DE102005045280B3

DE102005045280B3 - Distance sensor has receiver with light sensitive surface enclosed by frame with normal vector inclined to optical axis by defined angle so received light beams incident on frame are deflected to side, no longer pass into monitored region

Info

Publication number: DE102005045280B3
Application number: DE200510045280
Authority: DE
Inventors: Jörg Droemer; Tilo Wolf
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2005-09-22
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2006-12-28
Anticipated expiration: 2025-09-23

Abstract

The device (1) has a transmitter (4) of light beams (3) along an optical axis (9), a receiver (6) of light beams and an evaluation unit for evaluating the receiver output signal. The receiver has a light sensitive surface (6a) enclosed by a frame and with a normal vector inclined to the optical axis by a defined tilt angle so that received light beams incident on the frame are deflected to the side and no longer pass into the monitored region.

Description

Die Erfindung betrifft einen Distanzsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a distance sensor according to the preamble of the claim 1.

Derartige Distanzsensoren bilden generell optische Sensoren, mittels derer die Distanz von Objekten bestimmt werden kann.such Distance sensors generally form optical sensors by means of which the distance from objects can be determined.

Ein derartiger Distanzsensor ist beispielsweise aus der DE 199 36 954 A1 bekannt. Bei diesem Distanzsensor erfolgt die Distanzbestimmung nach einem Phasenmessverfahren. Die Distanzmessung erfolgt dabei gegen einen Reflektor, der an einem zu vermessenden Objekt angebracht sein kann. Da die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen am Reflektor in einem engen Winkelbereich als Empfangslichtstrahlen zurück reflektiert werden, wird ein relativ großer Anteil der Empfangslichtstrahlen auf den Empfänger geführt, wodurch eine hohe Nachweisempfindlichkeit erzielt wird, welche letztlich auch Voraussetzung für eine genaue Distanzmessung ist.Such a distance sensor is for example from the DE 199 36 954 A1 known. In this distance sensor, the distance is determined by a phase measurement method. The distance measurement takes place against a reflector, which may be attached to an object to be measured. Since the transmitted light beams emitted from the transmitter are reflected back to the reflector in a narrow angle range as receiving light beams, a relatively large portion of the received light beams is guided to the receiver, whereby a high detection sensitivity is achieved, which is ultimately a prerequisite for accurate distance measurement.

Besonders vorteilhaft weisen derartige Distanzsensoren einen koaxialen Aufbau auf, das heißt der Empfänger liegt in der optischen Achse entlang derer vom Sender die Sendelichtstrahlen emittiert werden. Bei einem derartigen Aufbau wird erreicht, dass ein besonders hoher Anteil der Empfangslichtstrahlen vom zu vermessenden Reflektor Objekt zum Empfänger geführt wird, unabhängig davon ob dieser in großen oder kleinen Distanzen zum Distanzsensor angeordnet ist.Especially Advantageously, such distance sensors have a coaxial construction on, that is the receiver is in the optical axis along that of the transmitter, the transmitted light beams be emitted. In such a structure is achieved that a particularly high proportion of the received light beams from the to be measured Reflector object to the receiver guided will, independent whether this in large or small distances to the distance sensor is arranged.

Da als Maß für die Distanzbestimmung bei derartigen Distanzsensoren die Lichtlaufzeit der Sendelichtstrahlen zum Objekt und zurück zum Empfänger ausgewertet wird, ist eine wesentliche Voraussetzung für eine genaue Distanzmessung, dass die Sendelichtstrahlen nicht mit unterschiedlichen optischen Weglängen zum Empfänger geführt werden. Derartige unterschiedliche Weglängen können beispielsweise durch unerwünschte Reflexionen an Bauteilen und Komponenten des Distanzsensors entstehen. Die über die unterschiedlichen Weglängen geführten Sendelichtstrahlen überlagern sich dann am Empfänger und führen so zu einer Verfälschung der Distanzmesswerte.There as a measure of distance determination in such distance sensors, the light transit time of the transmitted light beams to the object and back evaluated to the receiver is an essential prerequisite for accurate distance measurement, that the transmitted light beams do not have different optical path lengths for receiver guided become. Such different path lengths, for example, by unwanted reflections arise on components and components of the distance sensor. The over the different path lengths overlap guided transmitted light beams then at the receiver and lead so to a falsification the distance readings.

