Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung
zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.The invention relates to an optoelectronic device
for the detection of objects in a surveillance area.
Aus der DE 44 36 597 A1 ist eine
als Barcodelesegerät
ausgebildete optoelektronische Vorrichtung bekannt. Das Barcodelesegerät weist
einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender sowie einen einzelnen
Empfänger
auf. Die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen werden über eine
Ablenkeinheit in Form eines Polygonspiegelrads abgelenkt und werden
auf diese Weise periodisch innerhalb eines Erfassungsbereichs geführt. Der Überwachungsbereich
ist durch ein Kontrastmuster in Form eines Barcodes begrenzt. Mit
den Serdelichtstrahlen wird bei freiem Strahlengang das Kontrastmuster
vollständig
abgetastet. Bei einem Objekteingriff wird das Kontrastmuster nicht
mehr voLLständig
erfasst, worauf von der optoelektronischen Vorrichtung eine Objektmeldung
ausgegeben wird.From the DE 44 36 597 A1 an optoelectronic device designed as a barcode reader is known. The barcode reader has a transmitter emitting light rays and a single receiver. The transmitted light beams emitted by the transmitter are deflected via a deflection unit in the form of a polygon mirror wheel and are thus guided periodically within a detection range. The monitoring area is limited by a contrast pattern in the form of a barcode. The contrast pattern is completely scanned with the Serle light beams when the beam path is clear. In the event of an object intervention, the contrast pattern is no longer completely recorded, whereupon an object message is output by the optoelectronic device.
Nachteilig bei dieser optoelektronischen
Vorrichtung ist, dass die Ablenkeinheit zur Strahlablenkung der
Sendelichtstrahlen einen erheblichen konstruktiven Aufwand der optoelektronischen
Vorrichtung bedingt, wobei zudem durch die bewegten Teile der Ablenkeinheit
die Lebensdauer der optoelektronischen Vorrichtung begrenzt ist.
Weiterhin ist durch die Periodendauer der Abtastbewegung der Sendelichtstrahlen
die Ansprechzeit der optoelektronischen Vorrichtung bei der Objektdetektion
begrenzt.A disadvantage of this optoelectronic
Device is that the deflection unit for beam deflection
Transmitting light beams require a considerable amount of construction work for the optoelectronic
Device conditional, whereby also by the moving parts of the deflection unit
the life of the optoelectronic device is limited.
Furthermore, the period of the scanning movement of the transmitted light beams
the response time of the optoelectronic device in object detection
limited.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine
optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen,
mittels derer bei geringem Aufwand eine möglichst sichere Detektion von Objekten
ermöglicht
wird.The invention is based on the object
to provide optoelectronic device of the type mentioned at the outset,
by means of which detection of objects is as reliable as possible with little effort
allows
becomes.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die
Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this task are the
Features of claim 1 provided. Advantageous embodiments
and appropriate further training
the invention are described in the subclaims.
Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung
dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Diese optoelektronische Vorrichtung
umfasst einen Empfänger,
der aus mindestens zwei Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfangselementen
besteht. Ebenso weist die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung
ein aus Kontrastelementen bestehendes, den Überwachungsbereich begrenzendes
Kontrastmuster auf. Die bei freiem Überwachungsbereich von Kontrastelementen
mit ersten Reflexionskoeffizienten zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen
treffen auf ein erstes Empfangselement und die von Kontrastelementen
mit zweiten Reflexionskoeffizienten zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen
treffen auf das zweite Empfangselement. Weiterhin weist die erfindungsgemäße optoelektronische
Vorrichtung eine Auswerteeinheit auf, in welcher aus den Differenzen
der Empfangssignale an den Ausgängen
der Empfangselemente ein binäres
Objektfeststellungssignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben,
ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich
befindet oder nicht.The optoelectronic device according to the invention
is used to detect objects in a surveillance area. This optoelectronic device
includes a recipient,
the receiving elements receiving at least two received light beams
consists. The optoelectronic device according to the invention also has
one consisting of contrast elements that delimit the surveillance area
Contrast pattern on. The with free monitoring area of contrast elements
Receiving light beams reflected back with first reflection coefficients
meet a first receiving element and that of contrast elements
received light rays reflected back with second reflection coefficients
meet the second receiving element. Furthermore, the optoelectronic according to the invention
Device on an evaluation unit, in which from the differences
the received signals at the outputs
the receiving elements are binary
Object detection signal is generated, the switching states indicate
whether there is an object in the surveillance area
located or not.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin,
ein Kontrastmuster als Begrenzung des Überwachungsbereichs derart
vorzusehen, dass ein oder mehrere Kontrastelemente mit ersten Reflexionskoeffizienten
auf wenigstens ein erstes Empfangselement des Empfängers und
ein oder mehrere Kontrastelemente mit zweiten Reflexionskoeffizienten,
die sich von den Reflexionskoeffizienten der ersten Kontrastelemente
unterscheiden, auf ein zweites Empfangselement des Empfängers abgebildet
werden.The basic idea of the invention is
a contrast pattern as a boundary of the surveillance area
to provide one or more contrast elements with first reflection coefficients
to at least a first receiving element of the receiver and
one or more contrast elements with second reflection coefficients,
which differ from the reflection coefficients of the first contrast elements
distinguish, mapped to a second receiving element of the receiver
become.
Die dabei erhaltenen Empfangssignale
der Empfangselemente unterscheiden sich damit entsprechend der unterschiedlichen
Reflexionskoeizienten der Kontrastelemente des Kontrastmusters signifikant.
Entsprechend groß ist
die in der Auswerteeinheit gebildete Differenz der Empfangssignale
beider Empfangselemente.The received signals received
the receiving elements thus differ according to the different ones
Reflection coefficients of the contrast elements of the contrast pattern significantly.
Is correspondingly large
the difference between the received signals formed in the evaluation unit
of both receiving elements.
Dringt ein Objekt in den Überwachungsbereich
ein, so wird die Differenz der Empfangssignale der Empfangselemente
signifikant verringert, da dessen Oberfläche nicht dem definierten Kontrastmuster entspricht,
sondern typischerweise eine homogene oder eine unregelmäßige Reflektivität aufweist.An object enters the surveillance area
, the difference between the received signals of the receiving elements
significantly reduced because its surface does not match the defined contrast pattern,
but typically has a homogeneous or irregular reflectivity.
Somit kann insbesondere durch eine Schwellwertbewertung
der Differenz der Empfangssignale eine sichere Objektdetektion mit
der optoelektronischen Vorrichtung durchgeführt werden.Thus, in particular through a threshold evaluation
the difference of the received signals with a reliable object detection
the optoelectronic device can be performed.
Besonders vorteilhaft hierbei ist,
dass bei der optoelektronischen Vorrichtung kein Sender und insbesondere
auch keine Ablenkeinheit zur Ablenkung der vom Sender emittierten
Sendelichtstrahlen innerhalb des Überwachungsbereichs benötigt wird.
