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Dokumentenidentifikation DE19535735C2 04.05.2000
Titel Optoelektronischer Lumineszenztaster
Anmelder Lehner Optoelectronic GmbH, 79312 Emmendingen, DE
Erfinder Loos, Werner, 79359 Riegel, DE;
Hauptmann, Axel, 79183 Waldkirch, DE
Vertreter Patent- und Rechtsanwaltssozietät Schmitt, Maucher & Börjes-Pestalozza, 79102 Freiburg
DE-Anmeldedatum 26.09.1995
DE-Aktenzeichen 19535735
Offenlegungstag 27.03.1997
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 04.05.2000
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.05.2000
IPC-Hauptklasse G06K 7/12

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen optoelektronischen Lumineszenztaster.

Lumineszenztaster werden überall dort eingesetzt, wo Steuermarken oder dergleichen fluoreszierende Markierungen mit hoher Betriebssicherheit erkannt und sicher auch von anderen Markierungen unterschieden werden müssen. Bei solchen Lumineszenztastern wird als Lichtquelle eine im Ultraviolett-Bereich abstrahlende Leuchtstoffröhre verwendet. Die Wellenlänge des abgestrahlten Lichtes beträgt hierbei etwa 360 nm. Im Ultraviolettbereich weisen diese Leuchtstoffröhren die für den Betrieb ausreichende, notwendige Lichtintensität auf.

Zur Lichtstrahlerzeugung ist bei der Ultraviolett(UV)-Röhre eine lichtdichte Ummantelung mit einer mittigen Austrittsöffnung vorgesehen. Bei der Austrittsöffnung sind zur Vermeidung von Streulicht Seitenblenden angeordnet und zur Fokussierung ist noch zwischen der UV-Röhre und dem Farbteiler-Spiegel eine Optik, insbesondere eine Sammellinse, vorgesehen.

Diese durch die Bauform der UV-Röhre bedingten Maßnahmen zur Strahlerzeugung und Bündelung sind vergleichsweise aufwendig und reduzieren den Wirkungsgrad erheblich. So steht für den auf den Spiegel auftreffenden Lichtstrahl nur etwa ein Fünftel der erzeugten Lichtenergie zur Verfügung. Zum Betreiben der UV-Röhre sind vergleichsweise aufwendige Schaltungsmaßnahmen erforderlich, unter anderem, da sie mit Hochspannung betrieben werden muß.

Das von einer fluoreszierenden Oberfläche reflektierte Licht ist langwelliger als das gesendete UV-Licht, wobei die Wellenlänge des reflektierten Lichtes bei einer Sendewellenlänge von etwa 360 nm im Bereich von etwa 420 nm bis 750 nm liegt. Problematisch ist hierbei, daß in diesem Bereich auch Lichtreflektionen von Stellen am Erfassungsgegenstand auftreten können, die unerwünscht sind. Beim Einsatz der Lumineszenztaster in der Holzverarbeitung sind dies beispielsweise Harzstellen, die etwa im Blaubereich reflektieren. Um Fehldetektionen zu vermeiden, ist es dementsprechend erforderlich, ein Rotfilter vor dem Empfänger des Tasters vorzusehen, der den blauen Bereich sperrt. Problematisch ist auch der Betrieb der UV-Röhre bei niedrigen Umgebungstemperaturen, da hierbei die Strahlungsintensität stark nachläßt.

So kennt man aus der US-A-4 642 526 bereits einen Lumineszenztaster, der als UV-Lichtquelle eine Hochdruck-Kurzbogen-Quecksilberdampf- Lampe hat. Eine derartige UV-Lichtquelle erfordert einen erheblichen Kostenaufwand und zusätzliche Maßnahme zur Wärmeabfuhr. Da eine solche Hochdruck-Kurzbogen-Quecksilberdampf-Lampe in den gesamten Halbraum abstrahlt, sind zusätzliche Maßnahmen zur Strahlbündelung notwendig, welche die Baugröße erhöhen, den Anwendungsbereich einschränken und darüber hinaus auch ein elektronisches Vorschaltgerät sowie eine Befilterung erforderlich machen.

Um den mit der Lichtquelle verbundenen Aufwand zu reduzieren und um sich zusätzliche Maßnahmen zur Abkühlung der Lichtquelle zu ersparen, hat man auch bereits eine Vorrichtung zum Detektieren fluoreszierender Markierungen geschaffen, die als Lichtquelle zwei LED's hat (vgl. WO 95/19605). Den LED's dieser vorbekannten Vorrichtung sind Fokussieroptiken zugeordnet, welche die Abstrahlrichtung der beiden LED's in eine gemeinsame Richtung fokussieren. Dabei stehen die Abstrahlrichtungen der LED's zur Reflektionsrichtung des von den fluoreszierenden Markierungen reflektierten Lichtstrahles in einem Winkel von 45°. Der markierte Gegenstand wird an dem in einer Wand befindlichen Meßfenster vorbei bewegt, welches den Meßabstand zwischen den markierten Gegenständen und den LED's festlegt. Bei der aus WO 95/19605 vorbekannten Vorrichtung handelt es sich also nicht um einen Lumineszenztaster, der nach dem Autokolimationsprinzip arbeitet und auch größere Abstandsschwankungen zwischen Lichtquelle und markiertem Objekt zulassen würde. Darüber hinaus ist die Ausgestaltung der vorbekannten Vorrichtung mit zwei LED's sowie den dazugehörigen Fokussieroptiken vergleichsweise platz- und kostenaufwendig.

