DE10018948A1

DE10018948A1 - Optoelektronische Vorrichtung

Info

Publication number: DE10018948A1
Application number: DE10018948A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 2000-04-17
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2020-04-18
Also published as: DE10018948B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung (1) zur Detektion von Objekten (2) mit einem Sendelichtstrahlen (3) empfangenden Sender (4), einem Empfangslichtstrahlen (5) empfangenden Empfänger (6) und Mitteln zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts (2). Die Mittel zur Bestimmung der Entfernung weisen einen Inverter (10) auf, mittels dessen die am Ausgang des Empfängers (6) anstehenden Empfangssignale auf den Eingang des Senders (4) rückgekoppelt sind. Bei einem innerhalb eines ersten Entfernungsbereichs angeordneten Objekt (2) ist die Sendeleistung des Senders (4) mit einer Frequenz moduliert, die durch die Laufzeit der Sendelichtstrahlen (3) zum Objekt (2) bestimmt ist. Aus dem entsprechend modulierten Empfangssignal ist ein Schaltsignal ableitbar, welches bei einem im Entfernungsbereich angeordneten Objekt (2) den Schaltzustand "ein" und ansonsten den Schaltzustand "aus" einnimmt.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Ober begriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 43 03 804 C2 bekannt. Diese Vor richtung betrifft eine Einrichtung zur Entfernungsmessung mit einem Sende licht emittierenden Laser, dessen Sendelichtstrahl mit zwei vorgegebenen Mo dulationsfrequenzen amplitudenmoduliert ist, sowie mit einem Empfänger und einem Phasendetektor zur Ermittlung der Phasendifferenz des Sendelichtstrahls und des von einem Objekt reflektierten Empfangslichtstrahls. Die Modulatio nen des Sendelichtstrahls erfolgt mit den jeweiligen Modulationsfrequenzen zeitlich getrennt. Zur Ermittlung der Distanz eines Objekts zur Einrichtung wird das Objekt mit beiden Modulationsfrequenzen vermessen. Die Beträge der Modulationsfrequenzen sind teilerfremde Zahlen gleicher Größenordnung. Die Änderung der Modulationsfrequenz erfolgt innerhalb vorgegebener, an die Ge schwindigkeit der Objekte relativ zur Einrichtung angepasster Intervalle.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass die hohe An forderung an die Phasenmessgenauigkeit einen hohen Schaltungsaufwand be dingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabenstellung zugrunde, eine Vorrichtung der ein gangs genannten Art zu schaffen, die mit geringem Schaltungsaufwand eine sichere Detektion von Objekten mit weitgehend beliebigen Oberflächen in ei nem definierten Entfernungsbereich gewährleistet.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Erfindungsgemäß wird die Optoelektronische Vorrichtung zur Detektion von Objekten mit einem Sendelichtstrahlen empfangenden Sender, einem Emp fangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und Mitteln zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts gebildet. Die Mittel zur Bestimmung der Entfernung weisen einen Inverter auf mittels dessen die am Ausgang des Empfängers an stehenden Empfangssignale auf den Eingang des Senders rückgekoppelt sind, so dass bei einem innerhalb eines ersten Entfernungsbereichs angeordneten Objekt die Sendeleistung des Senders mit einer Frequenz moduliert ist, die durch die Laufzeit der Sendelichtstrahlen zum Objekt bestimmt ist. Aus dem entsprechend modulierten Empfangssignal ist ein Schaltsignal ableitbar, wel ches bei einem im Entfernungsbereich angeordneten Objekt den Schaltzustand "ein" und ansonsten den Schaltzustand "aus" einnimmt.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, die von den Sende- und Empfangslichtstrahlen gebildete optische Messstrecke in eine schwingungsfä hige Schaltung mit einzubeziehen, wobei diese Schaltung im wesentlichen die Rückkopplung des invertierten Empfangssignals auf den Sender umfasst.

Dadurch wird, falls sich das Objekt innerhalb eines bestimmten ersten Entfer nungsbereich befindet, eine resonante Schwingung erzeugt, deren Periodendau er oder Frequenz ein direktes Maß für die Distanz des Objekts liefert. Aus der so erhaltenen Entfernungsinformation wird vorzugsweise mittels eines Schwellwerts ein binäres Schaltsignal abgeleitet, welches angibt, ob sich ein Objekt im ersten Entfernungsbereich befindet oder nicht.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Entfernungsbestimmung weist einen äußerst geringen Schaltungsaufwand auf.