Vielmehr reicht das stets vorhandene Umgebungslicht, welches auf
das Kontrastmuster beziehungsweise auf ein zu detektierendes Objekt
fällt,
zur Objekterfassung aus. Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung
weist somit einen äußerst einfachen
und kostengünstigen
Aufbau auf.It is particularly advantageous here
that with the optoelectronic device no transmitter and in particular
also no deflection unit for deflecting those emitted by the transmitter
Transmitting light beams within the monitoring area is required.
Rather, the ambient light that is always present is sufficient
the contrast pattern or on an object to be detected
falls
for object detection. The optoelectronic device according to the invention
thus has an extremely simple
and inexpensive
Building on.
Im einfachsten Fall kann das Kontrastmuster aus
zwei Kontrastelementen mit unterschiedlichen Reflexionskoeffizienten
bestehen. Die Nachweisempfindlichkeit der optoelektronischen Vorrichtung kann
auf einfache Weise dadurch erhöht
werden, dass das Kontrastmuster eine lineare oder flächige Anordnung
mehrerer Kontrastelemente aufweist, wobei das Kontrastmuster eine
alternierende Anordnung von Kontrastelementen geringer und hoher
Reflektivität
aufweist.In the simplest case, the contrast pattern can be made
two contrast elements with different reflection coefficients
consist. The detection sensitivity of the optoelectronic device can
easily increased thereby
be that the contrast pattern is a linear or flat arrangement
has a plurality of contrast elements, the contrast pattern being one
alternating arrangement of contrast elements lower and higher
reflectivity
having.
Im einfachsten Fall besteht der Empfänger aus
zwei Empfangselementen, wobei die Kontrastelemente mit hohen Reflexionskoeffizienten
auf das erste Emp fangselement und die Kontrastelemente mit geringen
Reflexionskoeffizienten auf das zweite Empfangselement abgebildet
werden. In diesem Fall wird unmittelbar die Differenz der Empfangssignale beider
Empfangselemente zur Objektdetektion herangezogen.In the simplest case, the receiver consists of two receiving elements, the contrast elements with high reflection coefficients on the first receiving element and the contrast elements are mapped onto the second receiving element with low reflection coefficients. In this case, the difference between the received signals of the two receiving elements is used for object detection.
Alternativ umfasst der Empfänger eine
Mehrfachanordnung von ersten Empfangselementen, auf welche die Kontrastelemente
mit hohen Reflexionskoeffizienten abgebildet werden, und eine Mehrfachanordnung
von zweiten Empfangselementen, auf welche die Kontrastelemente mit
geringen Reflexionskoeffizienten abgebildet werden. In diesem Fall wird
zunächst
jeweils die Summe der Empfangssignale der ersten und zweiten Empfangselemente
gebildet. Anschließend
wird die Differenz beider Summen zur Objektdetektion herangezogen.
Diese Ausführungsform
der optoelektronischen Vorrichtung eignet sich insbesondere für Kontrastmuster
mit komplexen Strukturen unterschiedlicher Kontrastelemente.Alternatively, the receiver includes one
Multiple arrangement of first receiving elements on which the contrast elements
are mapped with high reflection coefficients, and a multiple arrangement
of second receiving elements, on which the contrast elements with
low reflection coefficients are mapped. In this case
first
in each case the sum of the reception signals of the first and second reception elements
educated. Subsequently
the difference between the two sums is used for object detection.
This embodiment
the optoelectronic device is particularly suitable for contrast patterns
with complex structures of different contrast elements.
In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
weist die optoelektronische Vorrichtung eine autarke Energieversorgung
auf. Dabei sind in der optoelektronischen Vorrichtung Solarzellen
zur Energiegewinnung und eine Speichereinheit zur Speicherung der
mit den Solarzellen gewonnenen Energie integriert. Die so ausgebildete
optoelektronische Vorrichtung benötigt damit keinen Spannungsversorgungsanschluss
mehr. Besonders vorteilhaft weist die optoelektronische Vorrichtung
zudem eine Ausgabeeinheit zur berührungslosen Ausgabe von Ausgangssignalen
auf. Dann benötigt
die erfindungsgemäße optoelektronische
Vorrichtung keinerlei kabelgebundene Anschlüsse mehr. Damit kann die optoelektronische
Vorrichtung insbesondere auf beweglichen Gegenständen wie Türen, rotierenden Teilen, wie
zum Beispiel Achsen oder Wellen, angebracht werden, ohne dass Kabelanschlüsse oder dergleichen
zu stationären
Einheiten, insbesondere Spannungsversorgungen, geführt werden
müßten.In a particularly advantageous
embodiment
the optoelectronic device has a self-sufficient energy supply
on. There are solar cells in the optoelectronic device
for energy generation and a storage unit for storing the
integrated with the energy obtained from the solar cells. The so trained
Optoelectronic device therefore does not require a voltage supply connection
more. The optoelectronic device is particularly advantageous
also an output unit for the contactless output of output signals
on. Then needed
the optoelectronic according to the invention
Device no longer any wired connections. The optoelectronic
Device especially on moving objects such as doors, rotating parts, such as
for example axes or shafts, can be attached without cable connections or the like
too stationary
Units, especially power supplies
would.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung sind die Empfangselemente des Empfängers als Solarzellen ausgebildet,
so dass diese sowohl zur Objektdetektion als auch zur Energiegewinnung
genutzt werden kann. Dabei kann mittels wenigstens eines Schalters
eine Umschaltung zwischen Messbetrieb und Energiespeicherbetrieb der
optoelektronischen Vorrichtung vorgenommen werden. Diese Ausführungsform
weist aufgrund der geringen Anzahl von Komponenten innerhalb der
optoelektronischen Vorrichtung einen besonders einfachen und kostengünstigen
Aufbau auf.According to another advantageous
embodiment
According to the invention, the receiving elements of the receiver are designed as solar cells,
so that it is used both for object detection and for energy generation
can be used. It can be by means of at least one switch
a switch between measurement mode and energy storage mode
optoelectronic device can be made. This embodiment
exhibits due to the small number of components within the
optoelectronic device a particularly simple and inexpensive
Building on.
Die Erfindung wird im Nachstehenden
anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:The invention is as follows
explained using the drawings.
Show it:
1:
Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer optoelektronischen Vorrichtung
zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. 1 : Schematic representation of a first embodiment of an optoelectronic device for detecting objects in a monitoring area.
2:
Schematische Darstellung des Differenzsignals der Empfangselemente
der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 1 bei Eindringen eines Objektes in den Überwachungsbereich. 2 : Schematic representation of the difference signal of the receiving elements of the optoelectronic device according to 1 when an object enters the surveillance area.
3:
Zweites Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung. 3 : Second embodiment of an optoelectronic device.
4:
Schematische Darstellung des Differenzsignals der Empfangselemente
der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 3 bei Eindringen eines Objektes in den Überwachungsbereich. 4 : Schematic representation of the difference signal of the receiving elements of the optoelectronic device according to 3 when an object enters the surveillance area.
5:
Drittes Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung. 5 : Third embodiment of an optoelectronic device.
6:
Viertes Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung. 6 : Fourth embodiment of an optoelectronic device.
7:
Fünftes
Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung. 7 : Fifth embodiment of an optoelectronic device.