Aus der US 6,133,988 ist ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender optischer Distanzsensor bekannt. Dieser Sensor umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen seitlich in Abstand zu diesem angeordneten Empfänger. Die optischen Achsen des Senders und des Empfängers können parallel zueinander verlaufen. Alternativ kann der Empfänger so geneigt sein, dass dessen optische Achse in Richtung der einfallenden Sendelichtstrahlen ausgerichtet ist.From the US 6,133,988 is an operating according to the principle of triangulation optical distance sensor known. This sensor comprises a transmitting light beam emitting transmitter and a laterally spaced-apart receiver. The optical axes of the transmitter and the receiver can be parallel to each other. Alternatively, the receiver may be inclined so that its optical axis is aligned in the direction of the incident transmitted light beams.

Die DE 196 18 910 A1 betrifft einen elektronischen Entfernungsmesser zum Messen der Entfernung zu einem Objekt. Der Entfernungsmesser enthält eine Strahlungsquelle zur Abgabe frequenzmodulierter Strahlung auf einen bei dem Objekt angeordneten Reflektor und einen Detektor zum Erfassen der an dem Reflektor reflektierten Strahlung. Die Entfernung des Objekts zum Entfernungsmesser wird aus der erfassten Strahlung berechnet. Mindestens eine die Strahlung dämpfendes Filter ist im Strahlungsweg zwischen der Strahlungsquelle und dem Detektor angeordnet. Dieses Filter ist gegenüber der Hauptachse des Strahlungsweges geneigt, um das Einfallen irregulärer Reflexionen der Strahlung an dem Filter auf den Detektor zu verhindern.The DE 196 18 910 A1 relates to an electronic rangefinder for measuring the distance to an object. The rangefinder includes a radiation source for emitting frequency modulated radiation to a reflector disposed at the object and a detector for detecting the radiation reflected at the reflector. The distance of the object to the rangefinder is calculated from the detected radiation. At least one radiation damping filter is arranged in the radiation path between the radiation source and the detector. This filter is inclined with respect to the major axis of the radiation path to prevent the incident of irregular reflections of the radiation on the filter onto the detector.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde mit möglichst geringem Aufwand die Messgenauigkeit eines Distanzsensors der eingangs genannten Art zu verbessern.Of the Invention is based on the object with the least possible effort Measuring accuracy of a distance sensor of the type mentioned to improve.

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

Die Erfindung betrifft einen Distanzsensor zur Erfassung von Objekten in einem zu überwachenden Bereich. Dieser weist einen entlang einer optischen Achse Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf. Ferner befindet sich im Distanzsensor eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Ausgang des Empfängers anstehenden Empfangssignale. Der Empfänger weist eine lichtempfindliche Fläche auf, welche von einem Rahmen umschlossen ist. Der Normalenvektor dieser Fläche ist um einen vorgegebenen Kippwinkel zur optischen Achse so geneigt, dass auf den Rahmen auftreffende Empfangslichtstrahlen seitlich wegreflektiert werden und nicht mehr in den zu überwachenden Bereich gelangen.The The invention relates to a distance sensor for detecting objects in one to be monitored Area. This has one along an optical axis transmitted light beams emitting transmitter and receiving light beams receiving receiver on. Furthermore, there is an evaluation unit in the distance sensor for the evaluation of the received signals present at the output of the receiver. The recipient has a photosensitive surface which is enclosed by a frame. The normal vector this area is inclined by a predetermined tilt angle to the optical axis, that incident on the frame receiving light rays sideways wegreflektiert and no longer get into the area to be monitored.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Empfänger, die in einem Distanzsensor zur Distanzmessung eingesetzt werden, generell eine lichtempfindliche Fläche aufweisen, die von einem Rahmen umgeben ist, der typischerweise aus hochreflektierendem Material wie einem Metall besteht.Of the The invention is based on the finding that recipients who be used in a distance sensor for distance measurement, in general a photosensitive surface which is surrounded by a frame which is typically made of highly reflective material such as a metal.

