DE10114723A1 - Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung - Google Patents

Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung

Info

Publication number
DE10114723A1
DE10114723A1 DE10114723A DE10114723A DE10114723A1 DE 10114723 A1 DE10114723 A1 DE 10114723A1 DE 10114723 A DE10114723 A DE 10114723A DE 10114723 A DE10114723 A DE 10114723A DE 10114723 A1 DE10114723 A1 DE 10114723A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
distance
receiver
signal
distance sensor
receiver units
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE10114723A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernd Schubert
Joerg Alscher
Andreas Thun
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
OUT OPTOTRANSMITTER UMWELTSCHU
Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Original Assignee
OUT OPTOTRANSMITTER UMWELTSCHU
Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by OUT OPTOTRANSMITTER UMWELTSCHU, Iris GmbH IG Infrared and Intelligent Sensors filed Critical OUT OPTOTRANSMITTER UMWELTSCHU
Priority to DE10114723A priority Critical patent/DE10114723A1/de
Publication of DE10114723A1 publication Critical patent/DE10114723A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/46Indirect determination of position data
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/04Systems determining the presence of a target

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Abstandssensor (10) mit DOLLAR A (a) einem eine elektromagnetische Welle (Lichtstrahl emittierenden Sender (20), DOLLAR A (b) zumindest zwei Empfängereinheiten (16, 18), mit denen ein Flächenanteil (F) des von einem zu erfassenden Objekt reflektierten Lichtstrahls bestimmbar ist, wobei die Empfängereinheiten (16, 18) so aufeinander abgestimmt sind, dass im zu überwachenden Abstandsbereich bei sich änderndem Abstand zum Objekt in der einen Empfängereinheit (16 oder 18) ein fallendes Signal und in der anderen Empfängereinheit (16 oder 18) ein steigendes Signal anliegt sowie DOLLAR A (c) einer nachgeordneten Auswerte- und Ansteuerschaltung (14) mit zumindest einem Differenzglied für die beiden Empfängersignale. DOLLAR A Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Abstandssteuerung mit einem solchen Sensor.

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Abstandssensor mit den im An­ spruch 1 genannten Merkmalen sowie ein Verfahren zur Abstandssteuerung mit einem solchen Sensor nach Anspruch 10.
Abstandssensoren sind aus verschiedenen Bereichen der Technik, beispielsweise der Fahrzeug- und Automatisationstechnik, bekannt. In letzterem Anwendungsfeld stellt sich insbesondere die Aufgabe, mobilen Aggregaten eine noch ausreichende Bewegungsmöglichkeit bei der Annäherung an feststehende Objekte zu gewähren. Dabei soll nach Möglichkeit ein minimaler Abstand zu dem Objekt nicht unter­ schritten und eine Kollision vermieden werden. Demnach muss der Abstandssensor sinnvoller Weise eine Annäherung an diesen Abstand detektieren, wie auch einen Alarmzustand signalisieren, wenn das Abstandsminimum unterschritten wird. Eine Berührung - nicht eine Kollision - kann zumeist in Kauf genommen werden.
Das Grundprinzip eines optoelektronischen Abstandssensors beruht auf der bekann­ ten geometrischen Triangulation, einem Verfahren, welches in der Sensorik vielfach für Abstands- und Entfernungsmessungen angewendet wird. Häufig werden dabei von einem Sender scharf gebündelte Lichtstrahlen (gut geeignet sind Laser) auf einen ortsauflösenden Empfänger über die Reflexion am zu vermessenden Objekt abgebildet. Je nachdem bei welcher Entfernung das Objekt vom Lichtstrahl getrof­ fen wird erfolgt die Abbildung des reflektierten Lichtstrahls an einem anderen Ort auf dem Empfänger. Als Empfängertypen werden positionsempfindliche Fotodioden oder auch CCD-Zeilen eingesetzt.