8:
Applikationsbeispiel einer Objektdetektion auf einer Transportbahn
mittels der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 7. 8th : Application example of an object detection on a transport path using the optoelectronic device according to 7 ,
9:
Schematische Darstellung einer optoelektronischen Vorrichtung mit
autarker Energieversorgung. 9 : Schematic representation of an optoelectronic device with self-sufficient energy supply.
10:
Signaldiagramme für
die optoelektronische Vorrichtung gemäß 9. 10 : Signal diagrams for the optoelectronic device according to 9 ,
11:
Optische Komponenten einer weiteren optoelektronischen Vorrichtung
mit autarker Energieversorgung. 11 : Optical components of another optoelectronic device with self-sufficient energy supply.
12:
Ersatzschaltbild der Solarzellenverschaltung bei gemeinsamer Nutzung
für die
Status- und Energiegewinnung für
die optoelektronische Vorrichtung gemäß 11. 12 : Equivalent circuit diagram of the solar cell interconnection when shared for status and energy generation for the optoelectronic device according to 11 ,
13:
Diagramm der Solarzellenkennlinien für die Anordnung nach 12. 13 : Diagram of the solar cell characteristics for the arrangement according to 12 ,
14a:
Teildarstellung der optoelektronischen Vorrichtung gemäß 11. 14a : Partial representation of the optoelectronic device according to 11 ,
14b–d:
Diagramme der Fotoströme
und Solarzellenspannungen in Abhängigkeit
der Objekteintauchtiefe für
die optoelektronische Vorrichtung gemäß 14a. 14b-d : Diagrams of the photo currents and solar cell voltages as a function of the object immersion depth for the optoelectronic device according to 14a ,
15:
Erstes Beispiel einer antiparallelen Schaltung der Empfangselemente
für die
optoelektronische Vorrichtung gemäß 9. 15 : First example of an anti-parallel circuit of the receiving elements for the optoelectronic device according to 9 ,
16:
Spannungsdiagraumme zur Schaltung nach 15. 16 : Voltage diameters for switching to 15 ,
17:
Zweites Beispiel einer antiparallelen Schaltung der Empfangselemente. 17 : Second example of an anti-parallel connection of the receiving elements.
18:
Spannungsdiagramme zur Schaltung nach 17. 18 : Voltage diagrams for switching according to 17 ,
19a, b: Ausführungsbeispiel
einer optoelektronischen Vorrichtung mit separaten Empfangselementen
und Solarzellen zur Energiegewinnung. 19a . b : Embodiment of an optoelectronic device with separate receiving elements and solar cells for energy generation.
20:
Schaltung zur Kodierung und Ausgabe des Statussignals. 20 : Circuit for coding and output of the status signal.
1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten 2 in
einem Überwachungsbereich.
Der Überwachungsbereich
wird von einem Kontrastmuster 3 begrenzt, welches im vorliegenden
Fall aus einem schwarzen Kontrastelement 3a und einem weißen Kontrastelement 3b besteht. 1 shows a first embodiment of an optoelectronic device 1 for the detection of objects 2 in a surveillance area. The surveillance area is characterized by a contrast pattern 3 limited, which in the present case consists of a black contrast element 3a and a white contrast element 3b consists.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist
einen Empfänger 4 mit
zwei Empfangselementen 4a, 4b auf, auf welcher
Empfangslichtstrahlen 5, die vom Kontrastmuster 3 oder
einem Objekt 2 zurückreflektiert
werden, auftreffen. Zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen 5 auf
die Empfangselemente 4a, 4b ist dem Empfänger 4 eine
Empfangsoptik 6 vorgeordnet. Die optoelektronische Vorrichtung 1 arbeitet ohne
eigenen Sender. Zur Objektdetektion wird allein das Umgebungslicht 7 ausgenutzt,
welches von dem Kontrastmuster 3 oder einem Objekt 2 zur
optoelektronischen Vorrichtung 1 reflektiert wird.The optoelectronic device 1 assigns a recipient 4 with two receiving elements 4a . 4b on what received light beams 5 that of the contrast pattern 3 or an object 2 be reflected back. For focusing the received light beams 5 on the receiving elements 4a . 4b is the recipient 4 a receiving optics 6 upstream. The optoelectronic device 1 works without its own transmitter. Only the ambient light is used for object detection 7 exploited which of the contrast pattern 3 or an object 2 to the optoelectronic device 1 is reflected.
Der Empfänger 4 ist an eine
Auswerteeinheit 8 angeschlossen. Die Auswerteeinheit 8 umfasst
ein Subtrahierglied 9, in welchem die Differenzen der an den
Ausgängen
der Empfangselemente 4a, 4b anstehenden Empfangssignale
gebildet werden. Der Ausgang 11 des Subtrahierglieds 9 ist
an eine Rechnereinheit
10 angeschlossen, die ebenfalls
Bestandteil der Auswerteeinheit 8 ist. In der Rechnereinheit 10 wird
die im Subtrahierglied 9 gebildete Differenz der Empfangssignale
zur Generierung eines Objektfeststellungssignals ausgewertet. Das
Objektfeststellungssignal wird über
einen Ausgang 11 ausgegeben. Das Objektfeststellungssignalist
als binäres Schaltsignal
ausgebildet, dessen Schaltzustände
angeben, ob sich ein Objekt 2 im Überwachungsbereich befindet
oder nicht.The recipient 4 is to an evaluation unit 8th connected. The evaluation unit 8th includes a subtractor 9 in which the differences at the outputs of the receiving elements 4a . 4b pending receive signals are formed. The exit 11 of the subtractor 9 is to a computer unit 10 connected, which is also part of the evaluation unit 8th is. In the computing unit 10 becomes the one in the subtractor 9 formed difference of the received signals evaluated to generate an object detection signal. The object detection signal is via an output 11 output. The object detection signal is designed as a binary switching signal, the switching states of which indicate whether there is an object 2 in the surveillance area or not.
Das Kontrastmuster 3 wird
derart zur optoelektronischen Vorrichtung 1 ausgerichtet,
dass bei freiem Überwachungsbereich
die vom ersten Kontrastelement 3a zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 5 nur
zum Empfangselement 4a und die vom Kontrastelement 3b zurückreflektierten
Empfangslichtstrahlen 5 nur zum Empfangselement 4b reflektiert
werden. Diese Einstellung kann derart kontrolliert werden, dass
die im Subtrahierglied 9 gebildete Differenz der Empfangssignale
bei freiem Strahlengang einen Maximalwert aufweist.The contrast pattern 3 thus becomes an optoelectronic device 1 aligned that with a free surveillance area that of the first contrast element 3a reflected light beams 5 only for the reception element 4a and that of the contrast element 3b reflected light beams 5 only for the reception element 4b be reflected. This setting can be checked in such a way that in the subtractor 9 formed difference of the received signals with a free beam path has a maximum value.
2 zeigt
den Verlauf des Differenzsignals A am Ausgang 11 des Subtrahierglieds 9 in
Abhängigkeit
der Eintauchtiefe x eines Objektes 2 in den Überwachungsbereich.