Bei der Führung der Sendelichtstrahlen zu einem Objekt und als Empfangslichtstrahlen zurück zum Distanzsensor werden diese insbesondere mittels geeigneter Optikkomponenten in Richtung des Empfängers geführt. Dabei ist unvermeidbar, dass nicht der gesamte Anteil der Empfangslichtstrahlen auf die lichtempfindliche Fläche des Empfängers trifft. Vielmehr wird ein signifikanter Teil der Empfangslichtstrahlen auf den hochreflektierenden Rahmen des Empfängers geführt und dort gerichtet reflektiert.When guiding the transmitted light beams to an object and as receiving light beams back to the distance sensor, these are guided in particular by means of suitable optical components in the direction of the receiver. It is unavoidable that not the entire proportion of received light beams on the photosensitive surface of the receiver. Rather, a significant portion of the received light beams is guided on the highly reflective frame of the receiver and reflected there.

Bei bekannten Distanzsensoren, insbesondere bei Distanzsensoren mit einer koaxialen Anordnung des Senders und Empfängers, ist die optische Achse des Empfängers, das heißt des Normalenvektors der lichtempfindlichen Fläche des Empfängers, parallel zur optischen Achse des Senders ausgerichtet oder verläuft entlang der optischen Achse des Senders. Damit werden aber die am Rahmen des Empfängers in Strahlrichtung der Sendelichtstrahlen reflektiert und gelangen so nochmals auf das zu detektierende Objekt. Von dort werden diese Lichtstrahlen von neuem auf den Empfänger geführt. Es hat sich gezeigt, dass dieser Effekt zu einer signifikanten Verfälschung der Distanzmessungen führt, insbesondere dann, wenn das zu detektierende Objekt von einem Reflektor gebildet ist, an welchem die Lichtstrahlen gerichtet reflektiert werden.at known distance sensors, especially with distance sensors with a coaxial arrangement of the transmitter and receiver, is the optical axis Recipient, this means the normal vector of the photosensitive surface of the receiver, parallel aligned with the optical axis of the transmitter or runs along the optical axis of the transmitter. But that will be the frame Recipient reflected in the beam direction of the transmitted light rays and reach so again on the object to be detected. From there, these become Beams of light again led to the receiver. It has been shown that this effect leads to a significant distortion of the distance measurements leads, in particular, when the object to be detected by a reflector is formed, on which the light rays directed reflects become.

Mit dem erfindungsgemäßen Distanzsensor wird dieses Problem auf überraschend einfache Weise dadurch gelöst, dass durch die Verkippung des Empfängers die auf dessen Rahmen auftreffenden Empfangslichtstrahlen seitlich wegreflektiert werden und so nicht mehr in den zu überwachenden Bereich und damit nicht nochmals auf das zu detektierende Objekt geführt werden. Dadurch wird mit äußerst geringem Aufwand die Messgenauigkeit des Distanzsensors signifikant erhöht.With the distance sensor according to the invention is this problem is surprising solved by a simple way that by tilting the receiver on its frame incident receiving light beams are laterally reflected away and so no longer in the monitored Area and thus not again on the object to be detected guided become. This will with extremely low Effort significantly increases the accuracy of the distance sensor.

Dabei liegt der Kippwinkel des Empfängers bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 30° und besonders vorteilhaft bei etwa 20°.there the tilt angle of the receiver is preferred in the range between 10 ° and 30 ° and particularly advantageous at about 20 °.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Empfänger eine Lichtfalle derart zugeordnet, dass vom Rahmen des Empfängers reflektierte Empfangslichtstrahlen auf diese Lichtfalle geführt sind. Die Lichtfalle ist generell so ausgebildet, dass die dort auftreffenden Empfangslichtstrah len nicht mehr zum Empfänger gelangen. Besonders vorteilhaft werden die Empfangslichtstrahlen in der Lichtfalle absorbiert. Alternativ oder zusätzlich werden die Empfangslichtstrahlen in der Lichtfalle so gestreut, dass die Empfangslichtstrahlen nicht mehr aus der Lichtfalle entweichen können.In a particularly advantageous embodiment of the invention the recipient a light trap associated with that reflected from the frame of the receiver Receiving light beams are guided to this light trap. The light trap is generally designed so that len there incident Empfangslichtstrah no longer the recipient reach. Particularly advantageous are the received light beams absorbed in the light trap. Alternatively or additionally the receiving light beams in the light trap are scattered so that the Receiving light beams can no longer escape from the light trap.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Sender ein die Sendelichtstrahlen zirkular polarisierendes Filter nachgeordnet. Insbesondere bei der Detektion von als Reflektoren ausgebildeten Objekten ist dadurch gewährleistet, dass vom Objekt als Empfangslichtstrahlen zurück reflektierte Sendelichtstrahlen nicht wieder auf den Sender treffen und von dessen hochreflektierenden Randbereichen wieder zurück zum Objekt geführt werden.In a particularly advantageous embodiment of the invention the transmitter a the transmitted light beams circularly polarizing filter downstream. Especially in the detection of as reflectors trained objects is guaranteed by that of the object back as received beams reflected transmitted light rays do not hit the transmitter again and from its highly reflective edge areas back to the object guided become.

