DE10146752B4

DE10146752B4 - Optoelectronic device

Info

Publication number: DE10146752B4
Application number: DE10146752A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2000-09-25
Filing date: 2001-09-22
Publication date: 2006-03-23
Anticipated expiration: 2021-09-23
Also published as: DE10146752A1

Abstract

Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger sowie einer Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale, dadurch gekennzeichnet, dass nur die Sendelichtstrahlen (2) über einen Schwingspiegel (6) periodisch in zwei Raumrichtungen abgelenkt werden, so dass diese auf der Oberfläche des Objekts (7) eine Abtastfläche (8) überstreichen, und dass zur Generierung eines Objektfestsstellungssignals in der Auswerteeinheit (10) die Empfangssignale in Abhängigkeit der Ablenkposition des Schwingspiegels (6) ausgewertet werden, wobei das Objektfeststellungssignal als binäres Schaltsignal ausgebildet ist, welches mittels wenigstens eines Schwellwerts zur Bewertung der Amplituden der Empfangssignale generiert wird.Optoelectronic Device for detecting objects in a surveillance area with a Transmitting light emitting emitter, a receiving light beams receiving recipient and an evaluation unit for evaluating the pending at the receiver Received signals, characterized in that only the transmitted light beams (2) about an oscillating mirror (6) are deflected periodically in two spatial directions, leaving these on the surface of the object (7) has a scanning surface Cover (8) and that for generating a Objektfestsstellungssignals in the Evaluation unit (10) the received signals as a function of the deflection position of the oscillating mirror (6) are evaluated, wherein the object detection signal as a binary Switching signal is formed, which by means of at least one threshold to evaluate the amplitudes of the received signals is generated.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an optoelectronic device according to the preamble of claim 1.

Derartige optoelektronische Vorrichtungen sind insbesondere als Lichttaster ausgebildet, bei welchen der Sendelichtstrahlen emittierende Sender und der Empfangslichtstrahlen empfangende Empfänger mit einer Auswerteeinheit in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht sind. Ein derartiger Lichttaster ist aus der DE 35 136 71 bekannt. Die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen sind auf ein Objekt gerichtet. Die von dem Objekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen werden durch eine Empfangsoptik auf den Empfänger fokussiert. Der Empfänger besteht aus einem Nahelement und einem Fernelement.Such optoelectronic devices are in particular designed as light sensors, in which the transmitter emitting light-emitting transmitters and the receiving light-receiving receivers are accommodated with an evaluation unit in a common housing. Such a light sensor is from the DE 35 136 71 known. The transmitted light beams emitted by the transmitter are directed to an object. The received light beams reflected back from the object are focused onto the receiver by receiving optics. The receiver consists of a near element and a remote element.

In der Auswerteeinheit wird insbesondere die Differenz der Empfangssignale des Nah- und Fernelements gebildet und mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen, welcher einer einen Tastbereich begrenzenden Tastweite entspricht. Damit können Objekte innerhalb des Tastbereichs erkannt und von einem Hintergrund, der außerhalb des Tastbereichs liegt, unterschieden werden. Zur Einstellung der Tastweite werden die Empfangslichtstrahlen mittels eines Drehspiegels abgelenkt und zum Empfänger geführt. Dabei erfolgt die Spiegelverstellung manuell durch einen Spindelantrieb. Die Einstellung des Spiegels erfolgt vor Inbetriebnahme des Lichttasters und bleibt während des anschließenden Betriebs des Lichttasters erhalten. Befindet sich ein Objekt im Abstand der eingestellten Tastweite, liegt der Empfangslichtfleck gerade zur Hälfte auf dem Nah- und Fernelement. Die Einstellung der Tastweite kann durch Drehung des Spiegels erfolgen.In the evaluation unit is in particular the difference of the received signals formed of the near and far element and with a predetermined threshold compared, which one of a tactile range limiting range equivalent. With that you can Objects detected within the touch area and from a background, the outside of the scanning range. To set the Detection reach the received light beams by means of a rotating mirror distracted and to the receiver guided. The mirror adjustment is done manually by a spindle drive. The adjustment of the mirror is done before putting the light button and stays while of the subsequent Operation of the light button received. Is there an object in the Distance of the set detection range, lies the received light spot just in half on the near and far element. The adjustment of the range can be through Turn the mirror done.

Grundsätzlich erfolgt die Bewertung der Empfangssignale eines Lichttasters mittels zweier Schwellwerte. Insbesondere wird auch das Differenzempfangssignal eine Lichttasters mit einem Nah- und Fernelement mittels zweier Schwellwerte bewertet, woraus ein binäres Schaltsignal abgeleitet wird. Überschreitet das Differenzempfangssignal den oberen Schwellwert, so gilt das Objekt als erkannt, das heißt das Schaltsignal nimmt den Schaltzustand „ein" an. Bei Unterschreitung des unteren Schwellwerts nimmt das Schaltsignal den Schaltzustand „aus" ein, das heißt ein Objekt gilt als nicht erkannt. Liegt das Differenzempfangssignal innerhalb des Hysteresebereichs zwischen den beiden Schwellwerten, so bleibt der jeweils aktuelle Schaltzustand des Schaltsignals erhalten. Dadurch wird ein unerwünschter Wechsel des Schaltzustandes durch kleine Empfangssignalschwankungen aufgrund von Störungen oder von Rauscheffekten elektronischer Bauteile des Lichttasters verhindert.Basically the evaluation of the received signals of a light scanner by means of two threshold values. In particular, the differential reception signal is a light scanner evaluated with a near and far element by means of two threshold values, what a binary Switching signal is derived. exceeds the difference received signal the upper threshold, so that applies Object as recognized, that is the switching signal assumes the switching state "on" Threshold, the switching signal takes the switching state "off", that is, an object is not recognized. Is the difference received signal within the hysteresis range between the two thresholds, so remains receive the current switching state of the switching signal. Thereby becomes an unwanted change the switching state due to small received signal fluctuations due of faults or of noise effects of electronic components of the light sensor prevented.

