DE10016892A1 - Optoelectronic device for scanning reflective light includes first and second transmitters to emit transmitting light-induced impulses alternately. - Google Patents
Optoelectronic device for scanning reflective light includes first and second transmitters to emit transmitting light-induced impulses alternately.Info
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optoelectronic device according to the Ober Concept of claim 1.
Derartige optoelektronische Vorrichtungen sind insbesondere als Reflexions lichttaster ausgebildet. In diesem Fall befinden sich der Sendelichtstrahlen e mittierende Sender und der Empfangslichtstrahlen empfangende Empfänger auf einer Seite des Überwachungsbereichs und bilden mit einer Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale einen Sen sor. Auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs befindet sich ein Reflektor, auf welchen bei freiem Strahlengang die Sendelichtstrahlen ge führt sind. Vom Reflektor werden dann die Sendelichtstrahlen als Empfangs lichtstrahlen zum Empfänger zurückreflektiert. Mit Hilfe eines Reflexions lichttasters werden Objekte in einem Überwachungsbereich zwischen Sensor und Reflektor dadurch detektiert, dass die Sende-Empfangslichtstrahlen durch das Objekt gedämpft werden. Um Fehlschaltungen durch spiegelnde Objekt oberflächen zu unterdrücken, werden gekreuzte Polarisationsfilter verwendet, die vor dem Reflektor und dem Empfänger angeordnet sind.Such optoelectronic devices are used in particular as reflections light sensor trained. In this case, the transmission light rays e centering transmitter and the receiving light receiving receiver one side of the monitoring area and form with an evaluation unit to evaluate the received signals at the receiver sor. Is on the opposite side of the surveillance area a reflector on which the emitted light beams are free leads are. The reflector then transmits the light beams as a reception light rays reflected back to the receiver. With the help of a reflection light buttons become objects in a monitoring area between the sensor and the reflector is detected in that the transmitted-received light beams pass through the object can be steamed. To faulty switching by reflecting object to suppress surfaces, crossed polarization filters are used, which are arranged in front of the reflector and the receiver.
Der Nachteil derartiger Reflexionslichttaster besteht darin, dass transparente und auch stark spiegelnde Objekte nicht sicher detektiert werden.The disadvantage of such reflection light scanners is that they are transparent and even highly reflective objects cannot be reliably detected.
Eine weitere optoelektronische Vorrichtung ist aus der DE 42 38 116 bekannt. Auch diese optoelektronische Vorrichtung bildet einen Reflexionslichttaster, wobei im Unterschied zu herkömmlichen Reflexionslichttastern zwei Empfän ger vorgesehen sind. Jedem Empfänger ist ein Polarisationsfilter vorgeordnet. Die Polarisationsrichtungen der Polarisationsfilter sind um 90° gegeneinander gedreht. Auch dem Reflektor ist ein Polarisationsfilter vorgeordnet. Die beiden Empfänger mit den vorgeordneten Polarisationsfiltern liefern bei freiem Strah lengang an ihren Ausgängen Empfangssignale unterschiedlicher Amplitude.Another optoelectronic device is known from DE 42 38 116. This optoelectronic device also forms a reflection light scanner, in contrast to conventional diffuse sensors two receivers ger are provided. A polarization filter is arranged upstream of each receiver. The polarization directions of the polarization filters are at 90 ° to each other turned. A polarization filter is also arranged upstream of the reflector. The two Receivers with the upstream polarization filters deliver with a free beam lengang receive signals of different amplitudes at their outputs.
Zur Generierung eines binären Schaltsignals wird die Differenz der Empfangs signale mit einem Schwellwert bewertet.The difference in reception is used to generate a binary switching signal signals rated with a threshold.
Der Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, dass transparente Objekte, insbe sondere Kunststofffolien nur dann sicher erkannt werden, wenn ihre depolari sierende Wirkung ausreichend groß ist. Außerdem kann durch stark spiegelnde Objekte ein freier Strahlengang vorgetäuscht werden. Schließlich können durch Fremdlichteinstrahlungen je nach Einstrahlrichtung Fehlschaltungen bewirkt werden.The disadvantage of this device is that transparent objects, in particular special plastic films can only be reliably recognized if their depolaris effect is sufficiently large. It can also be highly reflective Objects are faked a free beam path. Finally, through External light irradiation causes incorrect switching depending on the direction of radiation become.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die die obigen Nachteile löst und eine sichere Detektion von transparenten Objekten gewährleistet.The invention has for its object an optoelectronic device to create the type mentioned that solves the above disadvantages and a reliable detection of transparent objects guaranteed.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The features of claim 1 are provided to achieve this object. Advantageous embodiments and expedient further developments of the Erfin tion are described in the subclaims.
Bei der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung ist neben dem ersten Sender ein zweiter Sender vorgesehen, wobei diese alternierend Sende lichtimpulse emittieren, und wobei die vom ersten Sender emittierten Sende lichtimpulse nicht polarisiert und die vom zweiten Sender emittierten Sende lichtimpulse in einer ersten Polarisationsrichtung polarisiert sind.In the optoelectronic device according to the invention, in addition to the A second transmitter is provided in the first transmitter, said transmitter alternately transmitting emit light impulses, and being the transmission emitted by the first transmitter light pulses not polarized and the transmission emitted by the second transmitter light pulses are polarized in a first polarization direction.
Die ein transparentes Objekt durchsetzenden Sendelichtimpulse sind über einen Polarisationsfilter mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die bezüglich der ersten Polarisationsrichtung gedreht ist, geführt und treffen als Empfangs lichtimpulse auf den Empfänger. The transmitted light pulses passing through a transparent object are over one Polarization filter with a second polarization direction, which with respect to the first direction of polarization is rotated, guided and hit as reception light impulses on the receiver.
In einer Auswerteeinheit wird während der Emission eines jeden Sendelichtim pulses das Empfangssignal am Ausgang des Empfängers integriert.In an evaluation unit, during the emission of each transmission light pulses integrated the received signal at the output of the receiver.
Für jeweils zwei aufeinanderfolgende Sendelichtimpulse wird die Differenz Ud der integrierten Empfangssignale U1, U2 gemäß Ud = U1 -U2 gebildet und mit einem Schwellwert S1 (S1 < 0) verglichen.The difference U d of the integrated received signals U 1 , U 2 according to U d = U 1 -U 2 is formed for two successive transmitted light pulses and compared with a threshold value S 1 (S 1 <0).
Eine Objektdetektion liegt vor, falls Ud < S1 ist. Ansonsten liegt ein freier Strahlengang vor.Object detection is present if U d <S 1 . Otherwise there is a free beam path.