Die senderseitige Einbringung eines zirkular polarisierenden Filters führt zwar zu einer Reduktion der Lichtmenge der in den Überwachungsbereich geführten Sendelichtstrahlen. Dies kann jedoch durch eine entsprechende Erhöhung der Sendeleistung kompensiert werden.The transmitter-side introduction of a circular polarizing filter leads though to a reduction of the amount of light of guided in the surveillance area transmitted light beams. However, this can be compensated by a corresponding increase in the transmission power become.

Würde dagegen von dem Empfänger ein weiteres zirkular polarisierendes Filter angeordnet, wäre die verbleibende Lichtmenge der Empfangslichtstrahlen auf dem Empfänger zu gering um eine sichere Objektdetektion zu gewährleisten. Die erfindungsgemäße Verkippung des Empfängers dagegen führt zu keiner nennenswerten Reduktion der auf den Empfänger auftreffenden Lichtmenge.Would against it from the receiver arranged another circular polarizing filter, the remaining would be Amount of light of the received light beams on the receiver too low to ensure safe object detection. The tilting invention Recipient against it leads to no appreciable reduction of the incident to the recipient Amount of light.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The The invention will be explained below with reference to the drawings. It demonstrate:

1: Schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Distanzsensors. 1 : Schematic representation of an embodiment of the distance sensor according to the invention.

2: Draufsicht auf den Empfänger des Distanzsensors gemäß 1. 2 : Plan view of the receiver of the distance sensor according to 1 ,

3: Teildarstellung des Distanzsensors gemäß 1 mit der Strahlführung von am Rahmen des Empfängers zu einer Lichtfalle reflektierten Empfangslichtstrahlen. 3 : Partial representation of the distance sensor according to 1 with the beam guidance of received light rays reflected at the frame of the receiver to a light trap.

1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Distanzsensors 1. Der Distanzsensor 1 ist in einem Gehäuse 2 integriert und weist einen Sendelichtstrahlen 3 emittierenden Sender 4 sowie einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden Empfänger 6 auf. Der Sender 4 und der Empfänger 6 sind an eine gemeinsame, nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen. Die Auswerteeinheit ist von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet. Mit der Auswerteeinheit erfolgt die Ansteuerung des Senders 4 und die Auswertung der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers 6. 1 schematically shows an embodiment of the distance sensor according to the invention 1 , The distance sensor 1 is in a housing 2 integrated and has a transmitted light beams 3 emissive transmitter 4 and a receiving light beams 5 receiving recipient 6 on. The transmitter 4 and the receiver 6 are connected to a common evaluation unit, not shown. The evaluation unit is formed by a microprocessor or the like. With the evaluation unit, the control of the transmitter takes place 4 and the evaluation of the received signals at the output of the receiver 6 ,

Mit dem Distanzsensor 1 erfolgt eine Distanzbestimmung von in einem Überwachungsbereich angeordneten Objekten. Im vorliegenden Fall sind die vom Sender 4 emittierten Sendelichtstrahlen 3 auf einen Reflektor 7 geführt, der an zu vermessenden Gegenständen angeordnet sein kann. Vom Reflektor 7 werden die Sendelichtstrahlen 3 gerichtet als Empfangslichtstrahlen 5 in Richtung des Empfängers zurückreflektiert.With the distance sensor 1 a distance determination of objects arranged in a monitoring area takes place. In the present case those are from the transmitter 4 emitted transmitted light rays 3 on a reflector 7 guided, which can be arranged on objects to be measured. From the reflector 7 become the transmitted light rays 3 directed as received beams 5 reflected back towards the receiver.

