DE102008030518B4

DE102008030518B4 - Optoelectronic sensor

Info

Publication number: DE102008030518B4
Application number: DE200810030518
Authority: DE
Inventors: Kai Waslowski; Gerhard Merettig; Patrick Auer
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2008-06-27
Filing date: 2008-06-27
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2028-06-28
Also published as: DE102008030518A1

Abstract

Optoelektronischer Sensor (30) mit wenigstens einem Lichtsender (60) zur Aussendung von Lichtsignalen in einen Überwachungsbereich, wenigstens einem Lichtempfänger (32) zum Empfang von vom Lichtsender ausgesandten Signalen und einer Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung (34) zur Ansteuerung des Lichtsenders und zur Erzeugung eines Objektfeststellungssignals (36) im Falle des Vorhandenseins eines Objektes im Überwachungsbereich in Abhängigkeit vom Ausgangssignal (38) des Lichtempfängers (32), wobei die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung (34) zur Verstärkung des Ausgangssignals des Lichtempfängers (32) einen Verstärker (40) und zum Vergleich des verstärkten Ausgangssignals (42) des Lichtempfängers (32) mit einem über ein verstellbares Bedienelement (44) variabel einstellbaren Referenzsignal (46) einen Komparator (48) umfasst, über dessen Ausgangssignal das Objektfeststellungssignal (36) erzeugt wird, und wobei sich eine Ausgangsgröße, die dem maximalen Abstand zwischen dem Lichtempfänger (32) und dem Objekt entspricht, bei dem noch ein Objektfeststellungssignal erzeugt wird, mit der Einstellung des verstellbaren Bedienelements (44) entsprechend einer Einstellkennlinie ändert, die den Verlauf der Ausgangsgröße, d. h. des...Optoelectronic sensor (30) having at least one light transmitter (60) for emitting light signals in a surveillance area, at least one light receiver (32) for receiving signals emitted by the light emitter and a control and / or evaluation device (34) for controlling the light emitter and Generating an object detection signal (36) in the case of the presence of an object in the surveillance area in response to the output signal (38) of the light receiver (32), the control and / or evaluation device (34) amplifying the output signal of the light receiver (32) an amplifier ( 40) and for comparing the amplified output signal (42) of the light receiver (32) with a variable adjustable reference element (46) reference signal (46) comprises a comparator (48), the output of which the object detection signal (36) is generated, and wherein an output corresponding to the maximum distance between the Light receiver (32) and the object at which an object detection signal is still generated, with the setting of the adjustable control element (44) changes according to a Einstellkennlinie that the course of the output variable, d. H. of...

Description

Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor mit wenigstens einem Lichtsender zur Aussendung von Lichtsignalen in einen Überwachungsbereich, wenigstens einem Lichtempfänger zum Empfang von vom Lichtsender ausgesandten Signalen und einer Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung zur Ansteuerung des Lichtsenders und zur Erzeugung eines Objektfeststellungssignals im Falle des Vorhandenseins eines Objektes im Überwachungsbereich in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Lichtempfängers, wobei die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung zur Verstärkung des Ausgangssignals des Lichtempfängers einen Verstärker und zum Vergleich des verstärkten Ausgangssignals des Lichtempfängers mit einem über ein verstellbares Bedienelement variabel einstellbaren Referenzsignal einen Komparator umfasst, über dessen Ausgangssignal das Objektfeststellungssignal erzeugt wird, und wobei sich eine Ausgangsgröße, die dem maximalen Abstand zwischen dem Lichtempfänger und dem Objekt entspricht, bei dem noch ein Objektfeststellungssignal erzeugt wird, mit der Einstellung des verstellbaren Bedienelements entsprechend einer Einstellkennlinie ändert, die den Verlauf der Ausgangsgröße, d. h. des maximalen Abstandes in Abhängigkeit von der Einstellung des verstellbaren Bedienelementes wiedergibt.The The invention relates to an optoelectronic sensor with at least a light emitter for emitting light signals in a surveillance area, at least one light receiver for Reception of signals emitted by the light emitter and a control and / or evaluation device for controlling the light emitter and for generating an object detection signal in case of presence an object in the surveillance area dependent on from the output signal of the light receiver, wherein the control and / or evaluation device for amplifying the Output signal of the light receiver an amplifier and to compare the amplified Output signal of the light receiver with one over an adjustable control variable adjustable reference signal a Comparator includes, over whose output signal the object detection signal is generated, and wherein an output, the corresponds to the maximum distance between the light receiver and the object, in which an object detection signal is still generated with the Adjustment of the adjustable control element according to a Setting characteristic changes, the course of the output, d. H. the maximum distance depending on reflects the setting of the adjustable control element.