Durch die Abtastung der Objekte mit vom ersten Sender emittierten nicht pola risierten Sendelichtimpulsen und mit vom zweiten Sender emittierten polari sierten Sendelichtimpulsen, deren Polarisationsrichtung bezüglich der Polari sationsfilters gedreht ist, lassen sich transparente und nicht transparente Ob jekte gleichermaßen sicher erfassen. Durch die Integration der an dem Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale wird dabei eine besonders hohe Nachweisempfindlichkeit erhalten, so dass transparente Objekte nahezu unab hängig davon erfasst werden können, wie stark die Polarisation der Sende lichtimpulse beim Durchgang durch diese Objekte geändert wird.By scanning the objects with non-pola emitted by the first transmitter emitted light pulses and with polar emitted by the second transmitter based transmitted light pulses, their direction of polarization with respect to the polar sationsfilter is rotated, transparent and non-transparent ob equally secure objects. By integrating the at the exit received signals from the receiver become particularly high Preserve sensitivity, so that transparent objects are almost independent depending on how strong the polarization of the transmission light impulses are changed when passing through these objects.
Mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung wird insbesondere eine sichere Detektion von Kunststofffolien und Kunststoffscheiben mit gerin ger Dämpfung der Transmission ermöglicht. Gleichzeitig ist auch eine sichere Detektion von spiegelnden Oberflächen sowie eine gute Fremdlichtunterdrü ckung gewährleistet. Vorteilhaft weist dabei die erfindungsgemäße Vorrichtung einen einfachen und kostengünstigen Aufbau mit Standardbauelementen auf, wobei keine hohen Anforderungen an die Ausrichtung der einzelnen Kompo nenten gestellt werden müssen.With the optoelectronic device according to the invention, in particular reliable detection of plastic films and plastic panes with little enables damping of the transmission. At the same time it is also a safe one Detection of reflective surfaces as well as a good suppression of extraneous light guaranteed. The device according to the invention advantageously has a simple and inexpensive construction with standard components, with no high demands on the orientation of the individual compo must be provided.
Weiterhin kann die optoelektronische Vorrichtung auch als Winkelsensor so wie zur Drehzahlmessung verwendet werden. In diesem Fall wird das Polarisa tionsfilter mit dem Reflektor auf ein um eine Drehachse rotierendes Objekt aufgebracht. Vorzugsweise ist der Reflektor in der Drehachse liegend auf dem Objekt aufgebracht. Zur Bestimmung der Winkellage und/oder Drehzahl des Objekts wird neben der Differenz Ud der Empfangssignale auch deren Summe US gebildet, welche durch Regelung des Sendepegels konstant gehalten wird. Die Differenz Ud ist dann ein Maß für den Winkel zwischen dem Reflektor auf dem zu messenden Objekt und der optoelektronischen Vorrichtung.Furthermore, the optoelectronic device can also be used as an angle sensor and for speed measurement. In this case, the polarization filter with the reflector is applied to an object rotating about an axis of rotation. The reflector is preferably applied to the object lying in the axis of rotation. To determine the angular position and / or speed of the object, in addition to the difference U d of the received signals, their sum U S is also formed, which is kept constant by regulating the transmit level. The difference U d is then a measure of the angle between the reflector on the object to be measured and the optoelectronic device.
Eine weitere Anwendung ist die Detektion von Klarglasflaschen. Beim Vorbei bewegen einer Flasche quer zur optoelektronischen Vorrichtung ergeben sich typische Verläufe der Summen- und Differenzsignale US und Ud, die dazu ge nutzt werden um Flaschen zu zählen auch wenn kein Abstand zur folgenden Flasche vorhanden ist. Bei Durchstrahlung am Flaschenrand sinken die Sum men- und Differenzsignale US, Ud während in der Flaschenmitte eine Rück spiegelung dazu führt, dass das Summensignal US stark ansteigt und das Diffe renzsignal Ud negative Werte annimmt.Another application is the detection of clear glass bottles. When moving a bottle past the optoelectronic device, there are typical profiles of the sum and difference signals U S and U d , which are used to count bottles even if there is no distance from the following bottle. When radiating at the edge of the bottle, the sum and difference signals U S , U d decrease, while a reflection in the middle of the bottle causes the sum signal U S to rise sharply and the difference signal U d to assume negative values.
Eine weitere Anwendung ist die Absicherung von Durchgängen und Maschi neneingriffsöffnungen für den Personenschutz. Dazu werden die Funktionen der optoelektronischen Vorrichtung zyklisch getestet, indem ein Hilfsempfän ger aus dem Bereich der Randstrahlung der Sendelichtimpulse ausgekoppeltes Licht erkennt und damit die Sendefunktionen kontrolliert. Der Hilfsempfänger kann in der räumlichen Nähe der beiden Sender angebracht sein oder über eine Lichtumlenkvorrichtung, die einen Teil der Randstrahlung zum Hilfsempfänger auskoppelt versorgt werden. Der Empfänger selbst kontrolliert bei freiem Strahlengang durch das Erkennen der unpolarisiert ausgesendeten Sendelicht impulse des ersten Senders die gesamte Lichtstrecke der optoelektronischen Vorrichtung mit sämtlichen optischen Komponenten. Da diese Kontrolle wäh rend jeder Sendepulsperiode erfolgen kann, ist ein Gerät mit Selbstüberwa chung in der Systemansprechzeit realisierbar.Another application is the protection of passageways and machines intervention openings for personal protection. The functions the optoelectronic device is cyclically tested by an auxiliary receiver ger decoupled from the area of the peripheral radiation of the transmitted light pulses Detects light and thus controls the transmission functions. The auxiliary recipient can be located in the vicinity of the two transmitters or via one Light deflecting device that transfers part of the edge radiation to the auxiliary receiver decoupled be supplied. The recipient checks himself if the Beam path by recognizing the unpolarized transmitted light impulses of the first transmitter the entire light path of the optoelectronic Device with all optical components. Because this control was A device with self-monitoring is possible at the end of each transmission pulse period Realization in the system response time.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: The invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 1: Block diagram of an embodiment of the optoelectronic device according to the invention.
Fig. 2: Aufbau der optischen Komponenten der optoelektronischen Vor richtung gemäß Fig. 1. Fig. 2: Structure of the optical components of the optoelectronic Before direction of FIG. 1.
Fig. 3: Zweites Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 3: Second embodiment of the structure of the optical components of the optoelectronic device.
Fig. 4: Drittes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 4: Third embodiment of the structure of the optical components of the optoelectronic device.
Fig. 5: Viertes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 5: Fourth embodiment of the structure of the optical components of the optoelectronic device.
Fig. 6: Fünftes Ausführungsbeispiel des Aufbaus der optischen Kompo nenten der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 6: Fifth embodiment of the structure of the optical compo nents of the optoelectronic device.
Fig. 7: Erstes Ausführungsbeispiel der Diagramme der Sende- und Emp fangssignale der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 7: First embodiment of the diagrams of the transmit and Emp start signals of the optoelectronic device.
Fig. 8: Typische Pegel der Empfangssignale der optoelektronischen Vor richtung bei der Detektion verschiedener Objekte. Fig. 8: Typical level of the received signals of the optoelectronic device before the detection of various objects.
Fig. 9: Ausführungsbeispiel des Aufbaus der Auswerteeinheit der optoe lektronischen Vorrichtung. Fig. 9: embodiment of the structure of the evaluation unit of the optoe-electronic device.
