DE102019128755A1

DE102019128755A1 - Sensoreinrichtung

Info

Publication number: DE102019128755A1
Application number: DE102019128755.3A
Authority: DE
Inventors: Hans-Erich Gubela
Original assignee: IMOS Gubela GmbH
Current assignee: Gubela Hans Erich De
Priority date: 2019-10-24
Filing date: 2019-10-24
Publication date: 2021-04-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung (41) zur Erkennung von für sichtbares Licht transparenten Objekten, insbesondere von Objekten aus Glas wie beispielsweise Flaschen, umfassend einen Sender (43), einen Empfänger (45) mit einer Auswerteeinheit sowie einen Retroreflektor (21, 21', 21'') mit einer Anordnung aus einer Vielzahl von an einer Reflektionsseite angeordneten totalreflektierenden Tripeln (37, 37') mit jeweils drei Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35'), die würfeleckenartig angeordnet sind und zueinander jeweils einen Winkel zwischen 89° und 91°, bevorzugt zwischen 89° 50' und 90° 10' und idealerweise genau einen rechten Winkel einschließen, wobei die Tripel (37, 37') in der Projektion auf eine an einer der Reflektionsseite abgewandten Lichteintrittsseite angeordneten Lichteintrittsfläche des Retroreflektors (21, 21', 21'') gleichmäßige Sechsecke darstellen, wobei der Abstand zweier einander gegenüberliegender Kanten jedes Sechsecks eine Schlüsselweite definiert, wobei der Sender (43) zum Aussenden von Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 310 nm, vorzugsweise zwischen 275 nm und 285 nm, ausgelegt ist und der Empfänger (45) zur Detektion von Licht im selben Wellenlängenbereich ausgelegt ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') eine Schlüsselweite zwischen 50 µm und 1,6 mm aufweist, bevorzugt zwischen 100 µm und 1mm und idealerweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm.

Description

Es besteht Bedarf im Bereich der Sensoranwendungen für Lichtschranken, die klare also für sichtbares Licht transparente Objekte erkennen sollen. Beispielsweise werden solche Sensoren für die Sortierung von PET- oder Glasflaschen verwendet.
Damit die Sensoren eine Flasche detektieren können und ein Signal erzeugt werden kann, muss der optische Strahlengang zwischen der Sende- und der Empfangsvorrichtung unterbrochen werden.
Im Stand der Technik wird häufig zur Glaserkennung Infrarotlicht verwendet, jedoch muss dazu, um Streulichteffekte und Reflektionseffekte auszuschließen, noch zusätzlich mit Polarisationsfiltern gearbeitet werden, was zu einem erhöhten Montageaufwand führt und einen erhöhten Analyseaufwand bedeutet. Eine andere Möglichkeit der Glaserkennung stellen Sensoren dar, die im ultravioletten Bereich arbeiten. Das Funktionsprinzip dieser Sensoren basiert darauf, dass das zu erkennende Glas ultraviolettes Licht absorbiert. Je kürzer die Wellenlänge ist, desto stärker ist die Absorption. Sensoren, die im ultravioletten Bereich arbeiten sind weniger empfindlich gegenüber Streulicht und Reflektionen an Oberflächen.
Es besteht die Herausforderung, Retroreflektoren für die Verwendung in UV-Lichtschrankensensoren so zu gestalten, dass sie eine möglichst geringe Absorption im verwendeten Wellenlängenbereich des Sensors aufweisen und desweiteren ein möglichst gutes Signal-Rausch-Verhältnis aufweisen und in einem Massenproduktionsverfahren wie dem Spritzguss herstellbar sind.
Ziel der Erfindung ist es, einen Retroreflektor bereitzustellen, der für die Verwendung in einer mit ultraviolettem Licht arbeitenden Sensoranordnung geeignet ist. Ziel ist es weiter, eine im ultravioletten Bereich arbeitende Sensoreinrichtung zur Erkennung von Objekten, die unter sichtbarem Licht transparent sind, bereitzustellen, die einen Retroreflektor aufweist, der im ultravioletten Wellenlängenbereich eine möglichst geringe Absorption hat.
