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Dokumentenidentifikation DE69922481T2 15.12.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0001026498
Titel Optische Kopfeinheit eines Photodetektors
Anmelder Keyence Corp., Osaka, JP
Erfinder Fukumura, Koji, Osaka-shi, Osaka 533-8555, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69922481
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 15.07.1999
EP-Aktenzeichen 991136706
EP-Offenlegungsdatum 09.08.2000
EP date of grant 08.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.12.2005
IPC-Hauptklasse G01N 21/88
IPC-Nebenklasse G01N 21/47   

Beschreibung[de]
1. Technisches Gebiet

Diese Erfindung betrifft eine Kopfeinheit eines Photodetektors.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Es war bereits ein Photodetektor zum Bestrahlen eines Zielflächenbereichs mit Erfassungslicht bekannt, das im Wesentlichen wie ein Riemen geformt ist, und zum Empfangen von reflektiertem Licht von diesem Zielflächenbereich, um ein Werkstück oder dergleichen zu erfassen. 10(a) zeigt ein Beispiel der Struktur einer Kopfeinheit dieses Photodetektors.

In 10(a) weist eine Kopfeinheit 100 ein abwechselndes Muster aus lichtaussendenden optischen Fasern 102 und lichtempfangenden optischen Fasern 103 auf, die in einem Gehäuse 101 mit einer freiliegenden Endfläche angeordnet und daran fixiert sind.

Gemäß dem Stand der Technik sind jedoch eine große Anzahl optischer Fasern 102, 103 in dem Gehäuse 101 angeordnet, und daher ist die Kopfeinheit 100 recht groß.

Da eine große Anzahl von optischen Fasern in einer Reihe angeordnet und an dem Gehäuse 101 befestigt sind, ist auch die Herstellbarkeit der Kopfeinheit 100 problematisch.

US 4,510,383, US 3,345,835 und EP-A-O 550 271 offenbaren jeweils eine Kopfeinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Kopfeinheit eines Photodetektors zum Bestrahlen eines Zielflächenbereichs mit im Wesentlichen wie ein Riemen gestaltetem Erfassungslicht und zum Empfangen von reflektiertem Licht von diesem Zielflächenbereich zu minimieren. Gleichzeitig sollte die Erfassungsgenauigkeit der Kopfeinheit des Photodetektors verbessert werden.

Um dieses Ziel zu erreichen, wird gemäß der Erfindung eine Kopfeinheit eines Photodetektors zum Bestrahlen eines Zielflächenbereichs mit Erfassungslicht mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen.

Das von dem Lichtsendeabschnitt emittierte punktförmige Licht wird durch die Funktion des optischen Systems in ein im Wesentlichen wie ein Riemen gestaltetes Erfassungslicht geformt, und das Erfassungslicht wird auf dem Zielflächenbereich aufgebracht. Das Erfassungslicht wird von einem erfassenden Objekt oder den Hintergrund in dem Zielflächenbereich reflektiert und das reflektierte Licht in dem Lichtempfangsabschnitt durch das optische System hindurch aufgenommen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der besagte Lichtsendeabschnitt zum Emittieren des Erfassungslichts von einer ersten Schnittstelle der Linse für die Erzeugung von riemenförmigem Licht durch eine zweite Schnittstelle der Linse zur Erzeugung des riemenförmigen Lichts hin zum Zielflächenbereich angeordnet; und der Lichtempfangsabschnitt ist zum Aufnehmen des reflektierten Lichts angeordnet, das auf den Lichtempfangsabschnitt durch die erste Schnittstelle der Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts von der zweiten Schnittstelle fällt.

Das von dem Lichtsendeabschnitt emittierte punktförmige Licht tritt durch die Linse zur Erzeugung des riemenförmigen Lichts hindurch und wird in im Wesentlichen wie ein Riemen geformtes Erfassungslicht gebildet, und das Erfassungslicht wird auf dem Zielflächenbereich aufgebracht. Das Erfassungslicht wird durch ein zu erfassendes Objekt oder durch den Hintergrund in dem Zielflächenbereich reflektiert, und das reflektierte Licht tritt durch die Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts hindurch und wird von dem Lichtempfangsabschnitt empfangen.