Fig. 10: Zweites Ausführungsbeispiel der Diagramme der Sende- und Emp fangssignale der optoelektronischen Vorrichtung. Fig. 10: Second embodiment of the diagrams of the transmit and Emp start signals of the optoelectronic device.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist in diesem Fall als Reflexionslichtschranke ausgebildet. Sie weist zwei Sende lichtimpulse 2, 2' emittierende Sender 3, 4 sowie einen Empfangslichtimpulse 5 empfangenden Empfänger 6 auf, die auf einer Seite des Überwachungsbe reichs angeordnet sind. Fig. 1 shows schematically the structure of an embodiment of the inventive optoelectronic device 1 for detecting objects in a surveillance area. In this case, the optoelectronic device 1 is designed as a reflection light barrier. It has two transmit light pulses 2 , 2 'emitting transmitter 3 , 4 and a receive light pulse 5 receiving receiver 6 , which are arranged on one side of the monitoring area.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs befindet sich ein Reflektor 7 mit einem diesem vorgeordneten Polarisationsfilter 8. Bei freiem Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 gelangen die von den Sen dern 3, 4 emittierten Sendelichtimpulse 2, 2' ungehindert zum Reflektor 7 und werden an diesem als Empfangslichtimpulse 5 zum Empfänger 6 zurückreflek tiert. Befindet sich ein nicht transparentes Objekt im Strahlengang der optoe lektronischen Vorrichtung 1 werden die Sendelichtimpulse 2, 2' vom Objekt als Empfangslichtimpulse 5 zum Empfänger 6 zurückreflektiert. Befindet sich ein zumindest teilweise transparentes Objekt im Strahlengang, so durchsetzen die Sendelichtimpulse 2, 2' das Objekt und werden am Reflektor 7 reflektiert. Die am Reflektor 7 reflektierten Empfangslichtimpulse 5 durchsetzen das Ob jekt nochmals und treffen dann auf den Empfänger 6.On the opposite side of the monitoring area there is a reflector 7 with a polarization filter 8 arranged upstream thereof. When the optical path of the optoelectronic device 1 is free , the transmission light pulses 2 , 2 'emitted by the sensors 3 , 4 ' reach the reflector 7 unhindered and are reflected back there as reception light pulses 5 to the receiver 6 . If there is a non-transparent object in the beam path of the optoe-electronic device 1 , the transmitted light pulses 2 , 2 'are reflected back by the object as received light pulses 5 to the receiver 6 . If there is an at least partially transparent object in the beam path, the transmitted light pulses 2 , 2 'penetrate the object and are reflected on the reflector 7 . The received light pulses 5 reflected on the reflector 7 enforce the object again and then hit the receiver 6 .
Erfindungsgemäß emittieren die Sender 3, 4 alternierend Sendelichtimpulse 2, 2' mit einem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis. Der Sendetakt wird über eine Auswerteeinheit 9 vorgegeben, an welche beide Sender 3, 4 angeschlossen sind.According to the invention, the transmitters 3 , 4 alternately emit transmission light pulses 2 , 2 'with a predetermined pulse-pause ratio. The transmit clock is specified via an evaluation unit 9 , to which both transmitters 3 , 4 are connected.
Die Auswerteeinheit 9 ist von einem Microcontroller oder dergleichen gebildet.The evaluation unit 9 is formed by a microcontroller or the like.
Der erste Sender 3 emittiert unpolarisierte Sendelichtimpulse 2 und ist von ei ner Leuchtdiode gebildet. Der zweite Sender 4 emittiert Sendelichtimpulse 2', die in einer vorgegebenen Polarisationsrichtung polarisiert sind. Im vorliegen den Ausführungsbeispiel ist der Sender 4 von einer Leuchtdiode mit einem nachgeordneten Polarisationsfilter 10 gebildet. Alternativ kann der Sender 4 von einem polarisiertes Sendelicht emittierenden Laser gebildet sein. Der Emp fänger 6 ist vorzugsweise von einer Photodiode gebildet.The first transmitter 3 emits unpolarized transmitted light pulses 2 and is formed by a light emitting diode. The second transmitter 4 emits transmission light pulses 2 'which are polarized in a predetermined direction of polarization. In the present exemplary embodiment, the transmitter 4 is formed by a light-emitting diode with a downstream polarization filter 10 . Alternatively, the transmitter 4 can be formed by a polarized light emitting laser. The receiver 6 is preferably formed by a photodiode.
Die Polarisationsrichtung der vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelichtim pulse 2' ist gegenüber der Polarisationsrichtung des dem Reflektor 7 vorgeord neten Polarisationsfilters 8 gedreht, wobei der Winkelversatz vorzugsweise 90° beträgt.The polarization direction of the emitted by the second transmitter 4 Sendelichtim pulse 2 'is rotated relative to the polarization direction of the reflector 7 vorgeord Neten polarization filter 8 , the angular offset preferably being 90 °.
Die auf den Empfänger 6 auftreffenden Empfangslichtimpulse 5 generieren als Empfangssignale Fotoströme Ie, die in eine Signalaufbereitungsstufe 11 einge lesen werden. Die Signalaufbereitungsstufe 11 ist an die Auswerteeinheit 9 angeschlossen. Von der Auswerteeinheit 9 wird mit dem Sendelicht der Sender 3, 4 ein periodisch veränderliches Taktsignal Ut in die Signalaufbereitungsstufe 11 eingegeben.The received light pulses 5 impinging on the receiver 6 generate photo currents I e as received signals, which are read into a signal processing stage 11 . The signal processing stage 11 is connected to the evaluation unit 9 . From the evaluation unit 9 4 a periodically varying clock signal U T is the light transmission of the transmitter 3, input to the signal conditioning stage. 11
Mittels dieses Sendetakts Ut werden die am Ausgang des Empfängers 6 anste
henden Empfangssignale Ie jeweils während der Dauer der Emission eines Sen
delichtimpulses 2 oder 2' integriert. Aus den so gebildeten integrierten Emp
fangssignalen U1, U2, die während der Emission jeweils eines vom ersten und
zweiten Senders 3, 4 emittierten Sendelichtimpulses 2 oder 2' gewonnen wer
den, wird die Differenz Ud dieser integrierten Empfangssignale gemäß
By means of this transmit clock U t , the pending reception signals I e pending at the output of the receiver 6 are integrated during the duration of the emission of a transmission light pulse 2 or 2 '. From the thus formed integrated reception signals U 1 , U 2 , each of which is obtained during the emission of a transmission light pulse 2 or 2 'emitted by the first and second transmitters 3 , 4 , the difference U d of these integrated reception signals is in accordance with
Ud = U1 - U2
U d = U 1 - U 2
gewonnen und in die Auswerteeinheit 9 eingelesen. Zudem wird zweckmäßi gerweise auch das Summensignal US = = U1 + U2 gebildet und in die Auswer teeinheit 9 eingelesen. Dort wird zur Generierung einer Objektmeldung die Differenz Ud mit einem Schwellwert S1 (S1 < 0) verglichen. Eine Objektdetek tion liegt vor, falls Ud < S1 ist. Ansonsten liegt ein freier Strahlengang vor.obtained and read into the evaluation unit 9 . In addition, the sum signal U S = = U 1 + U 2 is expediently formed and read into the evaluation unit 9 . There, the difference U d is compared with a threshold value S 1 (S 1 <0) in order to generate an object message. An object detection exists if U d <S 1 . Otherwise there is a free beam path.