Diese Aufgabe wird durch eine Sensoreinrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 10 und eine Verwendung eines Retroreflektors gemäß Anspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.
Um eine maximale Reflektion im UV-Wellenlängenbereich zu erreichen, sind mehrere Maßnahmen im Design des erfindungsgemäß verwendeten Retroreflektors erforderlich.
Der Retroreflektor weist eine Lichteintrittsseite mit einer ebenen Lichteintrittsfläche und eine Reflektionsseite auf. In der Lichteintrittsfläche wird ein zu reflektierender Strahl in den Retroreflektor eingekoppelt. Ein reflektierter Strahl tritt ebenfalls an der Lichteintrittsfläche wieder aus dem erfindungsgemäßen Retroreflektor aus. Die Lichteintrittsfläche definiert eine Ebene.
Der Retroreflektor zur erfindungsgemäßen Verwendung umfasst eine Anordnung aus einer Vielzahl von Tripeln mit jeweils drei Seitenflächen, die bei einem Lichteinfall zwischen ca. -20° und +20° zur Normalen der Lichteintrittsfläche totalreflektierend sind. Die jeweils drei Seitenflächen schneiden sich im Apex. Die Tripel sind an der Reflektionsseite angeordnet. Die Reflektionsseite liegt der Lichteintrittsfläche gegenüber. Die Seitenflächen der Tripel stehen näherungsweise senkrecht aufeinander, d.h. sie schließen zueinander einen Winkel zwischen 85 ° und 95 ° und vorzugsweise zwischen 89° und 91 ° ein.
Im Allgemeinen haben reflektierende Elemente, die ein oder mehrere Cube-Corner-Elemente umfassen, einen guten Retroreflektions- und damit Wirkungsgrad. Eine solche Cube-Corner („Würfelecke“) besteht dabei aus drei jeweils im Wesentlichen senkrecht zueinanderstehenden Flächen und stellt daher einen Tripel dar. Ein entsprechender Retroreflektor umfasst dabei im Allgemeinen eine Vielzahl solcher Tripel. Stehen dabei die drei Tripelflächen nicht exakt senkrecht zueinander, so wird die Richtung zumindest eines Teiles des reflektierten Lichtes von der Richtung des einfallenden Lichtes um einen gewissen Betrag abweichen, was aber für gewisse Anwendungen von Vorteil sein kann, wenn Licht gezielt von einem Sender zu einem Empfänger gelenkt werden muss.
Den besten Reflektionsgrad haben Anordnungen, bei denen die drei im Wesentlichen jeweils zueinander senkrechten Flächen im Wesentlichen quadratisch und von gleicher Größe sind. Im Wesentlichen quadratisch sind die Seitenflächen, wenn das Längenverhältnis der Kanten maximal 1,2: 1 ist und jeweils zwei Kanten einen Winkel einschließen, der zwischen 89 ° und 91° beträgt. Sie bilden dann eine Ecke (also 3 in einem Punkt zusammenstoßende Flächen) eines Würfels. Ein solcher spezieller Tripel soll im Folgenden als Full Cube bezeichnet werden. Die Raumdiagonale dieses gedachten Würfels bildet die so genannte Tripelachse. Ist die Lichteintrittsfläche, auf der der Tripel beleuchtet wird, senkrecht zur Tripelachse, so wird beim Full Cube bei Lichteinfall parallel zur Tripelachse ideal 100% des einfallenden Lichts abgesehen von der im Material auftretenden Absorption in die Ausgangsrichtung zurückreflektiert, was einen großen Wirkungsgrad von mit diesen Tripeln ausgerüsteten Reflektoren zur Folge hat.