Bei einem solchen optoelektronischen Sensor kann es sich beispielsweise um eine Sender-Empfänger-Lichtschranke, eine Reflexions-Lichtschranke, einen Energetischen Lichttaster, einen Triangulations-Lichttaster oder dergleichen handeln.at Such an optoelectronic sensor may be, for example to a transmitter-receiver photoelectric sensor, a retro-reflective sensor, an energetic light sensor, a triangulation light scanner or the like act.

Die Vorgabe des Schaltpunkts eines derartigen optoelektronischen Sensors erfolgt üblicherweise über einen Einlernvorgang (Teach-In), über eine Datenschnittstelle (IO-Link) oder über ein z. B. rotatorisches Bedienelement wie insbesondere ein Potentiometer. Im letzteren Fall muss die die Abhängigkeit einer bestimmten Ausgangsgröße von der Stellgröße wiedergebende Einstellkennlinie bestimmten Qualitätskriterien und insbesondere einem linearen Zusammenhang zwischen Ausgangs- und Stellgröße genügen. Zu diesen Qualitätskriterien zählen insbesondere:

– Die Steigung der Einstellkennlinie, d. h. die Änderung der Ausgangsgröße je Änderung der Stellgröße sollte stetig und über den ganzen Stellbereich näherungsweise konstant bleiben.
– Es sollte kein Bereich im Stellbereich existieren, in dem eine jeweilige Änderung der Stellgröße keine Änderung der Ausgangsgröße mit sich bringt.
– Anwendungen, bei denen nur ein Teilbereich hoch aufgelöst werden soll.

The specification of the switching point of such an optoelectronic sensor is usually carried out via a teach-in process (teach-in), via a data interface (IO-Link) or via a z. B. rotary control element such as in particular a potentiometer. In the latter case, the adjustment characteristic representing the dependence of a specific output variable on the manipulated variable must satisfy certain quality criteria and, in particular, a linear relationship between the output variable and manipulated variable. These quality criteria include in particular:

- The slope of the adjustment characteristic, ie the change in the output variable per change in the manipulated variable should remain constant and approximately constant over the entire control range.
- There should be no area in the setting range in which a respective change in the manipulated variable does not bring about a change in the output variable.
- Applications where only a subarea should be resolved high.

1 zeigt drei unterschiedliche beispielhafte Kennlinien, die jeweils die Tastweite D in mm als Ausgangsgröße, d. h. den Abstand zwischen Sensor und Objekt, bei der der Sensor sein Objektfeststellungssignal aktiviert, in Abhängigkeit vom die Eingangsgröße bildenden Einstellwinkel Φ beispielsweise eines Schleifkontakts eines Potentiometers wiedergeben. 1 shows three different exemplary characteristics, each of the scanning distance D in mm as the output, ie the distance between the sensor and object, at which the sensor activates its object detection signal, depending on the input forming the setting angle Φ, for example, a sliding contact of a potentiometer.

Dabei zeigt 1a) eine ”gute” Einstellkennlinie, da die Einstellauflösung dD/dΦ über den gesamten Einstellbereich näherungsweise konstant ist.It shows 1a ) is a "good" adjustment characteristic, since the setting resolution dD / dΦ is approximately constant over the entire adjustment range.

Dagegen zeigt 1b) eine ”schlechte” Einstellkennlinie, da bei großen Tastweiten die Einstellauflösung dD/dΦ wesentlich größer ist als bei kleinen Tastweiten.On the other hand shows 1b ) is a "poor" setting characteristic, since the setting resolution dD / dΦ is considerably greater for large detection ranges than for small detection ranges.

Auch bei der in der 1c) wiedergegebenen Einstellkennlinie handelt es sich um eine ”schlechte” Einstellkennlinie, da in diesem Fall der mögliche Einstellbereich des Potentiometers nur zu etwa 50% genutzt wird.Also in the in the 1c ) is a "bad" setting characteristic, since in this case the possible setting range of the potentiometer is only used to about 50%.

Der Zusammenhang zwischen der physikalischen Messgröße wie insbesondere der Lichtmenge oder der Lichtfleckposition auf dem Sensorelement und der gewünschten Ausgangsgröße wie beispielsweise der Tastweite ist abhängig vom gewählten Sensor-Typ, dem damit einhergehenden physikalischen Messprinzip und der zugrunde liegenden Messaufgabe.Of the Relationship between the physical measurand, in particular the amount of light or the light spot position on the sensor element and the desired Output variable such as the scanning distance is dependent of the selected sensor type, the associated physical measuring principle and the underlying lying measuring task.