Ein Nachteil derartiger Vorrichtungen besteht darin, dass bei der Objektdetektion der Sendelichtfleck der Sendelichtstrahlen fest auf einen Punkt der Objektoberfläche gerichtet ist. Durch Inhomogenitäten der lokalen Oberflächenstruktur des Objekts wie zum Beispiel kleine Bohrungen oder Kontraständerungen kann die Detektion eines Objektes verfälscht werden.One Disadvantage of such devices is that in object detection the transmission light spot of the transmitted light beams fixed to one point the object surface is directed. By inhomogeneities the local surface structure of the object such as small holes or contrast changes the detection of an object can be falsified.

Eine Fehlfunktion des Lichttasters kann beispielsweise dann entstehen, wenn bei der Objektdetektion ein Teil des Sendelichtfleckes auf ein Oberflächenelement des Objekts mit geringer Reflexion und der andere Teil des Sendelichtflecks auf eine Fläche höherer Reflexion fällt. Dieser Fall tritt in der Regel an der Objektkante auf. Im Vergleich zur Detektion einer homogenen Objektoberfläche werden die Empfangslichtstrahlen von den Oberflächenelementen unterschiedlicher Reflektivität unterschiedlich stark reflektiert, wodurch eine Verschiebung des Schwerpunkts des Empfangslichtfleckes auf dem von Nah- und Fernelement gebildeten Empfänger erhalten wird. Die Verschiebung des Schwerpunkts des Empfangslichtfleckes kann insbesondere zum Nahelement hin erfolgen. Dadurch kann das Schaltsignal den Schaltzustand „Objekt er kannt" einnehmen, obwohl sich das Objekt außerhalb der eingestellten Tastweite befindet. Dies bedeutet, dass in diesem Fall eine Fehldetektion des Lichttasters vorliegt.A Malfunction of the light sensor can arise, for example, if at the object detection part of the transmission light spot on a surface element of the low reflection object and the other part of the transmitted light spot on a surface of higher reflection falls. This case usually occurs at the edge of the object. Compared for detecting a homogeneous object surface, the received light beams from the surface elements different reflectivity reflected differently, causing a shift of Focus of the receiving light spot on the near and far element formed recipient is obtained. The shift of the center of gravity of the receiving light spot can be done in particular to the Nahelement out. This can do that Switching signal occupy the switching state "object he knows", although the object is outside the set detection distance is. This means that in this If there is a misdetection of the light button.

Die DE 100 26 357 A1 betrifft als nachveröffentlichter Stand der Technik eine optoelektronische Vorrichtung zur Erfassung von Struktur- und Geometriedaten einer Objektoberfläche und Mitteln zur optischen Anzeige der ermittelten Daten, bestehend aus einem Lichtsender, einer Sendeoptik, einem Empfänger, einer Empfangsoptik, einer Ablenkeinheit, einer Auswerte- und Treiberschaltung und einem Mikroprozessor. Der Sendelichtstrahl wird durch die Ablenkeinheit periodisch abgelenkt, wobei während einer Ablenkperiode mehrere Kontrast- und/oder Distanzmesswerte zur Ermittlung der Struktur- und Geometriedaten ermittelt werden. In Abhängigkeit der Struktur- und Geometriedaten ist der Sendelichtfleck des Sendelichtstrahls partiell ausblendbar, wobei die sichtbaren Segmente des Sendlichtfleckes aus der Objektoberfläche die Mittel zur optischen Anzeige bilden.The DE 100 26 357 A1 relates as a post-published prior art, an optoelectronic device for detecting structural and geometric data of an object surface and means for optically displaying the determined data consisting of a light emitter, a transmitting optics, a receiver, a receiving optics, a deflection unit, an evaluation and driver circuit and a microprocessor. The transmitted light beam is periodically deflected by the deflection unit, wherein a plurality of contrast and / or distance measured values for determining the structure and geometry data are determined during a deflection period. Depending on the structure and geometry data, the transmitted light spot of the transmitted light beam can be partially blanked out, wherein the visible segments of the transmitted light spot form the means for optical display from the object surface.

Die DE 44 34 042 A1 betrifft eine Anordnung zum berührungslosen Erfassen und Vermessen von räumlich ausgedehnten Objekten, insbesondere zum Erfassen von verkehrsbezogenen Daten, wobei sich die Objekte auf einer Überwachungsoberfläche bewegen. Die Anordnung weist einen Laser, eine Scan-Einrichtung für den Laserstrahl und eine Auswerteeinheit auf, mit der eine optische Laufzeitmessung zur Entfernungsbestimmung durchgeführt wird, wobei der abgelenkte Laserstrahl einen Kegelmantel aufspannt, dessen Symmetrieachse orthogonal oder geneigt zur Überwachungsoberfläche angeordnet ist.The DE 44 34 042 A1 relates to an arrangement for non-contact detection and surveying of spatially extended objects, in particular for detecting traffic-related data, wherein the objects move on a monitoring surface. The arrangement comprises a laser, a scanning device for the laser beam and an evaluation unit, with an optical Laufzeitmes is carried out for determination of the distance, wherein the deflected laser beam spans a conical surface whose axis of symmetry is arranged orthogonal or inclined to the monitoring surface.