Der erfindungsgemäß verwendete Retroreflektor ist geeignet für den Einsatz in Lichtschrankensensoren und lässt sich im Spritzgussverfahren herstellen. Andere Verfahren, wie beispielsweise 3d-Drucktechniken oder Folientechniken sind schwierig zu realisieren, weil die Materialien, die für 3d-Druckverfahren oder die Herstellung von Folien verwendet werden, während des Druckvorgangs mittels ultravioletter Strahlung ausgehärtet werden und daher notwendigerweise zumindest die aushärtende Strahlung absorbieren. Bei Materialien, bei denen sich eine Aushärtungswellenlänge und eine Arbeitswellenlänge, bei denen das Material zumindest teilweise transparent ist, unterscheiden, ist es jedoch denkbar auch die erwähnten 3d-Druck und Folienherstellungsverfahren anzuwenden.
Eine Anforderung des Spritzgussverfahrens an das Material ist, dass die Form des Reflektors stabil bleibt und dass möglichste wenig Schwund auftritt. Die Lichtschrankensensoren sollen bei sichtbarem Licht transparente Objekte erkennen. Da Glas für sichtbares Licht transparent ist, nicht aber für ultraviolette (UV) Strahlung, ist es sinnvoll, die Sensoranordnung im UV-Bereich zu betreiben. Der erfindungsgemäße Retroreflektor muss also aus einem Material hergestellt sein, das für ultraviolette Strahlung zumindest teilweise transparent ist. Das Material darf also nur einen geringen Bruchteil der eingestrahlten Intensität absorbieren.
Da die Absorption des eingestrahlten Lichts im Ultravioletten vielfach höher ist als die Absorption von sichtbarem Licht, ist es sinnvoll, eine Reflektorgeometrie mit gutem Reflektionsgrad zu wählen. Daher ist eine Struktur mit abgeschnittenen Pyramiden, deren Reflektionsgrad wegen der Totflächen nur ca. 66 % beträgt, nicht geeignet für einen erfindungsgemäßen Retroreflektor. Wahlweise kann eine Voll-Würfelstruktur oder eine Strangstruktur nach DE 44 109 94 C2 (Anmelder Gubela Senior) mit einer rechteckigen Projektion der Tripel auf die Ebene der Lichteinfallsfläche verwendet werden. D.h., die Seitenflächen bilden die Ecken eines Würfels bzw. eines Rhombus. Für die Spritzgussanwendungen hat sich eine Voll-Würfel-Struktur als geeigneter erwiesen.
Zur Verminderung der exponentiell mit der Eindringtiefe ins Material verlaufenden Absorption haben die Erfinder erkannt, dass der Lichtweg im Retroreflektor so kurz wie möglich zu gestalten ist. Der Lichtweg, also der im Material vom Eintritt an der Lichteintrittsfläche bis zum Austritt an der Lichteintrittsfläche nach dreifacher Reflektion zurückgelegte Weg im Retroreflektor muss geringer sein als 4,5 mm und vorzugsweise geringer als 3,5 mm. Der Lichtweg setzt sich zusammen aus zweimal dem Weg (also Hin- und Rückweg) durch die flache Materialschicht und dem Weg im eigentlichen Tripel, der unabhängig vom Ort des Auftreffens des einfallenden Lichtstrahls 2 mal die Höhe des Tripels ausmacht, was bei einer Ausrichtung im Winkel von 54,74° ca. das 1,6-fache der Schlüsselweite des Tripels ergibt. Die Schlüsselweite ist der Abstand zweier einander gegenüberliegender Kanten eines gleichmäßigen Sechsecks, das durch Projektion der Tripelkanten auf die Lichteintrittsseite entsteht. In Summe ist der Lichtweg bei Einfall senkrecht zur Lichteintrittsfläche zweimal die Dicke des Retroreflektors. Um den Lichtweg zu verkürzen, muss der erfindungsgemäße Retroreflektor möglichst dünn gestaltet werden. Dazu kann die Schlüsselweite der Tripel, also der Abstand zwischen zwei parallelen Seiten des in die Ebene der Lichteintrittsfläche projizierten Polygons, so klein wie möglich gewählt werden. Insbesondere