Es besteht daher die Aufgabe, einen Lumineszenztaster zu schaffen, der sich durch einen vereinfachten, kostengünstigeren Aufbau auszeichnet, betriebssicher und robust ist und der auch bei niedrigen Temperaturen problemlos eingesetzt werden kann. Außerdem sollen der Wirkungsgrad und die Lebensdauer verbessert sein und auch schnelle Bewegungsabläufe erfaßt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Der erfindungsgemäße Lumineszenztaster weist eine im blauen Lichtbereich gebündelt abstrahlende Punktlichtquelle auf, die durch eine Leuchtdiode gebildet ist. Bei dieser Lichtquelle sind keinerlei Abschirm- und Bündelungsmaßnahmen mehr erforderlich. Da diese Punktlichtquelle mit ihrer Abstrahlseite ohne zusätzliche Einrichtungen zur Lichtstrahlformung und Lichtfilterung direkt und unmittelbar dem Farbteiler-Spiegel zugewandt angeordnet werden kann, kann der Herstellungsaufwand und der Platzbedarf erheblich reduziert werden. Da bei der erfindungsgemäß verwendeten Leuchtdiode praktisch kein Streulicht auftritt und da das von dieser Punktlichtquelle abgestrahlte Licht praktisch vollständig direkt als gebündelter Lichtstrahl zur Verfügung steht, werden die Verluste klein gehalten. Die Strom- beziehungsweise Leistungsaufnahme der Lichtquelle beträgt nur noch einen Bruchteil, insbesondere 5% bis 10% der Leistungsaufnahme einer bisher verwendeten UV-Leuchtstoffröhre und die Lebensdauer der Leuchtdiode ist mindestens um den Faktor 10 größer als bei einer UV-Röhre. Durch die im blauen Bereich vorgesehene Sende-Wellenlänge und die entsprechende Ausbildung des Farbteiler- Spiegels, können Störreflexionen und Fluoreszensen im blauen Bereich vermieden werden. Rotfilter, die den blauen Bereich herausfiltern, sind vor dem Empfänger für das reflektierte Licht nicht mehr erforderlich, was insgesamt mit zu einer Aufwand-, Platz- und Kostenreduzierung beiträgt.

Besonders vorteilhaft ist auch, daß die erfindungsgemäß verwendete Leuchtdiode direkt an eine entsprechende Ansteuereinrichtung für den gepulsten Betrieb anschließbar ist. Aufwendige Netzteile sind somit nicht mehr erforderlich. Die Leuchtdiode des erfindungsgemäßen Lumineszenztaster wird mit einer sehr hohen Modulationsfrequenz betrieben. Daraus resultiert, daß auch sehr schnelle Bewegungsabläufe erfaßbar sind. Außerdem kann diese Lichtquelle und damit der erfindungsgemäße Lumineszenztaster auch bei niedrigen Temperaturen ohne Einbuße seiner Meßempfindlichkeit eingesetzt werden.

Insgesamt zeichnet sich der erfindungsgemäße Lumineszenztaster durch seinen geringen Kostenaufwand und Platzbedarf aus. Praktische Versuche haben gezeigt, daß trotz des gravierend reduzierten Aufwandes die Eigenschaften des Lumineszenztasters gegenüber herkömmlichen Lumineszenztastern noch verbessert sind.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnung noch näher erläutert.

Die einzige Figur zeigt:

eine schematisierte Seitenansicht eines Lumineszenztasters mit seinen wesentlichen Komponenten.

Ein in der Figur gezeigter Lumineszenztaster 1 dient zur Erfassung von fluoreszierenden Gegenständen, wobei Licht mit einer Wellenlänge von etwa 450 nm abgestrahlt wird und das reflektierte Fluoreszenzlicht empfangen und ausgewertet wird. Im wesentlichen weist der Lumineszenztaster eine Lichtquelle 2, einen Farbteiler-Spiegel 3 sowie einen Empfänger 4 auf. Zusätzlich ist in der Figur noch als abbildende Optik ein Objektiv 5, das im Ausführungsbeispiel durch eine Sammellinse gebildet ist, vorgesehen. Zwischen dem durch eine Fotozelle gebildeten Empfänger 4 und dem Farbteiler-Spiegel 3 befindet sich noch ein Farb- oder Interferenzfilter 6, das in bestimmten Anwendungsfällen zur Selektion von Fluoreszenzmaterialien mit unterschiedlichen Wellenlängen einsetzbar ist. Dieses Filter ist jedoch nicht unbedingt erforderlich.

