Title:
Optische Sende-/Empfangsvorrichtung
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sende-/Empfangsvorrichtung mit einer eine Sendeeinheit zum Aussenden von Sendelicht, einer Empfangseinheit zum Nachweisen von Licht, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zum Ansteuern der Sendeeinheit und der Empfangseinheit und zum Verarbeiten des von der Empfangseinheit nachgewiesenen Lichts. Die optische Sende-/Empfangsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Sendeeinheit zum alternativen oder gleichzeitigen Aussenden von Sendelicht in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem davon verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet ist, dass die Empfangseinheit zum Empfangen von Licht in dem ersten Wellenlängenbereich und in dem zweiten Wellenlängenbereich und zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist zum Auswählen des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs für das Sendelicht und zum Auswählen des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs für das nachzuweisende Licht. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Datenlichtschranke mit erfindungsgemäßen optische Sende-/Empfangsvorrichtungen. embedded image





Inventors:
Klar, Ulrich (12159, Berlin, DE)
Brandt, Sönke (10825, Berlin, DE)
Voigt, Michael (10585, Berlin, DE)
Steinhäuser, Frank (12489, Berlin, DE)
Application Number:
DE102016122808A
Publication Date:
05/30/2018
Filing Date:
11/25/2016
Assignee:
Pepperl + Fuchs GmbH, 68307 (DE)
International Classes:
G01V8/12; G01S17/02; G01V8/14; G01V8/20; G08C23/04
Domestic Patent References:
DE202015103686U1N/A2016-10-17
DE102014104240A1N/A2015-10-01
DE202010000607U1N/A2010-04-01
DE102008022791A1N/A2009-12-17
DE29709961U1N/A1998-07-02
DE3237035C1N/A1984-01-26
Foreign References:
EP00817021983-06-22
EP03290831989-08-23
EP22783612011-01-26
Attorney, Agent or Firm:
Schiffer, Axel, Dipl.-Phys.Univ. Dr.rer.nat., 80335, München, DE
Claims:
Optische Sende-/Empfangsvorrichtung, insbesondere für Datenlichtschranken,
mit einer Sendeeinheit (10) zum Aussenden von Sendelicht (12),
mit einer Empfangseinheit (20, 30) zum Nachweisen von Licht (16),
mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (40) zum Ansteuern der Sendeeinheit (10) und der Empfangseinheit (20, 30) und zum Verarbeiten des von der Empfangseinheit (20, 30) nachgewiesenen Lichts (16),
dadurch gekennzeichnet,
dass die Sendeeinheit (10) zum alternativen oder gleichzeitigen Aussenden von Sendelicht (12, 13) in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem davon verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet ist,
dass die Empfangseinheit (20, 30) zum Empfangen von Licht (16, 17) in dem ersten Wellenlängenbereich und in dem zweiten Wellenlängenbereich und zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist, dass die Steuer- und Auswerteeinheit (40) eingerichtet ist
zum Auswählen des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs für das Sendelicht (12) und
zum Auswählen des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs für das nachzuweisende Licht (16).

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Wellenlängenbereich und/oder der zweite Wellenlängenbereich im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit mindestens zwei separate Empfänger (20, 30) und ein optisches Trennmittel zum Trennen des Lichts in dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich aufweist.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als optisches Trennmittel ein, insbesondere dichroitischer, Strahlteiler (22), ein beugendes und/oder ein brechendes Element vorhanden ist.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangseinheit (20, 30) einen einzigen Detektor und optische Auswahlmittel aufweist, insbesondere verschiedene Farbfilter (32, 34), beispielsweise Absorptionsfilter, die zum Auswählen eines bestimmten Wellenlängenbereichs alternativ in einen Detektionsstrahlengang einbringbar sind.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein mechanisches Mittel zum Einbringen der verschiedenen Farbfilter (32, 34) in den Detektionsstrahlengang, insbesondere ein Filterrad (31), vorhanden ist.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) eine erste und eine zweite Lichtquelle, insbesondere zwei verschiedene Leuchtdioden und/oder zwei verschiedene Laserdioden, aufweist, wobei die erste Lichtquelle Sendelicht in dem ersten Wellenlängenbereich und die zweite Lichtquelle Sendelicht in dem zweiten Wellenlängenbereich aussendet.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeeinheit (10) eine einzige Lichtquelle aufweist, die in der Lage ist, Sendelicht im ersten und im zweiten Wellenlängenbereich auszusenden.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtquelle eine Doppellaserdiode ist, die, je nach Ansteuerung, Sendelicht mit den Wellenlängen 660 nm und/oder 780 nm aussendet.

Optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung eines augensicheren Leuchtflecks in einem Sendestrahlengang ein Diffusor, ein Lichtleitstab und/oder mindestens eine Lichtleitfaser vorhanden ist.

Reflexlichtschranke mit einem Reflektor und einer optischen Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

Lichttaster mit einer optischen Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

Datenlichtschranke mit mindestens einer optischen Sende-/Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.

Datenlichtschranke nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwei identische optische Sende-/Empfangsvorrichtungen (301, 302) vorhanden sind.

Datenlichtschranke nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet,
dass die Steuer- und Auswerteeinheiten (40) der Sende-/Empfangsvorrichtungen (301, 302) dazu eingerichtet sind, die Sendewellenlängen und die Empfangswellenlängen so aufeinander abzustimmen,
dass die Sendewellenlänge der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung der Empfangswellenlänge der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung entspricht und
dass die Sendewellenlänge der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung der Empfangswellenlänge der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung entspricht,
wobei insbesondere die Sendewellenlänge der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung verschieden ist von der Sendewellenlänge der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung.

Description:

Die vorliegende Erfindung betrifft eine optische Sende-/Empfangsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine gattungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung weist folgende Komponenten auf: eine Sendeeinheit zum Aussenden von Sendelicht, eine Empfangseinheit zum Nachweisen von Licht, mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zum Ansteuern der Sendeeinheit und der Empfangseinheit und zum Verarbeiten des von der Empfangseinheit nachgewiesenen Lichts.

Solche optischen Sende-/Empfangsvorrichtungen sind bekannt und werden beispielsweise in der Freiraum-Datenübertragung verwendet. Eine grundlegende Aufgabenstellung dabei ist, einander gegenüberliegende Sende-/Empfangsvorrichtungen aufeinander auszurichten. Dabei werden im Stand der Technik bisher zusätzlich zu den eigentlichen und zum Senden der Daten verwendeten Lichtquellen separate Laserpointer als Ausrichtlaser in die Geräte verbaut.

Eine weitere grundlegende Aufgabenstellung besteht bei Datenlichtschranken darin, dass eine Störung einer optischen Sende-/Empfangsvorrichtung durch reflektiertes Licht möglichst vermieden werden soll. Das bedeutet, dass sich das zu empfangende Licht in irgendeiner Weise von dem ausgesendeten Licht unterscheiden soll. Typischerweise werden für eine Datenlichtschranke deshalb zwei unterschiedliche optische Sende-/Empfangsvorrichtungen verwendet, von denen eine bei einer ersten Wellenlänge aussendet, bei welcher dann die andere Sende-/Empfangsvorrichtung empfängt und, entsprechend, die andere Sende-/Empfangsvorrichtung bei einer zweiten, von der ersten Wellenlänge verschiedenen Wellenlänge aussendet, bei welcher dann die erste optische Sende-/Empfangsvorrichtung empfängt. Beispielsweise sind im Stand der Technik Varianten von Datenlichtschranken bekannt, bei denen die Wellenlängen von 780 nm und 660 nm verwendet werden. Die Variante, bei denen separate Laserpointer verbaut werden, ist vergleichsweise aufwändig. Der Einsatz von zwei verschiedenen Varianten von optischen Sende-/Empfangsvorrichtungen zum Bereitstellen einer einzigen Datenlichtschranke erfordert die doppelte Anzahl von Geräteversionen und eine damit ein vorhergehende vergleichsweise aufwändige Lagerhaltung.