In der Erfindung wird eine Linse als "optisches Element zum Sammeln von Licht" verwendet. Es kann aber auch mehr als eine Linse verwendet werden.

Im Allgemeinen kann eine stabförmige Linse, wie beispielsweise eine zylindrische oder eine längliche plattenartige Linse, verwendet werden.

Der Ausdruck "Sammeln von Licht" bezieht sich darauf, dass Licht, das sich mit einem vorbestimmten Divergenzwinkel ausbreitet, parallel gemacht wird oder dass zusätzlich zu einem konvergierenden Licht ein Divergenzwinkel klein gemacht wird. Daher tritt das von einer punktförmigen Lichtquelle emittierte Licht durch die Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts hindurch und wird zu einem Stift aus Strahlen, der im Wesentlichen wie ein länglicher Riemen geformt ist.

Zusätzlich zu den Endflächen von Lichtleitern können auch Elemente wie LEDs, LDs und PDs als "Lichtsendeabschnitt" und der "Lichtempfangsabschnitt" verwendet werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

In den begleitenden Zeichnungen ist:

1 eine perspektivische Explosionsansicht, um eine Ausführungsform einer Kopfeinheit der Erfindung zu zeigen;

2 eine perspektivische Explosionsansicht, um ein optisches System zu zeigen;

3(a) eine Schnittansicht, um das optische System zu zeigen;

3(b) ein charakteristisches Diagramm, um eine Veränderung in der Lichtempfangsmenge zu zeigen;

3(c) eine Schnittansicht einer Linse;

3(d) eine Frontansicht einer Befestigungseinrichtung; und

3(e) eine vergrößerte Frontansicht eines Lichtempfangsabschnitts.

Die 4(a) bis 4(c) sind perspektivische Ansichten, um die Art und Weise zur Verwendung eines Photodetektors zu zeigen, und 4(d) ist eine Frontansicht, um dasselbe zu zeigen.

Die 5(a) bis 5(d) perspektivische Ansichten, um andere Beispiele von Linsen zur Erzeugung eines riemenförmigen Lichts zu zeigen.

Die 6(a) und 6(b) sind schematische Ansichten von modifizierten Beispielen (nicht Teil der Erfindung).

Die 7(a) bis 7(c) sind perspektivische Ansichten, um andere Beispiele von optischen Systemen zu zeigen.

8 ist eine perspektivische Explosionsansicht, die ein optisches System gemäß einer Ausführungsform zeigt, die nicht Teil der Erfindung ist;

9(a) ist eine Draufsicht, um ein anderes Beispiel eines optischen Elements zu zeigen, und 9(b) eine perspektivische Ansicht, um ein noch anderes Beispiel eines solchen optischen Elements zu zeigen, das nicht Teil der Erfindung ist;

10(a) ist eine perspektivische Ansicht, um eine herkömmliche Kopfeinheit zu zeigen, und 10(b) eine Ansicht, um Lichtsende-Flächenbereiche mittels der herkömmlichen Kopfeinheit zu zeigen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen werden nun bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

In 1 weist eine Kopfeinheit eines Photodetektors einer Ausführungsform der Erfindung ein geteiltes Gehäuse aus zwei Teilen 11 und 12 auf, eine Befestigungseinrichtung 3, eine Lichtabschirmröhre 4, eine zylindrische Linse 5 sowie in 2 dargestellte optische Fasern 6 und 7. Beide Gehäuseteile 11 und 12 in 1 sind zu einem Kopfgehäuse 1 zusammengefügt, in welchem die Befestigungseinrichtung 3, die Lichtabschirmröhre 4 (ein Beispiel für ein Gestaltungselement), die zylindrische Linse 5 (ein Beispiel für ein optisches Element) sowie die Spitzen der in 2 dargestellten optischen Fasern 6 und 7 untergebracht sind.

Die Lichtabschirmröhre 4 und die zylindrische Linse 5 bilden ein optisches System 2 der Erfindung.