Zudem ist vorteilhaft, dass die Frequenz der resonanten Schwingung im we sentlichen nur von der Objektdistanz abhängt, nicht jedoch vom Reflexions vermögen der Objektoberfläche, so dass Objekte mit nahezu beliebiger Ober flächenbeschaffenheit sicher erfassbar sind.

Bei einem im Nahbereich zur Vorrichtung angeordneten Objekt kann dessen Distanz zur Vorrichtung so gering werden, dass die resonante Schwingung auf grund von Dämpfungen so schnell abklingt, dass eine Entfernungsbestimmung nicht mehr möglich ist.

Um auch Objekte im Nahbereich sicher zu erfassen wird die Vorrichtung vor zugsweise alternierend während verschiedener Phasen A und B einmal als e nergetischer Taster und einmal als Entfernungsmesser betrieben.

In der Betriebsart als Entfernungsmesser wird die Distanz des Objekts durch Auswertung der Frequenz der resonanten Schwingung bestimmt. Dabei kann die Objektdistanz bestimmt werden, wenn diese innerhalb des ersten Entfer nungsbereichs liegt.

In der Betriebsart als energetischer Taster wird die Amplitude des invertierten Empfangssignals mit einem Schwellwert bewertet, wobei in diesem Fall der Sender nicht durch das Empfangssignal moduliert ist und daher Gleichlicht emittiert. In dieser Betriebsart sind Objekte im Nahbereich innerhalb eines zweiten Entfernungsbereichs erfassbar. Dabei kann dieser zweite Entfernungs bereich insbesondere mit dem ersten Entfernungsbereich teilweise überlappen.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: Schematische Darstellung der optischen Komponenten der erfin dungsgemäßen optoelektronische Vorrichtung.

Fig. 2: Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungs gemäßen optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 3: Impulsdiagramm zur Modulation der Sendeleistung des Senders der optoelektronischen Vorrichtung gemäß Fig. 2.

Fig. 4: Schematische Darstellung der Auswertung der Frequenz der modu lierten Sendeleistung gemäß Fig. 3.

Fig. 5: Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfin dungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 6: Erstes Beispiel von Impulsdiagrammen zur Signalauswertung für die optoelektronische Vorrichtung gemäß Fig. 5.

Fig. 7: Zweites Beispiel von Impulsdiagrammen zur Signalauswertung für die Vorrichtung gemäß Fig. 5.

Fig. 8: Kennlinie der Sendeleistung des Senders der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung.

Fig. 9: Schematische Darstellung eines ersten und zweiten Entfernungsbe reichs, welchen unterschiedliche Betriebsaren der optoelektroni schen Vorrichtung zugeordnet sind.

Fig. 10: Drittes Beispiel von Impulsdiagrammen zur Signalauswertung für die optoelektronische Vorrichtung gemäß Fig. 5.

Fig. 1 zeigt schematisch den optischen Aufbau der erfindungsgemäßen op toelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten 2 in einem Über wachungsbereich. Die Vorrichtung 1 weist einen Sendelichtstrahlen 3 emittie renden Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden Empfänger 6 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse 7 integriert sind. Der Sender 4 ist von einer Laserdiode, der Empfänger 6 von einer Photodiode gebildet.

Der Sender 4 und der Empfänger 6 sind hintereinander liegend angeordnet, so dass die Sende- und Empfangslichtstrahlen 5 koaxial innerhalb des Überwa chungsbereichs verlaufen.

Der Sender 4 ist dabei im Zentrum einer Empfangsoptik 8 angeordnet, über welche die vom Objekt 2 reflektierten Sendelichtstrahlen 3 als Empfangslicht strahlen 5 zum Empfänger 6 geführt sind.

Die Empfangsoptik 8 ist in der Frontwand des Gehäuses 7 angeordnet. Dem Sender 4 ist zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen 3 eine Sendeoptik 9 nachgeordnet.

Gegebenenfalls kann der Überwachungsbereich von einem nicht dargestellten Reflektor oder dergleichen begrenzt sein, auf welchen die Sendelichtstrahlen 3 bei freiem Strahlengang der optoelektronischen Vorrichtung 1 auftreffen.