Zur Generierung des Objektfeststellungssignals wird das Differenzsignal
A mit einem Schwellwert S1 bewertet. Der Schwellwert S1 wird bevorzugt
während
einer Einlernphase bei freiem Überwachungsbereich
in Abhängigkeit
des dort registrierten Differenzsignals A0 festgelegt. Im vorliegenden
Fall entspricht der Schwellwert S1 etwa der Hälfte des Pegels des Differenzsignals
A0 bei freiem Überwachungsbereich. 2 shows the course of the differential signal A at the output 11 of the subtractor 9 depending on the immersion depth x of an object 2 in the surveillance area. In order to generate the object detection signal, the difference signal A is evaluated with a threshold value S1. The threshold value S1 is preferably determined during a teach-in phase with a free monitoring area as a function of the difference signal A0 registered there. In the present case, the threshold value S1 corresponds to approximately half the level of the differential signal A0 with a free monitoring area.
In 1 ist
mit A1 der Verlauf des Differenzsignals bei Eindringen eines weißen Objektes 2 in den Überwachungsbereich
dargestellt. Bis zu einer Eindringtiefe x, bei welcher 50% des Kontrastmusters 3 vom
weißen
Objekt 2 abgedeckt werden, wird sukzessive das schwarze
Kontrastelement 3a vom weißen Objekt 2 abgedeckt,
so dass das Differenzsignal A1 kontinuierlich auf einen Wert nahe
Null absinkt. Bei freiem Überwachungsbereich
liegt das Differenz signal A1 = A0 oberhalb des Schwellwerts S1, so
dass das Objektfeststellungssignal den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" annimmt. Bei der
in 1 und 2 dargestellten Eintauchtiefe x1 des weißen Objektes 2 hat
das Differenzsignal A1 gerade den Schwellwert S1 unterschritten,
so dass das Objektfeststellungssignal den Schaltzustand „Objekt
erkannt" einnimmt.
Dieser Schaltzustand bleibt auch bei Eindringtiefen x des Objektes 2 bis
100% erhalten, da das weiße
Objekt 2 bei Abdeckung des weißen Kontrastelements 3b nicht
mehr zu einer Erhöhung
des Differenzsignals führt.In 1 A1 is the course of the difference signal when a white object penetrates 2 shown in the monitoring area. Up to a penetration depth x at which 50% of the contrast pattern 3 from the white object 2 the black contrast element will gradually be covered 3a from the white object 2 covered, so that the differential signal A1 continuously drops to a value close to zero. If the monitoring area is free, the difference signal A1 = A0 lies above the threshold value S1, so that the object detection signal assumes the switching state "free monitoring area" 1 and 2 shown immersion depth x1 of the white object 2 the difference signal A1 has just fallen below the threshold value S1, so that the object detection signal assumes the switching state "object recognized". This switching state remains even at penetration depths x of the object 2 received up to 100% since the white object 2 when covering the white contrast element 3b no longer leads to an increase in the difference signal.
In 2 ist
weiterhin mit A1' das
Differenzsignal bei Eindringen eines schwarzen Objektes 2 in den Überwachungsbereich
dargestellt. Bis zu der Eindringtiefe, bei welcher das schwarze
Objekt 2 50% des Kontrastmusters 3 abdeckt, bleibt
das Differenzsignal A1' etwa
bei dem Ausgangswert A0, da die Abdeckung des schwärzen Kontrastelements 3a durch
das schwarze Objekt 2 nicht zu einer Reduzierung des Differenzsignals
A1' gegenüber dem
Wert A0 bei freiem Überwachungsbereich
führt.
Erst bei Abdeckung des weißen
Kontrastelements 3b durch das schwarze Objekt 2 wird
eine Reduzierung des Differenzsignals A1' erhalten, bis dieses schließlich bei
x = x2 den Schwellwert S1 unterschreitet, wodurch eine Objektmeldung
ausgelöst
wird.In 2 A1 'is still the difference signal when a black object penetrates 2 shown in the monitoring area. Up to the depth of penetration at which the black object 2 50% of the contrast pattern 3 covering, the difference signal A1 'remains approximately at the initial value A0, since the covering of the black contrast element 3a through the black object 2 does not lead to a reduction of the difference signal A1 'compared to the value A0 with a free monitoring area. Only when the white contrast element is covered 3b through the black object 2 a reduction in the difference signal A1 'is obtained until it finally falls below the threshold value S1 at x = x2, as a result of which an object message is triggered.
Wie aus diesen Beispielen ersichtlich
ist, können
mit der optoelektronischen Vorrichtung 1 sowohl helle,
insbesondere weiße,
als auch dunkle, insbesondere schwarze Objekte 2 sicher
erkannt werden. Ebenso werden Objekte 2 sicher erfasst,
deren Reflexionskoeffizienten in einem mittleren Bereich liegen.
Weiterhin werden auch Objekte 2 mit unregelmäßig variierenden
Reflexionskoeffizienten sicher erfasst, solange diese sich signifikant
zum Kontrastmuster 3 unterscheiden.As can be seen from these examples, using the optoelectronic device 1 both light, especially white, and dark, especially black objects 2 be recognized safely. Likewise, objects 2 reliably recorded, whose reflection coefficients are in a medium range. Also objects 2 with irregularly varying reflection coefficients, as long as they are significant to the contrast pattern 3 differ.
3 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel einer
optoelektronischen Vorrichtung 1, wobei deren Aufbau, im
Wesentlichen der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 1 entspricht. Im Unterschied zur
Ausführungsform gemäß 1 weist die Empfangsoptik 6 zwei
Optikelemente 6a, b auf. Weiterhin besteht im
vorliegenden Fall das Kontrastmuster 3 aus vier Kontrastelementen 3a, 3b,
wobei in alternierender Folge jeweils zwei schwarze Kontrastelemente 3a und
zwei weiße
Kontrastelemente 3b vorgesehen sind. Die Ausrichtung des
Kontrastmusters 3 erfolgt wiederum derart, dass die von
den schwarzen Kontrastelementen 3a nur auf das Empfangselement 4a und
die weißen
Kontrastelemente 3b nur auf das Empfangselement 4b abgebildet
werden. Zur Erhöhung
der Nachweisempfindlichkeit wird das Kontrastmuster 3 mit
einer externen Beleuchtungseinheit 12 beleuchtet. 3 shows a further embodiment of an optoelectronic device 1 , their structure, essentially the optoelectronic device 1 according to 1 equivalent. In contrast to the embodiment according to 1 has the receiving optics 6 two optical elements 6a . b on. The contrast pattern also exists in the present case 3 from four contrast elements 3a . 3b , alternating between two black contrast elements 3a and two white contrast elements 3b are provided. The orientation of the contrast pattern 3 again takes place in such a way that that of the black contrast elements 3a only on the receiving element 4a and the white contrast elements 3b only on the receiving element 4b be mapped. The contrast pattern is used to increase the sensitivity of detection 3 with an external lighting unit 12 illuminated.