sind Schlüsselweiten kleiner als 1,6 mm und bevorzugt kleiner als 800 µm vorteilhaft. Um unerwünschte Beugungseffekte und damit weitere Strahlungsverluste zu vermeiden, sollte die Schlüsselweite größer als 50 µm gewählt werden. Außerdem kann der Materialüberbau an der Lichteintrittsseite reduziert werden. Die minimal mögliche Dicke des Überbaus, bei dem der erfindungsgemäße Retroreflektor trotzdem noch eine stabile Form hat, ist ebenfalls abhängig von der Schlüsselweite des erfindungsgemäßen Retroreflektors. Die Dicke des Retroreflektors sollte maximal 2,25 mm, bevorzugt maximal 1,75 mm, betragen. Die Dicke wird zwischen der Lichteintrittsseite und der Reflektionsseite gemessen und ist insbesondere definiert als der Abstand zwischen der Lichteintrittsfläche und dem von der Lichteintrittsfläche am weitesten entfernten Apex der retroreflektierenden Struktur.
Der Retroreflektor retroreflektiert ultraviolette elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich zwischen 230 und 310 nm mit einer Reflektionsrate von mindestens 30 %. Um diese Reflektionsrate im gewünschten Wellenlängenbereich zu erzielen, darf das verwendete Material nicht vollständig absorbierend sein, sondern sollte bei einer Materialdicke von 1 mm mindestens eine Transmissionsrate von 60 % im verwendeten Wellenlängenbereich aufweisen. Dadurch kann in einem Empfänger einer Lichtschrankensensoreinrichtung immer noch ein Signal detektiert werden. Die Transmissionsrate kann beispielsweise mit einem handelsüblichen UV-Spektrometer bestimmt werden.
Als Material für die Herstellung eines erfindungsgemäßen Retroreflektors hat sich aufgrund der Stabilität, der Abformeigenschaften im Spritzguss sowie der Transmissionseigenschaften auch im Wellenlängenbereich 270 nm bis 310 nm ein 4 Methyl -1 Penten Copolymer als geeignet erwiesen, dessen Synthetisierung erstmals von G. Natta in „Stereospezifische Katalysatoren und isotaktische Polymere. Angewandte Chemie 68 (12), pp 393-403 [1956]‟ beschrieben wurde. Besonders geeignet ist dabei ein teilkristallines 4-methyl-1-pentene/α-olefin Copolymer, das in der EP 2 497 789 B1 (Inhaber: Mitsui Chemicals, Inc.) beschrieben ist und unter dem Handelsnamen TPX RT 18 vertrieben wird. Es hat sich zudem in Versuchen gezeigt, dass das Material TPX RT 18 unter den Materialien, die unter ultraviolettem Licht eine hohe Transparenz zeigen, für die Verarbeitung im Spritzguss am besten geeignet ist. TPX RT 18 kann die kleinen Strukturen, die wie oben beschrieben hilfreich sind, um die Transmittivität zu erhöhen am besten abformen und abbilden und hat beim Spritzguss die höchste Formgenauigkeit.
Der Brechungsindex des Materials TPX RT 18 beträgt 1,46. Der Brechungsindex liegt also im üblichen Bereich von Materialien für Retroreflektoren, die auf dem Prinzip der internen Totalreflektion beruhen. Weitere geeignete Materialien sind beispielsweise Altuglas V129 UVT, sowie Plexiglas 7N Glasklar S470 von Evonik Industries für den Wellenlängenbereich zwischen 290 nm und 310 nm dessen Transmissionseigenschaften sich durch die Bestrahlung mit ultravioletten elektromagnetischen Wellen mit der Zeit sogar gegenüber dem Neuzustand verbessern. Ein weiterer interessanter Ansatz zur Wahl des Materials, der zum Anmeldezeitpunkt noch mit weiteren Versuchen zu untermauern ist, sind hochflourierte Co-Polymere wie MFA oder PFA, die im UV-Bereich sehr gute Transparenzeigenschaften aufweisen. Beispiele zur Verarbeitungsfähigkeit und den optischen Eigenschaften sind in der WO 2017/162734 A1 (Anmelderin: Osram Opto Semiconductors GmbH) gegeben.