Wie aus 1 ersichtlich ist dem Sender 4 und Empfänger 6 eine Sende- und Empfangsoptik 8 zugeordnet, die von einer Linse gebildet ist. Die vom Sender 4 entlang dessen optischer Achse 9 emittierten Sendelichtstrahlen 3 werden über ein zentrales Linsensegment 8a der Sende- und Empfangsoptik 8 geführt, durchsetzen dann ein Austrittsfenster 10 in der dem Überwachungsbereich zugeordneten Frontseite des Gehäuses 2 und verlaufen dann in Richtung des Reflektors 7. Das Zentrum des Empfängers 6 und das Zentrum der Sende- und Empfangsoptik 8 liegen in der optischen Achse 9 des Senders 4. Auf diese Weise wird ein koaxialer Strahlverlauf der Sendelichtstrahlen 3 und Empfangslichtstrahlen 5 im Überwachungsbereich erreicht. Dabei ist der Empfänger 6 wie aus 1 ersichtlich in Strahlrichtung der Sendelichtstrahlen 3 hinter dem Sender 4 angeordnet. Die am Reflektor 7 reflektierten Empfangslichtstrah len 5 durchsetzen das Austrittsfenster 10 und werden dann über ein an das zentrale Linsensegment 8a anschließendes äußeres Linsensegment 8b der Sende- und Empfangsoptik 8 in Richtung des Empfängers 6 fokussiert.How out 1 it is apparent to the sender 4 and receiver 6 a transmitting and receiving optics 8th associated, which is formed by a lens. The transmitter 4 along its optical axis 9 emitted transmitted light rays 3 be about a central lens segment 8a the transmitting and receiving optics 8th led, then enforce an exit window 10 in the front of the housing assigned to the monitoring area 2 and then run in the direction of the reflector 7 , The center of the recipient 6 and the center of the transmitting and receiving optics 8th lie in the optical axis 9 the transmitter 4 , In this way, a coaxial beam path of the transmitted light beams 3 and receiving light beams 5 reached in the surveillance area. Here is the receiver 6 like out 1 apparent in the beam direction of the transmitted light beams 3 behind the transmitter 4 arranged. The at the reflector 7 reflected Empfangslichtstrah len 5 enforce the exit window 10 and then on to the central lens segment 8a subsequent outer lens segment 8b the transmitting and receiving optics 8th in the direction of the recipient 6 focused.

Im vorliegenden Fall erfolgt die Distanzmessung nach dem Phasenmessprinzip. Der Sender 4 besteht hierbei bevorzugt aus einer Laserdiode, der Empfänger 6 aus einer Avalanche Photodiode. Zur Durchführung der Phasenmessung wird den Sendelichtstrahlen 3 eine Amplitudenmodulation aufgeprägt. Als Maß für die Distanz des zu detektierenden Reflektors 7 wird in der Auswerteeinheit die Phasendifferenz der Sendelichtstrahlen 3 und der vom Reflektor 7 auf den Empfänger 6 geführten Empfangslichtstrahlen 5 ausgewertet.In the present case, the distance measurement takes place according to the phase measurement principle. The transmitter 4 in this case, preferably consists of a laser diode, the receiver 6 from an avalanche photodiode. To carry out the phase measurement becomes the transmitted light beams 3 imprinted an amplitude modulation. As a measure of the distance of the reflector to be detected 7 In the evaluation unit, the phase difference of the transmitted light beams 3 and the reflector 7 on the receiver 6 guided reception light beams 5 evaluated.

Die Distanzmessung kann generell auch nach anderen Distanzmessverfahren wie zum Beispiel einem Pulslaufzeitverfahren oder einem Triangulationsverfahren erfolgen.The Distance measurement can generally also be used after other distance measuring methods such as a pulse transit time method or a triangulation method respectively.

2 zeigt schematisch die Draufsicht auf den Empfänger 6 für den Distanzsensor 1 gemäß 1. Der Empfänger 6, im vorliegenden Fall von einer Avalanche Photodiode gebildet, weist ein einzelnes Empfangselement mit einer lichtempfindlichen Fläche 6a auf. Diese ist in einer Kapselung untergebracht, deren Frontseite wie in 2 dargestellt einen Rahmen 6b bildet, der die lichtempfindliche Fläche 6a an deren Rand umschließt. In 2 ist ein Empfänger 6 mit einer im wesentlichen quadratischen Querschnittsfläche dargestellt. Prinzipiell kann diese auch andere Geometrien aufweisen, zum Beispiel in Form einer rotationssymmetrischen Anordnung. 2 schematically shows the top view of the receiver 6 for the distance sensor 1 according to 1 , The recipient 6 , formed in the present case by an avalanche photodiode, has a single receiving element with a photosensitive surface 6a on. This is housed in an enclosure whose front as in 2 represented a frame 6b forms the photosensitive surface 6a encloses at the edge. In 2 is a recipient 6 shown with a substantially square cross-sectional area. In principle, this may also have other geometries, for example in the form of a rotationally symmetrical arrangement.