Die Befestigungseinrichtung 3 ist mit drei Faserfixieröffnungen 30 und 31 versehen. Die Spitze der lichtaussendenden optischen Faser (des Lichtsendeabschnitts) 6 ist in die mittlere Faserfixieröffnung 30 eingesetzt und dort befestigt. Die Spitzen der lichtempfangenden optischen Fasern (des Lichtempfangsabschnitts) 7 sind in die beiden Faserfixieröffnungen 31 auf beiden Seiten der mittleren Öffnung eingesetzt und dort befestigt. Die Spitzenflächen der optischen Fasern 6 und 7 bilden eine Emissionsfläche 6a des Lichtemissionsabschnitts bzw. Einfallsflächen 7a des Lichtempfangsabschnitts. Der Grundendteil der lichtaussendenden optischen Faser 6 weist zu einer Lichtquelle hin, und andererseits ist der Grundendteil der lichtempfangenden optischen Fasern 7 mit einem photoelektrischen Wandlerelement versehen, das einen bekannten photoelektrischen Schalter bildet, obwohl dieser nicht dargestellt ist.

Wie in 3(a) dargestellt, sind die Fixiereinrichtung 3, die Lichtabschirmröhre 4 und die zylindrische Linse 5 in dem Gehäuse 1 (1) in einem Zustand platziert, in welchem sie nahe aneinander liegen oder sich berühren. Die zylindrische Linse 5 weist eine erste Schnittstelle 51 und eine zweite Schnittstelle 52 auf, die einander gegenüberliegen. Die Lichtabschirmröhre 4 ist wie eine quadratische Röhre gestaltet, und die Emissionsfläche 6a der lichtaussendenden optischen Faser 6 weist zu einem hohlen Bereich 40 der Lichtabschirmröhre 4 hin. Von der Emissionsfläche 6a emittiertes Erfassungslicht L1 tritt durch den hohlen Bereich 40 der Lichtabschirmröhre 4 hindurch und wird von der ersten Schnittstelle 51 der zylindrischen Linse 5 durch die zweite Schnittstelle 52 hin zu einem Zielflächenbereich A emittiert, wie durch die Strichpunktlinien angezeigt. Andererseits wird von einem erfassten Objekt oder dem Hintergrund in dem Zielflächenbereich A reflektiertes Licht L2 auf die Einfallsflächen 7a der lichtempfangenden optischen Fasern 7 durch die erste Schnittstelle 51 der zylindrischen Linse 5 von der zweiten Schnittstelle 52 aus einfallen und wird dort empfangen, wie durch die Zweipunkt-Strichlinien angezeigt.

Ein Teil des Stifts aus Strahlen des Erfassungslichts L1 tritt durch die Lichtabschirmröhre 4 in 2 hindurch, wodurch der Strahlenstift im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch wird, und das Erfassungslicht L1 wird durch die Einweg-Lichtsammelfunktion der zylindrischen Linse 5, gezeigt in den 3(a) und 3(c), zu dem länglichen Erfassungslicht L1 geformt, das im Wesentlichen wie ein Riemen geformt ist, und auf den Zielflächenbereich A aufgebracht. Das Erfassungslicht L1 wird von dem erfassten Objekt oder dem Hintergrund in dem Zielflächenbereich A reflektiert, und das reflektierte Licht L2 wird durch die Einweg-Lichtsammelfunktion der zylindrischen Linse 5 gesammelt, fällt auf die Einfallsflächen 7a ein und wird empfangen.

Die Lichtabschirmröhre 4 in 2 ist mit einer lichtvermindernden Wand (einem Lichtverminderungsabschnitt) 41 zum Vermindern der Quantität des Lichts in der Mitte in einer Längsrichtung X des Erfassungslichts L1 versehen, das im Wesentlichen wie ein Riemen geformt ist (Längsrichtung in dem Querschnitt des Stifts aus Strahlen).

Wenn die lichtvermindernde Wand 41 nicht vorgesehen ist, hat das von der Emissionsfläche 6a emittierte Erfassungslicht L1 eine starke Lichtquantität in einem Mittelpunkt C (3(b)) des Querschnitts rechtwinklig zur optischen Achse des Erfassungslichts L1 und andererseits eine verminderte Lichtquantität in Richtung der Endbereiche. Bei einer solchen Verteilung der Lichtquantität verändert sich die Lichtquantität stark von einem Bereich des Zielflächenbereichs A zu einem anderen, und so treten auch Schwankungen in der Erfassungsfähigkeit auf.