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der erfindungs gemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1. Die vom Sender 4 emittierten Sen delichtstrahlen 3 werden von einem Objekt 2 reflektiert und treffen als Emp fangslichtstrahlen 5 auf den Empfänger 6. Das dadurch am Ausgang des Emp fängers 6 anstehende Empfangssignal wird über einen Inverter 10, einen Wi derstand 11 und einen Koppelkondensator 12 auf den Sender 4 rückgekoppelt. Der Inverter 10 ist vorzugsweise von einem Verstärker gebildet, welcher das Empfangssignal verstärkt und invertiert. Dem Widerstand 11 sind zwei in ent gegengesetzter Richtung geschaltete Dioden 13, 14 nachgeordnet, wobei von diesen eine Zuleitung zu einer Zählereinheit 15 führt. Im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel weist die Zählereinheit 15 zudem eine Rechnereinheit auf, wel che eine Auswerteeinheit bildet, in welcher insbesondere auch analoge Signale verarbeitet werden können. An die Zählereinheit 15 ist zudem ein Oszillator 16 angeschlossen, welcher ein periodisches Resetsignal U_r erzeugt, welches die Zählereinheit 15 steuert. Zudem wird das Resetsignal U_r über einen weiteren Kondensator 17 auf die Zuleitung vom Widerstand 11 zum Koppelkondensator 12 eingekoppelt.

An die Ausgänge der Zählereinheit 15 sind ein binärer Schaltausgang 18 sowie ein analoger Ausgang 19 angeschlossen.

Die Empfangslichtstrahlen 5 erzeugen im Empfänger 6 ein Empfangssignal, das im Inverter 10 invertiert und verstärkt wird. Die folgende Begrenzerschal tung, bestehend aus dem Widerstand 11 und den Dioden 13, 14, begrenzt das rückgekoppelte Signal U_a auf die Diodenschwellspannung. Über den Koppel kondensator 12 moduliert das Signal U_a den Sender 4, der zuvor auf eine mitt lere Sendeleistung eingestellt wurde, so dass der Sender 4 anfänglich Gleich licht emittiert.

Fig. 3 zeigt das Diagramm der Sendeleistung des Senders 4. Im Ruhezustand ist die Sendeleistung durch einen Gleichspannungspegel auf den mittleren Wert P_gleich eingestellt. Durch Rauschspannungen des Empfängers 6 wird eine Sendeleistungsänderung hervorgerufen. Dadurch entsteht ein Wechsellichtan teil, der nach der durch die Laufzeit der Sendelichtstrahlen 3 zum Objekt 2 be dingten Verzögerungszeit t₁ am Empfänger 6 erfasst, durch den Inverter 10 invertiert und den Sender 4 in gegengesetzter Richtung moduliert wird. Bei ausreichender Objektreflektion steigt die Amplitude des Signals U_a an, bis die se durch die Dioden 13, 14 begrenzt wird. Die Periodendauer von U_a stellt sich auf den Wert 2t₁ ein. Der Wert t₁ entspricht der Lichtlaufzeit der Sendelicht strahlen 3 zum Objekt 2 und zurück zur Vorrichtung 1. Somit wird durch die Rückkopplung des Empfangssignals auf den Sender 4 eine resonante Schwin gung erzeugt, deren Frequenz ein direktes Maß für den Objektabstand liefert. Um ein sicheres Anschwingen der Schwingung zu garantieren, wird die Um schaltflanke des Resetsignals U_r genutzt, welche über den Kondensator 17 ein gekoppelt wird. Durch die Kopplung über den Kondensator 17 entsteht ein kur zer Startimpuls, der die rückgekoppelte Schwingung anstößt.

Die Rückkopplung des Empfangssignals über den Inverter 10, den Widerstand 11 und den Koppelkondensator 12 bildet somit eine schwingungsfähige Schal tung, in welche die von den Sende- und Empfangslichtstrahlen 5 gebildete Messstrecke miteinbezogen ist. Die Werte des Widerstands 11 und des Kop pelkondensators 12, welcher zur Elimination der durch Gleichlichtanteile be dingten Signalanteile des Signals U_a dient, sind so gewählt, dass diese die Fre quenz der angestoßenen resonanten Schwingung nicht beeinträchtigen. Bis auf Effekte von bauteilbedingten Laufzeiten ist die Frequenz der Schwingung so mit nur durch die Lichtlaufzeiten der Sendelichtstrahlen 3 und Empfangslicht strahlen 5 bestimmt, so dass durch die Bestimmung der Frequenz der Schwin gung ein direktes Maß für die Objektdistanz erhalten wird. Zur Bestimmung dieser Frequenz wird die Zählereinheit 15 verwendet.