Als eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann angesehen werden, eine optische Sende-/Empfangsvorrichtung bereitzustellen, die besonders gut handhabbar ist und eine hohe Funktionalität aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die optische Sende-/Empfangsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Eine gattungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung ist erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass die Sendeeinheit zum alternativen oder gleichzeitigen Aussenden von Sendelicht in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem davon verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet ist, dass die Empfangseinheit zum Empfangen von Licht in dem ersten Wellenlängenbereich und in dem zweiten Wellenlängenbereich und zum Unterscheiden des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs eingerichtet ist, dass die Steuer- und Auswerteeinheit eingerichtet ist zum Auswählen des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs für das Sendelicht und zum Auswählen des ersten Wellenlängenbereichs und/oder des zweiten Wellenlängenbereichs für das nachzuweisende Licht.

Bevorzugte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden außerdem im der folgenden Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den beigefügten Figuren, erläutert.

Unter einer Sendeeinheit soll im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine bauliche Untergruppe in der optischen Sende-/Empfangsvorrichtung verstanden werden, welche im wesentlichen zum Aussenden des Sendelichts dient. Das heißt, dass diese Sendeeinheit Lichtquellen und in der Regel geeignete optische Mittel zum Leiten des Lichts in den gewünschten Raumbereich, beispielsweise Linsen und/oder Lichtleiter, aufweist.

Unter einer Empfangseinheit wird im Rahmen dieser Beschreibung eine bauliche Untereinheit verstanden, welche im wesentlichen zum Nachweis oder Detektieren von Licht dient. Hierzu weist eine Empfangseinheit Mittel zum Detektieren und elektronische Mittel mindestens für eine Vorverarbeitung der empfangenen Signale und zum Ansteuern der Detektoren auf. Ebenso müssen geeignete optische Mittel vorhanden sein zum Leiten der nachzuweisenden Strahlung auf die Detektoren. Als Detektoren können grundsätzlich bekannte Komponenten verwendet werden. Besonders bevorzugt kommen Photodioden zum Einsatz.

Als eine Steuer-und Auswerteeinheit wird im Rahmen der vorliegenden Beschreibung eine elektronische Einheit verstanden, welche die für den Betrieb der erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung notwendigen Steuer-, Auswerte- und Peripherieaufgaben erfüllt. Für die Steuer- und Auswerteeinheit können bekannte Komponenten, insbesondere programmierbare Logikbausteine zum Einsatz kommen. Besonders bevorzugt werden Mikrocontroller verwendet.

Für die erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung kann Sendelicht aus denjenigen Wellenlängenbereichen zum Einsatz kommen, die üblicherweise für optische Sensoren verwendet werden, d.h. insbesondere sichtbares Licht und Infrarotlicht. Als ein Wellenlängenbereich wird für die vorliegende Beschreibung ein, insbesondere kleines, Wellenlängenintervall verstanden, welches insbesondere im wesentlichen der Linienbreite von Emissionslinien der verwendeten Lichtquellen entsprechen kann. Ein Wellenlängenbereich weist deshalb zwar eine endliche Größe auf, kann aber dem entsprechen, was im technischen Sprachgebrauch als eine Wellenlänge bezeichnet wird.

Als ein erster wesentlicher Vorteil der Erfindung kann angesehen werden, dass die Funktionalität der optischen Sende-/Empfangsvorrichtung dahingehend gesteigert wird, dass das Gerät in zwei verschiedenen Wellenlängenbereichen Licht aussenden und empfangen kann. Das bedeutet, dass eine Datenlichtschranke mit zwei identischen erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtungen aufgebaut werden kann.

Die erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung kann deshalb besonders vorteilhaft bei Datenlichtschranken zum Einsatz kommen.

Bei einer ersten bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung liegt der erste Wellenlängenbereich und/oder der zweite Wellenlängenbereich im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Das Sendelicht dieses Wellenlängenbereichs kann dann bei beiden optischen Sende-/Empfangsvorrichtungen zur Justage verwendet werden.

Besonders bevorzugt ist außerdem, dass der jeweils andere Wellenlängenbereich im infraroten Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegt. Die Datenlichtschranke kann so besonders unauffällig, beispielsweise zwischen Gebäuden, arbeiten.