Bei einem so genannten Energetischen Lichttaster ist der Fotodiodenstrom I_PD näherungsweise proportional zu 1/D², wobei D wieder dem Abstand zwischen Objekt oder Tastgut und Sensor entspricht. Um einen möglichst großen Arbeitsbereich des Sensors zu erhalten, ist es erforderlich, sowohl sehr kleine Fotodiodenströme für einen großen Abstand D als auch sehr große Fotodiodenströme für einen kleinen Abstand D detektieren zu können. In der Praxis sind eine Dynamik > 1:1000 und für die relative Einstellauflösung ein Wert < 10% gefordert.In a so-called energetic light scanner, the photodiode current I _{PD is} approximately proportional to 1 / D ² , where D again corresponds to the distance between object or target and sensor. In order to obtain the largest possible working range of the sensor, it is necessary to be able to detect both very small photodiode currents for a large distance D and very large photodiode currents for a small distance D. In practice, a dynamic range of> 1: 1000 and a value of <10% are required for the relative setting resolution.

Bei einer Reflexions-Lichtschranke zur Detektion transparenter Materialien ist der Fotodiodenstrom proportional zur optischen Transmission des Materials und zur relativen Abdeckung des Reflektors, wenn der Reflektor vom Sender überstrahlt wird und das Objekt oder Tastgut den Reflektor nicht komplett abdeckt.at a reflection light barrier for the detection of transparent materials the photodiode current is proportional to the optical transmission of the material and relative coverage of the reflector when the Reflector overshadowed by the transmitter is and the object or Tastgut the reflector is not completely covered.

Daraus ergibt sich, dass für die genannten Sensor-Typen und gegebenenfalls sogar speziell für bestimmte Anwendungen unterschiedliche Ein stellkennlinien realisiert werden müssen. Bisher war eine relativ hohe Anzahl unterschiedlicher Elektronik-Varianten erforderlich, um die genannten unterschiedlichen Sensor-Typen fertigen zu können, was mit entsprechend hohen Kosten verbunden ist.from that it turns out that for the mentioned sensor types and possibly even specifically for certain Applications different Einstellkennlinien be realized have to. So far, there has been a relatively large number of different electronic variants required to manufacture the mentioned different sensor types to be able to which is associated with correspondingly high costs.

Eine weitere Anforderung an einen optoelektronischen Sensor ist ein möglichst genauer Abgleich der Leistungsdaten des Sensors. Auf der einen Seite müssen die dem Kunden zugesicherten Leistungsdaten wie insbesondere die maximale Reichweite oder Schaltfrequenz durch den Sensor erfüllt werden. Auf der anderen Seite sollte die Streuung dieser Daten möglichst klein sein, damit sich baugleiche Sensoren in einer jeweiligen Anwendung identisch verhalten und stets eine gleiche Qualität der Sensoren gewährleistet ist. Dazu erfolgt in der Praxis ein Abgleich bestimmter Parameter wie beispielsweise des Sendestroms oder der Verstärkung in der Fertigung.A Another requirement for an optoelectronic sensor is one possible precise adjustment of the performance data of the sensor. On the one hand, the the customer assured performance data such as the maximum Range or switching frequency can be met by the sensor. On the other hand, the scatter of this data should be as possible be small, so that identical sensors in a particular application behave identically and always the same quality of the sensors guaranteed is. This is done in practice, a comparison of certain parameters such as the transmission current or the gain in the production.

2 zeigt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung einen herkömmlichen einkanaligen optoelektronischen Sensor 10. 2 shows a schematic, highly simplified representation of a conventional single-channel optoelectronic sensor 10 ,

Dabei erzeugt ein Pulsgenerator 12 Pulse, die über eine Sendestufe 14 einen eine Leuchtdiode (LED) umfassenden Lichtsender 16 periodisch mit einer bestimmten Pulsdauer von beispielsweise 10 μs und einer bestimmten Pulsperiode von z. B. 100 μs ein- und ausschaltet.This generates a pulse generator 12 Pulse over a transmission step 14 a light emitter comprising a light emitting diode (LED) 16 periodically with a specific pulse duration of, for example, 10 μs and a specific pulse period of z. B. 100 μs on and off.

Die Sende- und Empfangsoptik ist hier der Einfachheit halber weggelassen.The Transmitting and receiving optics is omitted here for the sake of simplicity.

Ein Lichtempfänger 18 umfasst eine Fotodiode, deren Diodenstrom mittels eines Operationsverstärkers 20 verstärkt wird, dessen Verstärkung oder Verstärkungsfaktor über ein Potentiometer 22 variabel einstellbar ist. Im vorliegenden Fall ist das Potentiometer 22 beispielsweise zwischen dem Ausgang und dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 20 vorgesehen, der zudem mit der Anode der dem Lichtempfänger 18 zugeordneten Fotodiode verbunden ist. Der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers 20 liegt auf Masse. Es liegt somit ein Strom-Spannungs-Wandler vor.A light receiver 18 comprises a photodiode whose diode current by means of an operational amplifier 20 is amplified, its gain or gain over a potentiometer 22 is variably adjustable. In the present case is the potentiometer 22 for example, between the output and the inverting input of the operational amplifier 20 provided, in addition to the anode of the light receiver 18 associated photodiode is connected. The non-inverting input of the operational amplifier 20 lies on earth. There is thus a current-voltage converter.