Das so gebildete Schaltsignal wird über einen an die Auswerteeinheit 9 ange schlossenen Schaltausgang 12 ausgegeben. Über einen an die Auswerteeinheit 9 angeschlossenen Parametereingang 13 können Parameterwerte, wie zum Bei spiel die Höhe des Schwellwerts S1 in die Auswerteeinheit 9 eingelesen wer den. Diese Parameterwerte werden in einem Parameterspeicher 14 abgespei chert.The switching signal thus formed is output via a switching output 12 connected to the evaluation unit 9 . Via a parameter input 13 connected to the evaluation unit 9 , parameter values, such as the height of the threshold value S 1, can be read into the evaluation unit 9 . These parameter values are stored in a parameter memory 14 .
Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau der optischen Komponenten der opto elektronischen Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1. Die unpolarisierten Sendelicht impulse 2 des ersten Senders 3 durchsetzen einen Strahlteilerspiegel 15 und gelangen so in den Überwachungsbereich. Die mittels des Polarisationsfilters 10 polarisierten Sendelichtimpulse 2' des zweiten Senders 4 werden am Strahlteilerspiegel 15 abgelenkt, so dass deren Strahlachse parallel in geringem Abstand zur Strahlachse der vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 verläuft oder mit dieser zusammenfällt. Die von den Sendern 3, 4 emittierten Sendelichtimpulse 2, 2' durchsetzen ein transparentes Objekt, welches im vor liegenden Fall von einer transparenten Folie 16 gebildet ist. Danach werden die Sendelichtimpulse 2, 2' am Reflektor 7 mit dem vorgeordneten Polarisations filter 8 reflektiert und durchsetzen als Empfangslichtimpulse 5 nochmals die transparente Folie 16 bevor sie auf dem Empfänger 6 auftreffen. FIG. 2 schematically shows the structure of the optical components of the optoelectronic device 1 according to FIG. 1. The unpolarized transmission light pulses 2 of the first transmitter 3 pass through a beam splitter mirror 15 and thus reach the monitoring area. The transmitted light pulses 2 'of the second transmitter 4, which are polarized by means of the polarization filter 10, are deflected at the beam splitter mirror 15 , so that their beam axis runs parallel to or at a small distance from the beam axis of the transmitted light pulses 2 emitted by the first transmitter 3 . The transmitted light pulses 2 , 2 'emitted by the transmitters 3 , 4 ' penetrate a transparent object, which in the present case is formed by a transparent film 16 . Then the transmitted light pulses 2 , 2 'are reflected on the reflector 7 with the upstream polarization filter 8 and, as the received light pulses 5, once again pass the transparent film 16 before they strike the receiver 6 .
In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der optischen Komponenten der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 dargestellt. Während die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß Fig. 2 eine Reflexionslichtschranke bildet, arbeitet die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß Fig. 3 nach dem Lichtschrankenprinzip. Die Anordnung der Sender 3, 4 mit dem Strahlteiler spiegel 15 entspricht dabei der Anordnung gemäß Fig. 2. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 befindet sich der Empfänger 6 auf der gegenüberliegenden Seite des Überwachungsbereichs, wobei dem Empfänger 6 das Polarisationsfilter 8 vorgeordnet ist, dessen Polarisationsrichtung wiederum gegenüber der Polarisationsrichtung des dem zweiten Sender 4 nachgeordneten Polarisationsfilters 10 gedreht ist. Die von den Sendern 3, 4 emittierten Sende lichtimpulse 2, 2' durchsetzen die transparente Folie 16 und gelangen dann zum Empfänger 6. FIG. 3 shows another exemplary embodiment of the optical components of the optoelectronic device 1 according to the invention. While the optoelectronic device 1 according to FIG. 2 forms a reflection light barrier, the optoelectronic device 1 according to FIG. 3 works according to the light barrier principle. The arrangement of the transmitters 3 , 4 with the beam splitter mirror 15 corresponds to the arrangement according to FIG. 2. In contrast to the exemplary embodiment according to FIG. 3, the receiver 6 is located on the opposite side of the monitoring area, the polarization filter 8 being arranged upstream of the receiver 6 whose polarization direction is in turn rotated relative to the polarization direction of the polarization filter 10 arranged downstream of the second transmitter 4 . The transmitted light pulses 2 , 2 'emitted by the transmitters 3 , 4 ' pass through the transparent film 16 and then reach the receiver 6 .
Fig. 4 zeigt eine weitere Anordnung der optischen Komponenten der optoe lektronischen Vorrichtung 1. Bei dieser Anordnung sind die Sender 3, 4, der Empfänger 6 sowie ein Reflektor 7, welchem das Polarisationsfilter 8 vorge ordnet ist, auf einer Seite des Überwachungsbereichs angeordnet. Die vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 durchsetzen wiederum den Strahlteilerspiegel 15, während die vom zweiten Sender 4 emittierten Sende lichtimpulse 2' am Strahlteilerspiegel 15 abgelenkt werden. Auf der gegenü berliegenden Seite ist ein Spiegel 17 angeordnet. Die von den Sendern 3, 4 e mittierten Sendelichtimpulse 2, 2' durchsetzen die transparente Folie 16 und treffen auf den Spiegel 17. Von dort werden die Sendelichtimpulse 2, 2' zum Reflektor 7 geführt und von dort in derselben Richtung zum Spiegel 17 zurück reflektiert, so dass die transparente Folie 16 noch zweimal von den Sende lichtimpulsen 2, 2' durchsetzt wird. Die dann am Spiegel 17 nochmals reflek tierten Sendelichtimpulse 2, 2' durchsetzen als Empfangslichtimpulse 5 die transparente Folie 16 zum vierten Mal und treffen schließlich auf den Empfän ger 6. Da die transparente Folie 16 mehrmals von den Sendelichtimpulsen 2, 2' durchsetzt wird, werden diese auch bei sehr großer Transparenz der Folien 16 signifikant gedämpft, was die Nachweisempfindlichkeit bei der Detektion der artiger transparenter Objekte erheblich erhöht. Fig. 4 shows a further arrangement of the optical components of the apparatus 1 optoe lektronischen. In this arrangement, the transmitters 3 , 4 , the receiver 6 and a reflector 7 , which the polarization filter 8 is arranged, are arranged on one side of the monitoring area. The transmitted light pulses 2 emitted by the first transmitter 3 in turn pass through the beam splitter mirror 15 , while the transmitted light pulses 2 ′ emitted by the second transmitter 4 are deflected at the beam splitter mirror 15 . A mirror 17 is arranged on the opposite side. The transmitted light pulses 2 , 2 'averaged by the transmitters 3 , 4 e pass through the transparent film 16 and strike the mirror 17 . From there, the transmitted light pulses 2 , 2 'are guided to the reflector 7 and from there reflected back in the same direction to the mirror 17 , so that the transparent film 16 is penetrated twice more by the transmitted light pulses 2 , 2 '. The then again reflected on the mirror 17 transmitted light pulses 2 , 2 'pass through as the received light pulses 5, the transparent film 16 for the fourth time and finally hit the receiver 6 . Since the transparent film 16 is penetrated several times by the transmitted light pulses 2 , 2 ', these are significantly attenuated even with a very high transparency of the films 16 , which considerably increases the sensitivity of detection when detecting the transparent objects of this type.