In der Ausführungsform ist dagegen die lichtvermindernde Wand 41 zum Vermindern der Lichtquantität in der Mitte vorgesehen, so dass die Lichtquantität gleichmäßig gemacht werden kann und so die Schwankungen in der Erfassungsfähigkeit unterdrückt werden können.

Die Lichtabschirmröhre 4 in 2 hat ein Paar Lichtabschirmabschnitte 43. Frontendflächen 42 der Lichtabschirmabschnitte 43 sind in die an der ersten Schnittstelle 51 der zylindrischen Linse 5 angepasste Gestalt gekrümmt und befinden sich nahe an der ersten Schnittstelle 51. Die Lichtabschirmabschnitte 43 in 3(a) verhindern, dass Licht, das von der Emissionsfläche 6a hin zur ersten Schnittstelle 51 der zylindrischen Linse 5 emittiert wurde und spiegelnd daran reflektiert wurde, auf die Einfallsflächen 7a einfällt, wodurch vermindert werden kann, dass Streulicht auf die Einfallsflächen 7a einfällt, so dass die Erfassungsgenauigkeit verbessert ist.

Die Emissionsfläche 6a und die Einfallsflächen 7a befinden sich in Positionen beabstandet von der ersten Schnittstelle 51 der zylindrischen Linse 5. Der Abstand von der Emissionsfläche 6a bis zur ersten Schnittstelle 51 und der von jeder Einfallsfläche 7a bis zur ersten Schnittstelle 51 sind auf im Wesentlichen den gleichen Abstand D festgelegt. Die Emissionsfläche 6a befindet sich in der Mitte zwischen den Einfallsflächen 7a. Daher sind in der Ausführungsform die Emissionsfläche 6a, die Einfallsflächen 7a, die Lichtabschirmröhre 4 und die zylindrische Linse 5 im Wesentlichen symmetrisch mit einem Querschnitt 53 der zylindrischen Linse 5 als Mittelpunkt angeordnet.

Wie in 2 dargestellt, besteht die Licht aussendende optische Faser 6 aus einer optischen Faser, während die lichtempfangenden optischen Fasern 7 aus mehreren optischen Fasern oder einer großen Anzahl von optischen Fasern bestehen. Wie in den 3(d) und 3(e) dargestellt, hat jede Einfallsfläche 7a der lichtempfangenden optischen Fasern 7 eine große Anzahl von optischen Fasern, die auf der Außenseite beabstandet von der lichtaussendenden optischen Faser 6 platziert sind, wodurch die Menge des Lichts, das von der Mitte C des Zielflächenbereichs A her empfangen wird, unterdrückt ist, wie in 3(b) dargestellt, um die Lichtempfangsmenge gleichmäßig zu machen. Das heißt, die Lichtquantität in der Mitte C ist mittels der Lichtverminderungswand 41 vermindert, um die Lichtquantität gleichmäßig zu machen, aber eventuell ist die Lichtempfangsmenge nicht ausreichend gleichmäßig. Dann wird in der Ausführungsform die Lichtempfangsmenge noch gleichmäßiger gemacht, indem die Einfallsflächen 7a, wie in den 3(d) und 3(e) gezeigt, so platziert werden, dass die Lichtqualität in dem Endbereich stärker empfangen werden kann als in der Mitte C.

Nun wird ein Beispiel der Verwendung des Detektors beschrieben.

Wie in 4(a) dargestellt, kann der Detektor, wenn die Position jedes Werkstücks W in Richtung einer Breite X des Werkstücks mit Bezug auf eine Bewegungsrichtung Y des Werkstücks W undefiniert ist, das Werkstück W mit einer guten Genauigkeit erfassen, und zwar unabhängig von der Position des Werkstücks W in Richtung seiner Breite X.

In gleicher Art und Weise kann der Detektor Öffnungen W1 in 4(b), eine Kante W2 eines Films in 4(c) und eine Kante W3 eines Etiketts in 4(d) mit guter Genauigkeit erfassen.