Voraussetzung damit eine solche Anordnung funktioniert ist die Lage der drei beteiligten Komponenten (Sender, Objekt, Empfänger) zueinander - sie müssen ein Dreieck (Triangel) bilden. Definiert wird dieses Dreieck durch:
  • - den Abstand von Sender und Empfänger auf der Basislinie,
  • - die Winkel der Hauptachsen von Sender und Empfänger, die diese mit der Basislinie bilden, dass heißt den Neigungswinkeln von Sender und Empfän­ ger und
  • - den Abstand des Objektes zur Basislinie.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Festlegung der Auflösung ist die Größe des vom Sender erzeugten Lichtpunktes auf der Empfängerfläche im Verhältnis zur Größe der Empfängerfläche (Flächenanteil). Dafür sind jeweils die Öffnungsverhält­ nisse von Sender und Empfänger maßgebend.
Aus der WO 9303399 ist eine optischen Sensoreinheit bekannt, die dem Grund­ prinzip der Triangulation gehorcht und mit der ein Abstand zu einem Objekt über­ wacht werden kann. Dazu werden zwei Sendedioden und ein Empfänger, der zwischen den Sendern angeordnet ist, verwendet. Die Sendedioden weisen jeweils unterschiedliche große Öffnungswinkel auf. Nachteilig an diesem Aufbau ist die Schwierigkeit zu einer einheitlichen analogen Kennlinie zu kommen, wie sie zur störungsfreien und echtzeitfähigen Steuerung der Abstandsbedingungen notwendig ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Abstandssensor und ein Verfahren zu schaffen, mit denen eine Abstandssteuerung zuverlässig und kosten­ günstig durchführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch den optoelektronischen Abstands­ sensor mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen sowie das Verfahren zur Abstandssteuerung mittels eines solchen Abstandssensors mit den im Anspruch 10 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Abstandssensor
  • a) einem eine elektromagnetische Welle (Lichtstrahl) emittierenden Sender um­ fasst, sowie
  • b) zumindest zwei Empfängereinheiten, deren Ausgangssignal jeweils von einem Flächenanteil der vom einem zu erfassenden Objekt reflektierten elektromagnetischen Welle an einer gesamten, von der jeweiligen Empfän­ gereinheit erfassten Fläche bestimmbar ist, wobei die Empfängereinheiten so aufeinander abgestimmt sind, dass im zu überwachenden Abstandsbereich bei sich änderndem Abstand zum Objekt in der einen Empfängereinheit ein fallendes Signal und in der anderen Empfängereinheit ein steigendes Signal anliegt und
  • c) eine nachgeordneten Auswerte- und Ansteuerschaltung mit zumindest einem Differenzglied für die beiden Empfängersignale
kann eine Abstandssteuerung mit hoher Zuverlässigkeit auch unter Echtzeitbedin­ gungen durchgeführt werden. Die aus wenigen Komponenten bestehende Sensorik ermöglicht damit insbesondere eine kostengünstige und im Betrieb wenig störanfäl­ lige Überwachung der Annäherung mobiler Aggregate an feststehende Objekte.
Die Empfängereinheiten können jeweils einen einzigen Sensor wie beispielsweise einer Fotodiode bestehen, sie können aber auch jeweils ortsauflösende Sonsoren wie CCD-Sensoren oder Fotodioden-Arrays umfassen.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Empfänger-, Auswerte- und Ansteuereinheiten in einem gemeinsamen Siliziumchip integriert, so dass eine sehr kompakte und miniaturisierte Sensorik für eine Vielzahl von Applikationen bereitgestellt werden kann. Vorzugsweise ist der Sender eine Diode, die nach einer bevorzugten Variante derart in einer Vertiefung des Siliziumchips sitzt, dass eine unmittelbare Einkopplung des austretenden Lichtstrahls in die Empfängereinheiten verhindert ist. Ferner ist es bevorzugt, Empfängereinheiten in Form von ortsauflö­ senden oder diskreten Fotodioden oder auch CCD-Zeilen zu verwenden, so dass auf eine bereits bewährte Technologie zurückgegriffen werden kann.