Als Lichtquelle 2 ist eine im blauen Lichtbereich bei vorzugsweise etwa 450 nm abstrahlende Leuchtdiode vorgesehen, die direkt auf den Farbteiler-Spiegel 3 abstrahlt. Da diese Leuchtdiode bereits als Punktlichtquelle ausgebildet ist, erübrigen sich Zusatzmaßnahmen zur Lichtstrahlformung, insbesondere zur Bündelung, unter anderem Abschirmungen und eine Sammellinse.

Das auf den Farbteiler-Spiegel auftreffende Licht wird von diesem reflektiert und über das Objektiv 5 abgestrahlt. Trifft dieser Strahl auf ein zu detektierendes, fluoreszierendes Material 7 auf einem Abtastgegenstand 8, so wird aufgrund der Anregung zur Fluoreszenz Licht mit einer gegenüber der Sendelicht-Wellenlänge längeren Wellenlänge reflektiert und gelangt über das Objektiv 5 auf den Farbteiler-Spiegel 3. Dieser ist so ausgebildet, daß er Licht mit der Sendelicht-Wellenlänge reflektiert, das längerwellige, vom zu detektierenden Material 7 reflektierte Licht jedoch durchläßt. Dieses durchgelassene Licht gelangt dann zum Empfänger 4, der mit einer Auswerteeinrichtung 9 verbunden ist. Diese gibt ein Steuersignal zur Weiterverarbeitung aus. Die Leuchtdiode 2 ist an eine Ansteuereinrichtung 10 angeschlossen, über die sie mit vorzugsweise gepulstem Strom versorgt wird. Da die Stromaufnahme insgesamt sehr gering ist und für den gesamten Lumineszenztaster beispielsweise 30 Milliampere beträgt, könnte beispielsweise auch eine mobile Stromquelle, insbesondere die in der Zeichnung strichliniert angedeutete Batterie 11 vorgesehen sein. Andererseits besteht aber auch die Möglichkeit, die Stromversorgung 12 über einen Netzanschluß 13 zu speisen und gegebenenfalls auch einen netzgepufferten Batteriebetrieb vorzusehen. Insgesamt ist somit für die Stromversorgung nur ein äußerst geringer Aufwand erforderlich, so daß auch der Platzbedarf wesentlich reduziert ist. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, sehr kleine Lumineszenztaster herstellen zu können. Durch den erheblich verringerten Aufwand können die Kosten etwa um den Faktor 10 gegenüber bisherigen Geräten verringert werden. Insgesamt steht somit ein Lumineszenztaster zur Verfügung, der bei hoher Betriebssicherheit und geringem Bauvolumen robust ist, einen hohen Wirkungsgrad und eine erheblich verbesserte Lebensdauer aufweist. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Leuchtdiode mit einer wesentlich höheren Modulationsfrequenz zu betreiben und dadurch auch sehr schnelle Bewegungsabläufe erfassen zu können.


Anspruch[de]
  1. 1. Optoelektronischer Lumineszenztaster (1), mit Lichtquelle (2), und Empfänger (4) für von einer fluoreszierenden Markierung reflektiertes Licht, mit einem Farbteiler-Spiegel (3), der sich zwischen Lichtquelle (2) und Empfänger (4) befindet und der für eine Wellenlänge von etwa 420 nm bis 480 nm reflektierend und für mehr als 480 nm durchlässig ist, und mit einer mit der Lichtquelle (2) verbundenen Ansteuereinrichtung (10), die einen Modulator für einen Pulsbetrieb der Lichtquelle (2) aufweist, wobei die Lichtquelle (2) eine im blauen Lichtbereich bei etwa 420 nm bis etwa 480 nm gebündelt abstrahlende, eine Punktlichtquelle bildende Leuchtdiode ist, die mit ihrer Abstrahlseite ohne zusätzliche Einrichtungen zur Lichtstrahlformung und Lichtfilterung direkt und unmittelbar dem Farbteiler-Spiegel (3) zugewandt angeordnet ist und wobei die Pulsfrequenz dieser Leuchtdiode wengistens 10 kHz beträgt.
  2. 2. Lumineszenztaster nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Lumineszenztaster (1) eine Netzstromversorgung und/oder eine vorzugsweise im Gerätegehäuse befindliche Batterie (11) als Stromquelle aufweist.
  3. 3. Lumineszenztaster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem durch eine Fotozelle gebildeten Empfänger (4) und dem Farbteiler-Spiegel (3) ein Farb- oder Interferenz-Filter (6) angeordnet ist.






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