Die Objektdetektion erfolgt analog
zur Ausführungsform
gemäß den 1 und 2, in dem das Differenzsignal am Ausgang 11 des
Subtrahierglieds 9 zur Generierung des Objektfeststellungssignals
mit einem Schwellwert S1 bewertet wird. 4 zeigt analog zu 2 die Verläufe der Differenzsignale A1, A1' bei Eintauchen eines
weißen
beziehungsweise schwarzen Objektes 2 in Abhängigkeit
der Eintauchtiefe x des jeweiligen Objektes 2. Wie aus 4 ersichtlich unterschreitet
das Differenzsignal A1, A1' sowohl
für das
weiße
als auch das schwarze Objekt 2 den Schwellwert S1, bevor
das jeweilige Objekt 2 vollständig in den Überwachungsbereich
eingetaucht ist, so dass in beiden Fällen eine sichere Objektdetektion
gewährleistet
ist.The object detection is carried out analogously to the embodiment according to the 1 and 2 , in which the differential signal at the output 11 of the subtractor 9 to generate the object detection signal with a threshold value S1 is evaluated. 4 shows analog to 2 the courses of the difference signals A1, A1 'when a white or black object is immersed 2 depending on the immersion depth x of the respective object 2 , How out 4 it is evident that the difference signal falls below A1, A1 'for both the white and the black object 2 the threshold S1 before the respective object 2 is completely immersed in the monitoring area, so that reliable object detection is guaranteed in both cases.
5 zeigt
eine Erweiterung der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 3 dahingehend, dass das
Kontrastmuster 3 aus einer Mehrfachanordnung von linear
angeordneten schwarzen Kontrastelementen 3a und weißen Kontrastelementen 3b besteht.
Entsprechend besteht die Empfangsoptik 6 aus einer Mehrfachanordnung
von Optikelementen 6a–d. 5 shows an extension of the optoelectronic device 1 according to 3 in that the contrast pattern 3 from a multiple arrangement of linearly arranged black contrast elements 3a and white contrast elements 3b consists. Accordingly, the receiving optics exist 6 from a multiple arrangement of optical elements 6a-d ,
6 zeigt
eine weitere Ausführungsform
einer optoelektronischen Vorrichtung 1. Analog zur Ausführungsform
gemäß 5 besteht das Kontrastmuster 3 aus
einer alternierenden Linearanordnung von schwarzen Kontrastelementen 3a und
weißen
Kontrastelementen 3b. Die von den schwarzen Kon trastelementen 3a zurückreflektierten
Empfangslichtstrahlen 5 werden jedoch nicht auf ein Empfangselement 4a,
sondern mehrere Empfangselemente 4a abgebildet. Entsprechend
werden die von den weißen
Kontrastelementen 3b zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 5 auf
mehrere Empfangselemente 4b abgebildet. 6 shows a further embodiment of an optoelectronic device 1 , Analogous to the embodiment according to 5 there is a contrast pattern 3 from an alternating linear arrangement of black contrast elements 3a and white contrast elements 3b , The contrasting black elements 3a reflected light beams 5 however, are not on a receiving element 4a , but several receiving elements 4a displayed. The white contrast elements correspond accordingly 3b reflected light beams 5 to several receiving elements 4b displayed.
Die hierzu vorgesehene Empfangsoptik 6 besteht
aus einer Mehrfachanordnung von Optikelementen 6a–d auf
einer Frontscheibe 13. Die Empfangssignale der Empfangselemente 4a werden
auf ein Summierglied 14a geführt und dort aufsummiert. Entsprechend
werden die Empfangssignale der Empfangselemente 4b auf
ein Summierglied 14b geführt und dort aufsummiert. Aus
den in den Summiergliedern 14a, 14b gebildeten
Summensignalen wird im nachgeordneten Subtrahierglied 9 die
Signaldifferenz A gebildet, die in der Rechnereinheit 10 zur
Generierung des Objektfeststellungssignals analog zu den Ausführungsformen
gemäß den 1–5 ausgewertet
wird.The receiving optics provided for this 6 consists of a multiple arrangement of optical elements 6a-d on a windscreen 13 , The reception signals of the reception elements 4a are on a summator 14a led and summed up there. The reception signals of the reception elements are correspondingly 4b on a summing element 14b led and summed up there. From those in the summers 14a . 14b formed sum signals is in the subordinate subtractor 9 the signal difference A formed in the computer unit 10 for generating the object detection signal analogous to the embodiments according to FIGS 1 - 5 is evaluated.
Diese Ausführungsform ist auf eine beliebige Anzahl
von Empfangselementen 4a, 4b, Optikelementen 6a–d und
zugehörigen
Kontrastelementen 3a, 3b erweiterbar. Durch die
Mehrfachanordnung wird die Detektionssicherheit erhöht und der
Verlauf der Differenzspannung A als Funktion der Objekteintauchtiefe
linearisiert.This embodiment is based on any number of receiving elements 4a . 4b , Optical elements 6a-d and associated contrast elements 3a . 3b expandable. The multiple arrangement increases the detection reliability and linearizes the course of the differential voltage A as a function of the object immersion depth.
7 zeigt
die optischen Komponenten einer optoelektronischen Vorrichtung 1 mit
einem Kontrastmuster 3, das aus einer flächigen,
schachbrettartigen Anordnung von schwarzen Kontrastelementen 3a und
weißen
Kontrastelementen 3b besteht. 7 shows the optical components of an optoelectronic device 1 with a contrast pattern 3 , which consists of a flat, checkerboard arrangement of black contrast elements 3a and white contrast elements 3b consists.
Entsprechend der Flächenstruktur
des Kontrastmusters 3 besteht der Empfänger 4 aus einer flächenförmigen Anordnung
von jeweils zwei ersten Empfangselementen 4a, auf welche
von den Kontrastelementen 3a reflektierte Empfangslichtstrahlen 5 geführt sind,
und zwei zweiten Empfangselementen 4b, auf wel che von den
Kontrastelementen 3b reflektierte Empfangslichtstrahlen 5 geführt sind.
Entsprechend besteht auch die Empfangsoptik 6 aus einer
flächigen
Anordnung von Optikelementen 6a–d. Die Signalauswertung
erfolgt analog zur Ausführungsform
gemäß 6.According to the surface structure of the contrast pattern 3 the recipient exists 4 from a flat arrangement of two first receiving elements 4a on which of the contrast elements 3a reflected received light rays 5 are guided, and two second receiving elements 4b on which of the contrast elements 3b reflected received light rays 5 are led. The receiving optics also exist accordingly 6 from a flat arrangement of optical elements 6a-d , The signal evaluation is carried out analogously to the embodiment according to 6 ,
8 zeigt
ein Applikationsbeispiel für
die optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 7. Dabei werden auf einer Transportbahn 15 geförderte Objekte 2 detektiert.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 und das Kontrastmuster 3 sind
an gegenüberliegenden
Seiten der Transportbahn 15 montiert, so dass die Objekte 2 quer
zu deren Förderbewegung
mittels der optoelektronischen Vorrichtung 1 erfassbar
sind. 8th shows an application example for the optoelectronic device 1 according to 7 , Doing so on a transport track 15 funded objects 2 detected. The optoelectronic device 1 and the contrast pattern 3 are on opposite sides of the transport track 15 mounted so that the objects 2 transverse to their conveying movement by means of the optoelectronic device 1 are detectable.