Erfindungsgemäß ist die Empfangseinheit dazu eingerichtet, Licht in dem ersten Wellenlängenbereich und in dem zweiten Wellenlängenbereich nachzuweisen, wobei außerdem das Licht des ersten und des zweiten Wellenlängenbereichs von der Empfangseinheit unterschieden werden kann. Hierzu müssen geeignete technische Mittel vorhanden sein.

Bei einer Variante weist die Empfangseinheit mindestens zwei separate Empfänger und ein optisches Trennmittel zum Trennen des Lichts in dem ersten und dem zweiten Wellenlängenbereich auf. Diese Variante hat den Vorteil, dass prinzipiell Licht aus beiden Wellenlängenbereichen zu jedem Zeitpunkt gleichzeitig nachgewiesen werden können und dass eine Auswahl grundsätzlich auf rein elektronischem Weg möglich ist.

Als optisches Trennmittel können dabei prinzipiell bekannte Komponenten, wie Strahlteiler, insbesondere dichroitische Strahlteiler, Polarisationsstrahlteiler, beugende oder brechende Elemente, wie Prismen oder Gitter, zum Einsatz kommen.

Bei einer weiteren Variante weist die Empfangseinheit einen einzigen Detektor und optische Auswahlmittel auf, insbesondere verschiedene Farbfilter, insbesondere Absorptionsfilter, die zum Auswählen eines bestimmten Wellenlängenbereichs alternativ in einen Empfangs- oder Detektionsstrahlengang einbringbar sind. Prinzipiell können dabei auch andere Filter, beispielsweise Interferenzfilter, zum Einsatz kommen. Diese Variante hat den Vorteil, dass nur ein Detektor verwendet wird und demgemäß der apparative Aufwand vergleichsweise gering ist.

Zum Manipulieren der verschiedenen Filter in dem Empfangs- oder Detektionsstrahlengang kann bei vorteilhaften Varianten ein mechanisches Mittel zum Einbringen der verschiedenen Farbfilter in den Empfangsstrahlengang vorhanden sein. Insbesondere kann es sich dabei um ein Filterrad oder einen linearen Filterschieber handeln. Solche Komponenten sind grundsätzlich bekannt, unaufwändig, zuverlässig und kostengünstig erhältlich. Zum Antrieb dieser mechanischen Mittel kann ein elektrisch betätigter Motor vorhanden sein.

Erfindungsgemäß ist die Sendeeinheit zum alternativen oder gleichzeitigen Aussenden von Sendelicht in einem ersten Wellenlängenbereich und in einem davon verschiedenen zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet. Um dies zu realisieren, kann die Sendeeinheit bei einer bevorzugten Ausführungsform eine erste und eine zweite Lichtquelle, insbesondere zwei verschiedene Leuchtdioden und/oder zwei verschiedene Laserdioden, aufweisen, wobei die erste Lichtquelle Sendelicht in dem ersten Wellenlängenbereich und die zweite Lichtquelle Sendelicht in dem zweiten Wellenlängenbereich aussendet. Besonders bevorzugt sind die beiden Lichtquellen dabei so positioniert, dass für das Leiten des Lichts der ersten und der zweiten Quelle jeweils dieselben optischen Komponenten, beispielsweise Linsen, Spiegel und/oder Lichtleiter, zum Einsatz kommen. Diese Variante zeichnet sich dadurch aus, dass prinzipiell bekannte und kostengünstige Komponenten zum Einsatz kommen können.

Besonders bevorzugt sind Ausgestaltungen der Erfindung, bei denen die Sendeeinheit eine einzige Lichtquelle aufweist, die in der Lage ist, Sendelicht im ersten und im zweiten Wellenlängenbereich auszusenden. Solche Lichtquellen sind beispielsweise aus der Technik von optisch abgetasteten Datenträgern, wie CDs und DVDs, bekannt.

Beispielsweise kann es sich bei der Lichtquelle um eine Doppellaserdiode handeln, die, je nach Ansteuerung, Sendelicht mit den Wellenlängen 660 nm und/oder 780 nm aussendet.