Mittels eines Hochpasses 24 wird der Sendepuls vom Umgebungssignal getrennt. Im Anschluss an den Hochpass 24 ist ein Komparator 26 vorgesehen, der am Ende des Sendepulses den Wechselspannungs- oder AC-Anteil des verstärkten und hochpassgefilterten Fotodiodensignals mit einer von einem Potentiometer 28 erzeugten Referenzspannung vergleicht. Das Vergleichsergebnis wird in einem Flip-Flop 29 gespeichert und steht gegebenenfalls als Objektfeststellungssignal zur Verfügung.By means of a high pass 24 the transmit pulse is separated from the ambient signal. Following the high pass 24 is a comparator 26 provided at the end of the transmission pulse, the AC or AC component of the amplified and high-pass filtered photodiode signal with one of a potentiometer 28 compares generated reference voltage. The comparison result is in a flip-flop 29 stored and is optionally available as an object detection signal.

Üblicherweise wird entweder das Potentiometer 22 oder das Potentiometer 28 durch einen Festwiderstand ersetzt, während über das jeweils verbleibende Potentiometer 28 bzw. 22 eine bestimmte Einstellkennlinie erzeugt werden kann.Usually either the potentiometer 22 or the potentiometer 28 replaced by a fixed resistor while using the remaining potentiometer 28 respectively. 22 a specific adjustment characteristic can be generated.

Dabei ist die Einstellkennlinie des Potentiometers 22 proportional zum Kehrwert des Dreh- oder Einstellwinkels Φ des diesem Potentiometer 22 zugeordneten Schleifkontakts, wobei davon ausgegangen wird, dass der betreffende Widerstandswert mit zunehmendem Einstellwinkel Φ kleiner wird. Eine solche Verschaltung wird üblicherweise bei Energetischen Lichttastern eingesetzt. Eine Kennlinie, die den annähernd linearen Zusammenhang wie bei der Kennlinie gemäß 1a) verwirklicht, ist mit dieser Schaltung nicht realisierbar.Here is the adjustment characteristic of the potentiometer 22 proportional to the reciprocal of the rotation or setting angle Φ of this potentiometer 22 associated sliding contact, wherein it is assumed that the relevant resistance decreases with increasing setting angle Φ. Such an interconnection is usually used in energetic light sensors. A characteristic which is the approximately linear relationship as in the characteristic according to 1a ) realized, is not feasible with this circuit.

Die Einstellkennlinie des Potentiometers 28 ist proportional zum Dreh- oder Einstellwinkel Φ des diesem Potentiometer 28 zugeordneten Schleifkontakts, wobei wieder davon ausgegangen wird, dass mit zunehmendem Einstellwinkel Φ der betreffende Widerstandswert kleiner wird. Eine solche Verschaltung wird üblicherweise bei Sender-Empfänger-Lichtschranken und Reflexions-Lichtschranken eingesetzt.The adjustment characteristic of the potentiometer 28 is proportional to the rotation or setting angle Φ of this potentiometer 28 associated sliding contact, again assuming that with increasing setting angle Φ of the relevant resistance value is smaller. Such an interconnection is usually used in transmitter / receiver photoelectric sensors and retro-reflective sensors.

Die Realisierung der analogen Hysterese ist in dieser 2 der Einfachheit halber nicht dargestellt.The realization of the analog hysteresis is in this 2 for the sake of simplicity not shown.

Abhängig vom digitalen Ausgangssignal Q muss die Referenzschwelle am negativen Eingang des Komparators 26 um einen bestimmten Betrag erhöht oder reduziert werden, um sicherzustellen, dass der Rauschanteil des rauschbehafteten Eingangssignals am positiven Eingang des Komparators 26 kein unerwünschtes zufälliges Umschalten des Ausgangssignals Q bewirkt.Depending on the digital output signal Q, the reference threshold must be at the negative input of the comparator 26 increased or reduced by a certain amount to ensure that the noise component of the noisy input signal at the positive input of the comparator 26 no unwanted random switching of the output signal Q causes.

Durch Einfügen weiterer Trenn-Potentiometer beispielsweise in Serie mit dem Potentiometer 22 oder dem Potentiometer 28 und Festwiderständen können die Endpunkte der Kennlinie teilweise abgeglichen bzw. angepasst werden. Ein solches Verfahren wird beispielsweise angewandt, um die maximal einstellbare Verstärkung der Schaltung zu begrenzen. Um einen elektronischen Abgleich zu ermöglichen, kommen teilweise elektronische Potentiometer (EPOT) zum Einsatz.By inserting further isolating potentiometers eg in series with the potentiometer 22 or the potentiometer 28 and fixed resistors, the end points of the characteristic can be partially adjusted or adjusted. Such a method is used, for example, to limit the maximum adjustable gain of the circuit. In order to enable an electronic adjustment, partially electronic potentiometers (EPOT) are used.