Nach dem Verfahren wird
  • a) von einem Sender ein elektromagnetische Welle (Lichtstrahl) emittiert,
  • b) in zumindest zwei Empfängereinheiten, deren Ausgangssignal von einem Flächenanteil eines vom einem zu erfassenden Objekt reflektierten Licht­ strahls an einem gesamten, von der jeweiligen Empfängereinheit erfassten Blickwinkel, wobei die Empfängereinheiten so aufeinander abgestimmt werden, dass im zu überwachenden Abstandsbereich bei steigendem Abstand zum Objekt in der einen Empfängereinheit ein fallendes Signal und in der anderen Empfängereinheit ein steigendes Signal anliegt sowie
  • c) in einer nachgeordneten Auswerte- und Ansteuerschaltung mit zumindest einem Differenzglied die beiden Empfängersignale voneinander abgezogen, wobei ein Arbeitspunkt für die Abstandssteuerung im Bereich des Null­ punktsdurchgang des Differenzsignals liegt.
Ein auf diese Weise ermittelter Arbeitspunkt hat sich als besonders günstig für die Abstandssteuerung erwiesen, da sich Abweichungen in positiver als auch negativer Richtung voneinander getrennt erfassen und mit hoher Empfindlichkeit bestimmen lassen. Ein Verlauf des Differenzsignals ausgehend vom Arbeitspunkt zeigt bei steigendem negativen Werten eine Annäherung an das Objekt sowie bei steigenden positiven Werten eine Entfernung vom Objekt an.
Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Auswerte- und Ansteuerschaltung zumindest je eine Verstärkerstufe für die Signale der Empfänger­ einheiten. Die Verstärkerstufen dienen dabei nicht nur der Erhöhung der Mess­ empfindlichkeit, sondern ermöglichen auch eine gezielte Verschiebung des Arbeits­ punktes. Dazu sind den Verstärkerstufen regelbare Widerstände zugeordnet, die voneinander unabhängig ansteuerbar sind und zu einer unterschiedlichen Ver­ stärkung der Empfängersignale vor dem Differenzglied führen. Somit kann der Abstandssensor in bestimmten Grenzen neuen Applikationserfordernissen ohne Veränderung der mechanischen Grundkonfiguration angepasst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der gewünschte Arbeitspunkt durch einen Öffnungswinkel der Empfänger­ einheiten, deren Abstand zum Sender und/oder deren Neigungswinkel zur Basislinie vorgegeben. Bei der Fertigung des Abstandssensors kann demnach der für die gewünschte Applikation notwendige Arbeitspunkt durch Festlegung der mechani­ schen Grundkonfiguration auf bestimmte Abstandsbereiche vorgegeben werden. Eine nachträgliche Feinjustierung kann, wie bereits erläutert, durch die Verstär­ kungsstufen der Auswerte- und Ansteuereinheit erfolgen. Der Arbeitspunkt und damit der Abstand zwischen dem Abstandssensor und dem zu erfassenden Objekt liegt vorzugsweise in einem Abstandsbereich von 0,1 bis 50 mm, insbesondere von 3 bis 15 mm.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und des Abstandssensors sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematische Schnittdarstellung durch einen optoelektroni­ schen Abstandssensor;
Fig. 2 eine schematische Darstellung der Gesichtsfelder zweier Empfänger und eines Senders des Abstandssensors aus Fig. 1;
Fig. 3 einen Verlauf zweier Empfängersignale in Abhängigkeit vom Abstand zu einem zu erfassenden Objekt;
Fig. 4 einen Verlauf eines Differenzsignals der Empfängersignale zur Be­ stimmung eines Arbeitspunktes nach dem erfindungsgemäßen Ver­ fahren und
Fig. 5 eine schematische Schaltungsanordung eines solchen optoelektroni­ schen Abstandssensors.