Die in Fig. 5 dargestellte Anordnung der optischen Komponenten entspricht im wesentlichen der Anordnung gemäß Fig. 2. Im Unterschied zur Anordnung gemäß Fig. 2 ist bei der Anordnung gemäß Fig. 5 das Polarisationsfilter 8 nicht vor dem Reflektor 7 sondern vor dem Empfänger 6 angeordnet.The arrangement of the optical components shown in FIG. 5 essentially corresponds to the arrangement according to FIG. 2. In contrast to the arrangement according to FIG. 2, in the arrangement according to FIG. 5 the polarization filter 8 is not arranged in front of the reflector 7 but in front of the receiver 6 .
Fig. 6 zeigt eine weitere Anordnung der optischen Komponenten der optoe lektronischen Vorrichtung 1, bei welchen eine im wesentliche koaxiale Strahl führung der Sendelichtimpulse 2, 2' beider Sender 3, 4 sowie der Empfangs lichtimpulse 5 erhalten wird. Der polarisierte Sendelichtimpulse 2' emittieren de Sender 4 sitzt in einer zentralen Bohrung einer Linse 18, über welche die Sendelichtimpulse 2 des ersten Senders 3 sowie die Empfangslichtimpulse 5 geführt sind. Der Empfänger 6 mit dem vorgeordneten Polarisationsfilter 8 liegt hinter einem Strahlteilerspiegel 19, wobei die Empfangslichtimpulse 5 den Strahlteilerspiegel 19 durchsetzen und dann auf den Empfänger 6 treffen. Die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 werden teilweise am Strahltei lerspiegel 19 reflektiert und über die Linse 18 in den Überwachungsbereich geführt. Ein Teil der vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 durchsetzt den Strahlteilerspiegel 19. Damit dieser Anteil des Sendelichts nicht zu unerwünschten Rückstrahlungen führt, ist hinter dem Strahlteilerspiegel 19 eine absorbierende Fläche 20 vorgesehen. Fig. 6 shows a further arrangement of the optical components of the optoe electronic device 1 , in which a substantially coaxial beam guidance of the transmitted light pulses 2 , 2 'of both transmitters 3 , 4 and the received light pulses 5 is obtained. The polarized transmitter light pulses 2 'emit de transmitter 4 sits in a central bore of a lens 18 , through which the transmitter light pulses 2 of the first transmitter 3 and the received light pulses 5 are guided. The receiver 6 with the upstream polarization filter 8 is located behind a beam splitter mirror 19 , the received light pulses 5 passing through the beam splitter mirror 19 and then hitting the receiver 6 . The transmitted light pulses 2 emitted by the transmitter 3 are partially reflected at the beam splitter 19 and guided through the lens 18 into the monitoring area. A part of the transmitted light pulses 2 emitted by the first transmitter 3 passes through the beam splitter mirror 19 . An absorbing surface 20 is provided behind the beam splitter mirror 19 so that this portion of the transmitted light does not lead to undesired reflections.
In einer abgewandelten Ausführungsform der Anordnung gemäß Fig. 6 kann das Polarisationsfilter 8 anstelle vor dem Empfänger 6 vor dem Reflektor 7 angeordnet sein.In a modified embodiment of the arrangement according to FIG. 6, the polarization filter 8 can be arranged in front of the reflector 7 instead of in front of the receiver 6 .
Fig. 7 zeigt die Verläufe der Sende- und Empfangssignale für ein Ausfüh rungsbeispiel der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1. Fig. 7 shows the curves of the transmit and receive signals for an exemplary embodiment of the optoelectronic device 1 according to the invention.
Die Sendesignale US1 US2 bilden Spannungssignale, mit welchen der erste und zweite Sender 3, 4 angesteuert werden. Die zeitlichen Verläufe der Sendesig nale US1 US2 entsprechen den zeitlichen Verläufen der von den beiden Sendern 3, 4 emittierten Sendelichtimpulse 2, 2'. Wie aus Fig. 7 ersichtlich emittieren die Sender 3, 4 bei jeweils gleicher Frequenz Sendelichtimpulse 2, 2' mit ei nem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis. Die Sendesignale US1 und damit die unpolarisierten Sendelichtimpulse 2 des ersten Senders 3 weisen eine geringere Signalamplitude als die vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelichtimpulse 2' auf.The transmission signals U S1 U S2 form voltage signals with which the first and second transmitters 3 , 4 are controlled. The temporal profiles of the transmission signals U S1 U S2 correspond to the temporal profiles of the transmitted light pulses 2 , 2 'emitted by the two transmitters 3 , 4 . As can be seen from FIG. 7, the transmitters 3 , 4 emit transmission light pulses 2 , 2 'at the same frequency with a predetermined pulse-pause ratio. The transmission signals U S1 and thus the unpolarized transmission light pulses 2 of the first transmitter 3 have a lower signal amplitude than the transmission light pulses 2 'emitted by the second transmitter 4 .
Entsprechend der Folge der von den Sendern 3, 4 emittierten Sendelichtimpul se 2, 2' wird bei freiem Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 der im dritten Diagramm der Fig. 7 dargestellte Verlauf des Empfangssignals Ie erhalten, der am Ausgang des Empfängers 6 als Fotostrom erhalten wird. Der Verlauf des Empfangssignals Ie ist pulsförmig, wobei die Pulsfrequenz der Sendefrequenz der Sender 3, 4 entspricht. Obwohl die vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelichtimpulse 2' eine größere Amplitude aufweisen als die vom ersten Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2, ist die Amplitude des Empfangssignals Ie, welches von einem Sendelichtimpuls 2 des ersten Senders 3 stammt, größer als das Empfangssignal Ie, das vom zweiten Sender 4 stammt. Der Grund hierfür liegt darin, dass das dem zweiten Sender 4 nachgeordnete Polarisationsfilter 10 gegenüber dem Polarisationsfilter 8 vor dem Empfänger 6 gedreht ist, so dass eine entsprechend geringe Sendelichtmenge auf den Emp fänger 6 auftrifft. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Polarisations filter 8, 10 um einen Winkel gegeneinander gedreht, der nahe 90° liegt, so dass bei freiem Strahlengang von dem vom zweiten Sender 4 emittierten Sendelicht nur noch ein geringer Teil auf den Empfänger 6 trifft.Corresponding to the sequence of the transmitted light pulses 2 , 2 'emitted by the transmitters 3 , 4 , the course of the received signal I e shown in the third diagram in FIG. 7, obtained at the output of the receiver 6 as a photocurrent, is obtained when the optoelectronic device 1 is free becomes. The course of the received signal I e is pulse-shaped, the pulse frequency corresponding to the transmission frequency of the transmitters 3 , 4 . Although the transmitted light pulses 2 'emitted by the second transmitter 4 have a greater amplitude than the transmitted light pulses 2 emitted by the first transmitter 3 , the amplitude of the received signal I e , which originates from a transmitted light pulse 2 from the first transmitter 3 , is greater than the received signal I e , that comes from the second transmitter 4 . The reason for this is that the the second transmitter 4 downstream of the polarization filter is rotated 10 relative to the polarization filter 8 in front of the receiver 6, so that a correspondingly low transmission light amount to the catcher Emp impinges. 6 In the present exemplary embodiment, the polarization filters 8 , 10 are rotated relative to one another by an angle that is close to 90 °, so that with a free beam path from the transmitted light emitted by the second transmitter 4, only a small part hits the receiver 6 .