Die DE 42 19 260 C2 betrifft eine lichtelektrische Vorrichtung zum Orten von Hindernissen mit einem Sender, einem ortsauflösenden Detektor und einer Ablenkvorrichtung, die eine periodische Bewegung ausführt, so dass ein vom Sender ausgesandter Sendelichtstrahl und ein von einem Hindernis reflektierter, auf dem Detektor auftreffender Empfangslichtstrahl, die über die Ablenkeinheit geführt sind, die Abtastfläche überstreichen. Die Ablenkvorrichtung weist einen Messwertgeber zur Bestimmung der Winkellage des Sendelicht strahles auf. Die Signale des ortsauflösenden Detektors und des Messwertgebers werden einer Auswerteeinheit zugeführt, wobei mittels einer Testmessung die Funktionsfähigkeit des Senders und des Detektors überprüfbar ist, indem der Sendelichtstrahl über ein Testobjekt dem Detektor zugeführt wird.The DE 42 19 260 C2 relates to a photoelectric device for locating obstacles with a transmitter, a spatially resolving detector and a deflecting device which performs a periodic motion such that a transmitted light beam emitted by the transmitter and an incident light beam reflected by an obstacle impinging on the detector and guided over the deflecting unit are, sweep the scanning surface. The deflection device has a transmitter for determining the angular position of the transmitted light beam. The signals of the spatially resolving detector and the transmitter are fed to an evaluation unit, wherein by means of a test measurement, the functionality of the transmitter and the detector can be checked by the transmitted light beam is fed to the detector via a test object.

In der DE 42 35 593 A1 ist der Aufbau eines mikromechanischen Schwingspiegels beschrieben.In the DE 42 35 593 A1 the structure of a micromechanical oscillating mirror is described.

Die DE 41 19 797 C2 betrifft eine einen Sender, einen Empfänger und eine Schaltungsanordnung zur Signalauswertung aufweisende Überwachungseinrichtung für das berührungslose Erfassen von im zu überwachenden Bereich befindlichen oder in diesem Bereich eindringenden Objekten, bei der Sender und Empfänger auf derselben Seite angeordnet sind und der zu überwachende Bereich durch eine Referenzfläche begrenzt ist. Der Pegel der von der Referenzfläche reflektierten Sendesignale wird mit dem Pegel der momentanen Empfangssignale verglichen, wobei bei im Überwachungsbereich befindlichem Objekt eine Warnsignalabgabe erfolgt.The DE 41 19 797 C2 relates to a transmitter, a receiver and a circuit arrangement for signal evaluation having monitoring device for the contactless detection of objects located in the area to be monitored or penetrating in this area, are arranged in the transmitter and receiver on the same side and limits the area to be monitored by a reference surface is. The level of the transmitted signals reflected from the reference surface is compared with the level of the instantaneous received signals, whereby a warning signal is emitted when the object is located in the monitored area.

Aus der DE 44 22 497 C2 ist eine optoelektronische Vorrichtung bekannt, bei welcher zur Objektdetektion in einem flächigen Überwachungsbereich sowohl die von einem Sender emittierten Sendelichtstrahlen als auch die auf einem Empfänger von einem Objekt reflektierten Empfangslichtstrahlen über eine Umlenkvorrichtung geführt sind.From the DE 44 22 497 C2 An optoelectronic device is known, in which, for object detection in a planar monitoring area, both the transmission light beams emitted by a transmitter and the reception light beams reflected by a receiver on a receiver are guided via a deflection device.

Aus der US 5,848,188 A ist ein optischer Sensor zur Erfassung von Objektkonturen bekannt. Als Sender ist ein Laser vorgesehen, dessen Laserstrahlen über einen rotierenden Polygonspiegel abgelenkt werden. Zur Bilderfassung ist eine Kamera vorgesehen.From the US 5,848,188 A is an optical sensor for detecting object contours known. The transmitter is a laser whose laser beams are deflected by a rotating polygon mirror. For image capture, a camera is provided.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass Objekte und Objektstrukturen sicher erfassbar sind.Of the Invention is the object of an optoelectronic device of the type mentioned above in such a way that objects and object structures are certainly detectable.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.to solution This object, the features of claim 1 are provided. advantageous embodiments and appropriate training The invention are described in the subclaims.

Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich weist einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger sowie eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale auf. Nur die Sendelichtstrahlen werden über einen Schwingungspegel periodisch in zwei Raumrichtungen abgelenkt, so dass diese auf der Oberfläche des Objekts eine Abtastfläche überstreichen. Zur Generierung eines Objektfestsstellungssignals in der Auswerteeinheit werden die Empfangssignale in Abhängigkeit der Ablenkposition des Schwingspiegels ausgewertet.The Optoelectronic device according to the invention to capture objects in a surveillance area has a Transmit light emitting emitter, receive light beams receiving recipient and an evaluation unit for evaluating the pending at the receiver Receive signals on. Only the transmitted light rays are transmitted via a Vibration level periodically deflected in two spatial directions, so that this on the surface of the object over a scanning area. To generate a Objektfestsstellungssignals in the evaluation the received signals become dependent on the deflection position of the oscillating mirror evaluated.