Fig. 4 zeigt das Diagramm des Zählerstands der Zählereinheit 15. Mit jeder Flanke des Resetsignals U_r wird der Zähler der Zählereinheit 15 zurückgesetzt. Die Perioden des Ausgangssignals U_a werden jeweils während der halben Peri odendauer t₂ des Resetsignals U_r gezählt. Der Zählerstand wird vor dem Zu rücksetzen durch das nächste Resetsignal mit zwei Schwellwerten S₁ und S₂ verglichen. Da die sich einstellende Senderfrequenz von der Objektdistanz ab hängt, wobei eine große Objektdistanz eine kleine Sendefrequenz bedingt, wird durch den Schwellwert S₂ die maximale Objektdistanz eingestellt. Bei Über schreitung des Schwellwertes S₂ wird ein Objekt 2 erkannt und der entspre chende Schaltausgang 18 gesetzt. Mit dem Schwellwert S₁ kann ein Objektmi nimalabstand erfasst werden. Die Unterschreitung des Schwellwertes S₂ be deutet, dass das Objekt 2 zu weit entfernt oder zu geringe Reflektion besitzt.

Durch die Vorgabe der Schwellwerte S₁ und S₂ ist die Distanz eines Objektes 2 innerhalb eines ersten Entfernungsbereichs erfassbar. Dabei nimmt der Schalt ausgang 18 den einer Objektdetektion entsprechenden Schaltzustand "ein" ein, falls sich das Objekt 2 innerhalb dieses ersten Entfernungsbereichs befindet. Zusätzlich zu diesem binären Schaltsignal kann der ermittelte Entfernungswert direkt als analoges Signal über den analogen Ausgang 19 ausgegeben werden.

Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der er findungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1. In diesem Fall erfolgt die Rückkopplung des im Inverter 10 invertierten Empfangssignals auf den Sender 4 über einen dem Widerstand 11 vorgeschalteten Koppelkondensator 12'. Das Signal U_e vor dem Koppelkondensator 12', welches noch durch Gleichlicht bedingte Signalanteile enthält, sowie das Signal U_a nach dem Koppelkonden sator 12', bei welchem diese Signalanteile ausgefiltert sind, werden über sepa rate Eingänge in die Zählereinheit 15 eingegeben.

Im Oszillator 16 werden im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 neben dem periodischen Resetsignal U_r, zusätzlich ein periodisches Zusatz-Resetsignal U_r1 generiert, die jeweils über eine Diode 13', 14' auf den Sender 4 eingekoppelt und in die Zählereinheit 15 eingegeben werden. Die Di oden 13', 14' dienen zur Begrenzung der Sendeleistung.

Ansonsten weist die Schaltungsanordnung einen dem Ausführungsbeispiel ge mäß Fig. 2 entsprechenden Aufbau auf.

Wie aus Fig. 5 ersichtlich, werden durch das Resetsignal U_r zwei Phasen A und B vorgegeben, innerhalb derer die Vorrichtung 1 in unterschiedlichen Be triebsarten betrieben wird.

Während der Phasen A wird die Sendeleistung des Senders 4 nicht moduliert, so dass dieser Gleichlicht aussendet. In diesen Phasen wird die Vorrichtung 1 als energetischer Taster betrieben, bei welchem die Amplitude des invertierten Empfangssignals U_e mit einem Schwellwert S₃ bewertet wird. Hierbei befindet sich die Vorrichtung 1 in dem in Fig. 9 dargestellten, einen zweiten Entfer nungsbereich bildenden, statischen Bereich, in welchem auch Objekte 2 im extremen Nahbereich erfassbar sind.

Während der Phasen B wird die Sendeleistung des Senders 4 durch Rück kopplung des Empfangssignals moduliert, so dass entsprechend dem Ausfüh rungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine Entfernungsmessung erfolgt. Innerhalb dieser Phasen B ist die Objektdistanz innerhalb des ersten Entfernungsbereichs be stimmbar, der in Fig. 9 mit Resonanzbereich bezeichnet ist. Dieser erste Ent fernungsbereich ist zu einem unteren Grenzabstand hin begrenzt.