Generell kann der Empfänger 6 eine Mehrfachanordnung von Empfangselementen aufweisen, deren lichtempfindliche Flächen 6a wiederum in einem Rahmen 6b gelagert sind.Generally, the receiver can 6 have a multiple array of receiving elements whose photosensitive surfaces 6a again in a frame 6b are stored.

Die Kapselung und damit der Rahmen (6b) bestehen aus hochreflektierendem Material, insbesondere Metall. Da die Fokussierung der Empfangslichtstrahlen 5 mittels der Sende- und Empfangsoptik 8 nicht so exakt durchgeführt werden kann, dass die gesamte Lichtmenge der Empfangslichtstrahlen 5 auf die lichtempfindliche Fläche 6a des Empfängers 6 trifft, trifft auch ein erheblicher Anteil der Empfangslichtstrahlen 5 auf den Rahmen 6b des Empfängers 6. Von dort werden diese Empfangslichtstrahlen 5 gerichtet reflektiert. Eine erhebliche Verfälschung der Distanzmessung kann dann auftreten, wenn diese Empfangslichtstrahlen 5 vom Rahmen 6b in Richtung der Sende- und Empfangsoptik 8 reflektiert werden und über diese nochmals in den Überwachungsbereich geführt werden. Diese Lichtstrahlen würden nämlich nochmals vom Reflektor 7 reflektiert und auf den Empfänger 6 geführt. Dieser Anteil der Empfangslichtstrahlen 5 hätte dann gegenüber den regulär direkt vom Reflektor 7 auf die lichtempfindliche Fläche 6a des Empfängers 6 geführten Empfangslichtstrahlen 5 den doppelten optischen Weg zurückgelegt. Da sich beide Teilstrahlen der Empfangslichtstrahlen 5 auf dem Empfänger 6 überlagern führt dies zu einer signifikanten Verfälschung der Distanzmessung.The encapsulation and thus the frame ( 6b ) consist of highly reflective material, in particular metal. Since the focusing of the received light beams 5 by means of the transmitting and receiving optics 8th can not be performed so accurately that the total amount of light of the received light beams 5 on the photosensitive surface 6a Recipient 6 also meets a significant proportion of received light beams 5 on the frame 6b Recipient 6 , From there these receive light beams 5 reflected reflected. A significant distortion of the distance measurement can occur when these received light beams 5 from the frame 6b in the direction of the transmitting and receiving optics 8th be reflected and be led over this again in the surveillance area. These rays of light would namely again from the reflector 7 reflected and on the receiver 6 guided. This proportion of received light beams 5 would then have the regular directly from the reflector 7 on the photosensitive surface 6a Recipient 6 guided reception light beams 5 covered the double optical path. Since both partial beams of the received light beams 5 on the receiver 6 overlaying this leads to a significant distortion of the distance measurement.

Um derartige Messwertverfälschungen zu unterbinden ist der Empfänger 6 bezüglich der optischen Achse des Senders 4 verkippt angeordnet. Wie aus 1 und der einen Ausschnitt des Distanzsensors 1 gemäß 1 darstellenden 3 ersichtlich ist dabei der die optische Achse 9 des Empfängers 6 definierende Normalenvektor N der lichtempfindlichen Fläche 6a um einen vorgegebenen Kippwinkel bezüglich der optischen Achse 9 des Senders verkippt. Der Kippwinkel liegt bevorzugt im Bereich zwischen 10° und 30° und beträgt im vorliegenden Fall etwa 20°.To prevent such Meßwertverfälschungen is the receiver 6 with respect to the optical axis of the transmitter 4 arranged tilted. How out 1 and a section of the distance sensor 1 according to 1 performing 3 it can be seen that the optical axis 9 Recipient 6 defining normal vector N of the photosensitive surface 6a by a predetermined tilt angle with respect to the optical axis 9 tilted the transmitter. The tilt angle is preferably in the range between 10 ° and 30 ° and in the present case is about 20 °.