Dabei erfolgt eine Bewertung der Amplituden der Empfangssignale mittels wenigstens einer Schwellwerteinheit, wodurch als Objektabstellungssignal ein binäres Schaltsignal generiert wird.there An evaluation of the amplitudes of the received signals by means of at least one threshold unit, whereby as an object switch-off signal a binary one Switching signal is generated.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, ein in einer bestimmten Distanz zur optoelektronischen Vorrichtung angeordnetes Objekt nicht statisch und punktuell mittels eines auf die Objektoberfläche abgebildeten Sendelichtflecks zu erfassen. Erfindungsgemäß überstreichen die Sendelichtstrahlen durch die Umlenkung am Schwingspiegel eine Abtastfläche auf der Oberfläche des jeweiligen Objekts. Die Empfangssignale des Empfängers werden dann winkelaufgelöst, das heißt in Abhängigkeit der Ablenkposition des Schwingspiegels ausgewertet. Dadurch kann die Oberflächenbeschaffenheit des Objektes erfasst werden. Insbesondere können damit Fehldetektionen der Vorrichtung, die durch die Inhomogenitäten der Oberflächenbeschaffenheit des Objektes verursacht sind, weitgehend vermieden werden.Of the The basic idea of the invention is to be one in a particular Distance to the optoelectronic device arranged object not statically and punctually by means of a mapped onto the object surface To detect transmission light spot. According to the invention, the transmitted light beams pass over the deflection at the oscillating mirror a scanning surface on the surface of the respective object. The received signals of the receiver are then angle resolved, the is called dependent on evaluated the deflection of the oscillating mirror. This can the surface texture of the object are detected. In particular, misdetections can thus be avoided the device caused by the inhomogeneities of the surface texture caused by the object are largely avoided.

Weiterhin ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine äußerst präzise Einstellung von Tastbereichen, innerhalb dessen ein Objekt erkannt wird, möglich. Damit können insbesondere Hintergrundsignale von Objekten außerhalb des Tastbereichs mit großer Sicherheit und weitgehend unabhängig von deren Oberflächenbeschaffenheit ausgeblendet werden.Farther is in the device according to the invention a very precise setting of touch areas within which an object is detected, possible. In order to can in particular background signals from objects outside the scanning range greater Security and largely independent of their surface texture be hidden.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:The Invention will be explained below with reference to the drawing. It demonstrate:

1: Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der optoelektronische Vorrichtung. 1 : Block diagram of a first execution Example of the optoelectronic device.

2: Schematische Darstellung der optischen Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1. 2 : Schematic representation of the optical components of the optoelectronic device according to 1 ,

3: Schematische Darstellung eines Schwingspiegels für die Vorrichtung gemäß den 1 und 2. 3 : Schematic representation of a vibrating mirror for the device according to the 1 and 2 ,

4a: Erstes Anwendungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung gemäß den 1 und 2 zur Abtastung einer gekrümmten Objektoberfläche 4a : First example of application of the optoelectronic device according to the 1 and 2 for scanning a curved object surface

4b: Schematische Darstellung der mit der Vorrichtung auf der Objektoberfläche gemäß 4a erzeugten Abtastfläche. 4b : Schematic representation of the device on the object surface according to 4a created scanning surface.

5: Zweites Anwendungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung gemäß den 1 und 2 zur Abtastung einer schräg liegenden Objektoberfläche. 5 Second example of use of the optoelectronic device according to FIGS 1 and 2 for scanning a slanted object surface.

6a: Drittes Anwendungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung gemäß den 1 und 2 zur Abtastung zweier aufeinander liegenden Objekte. 6a Third example of use of the optoelectronic device according to the 1 and 2 for scanning two superimposed objects.

6b: Verlauf der Empfangssignale in Abhängigkeit der Ablenkpositionen der Sendelichtstrahlen der optoelektronischen Vorrichtung für das Anwendungsbeispiel gemäß 5b. 6b FIG. 2: a profile of the received signals as a function of the deflection positions of the transmitted light beams of the optoelectronic device for the application example according to FIG 5b ,

7a: Viertes Anwendungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung gemäß den 1 und 2 zur Abtastung einer Kantenstruktur. 7a Fourth application example of the optoelectronic device according to FIGS 1 and 2 for scanning an edge structure.

7b: Verlauf der Empfangssignale in Abhängigkeit der Ablenkpositionen der Sendelichtstrahlen für das Anwendungsbeispiel gemäß 7a. 7b : Course of the received signals as a function of the deflection positions of the transmitted light beams for the application example according to FIG 7a ,

1 zeigt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1. Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist als Lichttaster ausgebildet und weist einen Sendelichtstrahlen 2 emittie renden Sender 3 und einen Empfangslichtstrahlen 4 empfangenden Empfänger 5 auf. Der Sender 3 ist von einer Laserdiode gebildet. Der Empfänger 5 besteht aus einer Fotodiode. Die Sendelichtstrahlen 2 werden durch einen Schwingspiegel 6 periodisch in zwei Raumrichtungen abgelenkt, so dass die Sendelichtstrahlen 2 auf dem zu detektierenden Objekt 7 eine Abtastfläche 8 überstreichen. Dabei werden die vom Objekt 7 reflektierten Empfangslichtstrahlen 4 nicht über den Schwingspiegel 6 geführt und gelangen direkt zum Empfänger 5. In dem Schwingspiegel 6 ist eine nicht dargestellte Ansteuereinheit integriert. In dieser werden Ansteuerspannungen Ux, Uy generiert, mittels derer die Sendelichtstrahlen 2 in zwei Raumrichtungen x und y abgelenkt werden. Die Empfangssignale 4 am Ausgang des Empfängers 5 werden in einem Verstärker 9 verstärkt und dann auf eine Auswerteeinheit 10 geführt, die vorzugsweise von einem Mikroprozessor gebildet ist. 1 shows the block diagram of an embodiment of the optoelectronic device according to the invention 1 , The optoelectronic device 1 is designed as a light sensor and has a transmitted light beams 2 emitting transmitter 3 and a receiving light beam 4 receiving recipient 5 on. The transmitter 3 is formed by a laser diode. The recipient 5 consists of a photodiode. The transmitted light rays 2 be through a vibrating mirror 6 periodically deflected in two spatial directions, so that the transmitted light beams 2 on the object to be detected 7 a scanning surface 8th sweep. These are the objects 7 reflected received light beams 4 not over the vibrating mirror 6 guided and get directly to the recipient 5 , In the vibrating mirror 6 a drive unit, not shown, is integrated. In this driving voltages Ux, Uy are generated, by means of which the transmitted light beams 2 be deflected in two spatial directions x and y. The received signals 4 at the output of the receiver 5 be in an amplifier 9 amplified and then to an evaluation unit 10 guided, which is preferably formed by a microprocessor.