Dies beruht darauf, dass für sehr kurze Objektdistanzen die durch die Licht laufzeiten bedingten Verzögerungszeiten t₁ so kurz werden, dass durch Schal tungskapazitäten das zur Rückkopplung benötigte Signal U_a zu stark gedämpft wird und die durch U_r angestoßene Schwingung abklingt.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 wird das Resetsignal U_r so aus gelegt, dass das Signal U_a in der Phase A über die Dioden 13', 14' kurzge schlossen wird. U_a hat dann den Wert einer Diodenschwellspannung und be wirkt, dass die Sendeleistung ihren Maximalwert P_max erreicht. Ist im Nahbe reich ein Objekt 2 vorhanden, wird durch den Empfänger 6 ein Signal regist riert und nach dem Inverter 10 ergibt sich das Signal U_e, das den Schwellwert S₃ unterschreitet. Am Ende der Phase A wird in der Zählereinheit 15 der mit dem Schwellwert S₃ ermittelte Komparatorausgangszustand abgefragt und bei Unterschreitung als erkanntes Objekt 2 gewertet und am Schaltausgang 18 aus gegeben. Durch die Abschaltflanke des Resetsignals U_r (Übergang Phase A nach B) wird die Schwingung des Signals U_a angestoßen und erreicht bei aus reichender Objektreflektion und ausreichendem Objektabstand die Resonanz bedingung. In der Zählereinheit 15 werden die Perioden des Signals U_a gezählt und am Ende der Phase B mit Hilfe der Schwellwerte S₁ und S₂ ausgewertet. Wird der Schwellwert S₂ nicht erreicht, werden die Schaltzustände am Schalt ausgang 18 durch das Ergebnis der Auswertung von U_e während der Phase A definiert. Ansonsten werden die Schaltausgänge 18 durch das Ergebnis der Auswertung der Phase B bestimmt.

Fig. 6 zeigt das Diagramm der Signalverläufe beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5. Im gezeigten Beispiel liefert ein Objekt 2 im Resonanzbereich genü gend Empfangssignale, so dass die Schwingung des Signals U_a ausgewertet werden kann. In der Phase A wird der Signalpegel U_e von der Intensität des reflektierten Lichts bestimmt und bei Unterschreitung des Schwellwerts S₃ wird das Objekt 2 erkannt und eine Meldung am Schaltausgang 18 ausgegeben.

Fig. 7 zeigt eine Abwandlung der Signalauswertung gemäß Fig. 6. Mittels des Resetsignals U_r und des Zusatz-Resetsignals U_r1 werden insgesamt drei unterschiedliche Phasen A, B und C definiert, wobei in jeder der Phasen eine unterschiedliche Signalauswertung erfolgt. In der Phase C wird das Resetsignal U_r1 auf negative Werte getastet, wodurch die Dioden 13', 14' leitend werden, dabei das Signal U_a kurzschließen und so die Sendeleistung auf einen Mini malwert setzen. Die Phase C bildet somit im wesentlichen eine Sendepause, in der der Sender 4 nahezu vollständig abgeschaltet ist. Die Auswertungen in den Phasen A, B entsprechen dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6. In der Pha se A werden die Dioden 13', 14' durch das Resetsignal U_r leitend und die La serleistung springt auf den Maximalwert. Während der Phase B, in der U_r und U_r1 den Wert 0 annehmen, kann sich eine Schwingung U_a mit einer der Dio denschwellspannung entsprechenden Amplitude ausbilden. Der besondere Vorteil dieser Signalfolge liegt darin, dass die Resetspannungsphase A und B wesentlich kürzer als Phase C ausgelegt werden können und dadurch die mitt lere Sendeleistung und damit die Belastung für die Laserdiode reduziert wird. Die Einhaltung der Laserklasse bezüglich Augensicherheit kann dadurch besser eingehalten, bzw. die zulässige Lasermaximalleistung erhöht und zur Distanz bereichserweiterung genutzt werden. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 befindet sich das Objekt 2 im Nahbereich, so dass die resonante Schwin gung während der Phase B schnell abklingt. Die Schaltzustände des Schaltaus gangs 18 werden daher in diesem Fall durch die Auswertung während der Pha sen A bestimmt.

Fig. 8 zeigt die Laserkennlinie des Senders 4 mit den typischen Leistungs werten in den Phasen A, B und C. Dabei wird die mittlere Laserleistung durch eine Monitorregelschaltung auf einem mittleren Wert gehalten. Die Laserma ximalleistung wird während der Phase A erreicht.