Optoelektronische Sensoren der eingangs genannten Art sind beispielsweise aus den folgenden Veröffentlichungen bekannt: ”Optoelektronische Sensoren”, Günter Fetzer und Heinrich Hippenmeyer, 1988, Verlag Modernde Industrie, ISBN 3-478-93023-5; EP 1 465 335 B1 , Seiten 31–50.Optoelectronic sensors of the type mentioned are known for example from the following publications: "Optoelectronic sensors", Günter Fetzer and Heinrich Hippenmeyer, 1988, Verlag Modernde Industrie, ISBN 3-478-93023-5; EP 1 465 335 B1 , Pages 31-50.

Eine weitere Möglichkeit zur Modifikation der Einstellkennlinie ist der Einsatz von analogen Funktionsnetzwerken, wie sie beispielsweise aus ”Halbleiterschaltungstechnik”, U. Tietze und Ch. Schenk, 12. Auflage, Springer, ISBN 3-540-24849-6, Seiten 765 bis 780, bekannt sind. Hier wird die gewünschte Funktion (Logarithmus, Exponentialfunktion, Wurzel) durch eine elektronische Schaltung dargestellt, indem z. B. die Strom/Spannungskennlinie eines Transistors oder einer Diode geeignet ausgenutzt wird. Bei einem optoelektronischen Sensor der in 2 wiedergegebenen Art müsste ein derartiges Funktionsnetzwerk im Signalpfad oder im Referenzpfad vorgesehen werden.Another possibility for modifying the adjustment characteristic is the use of analog functional networks, such as, for example, "Halbleiterschaltungstechnik", U. Tietze and Ch. Schenk, 12th edition, Springer, ISBN 3-540-24849-6, pages 765 to 780, are known. Here, the desired function (logarithm, exponential function, root) is represented by an electronic circuit by z. B. the current / voltage characteristic of a Tran sistor or a diode is suitably exploited. For an optoelectronic sensor in 2 Such a functional network would have to be provided in the signal path or in the reference path.

Es sind bereits berührungslose Sensoren wie unter anderem optische Sensoren bekannt, die mit Hilfe von Regelelementen und geeignet abgelegten oder verwendeten Referenzen ihre Ansprechempfindlichkeit, Kalibrierung usw. durchführen (vgl. DE 10 2006 023 971 A1 , DE 103 41 327 A1 ), DE 10 2006 032 266 A1 , DE 10 2004 056 742 A1 , DE 101 59 336 B4 und DE 31 05 001 C2 ).There are already known non-contact sensors such as optical sensors, among other things, with the help of control elements and suitably stored or used references their sensitivity, calibration, etc. perform (see. DE 10 2006 023 971 A1 . DE 103 41 327 A1 ) DE 10 2006 032 266 A1 . DE 10 2004 056 742 A1 . DE 101 59 336 B4 and DE 31 05 001 C2 ).

Der genannte Stand der Technik weist unter anderem die folgenden Nachteile auf:

– Unterschiedliche Kennlinien benötigen unterschiedliche Schaltungselemente, d. h. unterschiedliche Bestückungsvarianten oder Leiterplattenvarianten.
– Ein Abgleich in der Fertigung über Trim-Potentiometer ist relativ zeit- und kostenaufwendig. Das mechanische Kontaktieren und Verstellen der Trim-Potentiometer über Stellmotoren ist durch mechanische Toleranzen fehleranfällig.
– Mechanische und elektronische Trim-Potentiometer benötigen im Vergleich zur reinen Auswerte-Elektronik relativ viel Fläche auf der Leiterplatte.
– Die ideale, lineare Kennlinie kann nicht erreicht werden.

The cited prior art has, among other things, the following disadvantages:

- Different characteristics require different circuit elements, ie different equipment variants or PCB variants.
- An adjustment in the production of trim potentiometers is relatively time consuming and costly. The mechanical contacting and adjustment of the trim potentiometers via servomotors is susceptible to error due to mechanical tolerances.
- Mechanical and electronic trim potentiometers require relatively much space on the printed circuit board compared to pure evaluation electronics.
- The ideal, linear characteristic can not be achieved.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optoelektronischen Sensor der eingangs genannten Art zu schaffen, der die zuvor erwähnten Anforderungen erfüllt, ohne dabei die genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Dabei soll insbesondere bei minimalem Bedarf an Leiterplattenfläche und ohne mechanischen Abgleich eine sehr einfache und entsprechend kostengünstige Anpassung der jeweiligen Einstellkennlinie an unterschiedliche Sensor-Typen und unterschiedliche Sensor-Anwendungen möglich sein.Of the Invention is based on the object, an optoelectronic sensor of the type mentioned above, which meets the requirements mentioned above Fulfills, without having to accept the mentioned disadvantages. there especially with minimal need for PCB surface and without mechanical adjustment a very simple and correspondingly cost-effective adjustment the respective adjustment characteristic to different sensor types and different sensor applications may be possible.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung ist also so ausgeführt, dass die jeweilige Einstellung des verstellbaren Bedienelements erfasst und zur Linearisierung der Einstellkennlinie das Referenzsignal und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers jeweils entsprechend einem der erfassten Einstellungen zugeordneten Wert eines vorgebbaren Kennfeldes eingestellt werden. Dabei kann es sich bei dem vorgebbaren Kennfeld insbesondere um ein frei parametrisierbares Kennfeld handeln.According to the invention this Problem solved by the characterizing features of claim 1. The Control and / or evaluation is thus designed so that detects the respective setting of the adjustable operating element and for linearization of the adjustment characteristic, the reference signal and the gain factor of the amplifier each assigned according to one of the detected settings Value of a predetermined characteristic map can be set. It can in particular, the parameterizable characteristic field is a freely parameterizable one Act map.

Aufgrund dieser Ausbildung ist zur Linearisierung der betreffenden Einstellkennlinie keinerlei mechanischer Abgleich mehr erforderlich. Für die unterschiedlichen Sensor-Typen bzw. unterschiedlichen Sensor-Anwendungen sind auch keine unterschiedlichen Elektronik-Varianten mehr nötig. Stattdessen kann eine entsprechende Anzahl unterschiedlicher vorgebbarer Kennfelder, insbesondere parametrisierter Kennfelder vorgesehen sein. Im Ergebnis wird somit auch Leiterplattenfläche eingespart. Eine jeweilige Anpassung der Einstellkennlinie an unterschiedliche Sensor-Typen und unterschiedliche Sensor-Anwendungen ist auf äußerst einfache und entsprechend kostengünstige Weise möglich.by virtue of This training is for the linearization of the relevant adjustment characteristic no mechanical adjustment required anymore. For the different ones Sensor types or different sensor applications are also no different electronics variants more necessary. Instead can a corresponding number of different predefinable maps, be provided in particular parameterized maps. In the result will thus also PCB surface saved. A respective adaptation of the adjustment characteristic to different ones Sensor types and different sensor applications is extremely simple and easy correspondingly inexpensive Way possible.

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers ist bevorzugt in diskreten Stufen einstellbar. Dabei können die diskreten Stufen insbesondere durch Zweierpotenzen definiert sein.Of the gain of the amplifier is preferably adjustable in discrete stages. The can discrete stages in particular be defined by powers of two.

Das Referenzsignal ist vorteilhafterweise mit einer quasi-kontinuierlichen Auflösung einstellbar. Dazu kann beispielsweise eine entsprechend hohe Auflösung bei der Digitalisierung des entsprechend der Einstellung am verstellbaren Bedienelement erzeugten Analogsignals und bei der anschließenden Rückwandlung des über das jeweilige Kennfeld bestimmten Wertes vorgesehen sein. Es ist somit eine hoch aufgelöste Referenzwert- oder Schwellwerteinstellung möglich.The Reference signal is advantageously with a quasi-continuous resolution adjustable. This can, for example, a correspondingly high resolution at digitizing the according to the setting at the adjustable Operating element generated analog signal and in the subsequent reconversion of the over the respective map of certain value be provided. It is thus a high resolution Reference value or Threshold setting possible.

Wie bereits erwähnt, sind bevorzugt über unterschiedliche Kennfelder auch unterschiedliche Einstellkennlinien vorgebbar.As already mentioned, are preferred over different maps also different setting characteristics predetermined.

Gemäß einer praktischen zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors umfasst das verstellbare Bedienelement ein Potentiometer.According to one practical expedient embodiment of the optoelectronic according to the invention Sensor includes the adjustable control a potentiometer.

Dabei kann das verstellbare Bedienelement vorteilhafterweise ein Drehpotentiometer umfassen, dessen zu erfassende Einstellung insbesondere durch den jeweiligen Drehwinkel beispielsweise eines zugeordneten Schleifkontakts bestimmt ist.there the adjustable control advantageously a rotary potentiometer whose attitude to be detected is determined in particular by the respective rotational angle, for example, an associated sliding contact is determined.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des optoelektronischen Sensors ist die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung zumindest teilweise in Form einer Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltung (ASIC) vorgesehen. Dabei kann die Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung (ASIC) beispielsweise einen integrierten OTP-ROM-Speicher umfassen, d. h. einen Einmal Programmierbaren Speicher. Bei der Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltung (ASIC) kann es sich vorzugsweise um eine so genannte ”Mixed-Signal”-ASIC handeln, d. h. eine Kombination aus analogen und digitalen Komponenten.According to one preferred embodiment of Optoelectronic sensor is the control and / or evaluation at least partially in the form of an application specific integrated circuit (ASIC). The application-specific integrated Circuit (ASIC), for example, an integrated OTP ROM memory full. H. a programmable memory. In the Application Specific Integrated Circuit (ASIC) may be preferably to act as a so-called "mixed signal" ASIC, d. H. a combination of analog and digital components.