Zur Generierung des Objektfeststellungssignals werden die Amplituden der Empfangssignale mit wenigstens einem Schwellwert bewertet. Mittels des Schwellwerts wird aus den analogen Empfangssignalen ein binäres Schaltsignal gebildet, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt 7 im Überwachungsbereich befindet oder nicht. Zudem werden mit der optoelektronischen Vorrichtung 1 die Distanzen des jeweiligen Objekts 7 zur Vorrichtung 1 ermittelt. Der Sender 3 und der Empfänger 5 bilden dabei einen nach dem Lichtlaufzeitverfahren arbeitenden Distanzsensor. Die Distanzmessung kann nach dem Phasenmessprinzipverfahren erfolgen. Dabei wird dem vom Sender 3 emittierten Sendelichtstrahlen 2 mittels einer nicht dargestellten Modulationseinheit eine Amplitudenmodulation aufgeprägt. In der Auswerteeinheit 10 wird die Phasendifferenz zwischen den vom Sender 3 emittierten Sendelichtstrahlen 2 und den vom Objekt 7 zum Empfänger 5 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 berechnet. Aus diesen Phasendifferenzen werden die Distanzwerte für die aktuellen Ablenkpositionen der Sendelichtstrahlen 2 ermittelt. Alternativ kann die Distanzmessung nach dem Impulslaufzeitverfahren erfolgen. In diesem Fall emittiert der Sender 3 Sendelichtstrahlen 2 in Form von vorgege benen Folgen von Sendelichtimpulsen. In der Auswerteeinheit 10 wird zur Distanzbestimmung die Laufzeit der vom Sender 3 emittierten und als Empfangslichtimpulse zum Empfänger 5 zurückreflektierten Sendelichtimpulse ermittelt.To generate the object detection signal, the amplitudes of the received signals are evaluated with at least one threshold value. By means of the threshold value, a binary switching signal is formed from the analog received signals, the switching states of which indicate whether an object is present 7 located in the surveillance area or not. In addition, with the optoelectronic device 1 the distances of the respective object 7 to the device 1 determined. The transmitter 3 and the receiver 5 form a distance sensor operating according to the time of flight method. The distance measurement can be carried out according to the phase measurement principle method. It will be the transmitter 3 emitted transmitted light rays 2 impressed by means of a modulation unit, not shown, an amplitude modulation. In the evaluation unit 10 will be the phase difference between the transmitter 3 emitted transmitted light rays 2 and the object 7 to the recipient 5 reflected back receive light beams 4 calculated. These phase differences become the distance values for the current deflection positions of the transmitted light beams 2 determined. Alternatively, the distance measurement can be carried out according to the pulse transit time method. In this case, the transmitter emits 3 Transmitted light beams 2 in the form of predetermined sequences of transmitted light impulses. In the evaluation unit 10 is used for distance determination the duration of the transmitter 3 emitted and as received light pulses to the receiver 5 back reflected transmitted light pulses determined.

Das in der Auswerteeinheit 10 generierte binäre Schaltsignal wird über einen Schaltausgang 11 ausgegeben, der an die Auswerteeinheit 10 angeschlossen ist. Die ermittelten analogen Distanzwerte werden über eine Schnittstelleneinheit 12, die eine serielle Schnittstelle bildet und ebenfalls an die Auswerteeinheit 10 angeschlossen ist, ausgegeben.That in the evaluation unit 10 Generated binary switching signal is via a switching output 11 issued to the evaluation unit 10 connected. The determined analog distance values are transmitted via an interface unit 12 , which forms a serial interface and also to the evaluation unit 10 connected, output.

In einer vorteilhaften Ausführungsform können die Distanzwerte in der Auswerteeinheit 10 mit vorgegebenen Schwellwerten bewertet werden. Dadurch sind unterschiedliche Distanzbereiche definierbar. In diesem Fall wird über die Schnittstelleneinheit 12 ausgegeben, in welchem Distanzbereich sich ein Objekt 7 befindet. In die Auswerteeinheit 10 können insbesondere über die Schnittstelleneinheit 12 Parameterwerte eingegeben werden. Hierzu gehören insbesondere die Schwellwerte sowie die Parameter zur Ansteuerung des Senders 3 und des Schwingspiegels 6. Weiterhin können als Parameterwerte Referenzwerte in die Auswerteeinheit 10 eingegeben werden. Zur Objektdetektion werden dann die Amplituden- oder Distanzwerte, die aus den aktuellen Messungen gewonnen werden, mit den abgespeicherten, zugeordneten Referenzwerten zur Generierung von Objektfeststellungssignalen verglichen.In an advantageous embodiment, the distance values in the evaluation unit 10 be evaluated with predetermined thresholds. As a result, different distance ranges are definable. In this case, via the interface unit 12 spent, in which distance range an object 7 located. In the evaluation unit 10 can in particular via the interface unit 12 Parameter values are entered. These include in particular the threshold values and the parameters for controlling the transmitter 3 and the oscillating mirror 6 , Furthermore, reference values can be used as parameter values in the evaluation unit 10 be entered. For object detection then the amplitude den- or distance values, which are obtained from the current measurements, compared with the stored, assigned reference values for generating object detection signals.