9 zeigt
eine optoelektronische Vorrichtung 1 mit einer autarken
Energieversorgung. Die Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 zur
Objektdetektion sowie das Kontrastmuster 3 entsprechen
der Ausführungsform
gemäß 9. 9 shows an optoelectronic device 1 with a self-sufficient energy supply. The components of the optoelectronic device 1 for object detection as well as the contrast pattern 3 correspond to the embodiment according to 9 ,
Dabei sind die Empfangselemente 4a, 4b des
Empfängers 4 im
vorliegenden Fall als Solarzellen ausgebildet, so dass diese nicht
nur zur Objektdetektion, sondern auch zur Energiegewinnung eingesetzt
werden können.
Zur Energiespeicherung ist eine Speichereinheit 16 in Form
eines Ladekondensators vorgesehen, welche als niederohmige Spannungsquelle
zur Energieversorgung der optoelektronischen Vorrichtung 1 dient.Here are the receiving elements 4a . 4b Recipient 4 in the present case designed as solar cells so that they can be used not only for object detection but also for energy generation. There is a storage unit for energy storage 16 provided in the form of a charging capacitor, which acts as a low-resistance voltage source for supplying energy to the optoelectronic device 1 serves.
Weiterhin weist die optoelektronische
Vorrichtung 1 einen Schalter 17 zur Umschaltung
zwischen einem Messbetrieb und einem Energiespeicherbetrieb auf.
Während
des Messbetriebs, das heißt
bei geöffnetem
Schalter 17, werden die Empfangselemente 4a, 4b zur
Objektdetektion genutzt, welche analog zu 2 erfolgt. Während des Energiespeicherbetriebs,
das heißt
bei geschlossenem Schalter 17, werden die Empfangselemente 4a, 4b zur
Energiegewinnung genutzt.Furthermore, the optoelectronic device 1 a switch 17 to switch between a measuring operation and an energy storage operation. During measurement operation, i.e. with the switch open 17 , the receiving elements 4a . 4b used for object detection, which is analogous to 2 he follows. During energy storage operation, i.e. with the switch closed 17 , the receiving elements 4a . 4b used for energy production.
Die Ausgabe des Objektfeststellungssignals erfolgt
berührungslos über eine
Ausgabeeinheit 18, die im vorliegenden Fall von einem Funksender
gebildet ist. Dieser Funksender wirkt mit einem Funkempfänger zusammen,
der beispielsweise an eine externe Steuerung angeschlossen ist.The object detection signal is output contactlessly via an output unit 18 , which in the present case is formed by a radio transmitter. This radio transmitter interacts with a radio receiver that is connected, for example, to an external control.
In 10 sind
Zeitdiagramme zur Veranschaulichung der Arbeitsweise der optoelektronischen
Vorrichtung 1 gemäß 9 dargestellt. Das erste
Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf eines Objekteingriffs im Überwachungsbereich.In 10 are timing diagrams for illustrating the operation of the optoelectronic device 1 according to 9 shown. The first diagram shows the time course of an object intervention in the surveillance area.
Das zweite Diagramm zeigt den zeitlichen Verlauf
der Spannung UC3 des Ladekondensators. Durch
Bewertung der Spannung UC3 mit dem Schwellwert
S1 wird analog zu 2 ein
Objektfeststellungssignal generiert.The second diagram shows the time course of the voltage U C3 of the charging capacitor. By evaluating the voltage U C3 with the threshold value S1 is analogous to 2 generates an object detection signal.
Das dritte Diagramm zeigt die Sendeintervalle
des Funksenders. Das vierte Diagramm zeigt den entsprechenden Status
des Funkempfängers.The third diagram shows the transmission intervals of the radio transmitter. The fourth diagram shows the corresponding status of the radio receiver.
Wie aus 10 ersichtlich wird bei Erreichen des
Schwellwerts S1, der unterhalb der maximalen Spannung UC3 des
Ladekondensators liegt, die Ausgabeeinheit 18, das heißt der Funksender
aktiviert. Während
der Zeit t_send sinkt die Spannung UC3.
Die Zeit t-pause bis zum Erreichen des Schwellwerts S1 ist von der
durch das Raumlicht gegebenen Beleuchtungsstärke abhängig. Der Schalter 17 ist
vorzugsweise als FET-Schalter ausgeführt, der in der Ladephase t_pause
sperrt und wie auch alle anderen aktiven Schaltungen keinen Strom
benötigt.
Dadurch wird die Speichereinheit 16 auch bei geringer Raumbeleuchtung
aufgeladen. Taucht ein Objekt 2 in den Überwachungsbereich ein, wird
sofort eine Statusmeldung durch den Funksender zum Funkempfänger übertragen
und dort das Schaltsignal „Objekt
erkannt" generiert.
Auf der Empfangsseite wird aus der Zeit zwischen den letzten beiden
Statusmeldungen die Zeit t_pause ermittelt. Wird nach der letzten
Statusmeldung innerhalb der zweibis dreifachen Zeit t_pause keine
weitere Statusmeldung empfangen, wird als Objektfeststellungssignal
das binäre
Schaltsignal „Überwachungsbereich
frei" generiert.
Wie aus 10 ersichtlich
besteht zwischen der Reaktion des Funkempfängers auf den Betrieb des Funksenders
sowohl eine Einschaltverzögerung ΔE als auch eine
Abschaltverzögerung ΔA.How out 10 the output unit becomes apparent when the threshold value S1, which is below the maximum voltage U C3 of the charging capacitor, is reached 18 , that is, the radio transmitter is activated. The voltage U C3 drops during the time t_send. The time t-pause until the threshold S1 is reached depends on the illuminance given by the ambient light. The desk 17 is preferably designed as a FET switch, which blocks t_pause in the charging phase and, like all other active circuits, does not require any current. This will make the storage unit 16 charged even with low room lighting. Dives an object 2 into the surveillance area, a status message is immediately transmitted by the radio transmitter to the radio receiver and the "Object detected" switching signal is generated there. On the receiving side, the time t_pause is determined from the time between the last two status messages triple time t_pause no further status message is received, the binary switching signal "monitoring area free" is generated as the object detection signal. How out 10 between the reaction of the radio receiver to the operation of the radio transmitter there is both a switch-on delay ΔE and a switch-off delay ΔA.
11 zeigt
die Optikkomponenten einer weiteren Ausführungsform einer optoelektronischen Vorrichtung 1.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist einen Empfänger 4 mit
zwei Linearanordnungen von Empfangselementen 4a, 4b auf,
welchen jeweils ein Optikelement 6a, b einer Empfangsoptik 6 vorgeordnet
ist. Bei freiem Überwachungsbereich werden
wiederum von Kontrastelementen 3a zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen 5 auf
die Empfangselemente 4a und von Kontrastelementen 3b zurückreflektierte
Empfangslichtstrahlen 5 auf die Empfangselemente 4b zurückreflektiert.
Die Empfangselemente 4a, 4b sind wiederum als
Solarzellen ausgebildet, so dass diese zur Energiegewinnung genutzt werden
können.