Für die Verwendung der erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung bei Datenlichtschranken ist es notwendig, dass die ausgesendete Strahlung so geartet ist, dass sie nicht auf eine für das menschliche Auge gefährliche Intensität zurückfokussiert werden kann. Man spricht in diesem Zusammenhang von der sogenannten Augensicherheit, die gewährleistet sein muss. Bei vorteilhaften Varianten der erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung ist zur Bereitstellung eines augensicheren Leuchtflecks in einem Sendestrahlengang ein Diffusor, ein Lichtleitstab und/oder mindestens eine Lichtleitfaser vorhanden.

Die erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung kann prinzipiell überall dort zum Einsatz kommen, wo eine Justierung der Sendeeinheit notwendig ist und im Betrieb ein unsichtbarer Leuchtfleck von Vorteil ist. Beispielsweise kann die erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung bei einer Reflexlichtschranke zum Einsatz kommen. Diese Reflexlichtschranke weist dann einen Reflektor und eine erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung auf. Bei einer weiteren Anwendung kommt die erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung bei einem Lichttaster zum Einsatz. Dieser Lichttaster kann insbesondere auf ein diffuses Ziel mithilfe der erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsvorrichtung ausgerichtet werden.

Beansprucht wird auch eine Datenlichtschranke mit mindestens einer erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung.

Bei einer besonders vorteilhaften Variante der erfindungsgemäßen Datenlichtschranke sind zwei identische optische Sende-/Empfangsvorrichtungen vorhanden. Dies ermöglicht in besonders vorteilhafter Weise die Reduzierung der Anzahl der Geräteversionen und die damit zusammenhängenden Kosten für Produktverwaltung und Lagerhaltung.

Grundsätzlich können bei dem Einrichten der erfindungsgemäßen Datenlichtschranke, bei der erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtungen zum Einsatz kommen, die jeweiligen Wellenlängenbereiche für das Sendelicht von Hand eingestellt werden. Dabei wird beispielsweise für die erste optische Sende-/Empfangsvorrichtung für das Sendelicht der erste Wellenlängenbereich ausgewählt und für die zweite optische Sende-/Empfangsvorrichtung wird für das Sendelicht der zweite Wellenlängenbereich gewählt. Sofern bei der Empfangseinheit auch Einstellungen vorzunehmen sind und die jeweiligen Empfangseinheiten auf Licht in einem der Wellenlängenbereiche einzustellen sind, ist bei der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung der zweite Wellenlängenbereich und bei der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung entsprechend der erste Wellenlängenbereich auszuwählen. Bei einer besonders bevorzugten Variante der erfindungsgemäßen Datenlichtschranke sind aber die Steuer- und Auswerteeinheiten jeweils dazu eingerichtet, die Sendewellenlängen und die Empfangswellenlängen so aufeinander abzustimmen, dass die Sendewellenlänge der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung der Empfangswellenlänge der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung entspricht und dass die Sendewellenlänge der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung der Empfangswellenlänge der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung entspricht. Dieses Abstimmen aufeinander kann auch als Aushandeln bezeichnet werden.

Besonders bevorzugt sind die erfindungsgemäßen optischen Steuer- /Empfangsvorrichtungen so ausgebildet, dass einer der beiden Wellenlängenbereiche in der Empfangseinheit ausgeblendet werden kann, sodass Licht in diesem Wellenlängenbereich bei der Auswertung nicht berücksichtigt wird und demgemäß nicht stören kann. Dieses Ausblenden kann beispielsweise, wie oben beschrieben, durch Farbfilter oder andere spektral selektive Komponenten, wie Prismen, Gitter oder Strahlteiler bewerkstelligt werden.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren erläutert. Darin zeigen:

  • 1: Ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung;
  • 2: ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung;
  • 3: eine Datenlichtschranke mit zwei erfindungsgemäßen optischen Sende- /Empfangsvorrichtungen.

Gleiche oder gleiche wirkende Komponenten sind in den Figuren in der Regel mit denselben Bezugszeichen versehen.