Alternativ können zur Ermittlung der Referenzwerte auch Referenzmessungen mit der optoelektronischen Vorrichtung 1 durchgeführt werden.Alternatively, reference measurements with the optoelectronic device can also be used to determine the reference values 1 be performed.

2 zeigt die optischen Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 1. Dem Sender 3 ist ein Kollimator 13 zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 2 nachgeordnet. Die kollimierten Sendelichtstrahlen 2 werden durch den Schwingspiegel 6 in zwei Raumrichtungen abgelenkt, wobei der Winkelbereich in jeder Raumrichtung, welcher von dem am Schwingspiegel 6 abgelenkten Sendelichtstrahlen 2 überstrichen wird, im Bereich zwischen 5° und 15° liegt und vorzugsweise 10° beträgt. Die von dem Objekt 7 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 werden durch eine Empfangsoptik 14 auf den Empfänger 5 abgebildet. 2 shows the optical components of the optoelectronic device 1 according to 1 , The transmitter 3 is a collimator 13 for beam shaping of the transmitted light beams 2 downstream. The collimated transmitted light rays 2 be through the oscillating mirror 6 deflected in two spatial directions, wherein the angular range in each spatial direction, which of the oscillating mirror 6 deflected transmitted light rays 2 is swept in the range between 5 ° and 15 °, and preferably 10 °. The of the object 7 reflected back receive light beams 4 be through a receiving optics 14 on the receiver 5 displayed.

3 zeigt eine Detaildarstellung des Schwingspiegels 6. Der Schwingspiegel 6 ist als mikromechanischer Scannerspiegel ausgebildet, welcher ein plattenförmiges Spiegelelement 15 aufweist, an welchem die Sendelichtstrahlen 2 reflektiert werden. Das Spiegelelement 15 besteht aus einer einkristallinen Siliziumplatte, welche mit einer Aluminiumschicht beschichtet ist. Diese bildet die Spiegelfläche, an welcher die Sendelichtstrahlen 2 reflektiert werden. 3 shows a detailed representation of the oscillating mirror 6 , The oscillating mirror 6 is designed as a micromechanical scanner mirror, which is a plate-shaped mirror element 15 at which the transmitted light rays 2 be reflected. The mirror element 15 consists of a monocrystalline silicon plate, which is coated with an aluminum layer. This forms the mirror surface on which the transmitted light beams 2 be reflected.

Das Spiegelelement 15 ist mittels zwei ersten Torsionsstegen 16 an einem ersten Rahmen 17 befestigt. Die Torsionsstege 16 münden an gegenüberliegenden Seitenwänden des Spiegelelements 15 aus und verlaufen entlang einer ersten Drehachse D_x. Durch eine Torsion der Torsionsstege 16 ist das Spiegelelement 15 bezüglich der Drehachse D_x im ersten Rahmen 17 drehbar gelagert.The mirror element 15 is by means of two first torsion bars 16 on a first frame 17 attached. The torsion bars 16 open on opposite side walls of the mirror element 15 from and run along a first axis of rotation D _x . By a twist of the torsion bars 16 is the mirror element 15 with respect to the axis of rotation D _x in the first frame 17 rotatably mounted.

Der erste Rahmen 17 liegt innerhalb eines zweiten Rahmens 18. Dabei sind die beiden Rahmen 17, 18 über zweite Torsionsstege 19 verbunden, die in einer zweiten Drehachse D_y verlaufen. Durch Torsion der zweiten Torsionsstege 19 ist der erste Rahmen 17 mit dem Spiegelelement 15 bezüglich der Drehachse D_y im zweiten Rahmen 18 drehbar gelagert.The first frame 17 lies within a second frame 18 , Here are the two frames 17 . 18 over second torsion bars 19 connected, which extend in a second axis of rotation D _y . By torsion of the second torsion bars 19 is the first frame 17 with the mirror element 15 with respect to the axis of rotation D _y in the second frame 18 rotatably mounted.

Das plattenförmige Spiegelelement 15 weist einen quadratischen Querschnitt auf. Der erste und zweite Rahmen 17, 18 weisen quadratische Konturen auf und sind konzentrisch zum Spiegelelement 15 angeordnet.The plate-shaped mirror element 15 has a square cross-section. The first and second frames 17 . 18 have square contours and are concentric with the mirror element 15 arranged.

In den parallel zur ersten Drehachse D_x verlaufenden Wandsegmenten des ersten Rahmens 17 sind erste Antriebselektroden 20 vorgesehen. Durch Anlegen von Ansteuerspannungen U_x mit einer vorgegebenen Anregungsfrequenz f_x wird das Spiegelelement 15 mit der entsprechenden Anregungsfrequenz f_x bezüglich der Drehachse D_x gedreht.In the parallel to the first axis of rotation D _x extending wall segments of the first frame 17 are first drive electrodes 20 intended. By applying drive voltages U _x with a predetermined excitation frequency f _x , the mirror element 15 with the corresponding excitation frequency f _x with respect to the axis of rotation D _x rotated.

In dem parallel zur zweiten Drehachse D_y verlaufenden Wandsegmenten des zweiten Rahmens 18 sind zweite Antriebselektroden 21 vorgesehen. Durch Anlegen von Ansteuerspannungen Uy mit einer vorgegebenen Anregungsfrequenz f_y wird der erste Rahmen 17 mit der entsprechenden Anregungsfrequenz f_y bezüglich der zweiten Drehachse gedreht.In the parallel to the second axis of rotation D _y extending wall segments of the second frame 18 are second drive electrodes 21 intended. By applying drive voltages Uy with a predetermined excitation frequency f _y becomes the first frame 17 rotated with the corresponding excitation frequency f _y with respect to the second axis of rotation.

