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Die Erfindung betrifft eine Reflexlichtschranke mit geometrischer
Strahlenteilung, einer Lumineszenzdiode als Lichtsender und einem photoelektrischen
Wandler als Lichtempfänger.
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Es sind Reflexlichtschranken bekannt, 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.
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Für größere Entfernungen werden sogenannte Rückstrahler verwendet,
die das auffallende Licht wieder in die Richtung zum Lichtsender reflektieren. Durch
den teildurchlässigen Spiegel werden dann etwa 50 °/o des Lichtstromes auf den photoelektrischen
Wandler gelenkt, der bei An- oder Abwesenheit des Reflektors ein Signal abgibt.
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Es ist auch bekannt, eine Reflexlichtschranke 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 teildurchlässigen Spiegels
von physikalischer Strahlenteilung spricht.
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Reflexlichtschranke mit geometrischer
Strahlenteilung. Es sind verschiedene Arten von Lichtschranken mit geometrischer
Strahlenteilung bekannt. Die bereits erwähnte Art verwendet einen durchbrochenen
und unter 450 angeordneten Spiegel. Der Lichtempfänger oder der Lichtsender liegen
deshalb senkrecht zur optischen Achse des Gerätes, was einen aufwendigen Aufbau
verursacht und die Abmessungen des Gerätes vergrößert.
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Es ist auch bereits bekannt, 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 zusätzlichen positiven 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.
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Diese bekannte Lichtschranke weist aber den Nachteil auf, daß der
Lichtempfänger einen Teil des Sendelichtstromes abschattet. Außerdem gestaltet sich
die Befestigung und Verdrahtung des Empfängers schwierig, da er direkt im Strahlengang
liegt.
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Auch bei der Auswahl des Empfängers stößt man auf Schwierigkeiten,
da nur sehr kleine photoelektrische Wandler benutzt werden können.
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Die Erfindung hat sich deshalb die Aufgabe gestellt, eine Reflexlichtschranke
so auszubilden, daß Lichtsender und Lichtempfänger auf einem gemeinsamen Trägerteil
in einer gemeinsamen Ebene nebeneinander angeordnet werden können.
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Die Erfindung geht aus von einer Reflexlichtschranke mit geometrischer
Strahlenteilung, einer Lumineszenzdiode als Lichtsender und einem photoelektrischen
Wandler als Lichtempfänger und kennzeichnet sich dadurch, daß Lichtsender und Lichtempfänger
in der Nähe des Brennpunktes der Abbildungsoptik in einer Ebene nebeneinander ange-
ordnet
sind und die Trennung von Sende- und Empfangslichtstrom durch vor oder hinter der
Abbildungsoptik angeordnete keilförmige optische Elemente verursacht wird.
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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.
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Die Ausgestaltung und Anordnung der keilförmigen Elemente kann auf
verschiedene Weise erfolgen: Eine bevorzugte Ausführungsform 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.
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Bei Verwendung von Abbildungslinsen kurzer Brennweite kann es vorteilhafter
sein, auch den Sendelichtstrom durch ein zentral angeordnetes kreisförmiges Keilelement
abzulenken. Lichtsender und Lichtempfänger sind dann in gleichem Abstand neben der
optischen Achse anzuordnen.
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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 Abbildungsoptik erreicht.
Dabei ist es wieder möglich, nur den Sendelichtstrom durch das Keilelement zu 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 Wellenlängenbereich
durchläßt, der vom Sender abgestrahlt und für den der Empfänger empfindlich ist.
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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.
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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.
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Die Erfindung ist in den F i g. 1 bis 5 dargestellt.
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Es zeigt F i g. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des Keilelements,
F i g. 2 eine andere Ausführungsform des Keilelements, Fig. 3 eine Lichtschranke
mit einem Keilelement nach Fig. 1, und F i g. 4 und 5 zeigen weitere Möglichkeiten
zur Ausbildung des Keilelements.
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Das in F i g. 1 dargestellte Keilelement 1 weist eine äußere Ringzone
2 und eine Mittelzone 3 auf.
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Die Basis der Ringzone2 ist gegenüber der Basis der Mittelzone 3 um
1800 verdreht, beide Keile lenken also in entgegengesetzte Richtungen ab.
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In Fig. 2 ist in der Mittelzone kein Keilelement vorhanden, der Sendelichtstrom
verläßt die Lichtschranke dementsprechend ohne Ablenkung.
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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 Lumineszenzdiode7 abgestrahlte Sendelichtstrom
wird von der Linse 6 parallel gerichtet und vom mittleren Teil des Keilelements
1 (vgl. F 1 g. 1) in Richtung der optischen Achse abgelenkt. Er trifft auf einen
in beliebigem Abstand angeordneten Rückstrahler8.
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Dieser wirft das Lichtbündel wieder in sich zurück.
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Durch die unvermeidlichen Streueigenschaften des Rückstrahlers 8 trifft
ein großer Teil des Lichtstromes 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.
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Lichtsender 7, Lichtempfänger 9 und die Teile 10 des Verstärkers
bzw. die Bauteile zur Stromversorgung des Lichtsenders7 sind gemeinsam auf der Trägerplatte
5 angeordnet.
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Der durch die Erfindung ermöglichte einfache und raumsparende Aufbau
einer Reflexlichtschranke ergibt sich ohne weiteres aus der F i g. 3.
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Die Fig.4 und 5 zeigen weitere mögliche Ausführungsformen für das
Keilelement, wobei das in F 1 g. 4 gezeigte Beispiel ein etwa rechteckig begrenztes
Sendelichtbündel ergibt.
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Patentansprüche: 1. Reflexlichtschranke mit geometrischer Strahlenteilung,
einer Lumineszenzdiode als Lichtsender und einem photoelektrischen Wandler als Lichtempfänger,
dadurch gekennzeichn e t, daß der Lichtsender (7) und der Lichtempfänger (9) in
der Nähe des Brennpunktes der Abbildungsoptik (6) in einer Ebene nebeneinander angeordnet
sind und die Trennung von Sende-und Empfangslichtstrom durch vor oder hinter der
Abbildungsoptik (6) angeordnete keilförmige optische Elemente (1) verursacht wird.