Weiterhin ist in Fig. 7 der zeitliche Verlauf des Taktsignals Ut dargestellt, der
von der Auswerteeinheit 9 in die Signalaufbereitungsstufe 11 eingegeben wird.
Innerhalb einer jeden Periodendauer T des im Sendetakt variierenden Taktsig
nals Ut wird von jedem Sender 3, 4 jeweils ein Sendelichtimpuls 2, 2' emittiert.
Das während der Dauer der Emission des Sendelichtimpuls 2 des ersten Sen
ders 3 generierte Empfangssignal Ie wird in der Signalaufbereitungsstufe 11
integriert und bildet das integrierte Empfangssignal U1. Entsprechend wird
während der Dauer der Emission des vom zweiten Sender 4 emittierten Sende
lichtimpulses 2' das dadurch generierte Empfangssignal Ie integriert und bildet
das integrierte Empfangssignal U2. Dann wird in der Signalaufbereitungsstufe
11 die Differenz der integrierten Empfangssignale U1, U2 gemäß der Beziehung
7 also the timing of the clock signal U is shown in FIG. T, which is input from the evaluation unit 9 in the signal conditioning stage 11. Within each period T of the clock signal V t varying in the transmission clock, a transmitter light pulse 2 , 2 'is emitted by each transmitter 3 , 4 . The received signal I e generated during the emission of the transmitted light pulse 2 of the first sensor 3 is integrated in the signal conditioning stage 11 and forms the integrated received signal U 1 . Correspondingly, during the emission of the transmitted light pulse 2 'emitted by the second transmitter 4 , the received signal I e generated thereby is integrated and forms the integrated received signal U 2 . Then in the signal processing stage 11, the difference between the integrated received signals U 1 , U 2 according to the relationship
Ud = U1 - U2
U d = U 1 - U 2
gebildet.educated.
Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Integrationszeit so gewählt, dass diese nicht nur die Emission eines Sendelichtimpulses 2 oder 2' umfasst sondern auch die nachfolgende Sendepause. So wird zu dem während der Emission eines ersten Sendelichtimpulses 2 erhaltenen integrierten Emp fangssignal U1 zusätzlich der während der folgenden Sendepause erhaltene Anteil des integrierten Empfangssignals Up hinzuaddiert. Entsprechendes gilt für das in der auf dem Sendelichtimpuls 2' des zweiten Senders 4 folgenden Sendepause registrierte Empfangssignal Ie. Auch dieses Empfangssignal wird integriert und als integriertes Empfangssignal Up zu dem Wert von U2 hinzuad diert.In the exemplary embodiment shown in FIG. 7, the integration time is selected such that it not only includes the emission of a transmission light pulse 2 or 2 'but also the subsequent transmission pause. Thus, in addition to the integrated reception signal U 1 obtained during the emission of a first transmission light pulse 2 , the portion of the integrated reception signal U p obtained during the following transmission break is added. The same applies to the reception signal I e registered in the transmission pause following the transmission light pulse 2 'of the second transmitter 4 . This received signal is also integrated and added to the value of U 2 as an integrated received signal U p .
Daraus ergibt sich der im unteren Diagramm von Fig. 7 dargestellte Verlauf von Ud bei freiem Strahlengang ("freie Strecke"). Der Wert von Ud wird in die Auswerteeinheit 9 eingelesen und dort mit dem Schwellwert S1 verglichen, der so gewählt ist, dass Ud oberhalb von S1 liegt. Dementsprechend nimmt der Schaltausgang 12 den Schaltzustand "kein Objekt vorhanden" ein. Dringt ein Objekt in den Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 ein, so sinkt der Wert Ud unterhalb von S1 ab, so dass der Schaltausgang 12 den Schaltzu stand "Objekt vorhanden" einnimmt.This results in the course of U d shown in the lower diagram of FIG. 7 with a free beam path ("free path"). The value of U d is read into the evaluation unit 9 and compared there with the threshold value S 1 , which is selected such that U d lies above S 1 . Accordingly, the switching output 12 assumes the "no object present" switching state. If an object penetrates the beam path of the optoelectronic device 1 , the value U d falls below S 1 , so that the switching output 12 assumes the switching status "object present".
Befindet sich ein nicht transparentes Objekt im Strahlengang der optoelektroni schen Vorrichtung 1, so sinkt der Wert des integrierten Empfangssignals U1 auf einen Wert nahe Null, so dass Ud auf jeden Fall kleiner als S1 ist. Befindet sich ein zumindest teilweise transparentes Objekt im Strahlengang der optoelektro nischen Vorrichtung 1, so wird der Pegel des integrierten Empfangssignals U1 zumindest leicht reduziert. Gleichzeitig erhöht sich der Pegel von U2 auf Grund der depolarisierenden Wirkung des transparenten Objekts, so dass auch in die sem Fall die Differenz Ud unterhalb von S1 liegt, so dass über den Schaltaus gang 12 eine Objektmeldung erfolgt. Damit werden mit der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 gleichermaßen transparente und nicht trans parente Objekte erfasst.If there is a non-transparent object in the beam path of the optoelectronic device 1 , the value of the integrated received signal U 1 drops to a value close to zero, so that U d is in any case less than S 1 . If there is an at least partially transparent object in the beam path of the optoelectronic device 1 , the level of the integrated received signal U 1 is at least slightly reduced. At the same time, the level of U 2 increases due to the depolarizing effect of the transparent object, so that in this case too, the difference U d lies below S 1 , so that an object message is sent via the switching output 12 . Thus, with the optoelectronic device 1 according to the invention, both transparent and non-transparent objects are detected.
Fig. 8 zeigt im oberen Diagramm typische Pegel der integrierten Empfangs signale U1, U2 für unterschiedliche Objekte im Strahlengang. Im unteren Dia gramm von Fig. 8 ist der aus diesen Empfangssignalen gewonnene Verlauf von Ud dargestellt. Fig. 8 shows in the upper diagram of typical level of the integrated reception signals U 1, U 2 for different objects in the beam path. The lower diagram of FIG. 8 shows the course of U d obtained from these received signals.