Die Fig. 1 zeigt in schematischer Weise einen Längsschnitt durch einen optoelek­ tronischen Abstandssensor 10 entlang der für eine Abstandssteuerung wesentli­ chen Komponenten. Der Abstandssensor 10 ist hier in Form einer kompakten Einheit realisiert, die sich in eine dem zu erfassenden Objekt zugewandete Messein­ heit 12 und eine darunter liegende Auswerte- und Ansteuerschaltung 14 gliedern lässt.
Die Messeinheit 12 umfasst zumindest zwei positionsempfindliche Fotodioden als Empfängereinheiten 16, 18. Um eine möglichst preiswerte Lösung zu konzipieren können anstelle einer positionsempfindlichen Fotodiode mehrere diskrete Fotodio­ den oder auch für jede Empfängereinheit nur eine einzelne Fotodiode verwendet werden. Die Empfängereinheiten 16, 18 liefern je ein Signal, das einem Verhältnis der Größen eines auf ihren Empfängerflächen abgebildeten und vom Objekt reflek­ tierten Lichtkegel zur Gesamtempfängerfläche der jeweiligen Empfängereinheiten 16, 18 entspricht (Flächenanteil F). Im Falle einer einfachen, nicht ortsauflösenden Empfängereinheit mit nur einer einzigen Fotodiode führt der erfasste Flächenanteil F dazu, dass die Empfängereinheit von dem reflektierten Lichtkegel nur teilweise mehr oder weniger stark beleuchtet wird und entsprechend ein mehr oder weniger starkes Ausgangssignal liefert. Diese Empfängersignale werden über geeignete Datenleitungen der Auswerte- und Ansteuerschaltung 14 zugeführt.
Falls ortsauflösende Sensoren für die Empfänger 16 und 18 verwendet werden, kann der von den Sensoren erfasste Blickwinkel als Bild mit Hilfe einer entsprechenden abbildenden Optik, z. B. einer einfachen Sammellinse, auf den Sensor projeziert werden, so dass sich der jeweilige Flächenanteil unmittelbar als das Verhältnis von beleuchtetem Anteil des erfassten Bildes zum Gesamtbild oder unbeleuchtetem Anteil des Bildes ergibt.
Die Messeinheit 12 enthält weiterhin einen Sender 20 - beispielsweise in Form einer Leuchtdiode - mit dem in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Tastimpuls eine elektromagnetische Welle (einen Lichtstrahl oder einen Lichtkegel) erzeugt werden kann. Bei der Konstruktion ist darauf zu achten, das der austretende Lichtkegel nicht unmittelbar in die Empfängereinheiten 16, 18 eingekoppelt werden kann. Gelöst werden kann dieses Problem durch eine ausreichend versenkte Senderaustrittsöffnung 22 des Senders 20 im Verhältnis zur den Eintrittsoptiken der Empfängereinheiten 16, 18. Um eine ausreichende Kompaktheit und Wirtschaftlichkeit zu erreichen, ist eine Realisierung in einer kombinierten hybriden und integrierten Lösung bevorzugt. Dabei wird die Auswerte- und Ansteuerschal­ tung 14 gemeinsam mit den Empfängereinheiten 16, 18 in Silizium integriert. Dieser Chip wird dann gemeinsam mit dem Sender 20 auf einen Träger montiert (COB) und zu einem einheitlichen Bauelement vergossen.
Zur Etablierung der Abstandssteuerung müssen die Gesichtsfelder der Empfänger­ einheiten 16, 18 und des Senders 20 so aufeinander abgestimmt werden, dass ein im folgenden noch näher erläuterter Arbeitspunkt in einem bestimmten Abstands­ bereich zu dem Objekt liegt. Der Abstandsbereich wird durch die optischen und geometrischen Parameter bestimmt (mechanische Grundkonfiguration). Neben den verschiedenen Öffnungswinkeln zum Ein- beziehungsweise Austritt des Lichtstrahls in die Empfängereinheiten 16, 18 und den Sender 20 sind die Neigungswinkel dieser Komponenten von Bedeutung. Ferner kann ein Grad der Überdeckung der Gesichtsfelder über den Abstand der Empfängereinheiten 16, 18 zum Sender 20 variiert werden.