Fig. 9 zeigt schematisch den ersten Entfernungsbereich, innerhalb dessen die Vorrichtung 1 als Entfernungsmesser arbeitet und den zweiten Entfernungsbe reich, innerhalb dessen die Vorrichtung 1 als energetischer Taster arbeitet. Der statische Bereich (zweiter Entfernungsbereich) beginnt kurz vor der Vorrich tung 1 (5. . . 20 mm) und erstreckt sich je nach Objektreflektion bis zu einigen Metern und ist dadurch definiert, dass in diesem Bereich eine Auswertung des Signals U_e mit Hilfe des Schwellwertes S₃ möglich ist.

Der Resonanzbereich (erster Entfernungsbereich) hat eine Überlappung mit dem statischen Bereich und erstreckt sich zu größeren Distanzen je nach Ob jektreflektivität z. B. bei Tripelreflektoren bis zu 100. . . 200 mm. In diesem Be reich kann eine Auswertung mit den Schwellwerten S₁ und S₂ und Ausgabe eines Schaltsignals am Schaltausgang 18 bzw. eine Ausgabe eines distanzpro portionalen Messwertes am analogen Ausgang 19 erfolgen. Durch die Überlap pung der Entfernungsbereiche wird ein lückenloser Detektionsbereich gewähr leistet, der bei konventionellen Distanzsensoren nach dem Lichtlaufzeitprinzip nur schwer erreichbar ist.

Fig. 10 zeigt die Anordnung von zwei Vorrichtungen 1 und 1' an den gegenü berliegenden Enden des Überwachungsbereichs. Die Sendelichtstrahlen 3 einer Vorrichtung 1 oder 1' werden vom Empfänger 6 der jeweils anderen Vorrich tung 1 oder 1 registriert. Das Ausgangssignal des Inverters 10 moduliert dann den Sender 4, dessen Sendelichtstrahlen 3 als Empfangslichtstrahlen 5 zum Empfänger 6 der gegenüberliegenden Vorrichtung 1' oder 1 gelangen. Bei die ser Lichtschrankenanordnung dienen die Sendestrahlen zum Ausrichten der Vorrichtung 1. Außerdem entfällt die sonst erforderliche Synchronisation des Empfängers 6 durch die aktive Rückkopplung. Diese Anordnung eignet sich besonders für große Distanzen mit hoher Fremdlichtbelastung. Die Frequenz der resonanten Schwingung berechnet sich näherungsweise nach der Formel:

f(Mhz) = 500/(6,6 ns . s(m) + t_v(ns))

wobei t_v(ns) die schaltungsbedingte Verzögerungszeit und s die Distanz zwi schen den Vorrichtungen 1 und 1' ist.

In einer alternativen Ausführungsform ist der Überwachungsbereich von einem Reflektor begrenzt, welcher der Vorrichtung 1 am anderen Ende des Überwa chungsbereichs gegenüberliegt. Der Reflektor befindet sich dabei in einer Dis tanz zur Vorrichtung 1, der innerhalb des ersten Entfernungsbereichs liegt.

Bei freiem Strahlengang treffen die Sendelichtstrahlen 3 auf den Reflektor und werden zur Vorrichtung 1 zurückreflektiert. Durch die Auswertung der dadurch erzeugten resonanten Schwingung wird die Distanz des Reflektors erfasst.