Der Verstärker ist bevorzugt als Strom-Spannungs-Wandler ausgeführt. Umfasst der Lichtempfänger eine Fotodiode, so kann also deren Fotodiodenstrom durch den Verstärker in eine Spannung umgewandelt werden.The amplifier is preferably designed as a current-voltage converter. Includes the Lichtemp catch a photodiode, so their photodiode current can be converted by the amplifier into a voltage.

Der Komparator ist vorzugsweise als analoger Komparator vorgesehen, wobei das diesem zugeführte Referenzsignal über einem Digital-Analog-Wandler erzeugt wird.Of the Comparator is preferably provided as an analog comparator, where this supplied Reference signal over a digital-to-analog converter is produced.

Zweckmäßigerweise wird an dem verstellbaren Bedienelement ein von dessen Einstellung abhängiges analoges elektrisches Signal erzeugt, wobei die jeweilige Einstellung über einen Analog-Digital-Wandler, vorzugsweise einem Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler erfasst wird. Dabei bringt die Erfassung über einen Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler unter anderem die Vorteile mit sich, dass ein solcher Wandler relativ kostengünstig ist, einen geringen Stromverbrauch aufweist, extrem linear ist und eine inhärente Filterwirkung besitzt.Conveniently, is on the adjustable control one of its setting dependent generates analog electrical signal, the respective setting via a Analog-to-digital converter, preferably a delta-sigma analog-to-digital converter is detected. It brings the detection via a delta-sigma analog-to-digital converter Among other things, the advantages of having such a transducer relative economical is, has a low power consumption, is extremely linear and an inherent one Filter effect possesses.

Das Kennfeld ist vorteilhafterweise zumindest teilweise dynamisch über eine digitale IC-Schnittstelle, vorzugsweise eine SPI-Schnittstelle (SPI = Serial Peripheral Interface), eine I²C-Schnittstelle (I²C = Inter-Integrated Circuit) oder ein Schieberegister vorgebbar. Das Kennfeld kann jedoch zumindest teilweise auch statisch insbesondere über eine OTP-ROM-parametrisierbare interne digitale Schaltung vorgebbar sein.The map is advantageously at least partially dynamically via a digital IC interface, preferably an SPI interface (SPI = Serial Peripheral Interface), an I ² C interface (I ² C = Inter-Integrated Circuit) or a shift register predetermined. However, the map can be at least partially statically specified in particular via an OTP-ROM-parametrisierbare internal digital circuit.

Zweckmäßigerweise umfasst die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung Filtermittel zur Filterung des vorzugsweise verstärkten Ausgangssignals des Lichtempfängers.Conveniently, the control and / or evaluation device comprises filter means for Filtering of the preferably reinforced Output signal of the light receiver.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors zeichnet sich dadurch aus, dass sowohl das verstärkte und vorzugsweise gefilterte Ausgangssignal des Lichtempfängers als auch das für die jeweilige Einstellung des verstellbaren Bedienelements repräsentative analoge elektrische Signal jeweils über einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert wird und durch eine entsprechende Programmierung der Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung die gesamte Einstellkennlinie abgebildet bzw. das betreffende Kennfeld vorgegeben ist.A further advantageous embodiment of the Optoelectronic according to the invention Sensors is characterized by the fact that both the reinforced and preferably filtered output signal of the light receiver as also for the respective setting of the adjustable control representative analog electrical signal each digitized via an analog-to-digital converter and by appropriate programming of the control and / or Evaluation device shows the entire adjustment characteristic the relevant map is given.