In der Fig. 2 sind die insgesamt drei Gesichtsfelder der beiden Empfänger Ein­ heiten 16,18 und sowie der Lichtkegel des Senders 20 dargestellt. Eine gestrichelte Linie 23 repräsentiert ein Objekt in einem bestimmten Abstand von dem Abstandssensor 10. Das Gesichtsfeld des Senders 20 kann als Lichtkegel 25 aufgefaßt werden, der das Objekt in 23 auf einer bestimmten, durch den Lichtkegel 25 definierten Fläche beleuchtet. Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, erfaßt jeder der Empfänger 16 und 18 mit seinem jeweiligen Gesichtsfeld nur einen Teil der von dem Sender 20 beleuchteten Fläche des Objektes 23. Der Anteil, den die beleuch­ tete Fläche des Objektes 23 an der gesamten, von dem jeweiligen Gesichtsfeld des Senders 16 oder 18 erfaßten Fläche des Objektes 23 hat, wird in diesem Zusam­ menhang als der jeweilige Flächenanteil F16 und F18 für den Empfänger 16 bzw. 18 bezeichnet. Der jeweils erfasste Flächenanteil führt zu einer mehr oder weniger starken Beleuchtung der Empfänger 16 und 18.
Der Grad der Überdeckung der Gesichtsfelder jeweils eines Empfängers 16 oder 1 8 und des Senders 20 (Flächenanteil F) und der reziproke Wert des Abstands sind direkt proportional zum Signalwert am Ausgang der Empfängereinheiten 16, 18. Die beiden daraus für die beiden Empfänger 16 und 18 resultierenden Ausgangs­ signale sind in Fig. 3 dargestellt. Der Abstandssensor 10 muss so angeordnet werden, dass ein Mindestabstand zu dem Objekt - für die Fig. 2 und 3 beträgt dieser Abstand etwa 3 mm - nicht unterschritten wird. Der zu überwachen­ de Abstand umfasst hier einen Abstandsbereich von etwa 5 bis 10 mm. Wie ersichtlich liegt in diesem Abstandsbereich bei steigendem Abstand zum Objekt in der Empfängereinheit 16 ein fallendes Signal (Signalkurve 24) und in der Empfän­ gereinheit 18 ein steigendes Signal an (Signalkurve 26). Der Arbeitspunkt 28 wird sinnvollerweise direkt in den Schnittpunkt der beiden Signalkurven 24, 26 gelegt und beträgt für diesen Abstandssensor 10 etwa 6,5 mm. Dieser Arbeitspunkt 28 repräsentiert dann den optimalen Abstand (Touch).
Führt man beide Empfängersignale über ein Differenzglied so ergibt sich eine geschlossene Kennlinie 30 für den Abstandssensor 10 (Fig. 4). Der Arbeitspunkt 28 liegt im Nullpunktsdurchgang des Differenzsignals. Eine Unterschreitung dieses Abstandes führt zu einem steigendem negativen Signal und ist damit eindeutig als "verbotener Bereich" auswertbar, dass heißt deutet auf eine unerwünschte Annä­ herung an das Objekt. Ein ansteigendes positives Signal signalisiert eine zunehmen­ de Entfernung vom Objekt. Die Amplitudenwerte des Abstandssensors 10 sind für sich genommen kein Maß für den Abstand. Die absoluten Werte werden unter anderen durch die Reflektionseigenschaften der detektierten Objektoberfläche beeinflusst, woraus eine hohe Signaldynamik resultiert. Allerdings besteht eine feste Relation der Signalwerte der beiden Empfängereinheiten 16, 18 zueinander. Der Arbeitspunkt 28 ist von der Dynamik der Reflexionsfaktoren nicht beeinflusst, da beide Empfängereinheiten 16, 18 in diesem Punkt den gleichen reflektierenden Flächenanteil F des Objektes im gleichen Abstand detektieren.