Durch Einstellen der beiden Anregungsfrequenzen der an den Antriebselektroden 20, 21 anliegenden Ansteuerspannungen U_x, U_y sind die Geschwindigkeit und Auflösung der Abtastung der Abtastfläche 8 einstellbar.By adjusting the two excitation frequencies of the drive electrodes 20 . 21 applied driving voltages U _x , U _y are the speed and resolution of the scanning of the scanning 8th adjustable.

4 zeigt ein erstes Anwendungsbeispiel der optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Detektion eines Objektes 7 mit einer kugelförmigen spiegelnden Oberfläche. Da die Sendelichtstrahlen 2 an dieser Oberfläche gerichtet reflektiert werden, ist diese mit einem herkömmlichen Lichtstrahler ohne Ablenkung der Sendelichtstrahlen 2 nur dann abtastbar, wenn die Sendelichtstrahlen 2 so orientiert sind, dass diese von der Oberfläche direkt in den Empfänger 5 zurückreflektiert werden. 4 shows a first application example of the optoelectronic device 1 for the detection of an object 7 with a spherical reflecting surface. Since the transmitted light beams 2 Reflected on this surface, this is with a conventional light emitter without deflection of the transmitted light beams 2 only scannable if the transmitted light beams 2 are oriented so that these from the surface directly into the receiver 5 be reflected back.

Wie insbesondere aus 4b ersichtlich, wird durch den Einsatz des Schwingspiegels 6 bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit den in der Abtastfläche 8 geführten Sendelichtstrahlen 2 ein erheblicher Teil der Oberfläche des Objekts 7 erfasst. Damit wird insbesondere auch die Winkelposition der Sendelichtstrahlen 2 erhalten, bei der die Sendelichtstrahlen 2 so auf die Objektoberfläche gerichtet sind, dass die Empfangslichtstrahlen 4 gerichtet in den Empfänger 5 zurückreflektiert werden, so dass eine sichere Objektdetektion gewährleistet ist.As in particular from 4b can be seen by the use of the oscillating mirror 6 in the device according to the invention 1 with those in the scanning area 8th guided transmitted light rays 2 a significant part of the surface of the object 7 detected. This is in particular the angular position of the transmitted light beams 2 received, at which the transmitted light beams 2 are directed to the object surface, that the receiving light beams 4 directed in the receiver 5 be reflected back, so that a secure object detection is ensured.

Wie aus 4b ersichtlich, verläuft der Strahlfleck der Sendelichtstrahlen 2 in der Ebene der Abtastfläche 8 entlang von Abtastlinien, welche ein Lissajoumuster bilden.How out 4b As can be seen, the beam spot of the transmitted light beams runs 2 in the plane of the scanning surface 8th along scan lines forming a Lissajoumuster.

Durch Einstellung der Anregungsfrequenzen f_x, f_y des Schwingungsspiegels ist dieses Lissajoumuster gezielt vorgebbar.By adjusting the excitation frequencies f _x , f _{y of} the oscillation mirror, this Lissajoumuster can be specifically specified.

Dabei ist insbesondere die Anzahl n der Abtastlinien innerhalb der Abtastfläche 8 gemäß folgender Beziehung vorgebbar. n = ABS (1/(p – 1)) In particular, the number n of scanning lines is within the scanning area 8th can be specified according to the following relationship. n = ABS (1 / (p-1))

Dabei bildet p das Verhältnis der Anregungsfrequenz f_x, f_y. Die Abkürzung ABS steht für die Bildung des Absolutbezugs.Here, p forms the ratio of the excitation frequency f _x , f _y . The abbreviation ABS stands for the formation of the absolute reference.

Auch die Bildfrequenz f_B, d.h. die Geschwindigkeiten der Abtastung der Abtastfläche 8 ist gemäß folgender Beziehung einstellbar fb ∼ fx/nd.h. die Bildfrequenz ist proportional zu der Anregungsfrequenz f_x (und auch f_y) und umgekehrt proportional zur Anzahl n der Abtastlinien pro Abtastfläche 8.Also, the frame rate f _B , ie the speeds of the scanning of the scanning 8th is adjustable according to the following relationship f b ~ F x / n ie the frame rate is proportional to the excitation frequency f _x (and also f _y ) and inversely proportional to the number n of scan lines per scan area 8th ,

5 zeigt als zweites Anwendungsbeispiel die Abtastung einer geneigten Objektoberfläche. Insbesondere durch Auswertung des Distanzprofils kann die Neigung der Objektoberfläche erfasst werden. 5 shows as a second application example the scanning of a tilted object surface. In particular, by evaluating the distance profile, the inclination of the object surface can be detected.

6a zeigt als drittes Anwendungsbeispiel die Erfassung eines Objektes 7a, welches auf einem eine Unterlage bildenden Objekt 7 aufliegt. Die mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 erfasste Abtastfläche 8 ist auf das Objekt 7a sowie die Unterlage ausgerichtet. Durch Auswertung des Amplituden- und/ oder Distanzwerte wird das in 6b dargestellte Höhenprofil erhalten. Dabei sind in 6b die mit Ue bezeichneten Empfangssignale in Abhängigkeit der Ablenkwinkel w_(x), w_(y) der Sendelichtstrahlen 2 aufgetragen. 6a shows as the third application example the detection of an object 7a which is on an object forming a base 7 rests. The means of the optoelectronic device 1 detected scanning surface 8th is on the object 7a and the pad aligned. By evaluating the amplitude and / or distance values, the in 6b obtained height profile obtained. Here are in 6b the received signals denoted by Ue as a function of the deflection angle w _(x) , w _{(y) of} the transmitted light beams 2 applied.