Bei vorgegebener Geometrie der Sensoreinrichtung, insbesondere bei festen Abständen und Winkeln zwischen Sender, Reflektor und Empfänger kann es sinnvoll sein, in der Reflektorgeometrie Maßnahmen, wie die Einführung absichtlicher Winkelfehler zu treffen, die dafür sorgen, dass am Empfänger noch eine so hohe Intensität ankommt, dass die reflektierte Strahlung detektiert werden kann.
Je nach Empfindlichkeit des Empfängers, nach dem Abstand und dem Winkel zwischen Sender, Retroreflektor und Empfänger und der Absorption kann es sinnvoll sein, die Reflektorstruktur so anzupassen, dass der reflektierte Strahl direkt zum Empfänger geleitet wird. Auch durch den geringeren Versatz, der in kleineren Strukturen Mit anderen Worten ist es sinnvoll, den Strahl umzulenken. Hierzu kommt es in Betracht, gezielt Abweichungen vom rechten Winkel in die Tripelstrukturen einzubringen.
Wissenschaftlich ist der Effekt der Abweichungen vom rechten Winkel um wenige Bogenminuten bis zum ca. 2° beispielweise in P.R. Yoder Jr. im Artikel „study of Light Deviation Errors in Triple Mirrors and Tetrahedral Prisms" Journal of the Optical Society of America Vol 48, Nr. 7, eingereicht am 2.1.1958, publiziert im Juli 1958, beschrieben. Um zum Beispiel einen Abstand von 8 mm zwischen Sender und Empfänger bei einem Abstand des Retroreflektors von 50 cm zu überbrücken, also einen Beobachtungswinkel von 0,91° zu erzielen ist gemäß der Formel von Yoder:

δ=1,63 *n * Θ mit δ als Beobachtungswinkel, n als Brechungsindex und Θ als Winkelfehler zwischen zwei Seitenflächen
ein vorgegebener Winkelfehler zwischen zwei Seitenflächen von 0,37° bei einem angenommenen Brechungsindex von 1,49 erforderlich.

Die nachfolgenden Figuren sollen das Verständnis der Erfindung verdeutlichen und Details der Erfindung darlegen.
Es zeigen:

1 die Transmissionsrate des Materials TPX RT 18 sowie weiterer Materialien zum Vergleich in Abhängigkeit von der Wellenlänge des eingestrahlten Lichts,
2 den Lichtweg in einem bisher für UV-Anwendungen verwendeten Retroreflektor mit einer Schlüsselweite von 4 mm aus drei Ansichten,
3 den Lichtweg in Strukturen mit geringerer Schlüsselweite,
4 den prinzipiellen Aufbau eines Sensors zur Glaserkennung.