Der Fig. 5 lässt sich eine Schaltungsanordung für einen solchen optoelektroni­ schen Abstandssensors 10 entnehmen. Die beiden Verstärkerstufen 32 und 34 sind gleichartig als nichtinvertierende Verstärker mit hohem Eingangswiderstand ausgeführt. Hier kommt es auf eine maximal rauscharme Verstärkung der an den Empfängereinheiten 16, 18 anliegenden Signale an. Die Empfindlichkeit der Emp­ fängereinheiten 16, 18 kann durch Abgleich mit den Widerständen 36 beziehungs­ weise 38 beeinflusst werden, so dass in einem gewissen Bereich auch der Arbeits­ punkt 28 verschoben werden kann (Feinjustierung).
Bei der nachfolgenden Differenzverstärkerstufe 40 (Differenzglied der Auswerte- und Ansteuerschaltung 14) muss die Außenbeschaltung in ihrer Dimensionierung so angepasst werden, dass der Eingangswiderstand für beide Signale gleich groß ist. Ferner muss berücksichtigt werden, dass die Verstärkung des nichtinvertierten Signals im Betrag um 1 größer ist, als die des invertierten Signals. Alternativ hierzu kann das Signal in einer zusätzlichen Stufe invertiert werden, um anschließend in einer weiteren Stufe einem Summierer zugeführt zu werden. Wegen der Gleichlicht­ empfindlichkeit der Empfängereinheiten 16, 18 müssen die Verstärkerstufen 32, 34, 40 als Wechselspannungsverstärker beziehungsweise Impulsverstärker ausge­ führt werden. Die oberen und unteren Grenzfrequenzen müssen entsprechend an die Taktung des Senders 20 angepasst werden. Dabei ist darauf zu achten, für beide Kanäle gleiche Phasenlaufzeiten des Signals zu realisieren, da sonst keine Signalauslöschung stattfindet. Dies kann mittels eines Phasenschiebers 42 und eines CMOS-Analogschalter 44 erreicht werden.
Um am Ende wieder von der Reflexion am Objekt abhängige stationäre Signale zu erhalten, muss den Verstärkerstufen 32, 34, 40 ein phasenempfindlicher Gleich­ richter nachgeschaltet werden. Zweckmäßigerweise wird eine entsprechende Schaltung als Sample and Hold ausgeführt. Abtast und Haltezeit sind entsprechend eines gewählten Impulsmusters 46 für die Ansteuerung des Senders 20 zu wählen. Das Impulsmuster 46 wiederum ist bestimmt durch das Tastverhältnis und die Frequenz. Beeinflusst wird die Wahl dieser Größen unter anderem davon, ob weitere Abstandssensoren vorhanden sind und angesteuert werden, damit eine gegenseitig Beeinflussung sicher unterbunden werden kann.
Der Abstandssensor 10 liefert insgesamt ein eindeutig verwertbares Signal mit einem definierten Arbeitspunkt 28. Der Abstandsbereich in dem der Arbeitspunkt liegt lässt sich konstruktiv beeinflussen und in der Applikation zusätzlich durch die Widerstände 36, 38 einstellen. Bei geeigneter Dimensionierung lässt sich ein weiter Bereich von etwa 0,1 bis zu 50 Millimetern als Detektionsfeld abdecken. Eine mögliche Fehlerquelle - bedingt durch absolut spiegelnde Flächen auf dem zu erfassenden Objekt - kann durch die Verwendung mehrerer zu einander geneigter Abstandssensoren umgangen werden.