Das in 1 schematisch dargestellte erste Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 100 weist als wesentliche Komponenten auf: eine Sendeeinheit 10 zum Aussenden von Sendelicht, eine Empfangseinheit 20, 30, zum Nachweisen von Licht und eine Steuer- und Auswerteeinheit 40 zum Ansteuern der Sendeeinheit 10 und der Empfangseinheit 20, 30 und zum Verarbeiten des von der Empfangseinheit 20, 30 nachgewiesenen Lichts.

Die Sendeeinheit 10 ist zum Aussenden von Sendelicht 12 in einem ersten Wellenlängenbereich und von Sendelicht 13 in einem zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet. Die Empfangseinheit 20, 30 ist zum Nachweisen von Licht 16 in dem ersten Wellenlängenbereich und von Licht 17 in dem zweiten Wellenlängenbereich eingerichtet.

Sämtliche Komponenten sind in einem Gehäuse 50 untergebracht. Zur Verbindung der erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 100 mit weiteren Geräten sind schematisch gezeigte Peripherieanschlüsse 52 vorhanden. Zum Leiten des Sendelichts 12, 13 sind optische Mittel vorhanden, die schematisch durch eine Linse 14 dargestellt sind. Zum Leiten des nachzuweisenden Lichts 16, 17 sind weitere optische Mittel vorhanden, die durch eine schematisch gezeigte Linse 18 dargestellt sind.

Prinzipiell können die Sendeoptik und die Empfangsoptik auch gemeinsam als eine koaxiale Optik gebildet sein, wobei dann zweckmäßig geeignete Strahltrennmittel, wie Strahlteiler, zum Abtrennen des Empfangslichts vorhanden sein können.

Die Steuer-und Auswerteeinheit 40 steuert über eine schematisch gezeigte, insbesondere elektrische, Wirkverbindung 42 die Sendeeinheit 10 an. Insbesondere wird durch diese Ansteuerung festgelegt, ob die Sendeeinheit 10 Sendelicht 12 im ersten Wellenlängenbereich und/oder Sendelicht 13 im zweiten Wellenlängenbereich aussendet. Die Sendeeinheit weist hierzu nicht im Einzelnen gezeigte Lichtquellen auf, beispielsweise eine Doppel-Laserdiode, die, je nach Ansteuerung, Licht mit Wellenlängen bei 660 nm (rot) und/oder bei 780 nm (nahes Infrarot) aussenden kann.

Die Empfangseinheit 20, 30 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel einen ersten Detektor 20 und einen zweiten Detektor 30 auf, die über eine schematisch gezeigte Leitungen 28 beziehungsweise 38 mit der Steuer-und Auswerteeinheit 40 verbunden sind. Die Detektoren können typischerweise Photodioden sein. Die Begriffe Detektion und Empfang werden in dieser Beschreibung synonym verwendet. Die Steuer- und Auswerteeinheit 40 liest die von dem ersten Detektor 20 und dem zweiten Detektor 30 gelieferten Signale aus und nimmt gegebenenfalls an den Detektoren 20, 30 notwendige Einstellungen, beispielsweise Verstärkungseinstellungen, vor. Weiterhin ist bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ein Strahlteiler 22, bei dem es sich beispielsweise um einen dichroitischen Strahlteiler handeln kann, im Strahlengang im Detektionsstrahlengang strahlaufwärts vor dem ersten Detektor 20 und dem zweiten Detektor 30 positioniert. Mithilfe des Strahlteilers 22 kann das Empfangslicht 16 im zweiten Wellenlängenbereich von dem Empfangslicht 17 im ersten Wellenlanglängenbereich getrennt werden. Der Strahlteiler 22 ist dabei so angeordnet, dass das Empfangslicht 16 im ersten Wellenlängenbereich auf den ersten Detektor 20 und das Detektionslicht 17 im zweiten Wellenlängenbereich auf den zweiten Detektor 30 geführt wird.

Eine zweite Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 200 wird mit Bezug auf 2 erläutert.