Der Kippwinkel ist in jedem Fall derart gewählt, dass am Rahmen 6b des Empfängers 6 reflektierte Empfangslichtstrahlen 5 nicht mehr über die Sende- und Empfangsoptik 8 geführt und über das Austrittsfenster 10 nochmals in den Überwachungsbereich gelangen können.The tilt angle is in any case chosen such that on the frame 6b Recipient 6 reflected received light beams 5 no longer about the transmitting and receiving optics 8th guided and over the exit window 10 can get into the surveillance area again.

Weiterhin ist durch eine geeignete Wahl des Kippwinkels sowie zusätzlicher optischer Komponenten gewährleistet, dass die am Rahmen 6b des Empfängers 6 reflektierten Empfangslichtstrahlen 5 nicht durch weitere Reflexionen innerhalb des Gehäuses des Distanzsensors 1 auf die lichtempfindliche Fläche 6a geführt wird.Furthermore, it is ensured by a suitable choice of the tilt angle and additional optical components that the frame 6b Recipient 6 reflected received light beams 5 not by further reflections within the housing of the distance sensor 1 on the photosensitive surface 6a to be led.

Im vorliegenden Fall ist hierfür eine Lichtfalle 11 vorgesehen. Die Lichtfalle 11 ist seitlich zum Empfänger 6 angeordnet und dessen lichtempfindlicher Fläche 6a zugewandt, so dass die am Rahmen 6b des Empfängers 6 reflektierten Empfangslichtstrahlen 5 vollständig auf die Lichtfalle 11 geführt sind. Die Geometrie und Materialbeschaffenheit der Lichtfalle 11 ist so gewählt, dass die dort auftreffenden Empfangslichtstrahlen 5 nicht mehr aus dieser herausgeführt werden. Insbesondere kann hierzu die Lichtfalle 11 aus lichtabsorbierendem Material bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Lichtfalle 11 eine strukturierte Oberfläche aufweisen, so dass an dieser die Empfangslichtstrahlen 5 gestreut oder mehrfach reflektiert werden, so dass sich diese in der Lichtfalle 11 totlaufen und damit nicht mehr aus der Lichtfalle 11 herausgeführt werden. Hierzu kann die Oberfläche der Lichtfalle 11 beispielsweise aufgeraut werden und/oder Faltenstrukturen aufweisen.In the present case, this is a light trap 11 intended. The light trap 11 is laterally to the receiver 6 arranged and its photosensitive surface 6a facing, leaving the frame 6b Recipient 6 reflected reception light beam len 5 completely on the light trap 11 are guided. The geometry and material properties of the light trap 11 is chosen so that the received there incident light beams 5 no longer be led out of this. In particular, this can be the light trap 11 consist of light-absorbing material. Alternatively or additionally, the light trap 11 have a structured surface, so that at this the received light beams 5 scattered or reflected several times, so that they are in the light trap 11 dead run and thus no longer out of the light trap 11 be led out. For this purpose, the surface of the light trap 11 For example, be roughened and / or have wrinkle structures.

Die Lichtfalle 11 kann in einer bevorzugten Ausführungsform Bestandteil eines lichtundurchlässigen Tubus sein, in welchem der Empfänger 6 zur Abschirmung von Fremdlichteinstrahlungen angeordnet ist.The light trap 11 may be in a preferred embodiment, part of an opaque tube in which the receiver 6 is arranged to shield from external light.