Die Energiespeicherung erfolgt wiederum in einer als Ladekondensator
ausgebildeten Speichereinheit 16. 11 shows the optical components of a further embodiment of an optoelectronic device 1 , The optoelectronic device 1 assigns a recipient 4 with two linear arrays of receiving elements 4a . 4b on which each an optical element 6a . b a receiving optics 6 is upstream. When the surveillance area is clear, contrast elements are used 3a reflected light beams 5 on the receiving elements 4a and contrast elements 3b reflected light beams 5 on the receiving elements 4b reflected back. The receiving elements 4a . 4b are in turn designed as solar cells so that they can be used to generate energy. The energy is in turn stored in a storage unit designed as a charging capacitor 16 ,
12 zeigt
das Ersatzschaltbild der Verschaltung der die Empfangselemente 4a, 4b bildenden
Solarzellen bei gemeinsamer Nutzung für die Objektdetektion und Energiegewinnung
für die
optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 11. Durch die Reihenschaltung der Empfangselemente 4a wird eine
ausreichende Spannung UC3 des Ladekondensators
erreicht, um eine nachfolgende Auswerteschaltung für die Objektdetektion
betreiben zu können.
Die zugehörigen
Kennlinien K_a sind im 1. Quadranten des Diagramms von 13 dargestellt. Die Empfangselemente 4b sind
parallel geschaltet, beziehungsweise werden durch ein Element mit
größerer Fläche gebildet
und liefern bei gleicher Beleuchtungsstärke einen entsprechend größeren Fotostrom.
Wird der Schalter 17 geschlossen, arbeiten die Empfangselemente 4a und 4b gegeneinander und
bei Abdeckung durch ein helles Objekt 2 bestimmen die Empfangselemente 4b die
resultierende Spannung U, die dann negative Werte annimmt. Damit
bei freiem Überwachungsbereich
die Spannung U nicht zum Durchbruch der Emp fangselemente 4b führen kann,
ist die Diode D1 vorgesehen. Durch die antiparallele Schaltung erübrigt sich
ein nachgeschaltetes Subtrahierglied 9 in der Auswerteeinheit 8. 12 shows the equivalent circuit diagram of the interconnection of the receiving elements 4a . 4b forming solar cells when used jointly for object detection and energy generation for the optoelectronic device 1 according to 11 , Through the series connection of the receiving elements 4a a sufficient voltage U C3 of the charging capacitor is reached in order to be able to operate a subsequent evaluation circuit for object detection. The associated characteristic curves K_a are in 1 , Quadrants of the diagram of 13 shown. The receiving elements 4b are connected in parallel or are formed by an element with a larger area and deliver a correspondingly larger photo current with the same illuminance. Will the switch 17 closed, the receiving elements work 4a and 4b against each other and when covered by a bright object 2 determine the receiving elements 4b the resulting voltage U, which then takes negative values. So that with a free monitoring area, the voltage U does not break through the receiving elements 4b can lead, the diode D1 is provided. The anti-parallel circuit eliminates the need for a downstream subtractor 9 in the evaluation unit 8th ,
Die 14b–d zeigen
die Diagramme der auf die Empfangselemente 4a, 4b bezogene
Beleuchtungsstärke,
Fotoströme
und Solarzellenspannungen in Abhängigkeit
der Objekteintauchtiefe für die
optoelektronische Vorrichtung 1 gemäß 11, die in 14a für ein in
den Überwachungsbereich teilweise
eingedrungenes Objekt 2 schematisch dargestellt ist. Bei
freiem Überwachungsbereich
ist die Beleuchtungsstärke
durch das dunkle Kontrastelement 3a gering und damit überwiegt
der Fotostrom des Empfangselementes 4a, wodurch die Spannung U
auf ca. + 0,6 V steigt. Wenn wie in 14a gezeigt, ein
helles Objekt 2 in den Bereich des Kontrastelementes 3a eintaucht,
steigt die Beleuchtungsstärke (14b) für das Empfangselement 4a und
damit der Fotostrom (14c) überproportional
an. Bedingt durch den steilen Verlauf der Empfangselementekennlinie
springt die Spannung U auf ca. – 0,4
V ( 14c), sobald der
Fotostrom des Empfangselementes 4a überschritten wird. Dadurch
ist keine zusätzliche
Komparatorfunktion erforderlich.The 14b-d show the diagrams of the on the receiving elements 4a . 4b related illuminance, photo currents and solar cell voltages depending on the object immersion depth for the optoelectronic device 1 according to 11 , in the 14a for an object that has partially penetrated into the monitored area 2 is shown schematically. When the surveillance area is clear, the illuminance is due to the dark contrast element 3a low and therefore the photocurrent of the receiving element predominates 4a , causing the voltage U to rise to approx. + 0.6 V. If like in 14a shown a bright object 2 in the area of the contrast element 3a immersed, the illuminance increases ( 14b ) for the receiving element 4a and thus the photo stream ( 14c ) disproportionately. Due to the steep course of the receiving element characteristic, the voltage U jumps to approx. - 0.4 V ( 14c ) as soon as the photocurrent of the receiving element 4a is exceeded. This means that no additional comparator function is required.
15 zeigt
eine antiparallele Schaltung der Empfangselemente 4a, 4b der
optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß Fig.
11, welche bei geschlossenem Schalter 17 (und
gleichzeitig geöffnetem
Schalter 17')
zur Objektdetektion herangezogen werden. Bei geschlossenem Schalter 17' und geöffnetem Schalter 17 werden
die von Solarzellen gebildeten Empfangselemente 4a, 4b zur
Energiegewinnung genutzt. Dabei wird bei geschlossenem Schalter 17' der Fotostrom
des Empfangselementes 4a zur Aufladung des Ladekondensators
C3 verwendet, um die Versorgungsspannung für die nachfolgende Objektdetektion
zur Verfügung
zu stellen. 15 shows an anti-parallel circuit of the receiving elements 4a . 4b the optoelectronic device 1 according to Fig. 11 which when the switch is closed 17 (and open switch at the same time 17 ' ) can be used for object detection. With the switch closed 17 ' and open switch 17 become the receiving elements formed by solar cells 4a . 4b used for energy production. Doing so with the switch closed 17 ' the photocurrent of the receiving element 4a used to charge the charging capacitor C3 in order to make the supply voltage available for the subsequent object detection.
16 zeigt
das Spannungsdiagramm zur Schaltung nach 15, wobei die Spannung U1 bei geschlossenem
Schalter 17 in der Zeit von t1 bis t2 bei frei em Überwachungsbereich
auf die Schwellspannung der Diode D1 von + 0,6 V sinkt und bei vorhandenem
Objekt 2 auf ca. – 0,4
V absinkt. In diesen Zeitintervallen wird somit durch eine Schwellwertbewertung
der Spannung U1 das Objektfeststellungssignal generiert. In der
restlichen Zeit steht die Spannung U1 mit ca. 0,4 V pro Zelle zur
Energiegewinnung zur Verfügung. 16 shows the voltage diagram for the circuit 15 , the voltage U1 when the switch is closed 17 in the time from t1 to t2 when the monitoring area is free, the threshold voltage of the diode D1 drops from + 0.6 V and with an existing object 2 drops to approx. - 0.4 V. The object detection signal is thus generated in these time intervals by a threshold value evaluation of the voltage U1. For the rest of the time, the voltage U1 is available at approx. 0.4 V per cell for energy generation.