Insbesondere wenn Öffnungen W1 und N mit unterschiedlicher Größe existieren, wie in 4(b) dargestellt, können, anders als bei den herkömmlichen Detektoren, die ein punktförmiges Licht für die Erfassung verwenden, nur große Öffnungen W1 erfasst werden, ohne die kleine Öffnung N zu erfassen, oder die Öffnungen W1 und N können auch voneinander unterschieden werden, indem ein Schwellenwert festgelegt wird. Natürlich kann der Detektor der Erfindung auch jedes andere Objekt abgesehen von Öffnungen erfassen.

Die Erfindung kann nicht nur auf die Erfassung der Anwesenheit oder Abwesenheit von Objekten angewandt werden, sondern auch auf die Farbunterscheidung eines zu erfassenden Objekts.

Die Kopfeinheit sammelt das Erfassungslicht L1 und das reflektierte Licht L2 in 3(a) durch eine zylindrische Linse 5 und bildet ein riemenförmiges Erfassungslicht. Daher ist die Kopfeinheit miniaturisiert verglichen mit der herkömmlichen Kopfeinheit, in welcher eine große Anzahl optischer Fasern in einer Reihe angeordnet sind.

Außerdem werden emittiertes Licht und empfangenes Licht durch eine zylindrische Linse 5 hindurch gesammelt, so dass ein Herstellfehler bei dem optischen System kaum auftreten kann, und daher ist auch die Herstellbarkeit der Kopfeinheit verbessert.

Die Ausführungsform verwendet übrigens die stabförmige zylindrische Linse 5 als Linse, aber die Linse kann auch eine plattenförmige Linse 5A, wie in 5(a) dargestellt, sein oder eine in 5(b) dargestellte plattenartige Linse 5B.

Wie in 2 gezeigt, verwendet die Ausführungsform die Linse 5 mit der Lichtsammelfunktion nur in der Y-Richtung, wobei eine X- und eine Y-Richtung rechtwinklig zueinander in dem Querschnitt des Stifts aus Strahlen liegen (die Y-Richtung ist rechtwinklig zur Längsrichtung in dem Querschnitt des Stifts aus Strahlen). In dem zweiten Aspekt der Erfindung kann jedoch ein Stift aus Strahlen, der im Wesentlichen wie ein Riemen geformt ist, gebildet werden, und daher können sich die Lichtsammelfunktionen (der Lichtsammelgrad) relativ zu den beiden Richtungen X und Y unterscheiden.

Beispielsweise kann auch eine stabförmige Linse 5C, gezeigt in 5(c), oder eine stabförmige Linse 5D, gezeigt in 5(d), verwendet werden. Die stabförmige Linse 5C in 5(c) hat Lichtsammelfunktionen relativ zu den beiden Richtungen X und Y, und der Lichtsammelgrad relativ zu der Y-Richtung ist groß verglichen mit dem relativ zu der X-Richtung. Die in 5(d) gezeigte stabförmige Linse 5(d) hat eine Lichtsammelfunktion relativ zu der Y-Richtung und zeigt eine Divergenzfunktion relativ zu der X-Richtung.

Übrigens emittiert der in 10(a) dargestellte herkömmliche Erfassungskopf Erfassungslicht aus einer Vielzahl von lichtaussendenden optischen Fasern 102, so dass benachbarte Lichtsendebereiche A1, A2 und A3 einander überlappen, wie in 10(b) dargestellt, und so besteht die Befürchtung, dass sich die Erfassungsgenauigkeit verschlechtert. Im Gegensatz dazu ist in der Ausführungsform eine einzige Emissionsfläche 6a festgelegt, wie in 2 dargestellt, und so kann die Erfassungsgenauigkeit verbessert werden.

