarisator

6

,

6

',

6

'' Empfangspolarisator

7

,

7

',

7

'',

7

''' Sendestrahl

8

,

8

',

8

'',

8

''' Empfangsstrahl

9

,

9

' optischer Sensor

10

,

10

',

10

Erfassungsbereich

12

,

12

' Frontfläche

13

Strahlteiler

14

,

14

' Objekt

15

,

15

',

15

'' linearpolarisierende Schicht/ Linearpolarisator

16

,

16

',

16

'' λ/4-Plättchen

17

Zirkularpolarisator

Claims

1. Reflexlichtschranke, insbesondere zum Erkennen transparenter, polari sierender Materialien, bestehend aus einem Sender (1, 1', 1'', 1''') und Empfänger (2, 2', 2'', 2''') elektromagnetischer Wellen, welche sich in räumlicher Nähe voneinander befinden, und einem davon beabstandeten Reflektor (3, 3', 3'', 3'''), wobei die vom Sender (1, 1', 1'', 1''') emittierten elektromagnetischen Wellen mittels des Reflektors (3, 3', 3'', 3''') auf den Empfänger (2, 2', 2'', 2''') reflektiert werden, der ein von der Intensität des empfangenen Lichts abhängiges Ausgangssignal abgibt, das zur Erkennung von in den Bereich zwischen Sender (1, 1', 1'', 1''') bzw. Empfänger (2, 2', 2'', 2''') und Reflektor (3, 3', 3'', 3'''), den Erfassungsbereich (10, 10', 10'', 10'''), eingebrachten Objekten (14, 14') dient, dadurch gekennzeichnet, daß sich vor dem Ausgang des Senders (1, 1', 1'', 1''') ein Polarisator (5, 5', 5'') befindet, der einen definierten Polarisationszustand P_S herstellt, oder der Sender (1, 1', 1'', 1''') polarisiertes Licht der Polarisation P_S emittiert, daß sich vor dem Empfänger (2, 2', 2'', 2''') ein Polarisator (6, 6', 6'') befindet, der Licht einer definierten Polarisation P_E zum Empfänger durchläßt, und daß sich vor dem Reflektor (3, 3', 3'', 3''') ein Polarisator (4, 4', 4'', 4''') befindet, der vom reflektierten Licht den Polarisationszustand P_R durchläßt.

2. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß P_S und P_E lineare Polarisationen sind, welche senkrecht zueinander gerichtet sind.

3. Reflexlichtschranke nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß P_R eine lineare Polarisation ist, welche um etwa 30 bis 60°, vorzugsweise um etwa 45° gegenüber der Sendepolarisation P_S gedreht ist.

4. Reflexlichtschranke nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß P_R eine elliptische, vorzugsweise zirkulare, Polarisation ist.

5. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß P_S und P_E zirkulare Polarisationen sind, welche den gleichen Drehsinn haben.

6. Reflexlichtschranke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß P_R eine zirkulare Polarisation ist.

7. Reflexlichtschranke nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß P_R eine beliebige lineare Polarisation ist.

8. Reflexlichtschranke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (4, 4', 4'', 4''') direkt auf dem Reflektor (3, 3', 3'', 3''') angeordnet, insbesondere aufgesetzt, aufgeklebt oder in unmittelbarer räumlicher Nähe zum Reflektor (3, 3', 3'', 3''') befestigt ist.

9. Reflexlichtschranke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sender (1, 1', 1'', 1''') und Empfänger (2, 2', 2'', 2''') abgewandte Seite des Polarisators (4, 4', 4'', 4'''), die Rückseite, verspiegelt ist und den Reflektor (3, 3', 3'', 3''') darstellt.

10. Reflexlichtschranke nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Polarisator (4, 4', 4'', 4''') ein Linearpolarisator oder Zirkularpolarisator, insbesondere eine Folie, ist, der auf den Reflektor (3, 3', 3'', 3''') aufgeklebt ist.

11. Reflexlichtschranke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere doppelbrechende Elemente in räumlicher Nähe zum Polarisator (4, 4', 4'', 4''') in den Strahlengang eingebracht sind.

12. Reflexlichtschranke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sender (1, 1', 1'', 1''') und Empfänger (2, 2', 2'', 2''') in einen optischen Sensor (9, 9') integriert sind.

13. Reflexlichtschranke nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß Sende- und rückreflektierter Empfangsstrahl (7, 7', 7'', 7''' bzw. 8, 8', 8'', 8''') im Erfassungsbereich (10, 10', 10'', 10''') auf einer gemeinsamen Strahlachse liegen und es sich somit um ein autokollimiertes System handelt.

14. Reflexlichtschranke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aufbau des autokollimierten Systems ein polarisierender Strahlteiler (13) verwendet ist, welcher vom gesendeten, ggfs. unpolarisierten Licht den Polarisationszustand P_S in den Erfassungsbereich (10, 10') einkoppelt und von dem vom Reflektor (3, 3', 3'', 3''') kommenden Licht den Polarisationszustand P_E in den Empfänger (2, 2', 2'', 2''') überführt, wobei P_S und P_E lineare, senkrecht zueinander gerichtete Polarisationen sind.

15. Reflexlichtschranke nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (3, 3', 3'', 3''') ein Retroreflektor ist.

16. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Oberflächenreflexen der Sendepolarisator (5, 5', 5'') und der Empfangspolarisator (6, 6', 6'') zwei der Einbaulage, der Einbaurichtung und den optischen Eigenschaften nach identische Zirkularpolarisatoren sind.

17. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, 5 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Oberflächenreflexen der Sendepolarisator und der Empfangspolarisator aus einem einzigen gemeinsam genutzten Zirkularpolarisator (17) aufgebaut sind.

18. Reflexlichtschranke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdrückung von Oberflächenreflexen zwei getrennte lineare Polarisatoren (5, 5' bzw. 6, 6') für Sender und Empfänger Verwendung finden, wobei die Linearpolarisationsrichtungen senkrecht zueinander stehen.

19. Verfahren zur Verbesserung der Störsicherheit von Reflexlicht schranken, bestehend aus Sender (1, 1', 1'', 1'''), Reflektor (3, 3', 3'', 3''') und Empfänger (2, 2', 2'', 2'''), insbesondere zur Erkennung transparenter, polarisierender Materialien, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erkennende Objekt (14, 14') mit polarisiertem Licht der Polari sation P_S beleuchtet, nach Reflexion am Reflektor (3, 3', 3'', 3''') vor dem erneuten Einfall auf das Objekt (14, 14') ein Polarisationszustand P_R hergestellt sowie Licht einer definierten Polarisation P_E vom Empfänger (2, 2', 2'', 2''') detektiert wird.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß P_S und P_E lineare Polarisationen sind, welche senkrecht zueinander gerichtet sind und P_R eine lineare Polarisation ist, welche vorzugsweise um etwa 45°, gegebenenfalls in einem Bereich von etwa 30 bis 60°, gegenüber der Sendepolarisation P_S gedreht ist, oder P_R eine zirkulare Polarisation ist.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß P_S und P_E zirkulare Polarisationen mit gleichem Drehsinn sind und P_R eine lineare Polarisation oder eine zirkulare Polarisation ist.