1 zeigt den Transmissionsgrad T in Prozent [%] verschiedener Materialien 10, 11, 12, 13, 14, 15 in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ [nm] bei einer Materialdicke von 1 mm. Für die vorliegende Erfindung ist vor allem der Wellenlängenbereich zwischen 250nm und 300 nm von Interesse. Quarz 10 hat durchgängig eine hohe Transmission. Für die Erkennung vieler bei sichtbarem Licht transparenter Materialien wie Polymethylmethacrylat (PMMA) 12, Polystyrol (PS) 13, Glas 14 und Polyvinylchlorid (PVC) 15 sollte unterhalb der Abbruchkante dieser Materialien gearbeitet werden, die bei ca. 300 nm liegt. Bei PMMA gilt zu beachten, dass dieses noch bei ca. 270 nm Wellenlänge einen kleinen Peak aufweist, der als Arbeitsbereich einer Lichtschranke zur Glasklarerkennung ebenfalls vermieden werden sollte. Das Material „TPX-RT 18“ mit dem Bezugszeichen 11 zeigt bei Wellenlängen knapp unter 300 nm einen hinreichenden Abstand des Transmissionsgrads im Vergleich zu allen üblichen nur unter sichtbarem Licht transparenten Materialien. Bei diesen Wellenlängen lässt sich ein gutes Signal-Rauschverhältnis erzielen.
Die 2 und 3 zeigen schematisch den Lichtweg 23, 23' in einem Retroreflektor 21 mit üblicher Schlüsselweite und einem erfindungsgemäßen Retroreflektor 21' mit kleinen Schlüsselweiten. Der Strahl 25, 25' tritt an der Lichteintrittsseite 27, 27' in den Retroreflektor 21, 21' ein, durchläuft eine dünne quaderförmige Materialschicht 29,29' wird an den Seitenflächen 31,31',33, 33',35',35' eines Tripels 37, 37' reflektiert und durchläuft wieder die Materialschicht 29, 29'. Der Retroreflektor 21' hat eine deutlich geringere Gesamtdicke 39' als der Retroreflektor 21 mit der Gesamtdicke 39. Es ist ersichtlich, dass der Lichtweg 23' im Retroreflektor 21' mit den kleineren Strukturen kürzer ist als der Lichtweg 23 im Retroreflektor mit den üblichen Schlüsselweiten. Dies gilt selbst dann, wenn die Dicke der Materialschichten 29, 29' wie hier dargestellt gleich ist. Diese Materialschicht 29, 29' sollte so dünn wie möglich ausgestaltet sein, aber dennoch die Formstabilität des Retroreflektors gewährleisten.
4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Sensoreinrichtung 41 zur Glaserkennung. Ein Sender 43 emittiert einen Strahl 25" im ultravioletten Bereich z.B. ein Peak bei einer Wellenlänge von 285 nm. Trifft der Strahl 25" auf einen zu detektierenden Gegenstand 47, hier zum Beispiel eine Flasche aus Glas, wird der größte Teil der Strahlung 25" absorbiert ein weiterer Teil wird in alle Richtungen gestreut (nicht dargestellt) und nur ein geringer Teil wird transmittiert und trifft als abgeschwächter Strahl 26" auf den Retroreflektor 21". Nach einer erneuten Absorption und einer nicht gerichteten Reflektion eines Teils der Strahlung an der Lichteintrittsseite 27" des Retroreflektor 21" als Grenzfläche zwischen Luft und Reflektormaterial ist beim Empfänger 45 kein Signal mehr nachweisbar. Unter sichtbarem Licht wäre der Gegenstand 47 völlig transparent und es könnte keine Detektion erfolgen.
Fehlt der Gegenstand 47 wie unten dargestellt, so erreicht der Strahl 25" auf seinem Lichtweg 23" die Lichteintrittsseite 27" des Retroreflektors 21" ohne Abschwächung. Erst innerhalb des Retroreflektors 21" findet eine Absorption statt, die aufgrund der Materialauswahl und der geringen Schlüsselweite der Tripel so gering ist, dass der leicht abgeschwächte Strahl 26" im Empfänger 45 ein Signal hervorruft und detektiert werden kann. Auch wenn der Sender 43 und der Empfänger 45 als zwei verschiedene Bauteile eingezeichnet sind, versteht es sich, dass auch ein integriertes Bauteil möglich ist.