Bezugszeichenliste

(

1

) Optoelektronische Vorrichtung
(

1

') Optoelektronische Vorrichtung
(

2

) Objekt
(

3

) Sendelichtstrahlen
(

4

) Sender
(

5

) Empfangslichtstrahlen
(

6

) Empfänger
(

7

) Gehäuse
(

8

) Empfangsoptik
(

9

) Sendeoptik
(

10

) Inverter
(

11

) Widerstand
(

12

) Koppelkondensator
(

12

') Koppelkondensator
(

13

) Diode
(

13

') Diode
(

14

) Diode
(

14

') Diode
(

15

) Zählereinheit
(

16

) Oszillator
(

17

) Kondensator
(

18

) Schaltausgang
(

19

) analoger Ausgang

Claims

1. Optoelektronische Vorrichtung zur Detektion vom Objekten mit einem Sendelichtstrahlen empfangenden Sender, einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und Mitteln zur Bestimmung der Entfernung eines Objekts, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bestimmung der Entfernung einen Inverter (10) aufweisen, mittels dessen die am Aus gang des Empfängers (6) anstehenden Empfangssignale auf den Eingang des Senders (4) rückgekoppelt sind, so dass bei einem innerhalb eines ersten Entfernungsbereichs angeordneten Objekt (2) die Sendeleistung des Senders (4) mit einer Frequenz moduliert ist, die durch die Laufzeit der Sendelichtstrahlen (3) zum Objekt (2) bestimmt ist, und dass aus dem entsprechend modulierten Empfangssignal ein Schaltsignal ableitbar ist, welches bei einem im Entfernungsbereich angeordneten Objekt (2) den Schaltzustand "ein" und ansonsten den Schaltzustand "aus" einnimmt.

2. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass dem Inverter (10) ein Koppelkondensator (12, 12') nachgeord net ist.

3. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da durch gekennzeichnet, dass die Sendeleistung des Senders (4) mittels ei ner Begrenzerschaltung begrenzt ist.

4. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass die Begrenzerschaltung einen Widerstand (11) und zwei Dioden (13, 14 bzw. 13', 14') aufweist.

5. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Aktivierung einer die Modulation der Sende leistung bewirkenden Schwingung ein periodisches Resetsignal U_r vorge sehen ist, welches in einem Oszillator (16) generiert wird.

6. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung der Frequenz, mit welcher die Sendeleistung moduliert ist, eine Zählereinheit (15) vorgesehen ist, mit tels derer innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls die Perioden der die Modulation der Sendeleistung bewirkenden Schwingung gezählt wer den.

7. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die Zählereinheit (15) von dem Resetsignal U_r angesteuert ist.

8. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, da durch gekennzeichnet, dass der Zählerstand der Zählereinheit (15) mit ei nem Schwellwert S₂ verglichen wird, wobei der Schaltausgang (18) den Schaltzustand "ein" einnimmt, falls der Zählerstand den Schwellwert S₂ überschreitet.

9. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zählerstand der Zählereinheit (15) mit einem Schwellwert S₁ (S₁ < S₂), welcher einer Minimaldistanz des Objekts (2) entspricht, welche den ersten Entfernungsbereich zu kleinen Distanz werten hin begrenzt.

10. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Detektion eines Objektes (2) im Nahbereich, dessen Distanz innerhalb eines zweiten Entfernungsbereichs liegt, der im Vergleich zum ersten Entfernungsbereich bei kleineren Distanzwerten liegt, die invertierte Amplitude des Empfangssignals mit wenigstens ei nem Schwellwert S₃ bewertet wird, und dass eine Objektdetektion vor liegt, falls die Amplitude den Schwellwert S₃ unterschreitet.

11. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, dass der erste Entfernungsbereich teilweise mit dem zweiten Entfer nungsbereich überlappt.

12. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Objektdetektion alternierend jeweils während einer ersten Phase A bei Gleichlicht emittierendem Sender (4) die Amplitude des invertierten Empfangssignals mit dem Schwellwert S₃ bewertet wird und während einer zweiten Phase B die Periodendauer des aufgrund der Schwingung modulierten Empfangssignals bestimmt wird.

13. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich net, dass der Takt der Phasen A und B durch das Referenzsignal U_r vor gegeben ist.

14. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich net, dass mit der fallenden Flanke des Referenzsignals U_r die die Modu lation der Sendeleistung bewirkende Schwingung angestoßen wird.

15. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12-14, da durch gekennzeichnet, dass auf die Phasen A und B eine dritte Phase C folgt, innerhalb derer die Sendeleistung des Senders (4) auf einen Mini malwert gesetzt ist.

16. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeich net, dass zur Generierung der Phasen A, B und C außer dem Referenzsig nal U_r ein periodisches Zusatz-Referenzsignal U_r1 vorgesehen ist, wobei die Phase C mit der fallenden Flanke des Zusatz-Referenzsignals U_r1 ak tiviert wird.

17. Optoelektronische Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-16, da durch gekennzeichnet, dass der Überwachungsbereich, innerhalb dessen Objekte (2) detektiert werden, von einem Reflektor begrenzt ist, welcher bei freiem Strahlengang innerhalb des ersten Entfernungsbereichs detek tiert wird.