Claims (14)

1. Optoelektronischer Abstandssensor (10) mit
  • a) einem eine elektromagnetische Welle (Lichtstrahl) emittierenden Sender (20),
  • b) zumindest zwei Empfängereinheiten (16, 18), deren Ausgangssignal von einem Flächenanteil (F) des vom einem zu erfassenden Objekt reflektierten Lichtkegels an einem Gesichtsfeld der jeweiligen Emp­ fängereinheit abhängt, wobei die Empfängereinheiten (16, 18) so aufeinander abgestimmt sind, dass im zu überwachenden Abstands­ bereich bei sich änderndem Abstand zum Objekt in der einen Emp­ fängereinheit (16 oder 18) ein fallendes Signal und in der anderen Empfängereinheit (16 oder 18) ein steigendes Signal anliegt sowie
  • c) einer nachgeordneten Auswerte- und Ansteuerschaltung (14) mit zumindest einem Differenzglied für die beiden Empfängersignale.
2. Optoelektronischer Abstandssensor nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Empfänger-, Auswerte- und Ansteuereinheiten (14, 16 und 18) in einem gemeinsamen Siliziumchip integriert sind.
3. Optoelektronischer Abstandssensor nach den Ansprüchen 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, dass der Sender (20) eine Diode ist.
4. Optoelektronischer Abstandssensor nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Diode derart in einer Vertiefung des Siliziumchips sitzt, dass eine unmittelbare Einkopplung des austretenden Lichtstrahls in die Empfängereinheiten (16, 18) verhindert ist.
5. Optoelektronischer Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängereinheiten (16, 18) ortsauflö­ sende oder diskrete Fotodioden oder CCD-Zeilen umfassen.
6. Optoelektronischer Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Ansteuerschaltung (14) zumindest je eine Verstärkerstufe (32, 34) für die Signale der Empfänger­ einheiten (16, 18) umfasst.
7. Optoelektronischer Abstandssensor nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass eine Empfindlichkeit der Verstärkerstufen (32, 34) über zugeordnete Widerstände (36, 38) steuerbar ist.
8. Optoelektronischer Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Differenzglied ein Differenzverstärker (40) ist.
9. Optoelektronischer Abstandssensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Ansteuerschaltung (14) Mittel für die Ansteuerung des Senders (20) nach einem gewünschten Impulsmuster (46) umfasst.
10. Verfahren zur Abstandssteuerung mittels eines optoelektronischen Ab­ standssensors (10) bei dem
  • a) von einem Sender (20) ein elektromagnetische Welle (Lichtstrahl) emittiert wird,
  • b) in zumindest zwei Empfängereinheiten (16, 18) je ein Signal erzeugt wird, das von einem Flächenanteil (F) eines vom einem zu erfassen­ den Objekt reflektierten Lichtkegels an einem Gesamtgesichtsfeld der jeweiligen Empfängereinheit abhängt, wobei die Empfängereinheiten (16, 18) so aufeinander abgestimmt werden, dass sich im zu über­ wachenden Abstandsbereich bei sich änderndem Abstand zum Objekt in der einen Empfängereinheit (16 oder 18) ein fallendes Signal und in der anderen Empfängereinheit (16 oder 18) ein steigendes Signal ergibt sowie
  • c) in einer nachgeordneten Auswerte- und Ansteuerschaltung (14) mit zumindest einem Differenzglied die beiden Empfängersignale (16, 18) voneinander abgezogen werden, wobei ein Arbeitspunkt (28) für die Abstandssteuerung im Bereich des Nullpunktsdurchgang des Differenzsignals liegt.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der gewünsch­ te Arbeitspunkt (28) durch einen Öffnungswinkel der Empfängereinheiten (16, 18), deren Abstand zum Sender (20) und/oder deren Neigungswinkel zur Basislinie vorgegeben wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitspunkt (28) durch unterschiedliche Verstärkung der in den Empfängereinheiten (16, 18) anliegenden Signale beeinflusst wird (Feinju­ stierung des Arbeitspunktes (28)).