17 zeigt
eine weitere Variante einer Beschaltung der Komponenten der optoelektronischen Vorrichtung 1 gemäß 11. Wie aus 17 ersichtlich erfolgt in diesem Fall
eine Parallelschaltung der Empfangselemente 4a, 4b durch
Schließen
des als Doppelschalters ausgebildeten Schalters 17, wodurch
die beiden den Empfangselementen 4a, 4b zugeordneten
Kondensatoren C1 und C2 den Ladekondensator C3 aufladen. In der
Zeit t1 bis t2 wird der Schalter 17 geöffnet und die Fotoströme der einzelnen
Empfangselemente 4a, 4b laden ihre zugeordneten
Kondensatoren auf (18).
Zum Zeitpunkt t2 wird die Differenz der Kondensatorspannungen an C1
und C2 ausgewertet, woraus in der Auswerteeinheit 8 das
Objektfeststellungssignal generiert wird. Bei gleicher Fläche der
Empfangselemente 4a, 4b wird der Wert des Kondensators
C2 = ½ C1
gewählt, wodurch
dieser bei gleichen Fotoströmen
schneller aufgeladen wird und der Status vom Vorzeichenwechsel abgeleitet
werden kann. 17 shows a further variant of a circuit of the components of the optoelectronic device 1 according to 11 , How out 17 in this case, it is evident that the receiving elements are connected in parallel 4a . 4b by closing the trained as a double switch 17 , whereby the two the receiving elements 4a . 4b charge capacitors C1 and C2 the charging capacitor C3. In the time t1 to t2 the switch 17 opened and the photo streams of the individual receiving elements 4a . 4b charge their assigned capacitors ( 18 ). At time t2, the difference in the capacitor voltages at C1 and C2 is evaluated, which results in the evaluation unit 8th the object detection signal is generated. With the same area of the receiving elements 4a . 4b the value of the capacitor C2 = ½ C1 is selected, which means that it is charged faster with the same photo currents and the status can be derived from the change of sign.
Die 19a, b zeigen eine weitere Variante einer optoelektronischen
Vorrichtung 1 mit autarker Energieversorgung. In diesem
Fall werden die an die nicht dargestellte Auswerteeinheit 8 angeschlossenen
Empfangselemente 4a, 4b des Empfängers 4 nicht
zur Energiegewinnung genutzt. Vielmehr sind im vorliegenden Fall
separate Solarzellenelemente 19 zur Energiegewinnung vorgesehen.
Der Empfänger 4 der
optoelektronischen Vorrichtung 1 sitzt auf einem Bauteilträger 20 auf.
Die von einem Objekt 2 oder dem Kontrastmuster 3 zurückreflektierten
Empfangslichtstrahlen 5 werden über Optikelemente 6a, 6b der
Empfangsoptik 6 und einen Abschirmtubus 21 zu
den Empfangselementen 4a, 4b des Empfängers 4 geführt. Die
Optikelemente 6a, 6b sind Bestandteil eines Frontfensters 22.
Hinter dem Frontfenster 22 liegen die Solarzellenelemente 19,
so dass auf diese ungehindert das Umgebungslicht 7 auftreffen
kann.The 19a . b show a further variant of an optoelectronic device 1 with self-sufficient energy supply. In this case, the evaluation unit (not shown) 8th connected receiving elements 4a . 4b Recipient 4 not used for energy generation. Rather, in the present case there are separate solar cell elements 19 intended for energy production. The recipient 4 the optoelectronic device 1 sits on a component carrier 20 on. That of an object 2 or the contrast pattern 3 reflected light beams 5 are about optical elements 6a . 6b the receiving optics 6 and a shielding tube 21 to the receiving elements 4a . 4b Recipient 4 guided. The optical elements 6a . 6b are part of a front window 22 , Behind the front window 22 are the solar cell elements 19 so that the ambient light on this unhindered 7 can hit.
20 zeigt
eine Ausführungsform
einer Anschaltung für
die von einem Funksender gebildeten Ausgabeeinheit 18 für die optoelektronische
Vorrichtung 1 gemäß Fig 9. In diesem Fall ist der Ausgabeeinheit 18 ein
Parallel-Seriell-Wandler 23 vorgeordnet. Über den
Parallel-Seriell-Wandler 23 können Datenworte mit Wortbreiten
von 8 bit über
den Funksender ausgegeben werden. Im vorliegenden Fall wird mit
dem niederwertigsten Bit 0 das Objektfeststellungssignal,
das Statussignal der optoelektronischen Vorrichtung 1, über den
Funksender ausgegeben. Zur Identifizierung der optoelektronischen
Vorrichtung 1 wird vom Funksender zudem eine Sensornummer
ausgegeben, welche die optoelektronische Vorrichtung 1 eindeutig
kennzeichnet. Die Sensornummer wird durch die Bits 1 – 7 vorgegeben,
deren Schaltzustände 0 oder 1 über eine
von Binärschaltern
gebildete Schalteranordnung 24 vorgegeben werden können. 20 shows an embodiment of a connection for the output unit formed by a radio transmitter 18 for the optoelectronic device 1 according to Fig. 9. In this case, the output unit 18 a parallel-to-serial converter 23 upstream. Via the parallel-serial converter 23 data words with word widths of 8 bits can be output via the radio transmitter. In the present case, the least significant bit 0 the object detection signal, the status signal of the optoelectronic device 1 , issued via the radio transmitter. To identify the optoelectronic device 1 the radio transmitter also outputs a sensor number, which is the optoelectronic device 1 clearly identifies. The sensor number is specified by bits 1 - 7, their switching states 0 or 1 via a switch arrangement formed by binary switches 24 can be specified.
-
11
-
Optoelektronische
VorrichtungOptoelectronic
contraption
-
22
-
Objektobject
-
33
-
Kontrastmustercontrast pattern
-
3a,
3b3a,
3b
-
Kontrastelementcontrast element
-
44
-
Empfängerreceiver
-
4a,
4b4a,
4b
-
Empfangselementereceiving elements
-
55
-
EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
-
66
-
Empfangsoptikreceiving optics
-
6a–d6a-d
-
Optikelementeoptical elements
-
77
-
Umgebungslichtambient light
-
88th
-
Auswerteeinheitevaluation
-
99
-
Subtrahiergliedsubtractor
-
1010
-
Rechnereinheitcomputer unit
-
1111
-
Ausgangoutput
-
1212
-
Beleuchtungseinheitlighting unit
-
1313
-
Frontscheibewindscreen
-
14a,
14b14a,
14b
-
Summiergliedsumming
-
1515
-
Transportbahntransport path
-
1616
-
Speichereinheitstorage unit
-
17,
17'17
17 '
-
Schalterswitch
-
1818
-
Ausgabeeinheitoutput unit
-
1919
-
Solarzellenelementsolar cell element
-
2020
-
Bauteilträgercomponent carrier
-
2121
-
AbschirmtubusAbschirmtubus
-
2222
-
Frontfensterfront window
-
2323
-
Parallel-Seriell-WandlerParallel to serial converter
-
2424
-
Schalteranordnungswitch arrangement