In der Ausführungsform befindet sich die Emissionsfläche 6a in der Mitte der Befestigungseinrichtung 3 in 3(a), und die Einfallsflächen 7a befinden sich auf beiden Seiten der Emissionsfläche 6a. Wenn ein Abstand P1 hin zu einem zu erfassenden Objekt gering ist, überlappen sich daher die von den zwei Lichtempfangsflächen 7a gebildeten Lichtempfangsflächenbereiche nicht, aber wenn ein Abstand P2 bis zu einem zu erfassenden Objekt weit ist, überlappen sich die von den beiden Lichtempfangsflächen 7a gebildeten Lichtempfangsflächenbereiche. Im Allgemeinen nimmt, wenn der Abstand gering ist, die Lichtquantität zu, und wenn der Abstand groß ist, nimmt die Lichtquantität ab. In der Ausführungsform wird daher, wenn ein Abstand gering ist, das Objekt in dem Bereich erfasst, in welchem sich die Lichtempfangsflächenbereiche nicht überlappen, und wenn der Abstand weit ist, überlappen sich die Lichtempfangsflächenbereiche, wodurch eine stärkere Lichtquantität erhalten werden kann. In der Ausführungsform ist daher, selbst wenn der Abstand P1 oder P2 sich ein bisschen verändert, die Veränderung in der Lichtempfangsmenge gering, und das Risiko der fehlerhaften Erfassung ist vermindert.

In der Ausführungsform sind die Einfallsflächen 7a auf beiden Seiten der Emissionsfläche 6a platziert, aber die Erfindung ist nicht auf diese Platzierung des Lichtsendeabschnitts und des Lichtempfangsabschnitts beschränkt. Beispielsweise können die Einfallsflächen 7a die Emissionsfläche 6a auch koaxial umgeben.

In der Ausführungsform sind die Lichtabschirmröhre 4 und die Lichtabschirmabschnitte 43 vorgesehen.

Die Ausführungsform verwendet eine Linse 5. In der Erfindung kann jedoch eine Linsenabdeckung 54 neben der Linse 5 vorgesehen sein, wie in 7(a) dargestellt, oder es können auch zwei oder mehr Linsen 5 und 5E als optische Elemente vorgesehen sein, wie in den 7(b) und 7(c) dargestellt.

8 zeigt eine Ausführungsform, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung ist.

In dieser Ausführungsform bilden ein Gestaltungselement mit einer Lichtabschirmplatte 4A, in der eine wie eine Nut (ein Schlitz) gestaltete Durchgangsöffnung 49 ausgebildet ist, und eine konvexe Linse 5F ein optisches System 2.

In der Ausführungsform tritt ein von einer Emissionsfläche 6a emittierter Stift aus Strahlen durch die Durchgangsöffnung 49 hindurch, wodurch er im Wesentlichen wie ein Quadrat geformt wird, und das so geformte Erfassungslicht L1 wird in X- und Y-Richtung durch die konvexe Linse 5F gesammelt und zu einem Zielflächenbereich emittiert. In dem Zielflächenbereich emittiertes Licht L2 tritt durch die konvexe Linse 5F und die Durchgangsöffnung 49 hindurch und fällt auf Lichtempfangsflächen 7a.

In der Ausführungsform sind die Lichtsammelfunktionen der konvexen Linse 5F mit Bezug auf die X- und die Y- Richtung gleich. In der Ausführungsform kann jedoch auch eine zylindrische Linse statt der konvexen Linse 5F verwendet werden.

In der Ausführungsform der 8 kann die Lichtabschirmplatte 4A vor (Z) der Linse 5F platziert sein.

Die obigen Ausführungsformen verwenden Linsen als optische Elemente mit der Lichtsammelfunktion. In der Erfindung kann jedoch statt der Linse auch ein konkaver Spiegel 5G, der eine zylindrische Fläche hat, ein optisches Element bilden, wie in den 9(a) und 9(b) dargestellt.

Wie oben beschrieben, befindet sich gemäß der Erfindung das optische System zum Gestalten des Lichts von dem Lichtemissionsabschnitt in eine im Wesentlichen wie ein Riemen gestaltete Form und zum Sammeln des Lichts in der Richtung rechtwinklig zur Längsrichtung zum Erzeugen eines Erfassungslichts, das im Wesentlichen wie ein Riemen gestaltet ist, vor dem Lichtemissionsabschnitt und dem Lichtempfangsabschnitt. So kann die Lichtsende- und -Empfangskopfeinheit mit einem Erfassungsflächenbereich, der im Wesentlichen wie ein Riemen gestaltet ist, beispielsweise wie eine Linie oder ein Riemen, miniaturisiert werden.