In Fig. 8 sind die Pegelverhältnisse der integrierten Empfangssignale U1, U2 und Ud für den freien Strahlengang ("freie Strecke"), für eine im Strahlengang befindliche transparente Folie 16 ("Folie"), für einen im Strahlengang angeord neten Spiegel ("Spiegel") sowie für ein im Strahlengang befindliches nicht transparentes, diffus reflektierendes Objekt ("diff. Objekt") dargestellt. Aus Fig. 8 ist ersichtlich, dass Ud nur für den Fall eines freien Strahlengangs ober halb von S1 liegt, wogegen für jede Art eines Objekteingriffs ein Wert von Ud kleiner als S1 erhalten wird.In FIG. 8, the level ratios of the integrated reception signals U 1, U 2 and U d are to the free beam path ( "free distance") for an in-beam path transparent film 16 ( "film"), for a angeord Neten in the beam path mirror ("Mirror") and for a non-transparent, diffusely reflecting object located in the beam path ("diff. Object"). From FIG. 8 it can be seen that U d is above half of S 1 only in the case of a free beam path, whereas a value of U d less than S 1 is obtained for each type of object intervention.
Zur optimalen Einstellung von Ud kann bei freier Strecke ein Teachvorgang durchgeführt werden, wobei der Sendepegel des ersten Senders 3 so geregelt wird, dass die Differenzspannung Ud gerade einen Schwellwert S2 erreicht, wobei S2 < S1 ist. Die Regelung kann auch durch schrittweise Änderung des Sendepegels durch Inkrementieren oder durch Intervallschachtelung erfolgen. Entsprechend der gewünschten Empfindlichkeit wird der Schwellwert S1 als Bruchteil von S2 berechnet und beide Werte im Parameterspeicher 14 abgelegt. Um eine Drift durch Verschmutzung oder Temperatur zu kompensieren, kann der Sendepegel des ersten Senders 3 in größeren Zeitabständen nachgeführt werden. Dazu wird ein Zählerwert w1 mit jedem Sendepuls dekrementiert, wenn die Differenzspannung Ud den Schwellwert S2 überschreitet, bzw. inkre mentiert, wenn Ud zwischen S1 und S2 liegt. Überschreitet w1 einen oberen Schwellwert (z. B. 106), wird der Sendepegel des ersten Senders 3 um einen Pegelschritt erhöht, bzw. bei Unterschreitung eines unteren Schwellwertes (z. B. -106) um einen Pegelschritt dekrementiert und der Zählerwert w1 auf null zu rückgesetzt. Die Sendefrequenz der Sender 3, 4 beträgt dabei typischerweise 1-50 kHz. Durch den hohen Betrag des Schwellwertes für w1 wird sicherge stellt, dass die Nachführung nur langsam erfolgt und nicht durch Objektbewe gungen verfälscht wird. Bei Signalpegeln Ud unterhalb des Schwellwertes S1 erfolgt keine Nachführung, weil dann keine freie Strecke vorliegt. Nach einer Reinigung des nicht dargestellten Austrittsfensters der optoelektronischen Vor richtung 1 liegt der Sendepegel des ersten Senders 3 zu hoch und wird durch die Nachführung automatisch zurückgeregelt, bis Ud den Schwellwert S2 er reicht. Soll die optoelektronische Vorrichtung 1 nach einem Reinigungsvor gang sofort verfügbar sein, kann durch ein externes Signal am Parameterein gang 13 ein Teachvorgang ausgelöst werden.In order to optimally set U d , a teaching process can be carried out on a free path, the transmission level of the first transmitter 3 being regulated in such a way that the differential voltage U d just reaches a threshold value S 2 , where S 2 <S 1 . The regulation can also be carried out by incrementally changing the transmission level by incrementing or by nesting intervals. Depending on the desired sensitivity, the threshold value S 1 is calculated as a fraction of S 2 and both values are stored in the parameter memory 14 . In order to compensate for a drift due to contamination or temperature, the transmission level of the first transmitter 3 can be tracked at larger time intervals. For this purpose, a counter value w 1 is decremented with each transmission pulse if the differential voltage U d exceeds the threshold value S 2 , or incremented if U d lies between S 1 and S 2 . If w 1 exceeds an upper threshold value (e.g. 10 6 ), the transmission level of the first transmitter 3 is increased by one level step, or decremented by a level step if the value falls below a lower threshold value (e.g. -10 6 ) and the counter value w 1 reset to zero. The transmission frequency of the transmitters 3 , 4 is typically 1-50 kHz. The high amount of the threshold value for w 1 ensures that the tracking takes place only slowly and is not distorted by object movements. At signal levels U d below the threshold S 1 there is no tracking because there is then no free path. After cleaning the exit window of the optoelectronic device 1, which is not shown, the transmission level of the first transmitter 3 is too high and is automatically reduced by the tracking until U d reaches the threshold value S 2 . If the optoelectronic device 1 is immediately available after a cleaning process, a teaching process can be triggered by an external signal at the parameter input 13 .
Fig. 9 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Signalaufbereitungsstufe 11. Die den Empfänger 6 bildende Photodiode wird in Sperrrichtung betrieben und liefert bei Beleuchtung den Fotostrom Ie, der durch den Transistor T1 fließt. Die Tran sistoren T1 bis T3 bilden einen Stromspiegel, wobei der Strom in T2 den Tran sistor T4 speist, der zusammen mit T5 einen weiteren Stromspiegel bildet. Über den Diodenschalter D1 bis D4 gelangt der Strom des Transistors T3, bzw. T5 zum Summationspunkt des Tiefpassfilters. In Abhängigkeit vom Taktsignal Ut ist das Diodenpaar D2, D3, bzw. D1, D4 leitend, wodurch der gespiegelte Foto strom durch C1 positiv, bzw. negativ integriert wird. Durch Parallelschaltung von mehreren Transistoren T3 bis T3 k' und T5 bis T5 k' wird der Fotostrom um den Faktor k verstärkt. Das Tiefpassfilter 2. Ordnung sorgt dafür, dass die Restwelligkeit klein gehalten wird. Fig. 9 shows an embodiment of the signal conditioning stage 11. The photodiode forming the receiver 6 is operated in the reverse direction and supplies the photocurrent I e which flows through the transistor T 1 when illuminated. The transistors T 1 to T 3 form a current mirror, the current in T 2 feeding the transistor T 4 , which together with T 5 forms a further current mirror. The current of the transistor T 3 or T 5 reaches the summation point of the low-pass filter via the diode switch D 1 to D 4 . Depending on the clock signal U t , the diode pair D 2 , D 3 , or D 1 , D 4 is conductive, whereby the mirrored photo current through C 1 is integrated positively or negatively. By connecting several transistors T 3 to T 3 k ' and T 5 to T 5 k' in parallel, the photocurrent is amplified by a factor of k. The low pass filter 2 . Order ensures that the ripple is kept low.