Die Unterschiede im Vergleich zu 1 bestehen im wesentlichen im Bereich der Empfangseinheit. Diese weist bei der Variante aus 2 nur einen einzigen Detektor 30 auf, sodass dort, abweichend von dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel nur Empfangslicht aus einem der beiden Wellenlängenbereiche nachgewiesen werden kann. Im gezeigten Beispiel wird Empfangslicht 17 des zweiten Wellenlängenbereichs von dem Detektor 30 nachgewiesen. Die notwendige spektrale Selektivität wird dabei durch Farbfilter 32, 34 bereitgestellt, die mit einer mechanischen Einrichtung 31, die nicht im Einzelnen dargestellt ist, variabel im Empfangsstrahlengang positioniert werden können. In der in 2 gezeigten Situation befindet sich der Farbfilter 34, der Empfangslicht 17 aus dem zweiten Wellenlängenbereich, nicht aber Empfangslicht 16 aus dem ersten Wellenlängenbereich durchlässt, im Empfangsstrahlengang. Bei der mechanischen Einrichtung kann es sich beispielsweise um ein motorisch angetriebenes Filterrad oder einen motorisch angetriebenen Filterschieber handeln, der mithilfe einer schematisch gezeigten Wirkverbindung 36 von der Steuer-und Auswerteeinheit 40 geeignet gesteuert wird.

In 3 ist schematisch eine erfindungsgemäße Datenlichtschranke 300 dargestellt, die eine erste erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung 301 und eine zweite erfindungsgemäße optische Sende-/Empfangsvorrichtung 302 aufweist. Die Sende-/Empfangsvorrichtung 301 kann insbesondere identisch sein wie die Sende-/Empfangsvorrichtung 302. Die beiden erfindungsgemäßen optischen Sende-/Empfangsvorrichtungen 301, 302 können im Detail beispielsweise so wie in 1 oder in 2 gebildet sein.

3 zeigt die optischen Sende-/Empfangsvorrichtungen 301, 302 in einer Betriebssituation, bei der die erste optische Sende-/Empfangsvorrichtung 301 Sendelicht 61 im ersten Wellenlängenbereich aussendet und Empfangslicht 62 im zweiten Wellenlängenbereich empfängt. Die zweite optische Sende-/Empfangsvorrichtung 302 empfängt Empfangslicht 61 im ersten Wellenlängenbereich und sendet Sendelicht 62 im zweiten Wellenlängenbereich aus. Besonders bevorzugt wird bei Inbetriebnahme der Datenlichtschranke 300 eine Aushandlungsphase durchlaufen, in der zwischen der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 301 und der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 302 ausgehandelt wird, welche der beiden Sende-/Empfangsvorrichtungen Sendelicht 61 im ersten Wellenlängenbereich aussendet und Empfangslicht im zweiten Wellenlängenbereich empfängt. Die jeweils andere Sende-/Empfangsvorrichtung sendet dann entsprechend Sendelicht 62 im zweiten Wellenlängenbereich aus und empfängt Empfangslicht im ersten Wellenlängenbereich. Solch eine Aushandlungsphase kann mit Softwaremitteln in der Steuer-und Auswerteeinheit 40 implementiert werden. Die Datenlichtschranke 300 kann bidirektional arbeiten, d.h. es können Daten sowohl von der ersten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 301 unter Verwendung von Sendelicht 61 im ersten Wellenlängenbereich auf die zweite optische Sende-/Empfangsvorrichtung 302 als auch umgekehrt von der zweiten optischen Sende-/Empfangsvorrichtung 302, unter Verwendung von Sendelicht 62 aus dem zweiten Wellenlängenbereich, auf die erste optische Sende-/Empfangsvorrichtung 301 übertragen werden. Durch die Verwendung von Sendelicht 61, 62 aus unterschiedlichen Wellenlängenbereichen können Störungen zwischen diesen beiden Nachrichtenkanälen besonders zuverlässig vermieden werden.