Da der Erfassungsflächenbereich mittels des optischen Elements länglich gemacht werden kann, ist die Erfassungsgenauigkeit verbessert.

Gemäß der Erfindung kann die Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts vor dem Lichtemissionsabschnitt und dem Lichtempfangsabschnitt platziert sein. So kann der Lichtemissions- und -Empfangskopf mit einem Empfangsflächenbereich, der im Wesentlichen wie ein Riemen oder eine Linie geformt ist, miniaturisiert werden.

Da der Erfassungsflächenbereich mittels der Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts länglich gemacht werden kann, ist die Erfassungsgenauigkeit verbessert.

Wenn Licht durch eine Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts gesammelt wird, tritt außerdem kaum ein Herstellfehler in dem optischen System auf, und daher ist auch die Herstellbarkeit der Kopfeinheit verbessert.

Wenn das optische System im Wesentlichen symmetrisch mit dem Querschnitt der Linse für die Erzeugung des riemenförmigen Lichts als Mittelpunkt platziert wird, ist der Bereich der erfassbaren Abstände verbreitert.

Da der Lichtabschirmabschnitt vorgesehen ist, um zu verhindern, dass Streulicht auf den Lichtempfangsabschnitt einfällt, ist die Erfassungsgenauigkeit weiter verbessert.

Wenn der Lichtverminderungsabschnitt vorgesehen ist zum Vermindern der Lichtquantität in der Mitte in Längsrichtung des Erfassungslichts, das im Wesentlichen wie ein Riemen geformt ist, können die Lichtquantitäten gleichmäßig gemacht werden, so dass die Variationen in der Erfassungsfähigkeit unterdrückt werden können.


Anspruch[de]
  1. Kopfeinheit eines Photodetektors zum Bestrahlen eines Zielflächenbereichs (A) mit Erfassungslicht (L1) mit einem Lichtbündel mit einem im Wesentlichen länglichen Querschnitt sowie zum Empfangen von in dem Zielflächenbereich (A) reflektiertem Licht (L2), welche Kopfeinheit folgendes aufweist:

    zumindest eine Licht erzeugende Linse (5) mit unterschiedlichen Lichtsammelfunktionen relativ zu zwei Richtungen senkrecht zueinander in dem Querschnitt des Lichtbündels zum Erzeugen von Erfassungslicht mit einem im Wesentlichen länglichen Querschnitt,

    einen Lichtsendeabschnitt (6) zum Aussenden von Licht zu dem Zielflächenbereich (A) über die Linse (5), und

    einen Lichtempfangsabschnitt (7) zum Empfangen des in dem Zielflächenbereich (A) reflektierten Lichts (2), das durch die Linse (5) hindurch auf den Lichtempfangsabschnitt (7) fällt,