Bezugszeichenliste

T: Transmissionsgrad [%]
λ: Wellenlänge [nm]
10: Quarz
11: TPX RT 18
12: PMMA
13: PS
14: Glas
15: PVC
21, 21', 21'': Retroreflektor
23, 23',23'': Lichtweg
25, 25',25'': Strahl
26'': abgeschwächter Strahl
27, 27', 27'': Lichteintrittsseite
29, 29', 29'': Materialschicht
31, 31': erste Seitenfläche eines Tripels
33, 33': zweite Seitenfläche eines Tripels
35, 35': dritte Seitenfläche eines Tripels
37, 37': Tripel
39, 39': Dicke des Retroreflektors
41: Sensoreinrichtung
43: Sender
45: Empfänger
47: zu erkennender Gegenstand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 4410994 C2 [0014]
EP 2497789 B1 [0017]
WO 2017/162734 A1 [0018]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

G. Natta in „Stereospezifische Katalysatoren und isotaktische Polymere. Angewandte Chemie 68 (12), pp 393-403 [1956]‟ [0017]
P.R. Yoder Jr. im Artikel „study of Light Deviation Errors in Triple Mirrors and Tetrahedral Prisms“ Journal of the Optical Society of America Vol 48, Nr. 7, eingereicht am 2.1.1958, publiziert im Juli 1958 [0021]

Claims

Sensoreinrichtung (41) zur Erkennung von für sichtbares Licht transparenten Objekten, insbesondere von Objekten aus Glas wie beispielsweise Flaschen, umfassend einen Sender (43), einen Empfänger (45) mit einer Auswerteeinheit sowie einen Retroreflektor (21, 21', 21'') mit einer Anordnung aus einer Vielzahl von an einer Reflektionsseite angeordneten totalreflektierenden Tripeln (37, 37') mit jeweils drei Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35'), die würfeleckenartig angeordnet sind und zueinander jeweils einen Winkel zwischen 89° und 91°, bevorzugt zwischen 89° 50' und 90° 10' und idealerweise genau einen rechten Winkel einschließen, wobei die Tripel (37, 37') in der Projektion auf eine an einer der Reflektionsseite abgewandten Lichteintrittsseite angeordneten Lichteintrittsfläche des Retroreflektors (21, 21', 21'') gleichmäßige Sechsecke darstellen, wobei der Abstand zweier einander gegenüberliegender Kanten jedes Sechsecks eine Schlüsselweite definiert, wobei der Sender (43) zum Aussenden von Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 310 nm, vorzugsweise zwischen 275 nm und 285 nm, ausgelegt ist und der Empfänger (45) zur Detektion von Licht im selben Wellenlängenbereich ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') eine Schlüsselweite zwischen 50 µm und 1,6 mm aufweist, bevorzugt zwischen 100 µm und 1mm und idealerweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm.
Sensoreinrichtung (41) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') mindestens 30 % des Lichts im Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 310 nm, vorzugsweise zwischen 275 nm und 285 nm, retroreflektiert
Sensoreinrichtung (41) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') aus einem optisch transparenten 4-Methyl- 1-Penten-Copolymer, vorzugsweise aus einem 4-Methyl-1-Penten/α-Olefin-Copolymer hergestellt ist.
Sensoreinrichtung (41) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') aus einem Polymethylmethacrylat, das unter dem Namen 7N S470 von Evonik Industries vertrieben wird, hergestellt ist.
Sensoreinrichtung (41) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor aus einem hochflourierten Polymer wie amorphem Polyvinyldiflourid (PVDF), Perfluoralkoxy-Polymer (PFA), einem Stoff mit der Strukturformel
der unter dem Markennamen Hyflon MFA vertrieben wird, oder einem Copolymer aus mindestens einem dieser Stoffe hergestellt ist.
Sensoreinrichtung (41) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') so ausgebildet ist, dass ein senkrecht zur Lichteintrittsfläche einfallender Lichtstrahl im Retroreflektor (21, 21', 21'') einen Lichtweg geringer als 4,5 mm, bevorzugt geringer als 3,5 mm zurücklegt.