7a zeigt als viertes Ausführungsbeispiel die Abtastung eines quaderförmigen Objektes 7a, welches auf der ebenen Oberfläche eines weiteren Objektes 7 aufliegt. 7a shows as a fourth embodiment, the sampling of a cuboid object 7a which is on the flat surface of another object 7 rests.

Durch Ermittlung des in 7b dargestellten Höhenprofils, d.h. der Empfangssignale Ue in Abhängigkeit der Ablenkwinkel w_(x), w_(y) analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 6a, 6b kann die Lage der Kante des Objektes 7a bestimmt werden.By determining the in 7b shown height profile, ie the received signals Ue as a function of the deflection angle w _(x) , w _(y) analogous to the embodiment according to the 6a . 6b may be the location of the edge of the object 7a be determined.

11: Optoelektronische VorrichtungOptoelectronic contraption
22: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
33: Sendertransmitter
44: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
55: Empfängerreceiver
66: Schwingspiegeloscillating mirror
77: Objektobject
7a7a: Objektobject
88th: Abtastflächescanning
99: Verstärkeramplifier
1010: Auswerteinheitevaluation
1111: Schaltausgangswitching output
1212: SchnittstelleneinheitInterface unit
1313: Kollimatorcollimator
1414: Empfangsoptikreceiving optics
1515: Spiegelelementmirror element
1616: Erster Torsionsstegfirst torsion
1717: Erster Rahmenfirst frame
1818: Zweiter Rahmensecond frame
1919: Zweiter Torsionsstegsecond torsion
2020: Erste AntriebselektrodeFirst drive electrode
2121: Zweite AntriebselektrodeSecond drive electrode

Claims

Optoelectronic device for detecting objects in a surveillance area with a transmitting light beam emitting transmitter, a receiving light beam receiving receiver and an evaluation unit for evaluating the pending at the receiver receiving signals, characterized in that only the transmitted light beams ( 2 ) via a vibrating mirror ( 6 ) are deflected periodically in two spatial directions, so that these on the surface of the object ( 7 ) a scanning surface ( 8th ) and that for generating an object test signal in the evaluation unit ( 10 ) the received signals as a function of the deflection position of the oscillating mirror ( 6 ), wherein the object detection signal is designed as a binary switching signal which is generated by means of at least one threshold value for evaluating the amplitudes of the received signals.

Optoelectronic device according to claim 1, characterized in that the transmitter ( 3 ) is formed by a laser diode.

Optoelectronic device according to one of claims 1 or 2, characterized in that the receiver ( 5 ) is formed by a photodiode.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the transmitter ( 3 ) and the recipient ( 5 ) form a distance sensor operating according to the time of flight method.

Optoelectronic device according to claim 4, characterized in that the distance measurement takes place according to the phase measurement principle, wherein the transmitted light beams ( 2 ) of the transmitter ( 3 ) is impressed on an amplitude modulation, and wherein for determining the distance, the phase difference between the transmitter ( 3 ) emitted transmitted light beams ( 2 ) and that of an object ( 7 ) to the recipient ( 5 ) reflected back receive light beams ( 4 ) is determined.

Optoelectronic device according to claim 4, characterized in that the distance measurement takes place according to the pulse transit time method, wherein the transmitter ( 3 ) the transmitted light beams ( 2 ) are emitted as sequences of transmitted light pulses, and wherein for determining the distance the duration of the transmitter ( 3 ) and as received light pulses from an object ( 7 ) to the recipient ( 5 ) Reflected transmitted light pulses is determined.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the oscillating mirror ( 6 ) is formed by a micromechanical scanner mirror.

Optoelectronic device according to claim 7, characterized in that the micromechanical scanner mirror is a plate-shaped mirror element ( 15 ), which by means of two first torsion bars ( 16 ), which on opposite side walls of the mirror element ( 15 ) and whose longitudinal axes extend along a first axis of rotation D _x , on a first frame ( 17 ), the first frame ( 17 ) within a second framework ( 18 ) and via two along a second axis of rotation D _y extending second torsion bars ( 19 ) with the second frame ( 18 ) connected is.

Optoelectronic device according to claim 8, characterized in that the plate-shaped mirror element ( 15 ) has a square cross-section and in the center of the first frame ( 17 ) located at the center of the second frame ( 18 ), whereby the two frames ( 17 . 18 ) each have a square contour.

Optoelectronic device according to one of claims 8 or 9, characterized in that in the parallel to the first axis of rotation D _x extending wall segments of the first frame ( 17 ) first drive electrodes ( 20 ) are arranged, by means of which the mirror element ( 15 ) is rotatable relative to the first axis of rotation D _x .

Optoelectronic device according to one of claims 8 to 10, characterized in that in parallel to the second axis of rotation D _y extending wall segments of the second frame ( 18 ) second drive electrodes ( 21 ) by means of which the first frame ( 17 ) with the mirror segment ( 15 ) is rotatable relative to the first axis of rotation D _x .

Optoelectronic device according to one of claims 10 to 11, characterized in that the mirror element ( 15 ) consists of a monocrystalline silicon plate, which is coated with an aluminum layer.

Optoelectronic device according to one of claims 11 or 12, characterized in that by adjusting the excitation frequencies at the drive electrodes ( 20 . 21 ) applied driving voltages, the speed and the resolution of the scanning of the scanning ( 8th ) can be specified.