    gekennzeichnet durch ein Paar Lichtschirmabschnitte (43), die verhindern, dass von dem Lichtsendeabschnitt (6) zu der Lichterzeugungslinse (5) gesandtes und daran spiegelnd reflektiertes Licht auf den Lichtempfangsabschnitt (7) fällt.
  2. Kopfeinheit nach Anspruch 1, weiter mit einem Gestaltungselement (4), das den Durchtritt eines Teils des Lichtbündels ermöglicht und die Form des Querschnitts des Lichtbündels in eine im Wesentlichen wie ein Quadrat gestaltete Form bringt.
  3. Kopfeinheit nach Anspruch 2, weiter mit einem Lichtverminderungsabschnitt (41) zum Vermindern der Quantität des Lichts in der in Längsrichtung gesehenen Mitte in dem länglichen Querschnitt des Lichtbündels, wobei das Gestaltungselement (4) eine Lichtschirmröhre mit einer quadratischen Gestalt ist, welche Lichtschirmröhre (4) den Lichtverminderungsabschnitt (41) und das Paar von Lichtschirmabschnitten (43) hat.
  4. Kopfeinheit nach Anspruch 1 oder 2, weiter mit einem Lichtverminderungsabschnitt (41) zum Vermindern der Quantität des Lichts in der in Längsrichtung gesehenen Mitte in dem länglichen Querschnitt des Lichtbündels.
  5. Kopfeinheit nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Lichtverminderungsabschnitt (41) und das Paar von Lichtschirmabschnitten (43) miteinander integriert sind.
  6. Kopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Lichtsendeabschnitt (6) so angeordnet ist, dass er das Erfassungslicht (L1) von einer ersten Schnittstelle (41) der Licht erzeugenden Linse (5) durch eine zweite Schnittstelle (52) der Licht erzeugenden Linse (5) zu dem Zielflächenbereich (A) emittiert, und wobei der Lichtempfangsabschnitt (7) so angeordnet ist, dass er reflektiertes Licht (L2) empfängt, das auf den Lichtempfangsabschnitt (7) durch die erste Schnittstelle (41) der Licht erzeugenden Linse (5) von der zweiten Schnittstelle (52) fällt.
  7. Kopfeinheit nach Anspruch 6, wobei vordere Endflächen (42) der Lichtschirmabschnitte (43) zu der an der ersten Schnittstelle (51) der Linse (5) angebrachten Gestalt gekrümmt sind und nahe an der ersten Schnittstelle (51 sind.
  8. Kopfeinheit nach Anspruch 6 oder 7, wobei eine Emissionsfläche (6a) des lichtemittierenden Abschnitts (6) und eine Einfallsfläche (7a) des Lichtempfangsabschnitts (7) an Stellen beabstandet von der ersten Schnittstelle (51) vorgesehen sind, und wobei ein Abstand von der Emissionsfläche (6a) zu der ersten Schnittstelle (51) und ein Abstand von der Einfallsfläche (7a) zu der ersten Schnittstelle (51) auf im Wesentlichen den gleichen Abstand festgelegt sind.
  9. Kopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Licht erzeugende Linse, der Lichtsendeabschnitt (6) und der Lichtempfangsabschnitt (7) in einem Gehäuse (1) untergebracht sind.
  10. Kopfeinheit nach Anspruch 9, wobei ein Paar von geteilten Gehäusen (11, 12) zu dem Gehäuse (1) zusammengefügt sind, und beide Enden der Linse (5) jeweils Vorsprünge haben, die einer Innenwand des Paars von geteilten Gehäusen (11, 12) entsprechen.
  11. Kopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Paar von Lichtempfangsabschnitten als der Lichtempfangsabschnitt (7) vorgesehen ist, und wobei der Lichtsendeabschnitt (6) zwischen dem Paar von Lichtempfangsabschnitten (7) vorgesehen ist.
  12. Kopfeinheit nach Anspruch 11, wobei jeder der Lichtempfangsabschnitte eine Vielzahl von Lichtleitern aufweist, und wobei eine größere Anzahl von Lichtleitern auf der Außenseite beabstandet von dem Lichtsendeabschnitt (6) platziert ist.
  13. Kopfeinheit nach Anspruch 11 oder 12, wobei jeder der besagten Lichtempfangsabschnitte acht Lichtleiter hat, wobei drei Lichtleiter auf der Seite des Lichtsendeabschnitts (6) platziert sind und fünf Lichtleiter auf der Außenseite beabstandet von dem Lichtsendeabschnitt (6).
  14. Kopfeinheit nach einem der Ansprüche 12 und 13, wobei die Vielzahl von Lichtleitern des Paars von Lichtempfangsabschnitten in jeweiligen Gruppen an einem Basisendteil des Lichtempfangsabschnitts (7) zusammengebündelt sind.
  15. Kopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Lichtsendeabschnitt (6), der Lichtempfangsabschnitt (7), das Paar von Lichtschirmabschnitten und die besagte zumindest eine Lichterzeugungslinse (5) im Wesentlichen symmetrisch bezüglich einer Ebene (53) platziert sind, die rechtwinklig zu dem Zielbereich (A) und der Lichterzeugungslinse (5) verläuft.
  16. Kopfeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Lichtsendeabschnitt (6) und der Lichtempfangsabschnitt (7) an einer Befestigungseinrichtung (3) befestigt sind.
Es folgen 10 Blatt Zeichnungen






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