Die Schaltung bietet den Vorteil, dass die Sperrspannung an der Photodiode unabhängig vom Fotostrom konstant bleibt und dadurch die Diodenkapazität nicht umgeladen werden muss, wodurch kurze Sendelichtimpulse 2, 2', bzw. hohe Sendefrequenzen möglich sind. Außerdem befinden sich keine schal tungsbedingten Widerstände im Eingangskreis, die als Rauschquellen wirken könnten. Vorteilhaft ist auch, dass keine Koppelkondensatoren erforderlich sind, die sich bei energiereichen Lichtimpulsen als störende Energiespeicher bemerkbar machen. Da die Umsetzung des Fotostromes in eine Ausgangsspan nung erst im Kondensator C1 erfolgt, ist die Schaltung weitgehend unempfind lich gegenüber Störspannungen. Eine derartige Ausbildung der Signalaufbe reitungsstufe 11 ist besonders vorteilhaft, wenn diese zusammen mit der Aus werteeinheit 9 als ASIC ausgebildet ist.The circuit offers the advantage that the reverse voltage at the photodiode remains constant regardless of the photocurrent and, as a result, the diode capacitance does not have to be recharged, as a result of which short transmission light pulses 2 , 2 'or high transmission frequencies are possible. In addition, there are no circuit-related resistances in the input circuit that could act as sources of noise. It is also advantageous that no coupling capacitors are required which are noticeable as disruptive energy stores in the case of high-energy light pulses. Since the conversion of the photocurrent into an output voltage takes place only in the capacitor C 1 , the circuit is largely insensitive to interference voltages. Such a design of the signal processing stage 11 is particularly advantageous if it is designed together with the evaluation unit 9 as an ASIC.
Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Sende- und Empfangspegel für ein weiteres Ausführungsbeispiel der Auswertung der am Empfänger 6 anstehen den Empfangssignale Ie. Analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 stellen US1, US2 die Sendesignale der beiden Sender 3, 4 dar, wobei die Sender 3, 4 periodisch und alternierend Sendelichtimpulse 2, 2' unterschiedlicher Amplitude emittieren. Fig. 10 shows an embodiment of the transmission and reception level for another embodiment of the evaluation of the receiver 6 pending the reception signals I e. Analogously to the exemplary embodiment according to FIG. 7, U S1 , U S2 represent the transmission signals of the two transmitters 3 , 4 , the transmitters 3 , 4 periodically and alternately emitting transmission light pulses 2 , 2 'of different amplitudes.
Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel ist das Taktsignal Ut von einer perio dischen Signalfolge gebildet, welches neben fest vorgegebenen Zeitintervallen t1, t2 in mehrere Zufallszeitintervalle tz1, tz2, . . . tzn unterteilt ist. Jeweils inner halb eines Zeitintervalls T1 erfolgt die Emission eines Sendelichtimpulses 2 oder 2'. Dabei wird die Integrationszeit t1 nur so groß gewählt, dass der durch einen Sendelichtimpuls 2, 2' hervorgerufene Fotostrom Ie sicher erfasst wird. Die übrigen Zeitintervalle unterteilen jeweils die nachfolgenden Sendepausen. Je nachdem, ob der Wert von Ut innerhalb eines dieser Zeitintervalle positiv oder negativ ist, wird der Wert des während dieses Zeitintervalls integrierten Empfangssignals Up mit positivem oder negativem Vorzeichen bei der Bildung von Ud berücksichtigt. Dabei wird bei der Bildung von Ud nach wie vor U1 mit positivem Vorzeichen und U2 mit negativem Vorzeichen bei der Bildung von Ud berücksichtigt.In contrast to the exemplary embodiment, the clock signal U t is formed by a periodic signal sequence which, in addition to predefined time intervals t 1 , t 2, into several random time intervals tz 1 , tz 2 ,. , , tz n is divided. In each case within a time interval T 1 , the emission of a transmission light pulse 2 or 2 'takes place. The integration time t 1 is only chosen to be long enough to reliably detect the photo current I e caused by a transmitted light pulse 2 , 2 '. The remaining time intervals each subdivide the subsequent transmission breaks. Depending on whether the value of U t is positive or negative within one of these time intervals, the value of the received signal U p integrated during this time interval with a positive or negative sign is taken into account when forming U d . In this case, in the formation of U d to be taken into account before U 1 and U 2 with a positive sign with a negative sign in the formation of U d.
Während der Sendepause, die groß gegenüber der Dauer des ersten Sende lichtimpulses 2 ist, wird die Integrationsrichtung fortlaufend umgeschaltet. Um Fremdlicht mit gleicher Frequenz wie die Sendefrequenz der Sender 3, 4 oder einem ganzzahligen Bruchteil hiervon zu unterdrücken, wird jedes Integrati onsintervallpaar von zwei gleichen Zufallszeitintervallen tzn durch einen Zu fallswert gebildet, wobei t2 < tz < t1 ist. Zur Phasenumkehr wird nach dem In tervallpaar t1 die Zeit t2 eingefügt. Der nächste Sendelichtimpuls 2, 2' wird gestartet, wenn die Zeit t3, die der Pulspausenzeit der Sendelichtimpulse 2, 2' entspricht abgelaufen und das aktuelle Intervallpaar abgeschlossen ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der Mittelwert von Ut über eine Sendeperiode etwa null bleibt, wodurch Gleichlichteinstrahlungen unterdrückt werden. During the transmission pause, which is large compared to the duration of the first transmission light pulse 2 , the direction of integration is continuously switched. In order to suppress extraneous light with the same frequency as the transmission frequency of the transmitters 3 , 4 or an integer fraction thereof, each integration interval pair of two equal random time intervals t zn is formed by a random value, where t 2 <t z <t 1 . To reverse the phase, the time t 2 is inserted after the interval pair t 1 . The next transmitted light pulse 2 , 2 'is started when the time t 3 , which corresponds to the pulse pause time of the transmitted light pulses 2 , 2 ', has elapsed and the current pair of intervals has ended. This ensures that the mean value of U t remains approximately zero over a transmission period, as a result of which uniform light radiation is suppressed.
((
11
) Optoelektronische Vorrichtung
() Optoelectronic device
(
22
) erster Sendelichtimpuls
() first transmission light pulse
(
22
') zweiter Sendelichtimpuls
(') second transmitted light pulse
(
33rd
) erster Sender
() first station
(
44
) zweiter Sender
() second transmitter
(
55
) Empfangslichtimpuls
() Received light pulse
(
66
) Empfänger
() Receiver
(
77
) Reflektor
() Reflector
(
88th
) Polarisationsfilter
() Polarization filter
(
99
) Auswerteeinheit
() Evaluation unit
(
1010th
) Polarisationsfilter
() Polarization filter
(
1111
) Signalaufbereitungsstufe
() Signal processing stage
(
1212th
) Schaltausgang
() Switching output
(
1313
) Parametereingang
() Parameter input
(
1414
) Parameterspeicher
() Parameter memory
(
1515
) Strahlteilerspiegel
() Beam splitter mirror
(
1616
) transparente Folie
() transparent film
(
1717th
) Spiegel
() Mirror
(
1818th
) Linse
() Lens
(
1919th
) Strahlteilerspiegel
() Beam splitter mirror
(
2020th
) absorbierende Fläche
) absorbent surface
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