Beispielsweise kann jede der erfindungsgemäßen Sende-/Empfangsvorrichtungen 301, 302 eine Zwei-Farben-Laserdiode aufweisen, die bei 660 nm und 780 nm emittiert. Bei Bedarf kann der rote Laser (660 nm) zugeschaltet werden. Der rote Lichtfleck und der Infrarot-Lichtfleck (780 nm) sind wegen der Verwendung derselben Sendeoptik im Wesentlichen deckungsgleich und die gegenüberliegende Sende-/Empfangsvorrichtung der Datenlichtschranke ist innerhalb des Lichtkegels auch aus der Ferne gut sichtbar. Wird auch die Empfangseinheit, zum Beispiel über einen mechanisch umschaltbaren Filter, wie beispielsweise vorstehend im Zusammenhang mit 2 erläutert oder über einen Strahlteiler, wie im Zusammenhang mit 1 beschrieben, auf die Wellenlänge der gegenüberliegenden Sende-/Empfangsvorrichtung umschaltbar gemacht, kann die Datenlichtschranke vom Benutzer auf eine jeweils benötigte Wellenlänge eingestellt werden. Insgesamt können so mit kleinem schaltungstechnischem Zusatzaufwand Kosten gesenkt werden. Darüber hinaus kann die Anzahl der notwendigen Gerätevarianten halbiert werden.

Besonders bevorzugt senden in einem Ausrichtungs- oder Justagemodus beide Sende-/Empfangsvorrichtungen 301, 302 Sendelicht in einem Wellenlängenbereich, der im sichtbaren Bereich liegt. Der sichtbare Leuchtfleck kann dann durch mechanisches Manipulieren, beispielsweise des Gehäuses 50, einfach ausgerichtet werden. Solch ein Ausricht- oder Justagemodus kann softwaremäßig eingerichtet werden und/oder kann, beispielsweise durch Betätigung von nicht im einzelnen dargestellten Bedienelemente, beispielsweise Bedienknöpfen, durch einen Benutzer manuell gestartet oder eingeschaltet werden.

Mit der vorliegenden Erfindung wird eine neuartige optische Sende-/Empfangsvorrichtung geschaffen, die besonders vorteilhaft für die Freiraum-Datenübertragung bei Datenlichtschranken eingesetzt werden kann.

Die Erfindung ermöglicht ein einfacheres Ausrichten einer im Infrarotbereich sendenden Sendeeinheit. Außerdem kann auf eine Gerätevariante verzichtet und es können demgemäß Produktverwaltungs- und Lagerkosten gespart werden. Bei einer Variante der Erfindung wird die optische Sende-/Empfangsvorrichtung mit einer Sendediode ausgestattet, die sowohl Infrarotlicht als auch sichtbares, beispielsweise rotes, Licht aussenden kann. Solche sogenannten Dual-Sendedioden sind zum Beispiel bei CD-Spielern im Einsatz. Ein wesentliches Merkmal dieser Erfindung kann gesehen werden in der Verwendung eines zweifarbigen Senders, wobei der sichtbare Anteil als Ausrichthilfe und zur Datenkommunikation verwendet werden kann. Die Datenlichtschranken können insbesondere die Sendewellenlänge, wie oben beschrieben, aushandeln, um gegenseitige Störungen zu vermeiden.

Die Erfindung ermöglicht schließlich in besonders vorteilhafter Weise den Aufbau von Datenlichtschranken aus zwei identischen Sende-/Empfangsvorrichtungen.

Bezugszeichenliste

10
Sendeeinheit
12
Sendelicht im ersten Wellenlängenbereich
13
Sendelicht im zweiten Wellenlängenbereich
14
Sendeoptik
16
Empfangslicht im zweiten Wellenlängenbereich
17
Empfangslicht im ersten Wellenlängenbereich
18
Empfangsoptik
20
Detektor
22
Strahlteiler
28
Verbindung von Detektor zu Steuer- und Auswerteeinheit
30
Detektor
31
Filterrad
32
Filter
34
Filter
36
Verbindung von Detektor zu Steuer- und Auswerteeinheit
38
Verbindung von Detektor zu Steuer- und Auswerteeinheit
40
Steuer- und Auswerteeinheit
42
Verbindung von Detektor zu Steuer- und Auswerteeinheit
50
Gehäuse
52
Schnittstellen/Anschlüsse
61
Sendelicht in erstem Wellenlängenbereich
62
Sendelicht in zweitem Wellenlängenbereich
100
Optische Sende-/Empfangsvorrichtung
200
Optische Sende-/Empfangsvorrichtung
300
Datenlichtschranke
301
erste optische Sende-/Empfangsvorrichtung
302
zweite optische Sende-/Empfangsvorrichtung