Wie aus 1 ersichtlich ist dem Sender 4 im Strahlengang der Sendelichtstrahlen 3 ein zirkular polarisierendes Filter 12 nachgeordnet. Mit diesem zirkular polarisierenden Filter 12 wird verhindert, dass vom Sender 4 emittierte Sendelichtstrahlen 3, die vom Reflektor 7 reflektiert werden zurück zum Sender 4 gelangen. Auch durch diese Maßnahme werden Messwertverfälschungen bei der Distanzmessung vermieden. Dies beruht darauf, dass der Sender 4 ebenso wie der Empfänger 6 einen hochreflektierenden Rahmen aufweist, der die lichtemittierende Fläche des Senders 4 umgibt. Ohne Einsatz des zirkular polarisierenden Filters 12 würde ein Teil der am Reflektor 7 reflektierten Empfangslichtstrahlen 5 zurück zum Sender 4 geführt und an dessen Rahmen ge richtet reflektiert, so dass diese Lichtstrahlen von neuem in den Überwachungsbereich gelangen und auf den Reflektor 7 treffen könnten. Die von dort auf den Empfänger 6 reflektierten Lichtstrahlen würden zu einer Verfälschung der Distanzmessung führen. Durch den Einsatz des polarisierenden Filters 12 kann dieser unerwünschte Effekt unterdrückt werden. Die durch den zirkular polarisierenden Filter 12 bedingte Schwächung der in den Überwachungsbereich geführten Sendelichtstrahlen 3 kann durch eine Erhöhung der Sendeleistung des Senders 4 kompensiert werden.How out 1 it is apparent to the sender 4 in the beam path of the transmitted light beams 3 a circularly polarizing filter 12 downstream. With this circularly polarizing filter 12 will prevent from the transmitter 4 emitted transmitted light rays 3 from the reflector 7 be reflected back to the transmitter 4 reach. Also by this measure Messwertverfälschungen be avoided in the distance measurement. This is because the transmitter 4 as well as the receiver 6 a high-reflective frame, which is the light-emitting surface of the transmitter 4 surrounds. Without use of the circular polarizing filter 12 would be part of the reflector 7 reflected received light beams 5 back to the station 4 guided and reflected on the frame ge direction, so that these rays of light again enter the surveillance area and the reflector 7 could meet. The from there to the receiver 6 reflected light rays would lead to a falsification of the distance measurement. By using the polarizing filter 12 This undesirable effect can be suppressed. The through the circular polarizing filter 12 conditional weakening of the transmitted light beams guided into the surveillance area 3 can by increasing the transmission power of the transmitter 4 be compensated.

11: DistanzsensorDistance sensor
22: Gehäusecasing
33: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
44: Sendertransmitter
55: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
66: Empfängerreceiver
6a6a: Flächearea
6b6b: Rahmenframe
77: Reflektorreflector
88th: Sende- und EmpfangsoptikSend- and receiving optics
8a8a: Linsensegmentlens segment
8b8b: Linsensegmentlens segment
99: Optische Achseoptical axis
1010: Austrittsfensterexit window
1111: Lichtfallelight trap
1212: Filterfilter
NN: Normalenvektornormal vector

Claims

Distance sensor ( 1 ) for detecting objects in a region to be monitored, with one along an optical axis ( 9 ) Transmitted light beams ( 3 ) emitting transmitter ( 4 ), a received light beam ( 5 ) receiving recipients ( 6 ) and an evaluation unit for the evaluation of the output of the receiver ( 6 ) Pending received signals, characterized in that the receiver ( 6 ) a photosensitive surface ( 6a ), which of a frame ( 6b ) and its normal vector (N) by a predetermined tilt angle to the optical axis ( 9 ) is so inclined that on the frame ( 6b ) incident receiving light beams are reflected away laterally and no longer reach the area to be monitored.

Distance sensor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the tilt angle is in the range between 10 ° and 30 °.

Distance sensor ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the tilt angle is at least approximately 20 °.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the center of the receiver ( 6 ) in the optical axis ( 9 ) of the transmitter ( 4 ) lies.

Distance sensor ( 1 ) according to claim 4, characterized in that the receiver ( 6 ) in the beam direction of the transmitted light beams ( 3 ) behind the transmitter ( 4 ) is arranged.

Distance sensor ( 1 ) according to any one of claims 1 to 5, characterized in that reflected back from an object transmitted light beams ( 3 ), on which the photosensitive surface ( 6a ) Recipient ( 6 ) surrounding frame ( 6b ), in the direction of the normal vector (N) to a light trap ( 11 ) are guided.

Distance sensor ( 1 ) according to claim 6, characterized in that the light trap ( 11 ) in one the recipient ( 6 ) receiving tube is integrated.

Distance sensor ( 1 ) according to claim 7, characterized in that with this the distance to a reflector ( 7 ) is determinable.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the receiver ( 6 ) has a single receiving element.

Distance sensor ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the receiver ( 6 ) is formed by an avalanche photodiode.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the receiver ( 6 ) has a plurality of receiving elements.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 11, characterized in that the transmitter ( 4 ) is formed by a laser diode.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 12, characterized in that the transmitter ( 4 ) a circularly polarizing filter ( 12 ) is arranged upstream.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 13, characterized in that the transmitter ( 4 ) and receiver ( 6 ) a transmitting and receiving optics ( 8th ) assigned.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that with this distance measurements on the phase measurement principle are feasible.

Distance sensor ( 1 ) according to one of claims 1 to 14, characterized in that with this distance measurements on the pulse transit time principle are feasible.