Sensoreinrichtung (41) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zwischen der Lichteintrittsseite und der Reflektionsseite gemessene Dicke (39, 39') des Retroreflektors (21, 21', 21'') maximal 2,3 mm, bevorzugt maximal 1,8 mm, beträgt.
Sensoreinrichtung (41) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35') der Tripel (37, 37') des Retroreflektors (21, 21', 21'') näherungsweise quadratisch sind.
Sensoreinrichtung (41) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Retroreflektor (21, 21', 21'') eine Struktur aufweist, die den reflektierten Strahl nicht direkt in sich selbst zurück reflektiert, sondern um einen Beobachtungswinkel, der zwischen dem Sender (43) und dem Empfänger (45) aufgespannt ist, versetzt reflektiert, wobei die Struktur vorzugsweise kleine Abweichungen der Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35') eines Tripels (37, 37') vom rechten Winkel ausnutzt.
Verfahren zur Detektion von in einem Strahlengang einer Sensoreinrichtung, insbesondere einer Sensoreinrichtung (41) nach einem der vorangehenden Ansprüche, befindlichen Gegenständen, wobei ein Sender (43) Licht in einem Wellenlängenbereich zwischen 250 nm und 310 nm, vorzugsweise zwischen 275 nm und 285 nm, zu einem Retroreflektor (21, 21', 21'') aussendet, wobei der Retroreflektor (21, 21', 21'') eine Anordnung aus einer Vielzahl von totalreflektierenden Tripeln (37, 37') aufweist mit jeweils drei Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35'), die würfeleckenartig angeordnet sind und zueinander jeweils einen Winkel zwischen 89° und 91°, bevorzugt zwischen 89° 50' und 90° 10' und idealerweise genau einen rechten Winkel einschließen, wobei die Tripel in der Projektion auf eine Lichteintrittsfläche des Retroreflektors (21, 21', 21'') gleichmäßige Sechsecke darstellen, wobei der Abstand zweier einander gegenüberliegender Kanten jedes Sechsecks eine Schlüsselweite definiert, wobei die Schlüsselweite zwischen 50 µm und 1,6 mm aufweist, bevorzugt zwischen 100 µm und 1mm, idealerweise zwischen 0,1 mm und 0,5 mm, beträgt und wobei ein Empfänger (45) vom Retroreflektor (21, 21', 21") reflektiertes Licht detektiert.
Verwendung eines Retroreflektors (21, 21', 21") in einer Sensoreinrichtung (41) zur Erkennung von für sichtbares Licht transparenten Objekten (47), insbesondere von Objekten aus Glas wie beispielsweise Flaschen, wobei der Retroreflektor (21, 21', 21") eine Lichteintrittsseite (27, 27', 27") mit einer Lichteintrittsfläche, eine der Lichteintrittsseite abgewandte Reflektionsseite und eine Anordnung aus einer Vielzahl von totalreflektierenden Tripeln (37, 37') mit jeweils drei Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35') aufweist, wobei die Tripel (37, 37') an der Reflektionsseite angeordnet sind, wobei die Seitenflächen (33, 31', 33, 33', 35, 35') der Tripel (37, 37') würfeleckenartig angeordnet sind und zueinander jeweils einen Winkel zwischen 89° und 91°, bevorzugt zwischen 89° 50' und 90° 10' und idealerweise genau einen rechten Winkel einschließen, wobei die Tripel in der Projektion auf die Lichteintrittsfläche gleichmäßige Sechsecke darstellen, wobei der Abstand zweier einander gegenüberliegender Kanten jedes Sechsecks eine Schlüsselweite definiert und wobei die Sensoreinrichtung einen Sender und einen Empfänger umfasst und für Licht in einem Wellenlängenbereich (λ) zwischen 250 nm und 310 nm ausgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlüsselweite der Tripel des Retroreflektors kleiner 1,6 mm, bevorzugt kleiner als 800 µm, aber größer als 50 µm ist.