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verlauf des Differenzsignals ausgehend vom Arbeitspunkt (28) überwacht wird und bei steigendem negativen Werten eine Annäherung an das Objekt sowie bei steigenden positiven Werten eine Entfernung vom Objekt angezeigt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass ein Arbeitspunkt (28) in einem Abstandsbereich von 0,1 bis 50 mm, insbesondere 3 bis 15 mm, zwischen dem Abstandssensor (10) und dem zu erfassenden Objekt eingestellt wird.
DE10114723A 2001-03-21 2001-03-21 Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung Withdrawn DE10114723A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10114723A DE10114723A1 (de) 2001-03-21 2001-03-21 Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10114723A DE10114723A1 (de) 2001-03-21 2001-03-21 Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE10114723A1 true DE10114723A1 (de) 2002-09-26

Family

ID=7679027

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE10114723A Withdrawn DE10114723A1 (de) 2001-03-21 2001-03-21 Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE10114723A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1496335A2 (de) * 2003-07-11 2005-01-12 Leuze electronic GmbH + Co KG Optoelektronische Vorrichtung

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1496335A2 (de) * 2003-07-11 2005-01-12 Leuze electronic GmbH + Co KG Optoelektronische Vorrichtung
EP1496335A3 (de) * 2003-07-11 2005-04-06 Leuze electronic GmbH + Co KG Optoelektronische Vorrichtung

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1747483B1 (de) Ortungsgerät sowie verfahren zur kalibrierung eines ortungsgeräts
DE102010061382B4 (de) Optoelektronischer Sensor und Verfahren zur Erfassung und Abstandsbestimmung von Objekten
EP2002281B1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung
DE102005045993B4 (de) Verfahren zur Lichtlaufzeitmessung
DE10229408B4 (de) Optischer Sensor
WO2006024566A1 (de) Vorrichtung verfahren zur optischen distanzmessung
WO2007107408A1 (de) Vorrichtung zur optischen distanzmessung sowie verfahren zum betrieb einer solchen vorrichtung
DE10130763A1 (de) Vorrichtung zur optischen Distanzmessung über einen grossen Messbereich
EP2711667A1 (de) Vorrichtung zur Entfernungsmessung
DE19850270A1 (de) Optoelektronische Vorrichtung
DE112014007223T5 (de) Abstandssensor, Abstandserfassungsvorrichtung und Abstandserfassungsverfahren
DE102007053852A1 (de) Vorrichtung zur optischen Distanzmessung
DD283682A5 (de) Verfahren und vorrichtung zur optischen erfassung des rauheitsprofils einer materialoberflaeche
EP1382959B1 (de) Reflexionsphotometrisches Analysesystem
EP1211480A2 (de) Elektrooptisches Messgerät zum Feststellen der Relativlage von Körpern oder von Oberflächenbereichen solcher Körper
EP2808669B1 (de) Vorrichtung zur Messung von Streulicht aus einem Messvolumen unter Kompensation von Hintergrundsignalen
DE10114723A1 (de) Optoelektronischer Abstandssensor und Verfahren zur Abstandssteuerung
DE102006023971B4 (de) Optischer Sensor und Verfahren zum Nachweis von Personen, Tieren oder Gegenständen
WO2018086786A1 (de) Partikelsensor mit wenigstens zwei laser-doppler-sensoren
DE19619308A1 (de) Kombinations-Lichttaster
DE3004250C2 (de) Optischer Annäherungssensor
EP0143165B1 (de) Abstandssensor zur Ermittlung des Abstandes zu einem nahegelegenen Objekt
EP4249950B1 (de) Erfassung und abstandsbestimmung eines objekts
DE102007036632B4 (de) Optischer Sensor und Verfahren zum Nachweis von Objekten in einem Überwachungsbereich
EP4115187B1 (de) Vorrichtung zum bestimmen der geschwindigkeit und/oder der länge eines produkts

Legal Events

Date Code Title Description
8139 Disposal/non-payment of the annual fee