Es kann also beispielsweise die gesamte Signalverarbeitung in einer ASIC, insbesondere Mixed-Signal-ASIC mit integriertem OTP-ROM-Speicher erfolgen. Die Strom-Spannungs-Konversion kann dann insbesondere mit in diskreten Stufen einstellbarer Verstärkung erfolgen. Bei den Verstärkungsfaktoren kann es sich beispielsweise um Zweierpotenzen handeln. Das Referenzsignal am Komparator kann über einen Digital-Analog-Wandler erzeugt werden. Die Potentiometerstellung kann über einen internen Analog-Digital-Wandler, insbesondere einen Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler ermittelt werden, wobei ein Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler unter anderem die Vorteile mit sich bringt, dass er kostengünstig ist, einen geringen Stromverbrauch aufweist, extrem linear ist und eine inhärente Filterwirkung besitzt. Vorteilhafterweise wird die Funktion des Verstärkers oder des insbesondere kontinuierlich verstellbaren Bedienelements bzw. Potentiometers 22 des in der 2 wiedergegebenen optoelektronischen Sensors abgebildet auf Verstärkereinstellungen in wenigen diskreten Stufen und eine Schwellwert- oder Referenzwerteinstellung mit einer hohen und damit quasi-kontinuierlichen Auflösung. Mit einer entsprechenden Schaltungstopologie kann dann auch der Konflikt zwischen den beiden Potentiometern 22, 28 des in der 2 wiedergegebenen optoelektronischen Sensors gelöst werden.Thus, for example, the entire signal processing can take place in an ASIC, in particular mixed-signal ASIC with integrated OTP ROM memory. The current-voltage conversion can then be carried out in particular with adjustable in discrete stages gain. The amplification factors may, for example, be powers of two. The reference signal at the comparator can be generated via a digital-to-analog converter. The potentiometer position can be determined via an internal analog-to-digital converter, in particular a delta-sigma analog-digital converter, wherein a delta-sigma analog-to-digital converter has the advantages, among other things, that it is cost-effective, has a low power consumption, is extremely linear and has an inherent filtering effect. Advantageously, the function of the amplifier or the particular continuously adjustable control element or potentiometer 22 in the 2 reproduced optoelectronic sensor imaged on amplifier settings in a few discrete stages and a threshold or reference value setting with a high and thus quasi-continuous resolution. With a corresponding circuit topology can then be the conflict between the two potentiometers 22 . 28 in the 2 reproduced optoelectronic sensor are solved.

Das die jeweilige Einstellung des verstellbaren Bedienelements repräsentierende, über einen Analog-Digital-Wandler digitalisierte Signal kann beispielsweise über eine wahlweise durch eine digitale IC-Schnittstelle wie beispielsweise eine SPI-Schnittstelle, eine I²C-Schnittstelle oder ein Schieberegister dynamisch oder durch ein OTP-ROM statisch parametrisierbare interne digitale Schaltung in einen über einen Digital-Analog-Wandler erzeugten analogen Referenzwert für den Komparator und eine Verstärkungseinstellung umgerechnet werden.The signal representing the respective setting of the adjustable control element, which is digitized via an analogue-to-digital converter, can be generated dynamically or by an OTP via, for example, a digital IC interface such as an SPI interface, an I ² C interface or a shift register -ROM static parametrisierbare internal digital circuit into a generated via a digital-to-analog converter analog reference value for the comparator and a gain setting are converted.

Es kann beispielsweise über eine wahlweise abschaltbare Funktionstabelle die Funktion f(x) = 1/x² nachgebildet werden, die beispielsweise dem Umstand Rechnung trägt, dass bei einem Energetischen Lichttaster der Fotodiodenstrom I_PD näherungsweise proportional zu 1/D² (D = Abstand Sensor/Objekt) ist. Es können beispielsweise über eine ALU-Einheit (ALU = Arithmetic Logic Unit) verschiedene Referenzschwellen beispielsweise zur Darstellung der analogen Hysterese zur Rauschunterdrückung und zur Darstellung unterschiedlicher Schwellwerte zur Ermittlung einer Vorausfallmeldung berechnet werden. Die ALU-Einheit kann insbesondere mehrere seriell angeordnete einfache Schaltungsblöcke wie Multiplexer, Shifter, Limiter, Addierer, Subtrahierer usw. umfassen. Durch eine integrierte Rückkopplung können Daten mehrfach addiert, subtrahiert und geshiftet werden, so dass auch komplexere Rechenoperationen möglich sind. Die parametrisierbare Ablaufsteuerung kann ein fest verdrahtetes Programm aus einem Microcode enthalten, das jedoch durch die flexible Parametrisierung Varianten berücksichtigt.By way of example, the function f (x) = 1 / x ^{2 can be} simulated via an optionally switchable function table, which takes into account, for example, the fact that the photodiode current I _{PD is} approximately proportional to 1 / D ² (D = sensor distance) for an energetic light scanner / Object) is. For example, an ALU unit (ALU = Arithmetic Logic Unit) can be used to calculate different reference thresholds, for example for displaying the analog hysteresis for noise suppression and for displaying different threshold values for determining a pre-failure message. In particular, the ALU unit may comprise a plurality of serially arranged simple circuit blocks such as multiplexers, shifters, limiters, adders, subtracters, etc. Through an integrated feedback, data can be added, subtracted and shifted several times, so that even more complex arithmetic operations are possible. The programmable sequential control can contain a hardwired program from a microcode, which however takes into account variants due to the flexible parameterization.

Es ist beispielsweise auch denkbar, sowohl das verstärkte und vorzugsweise gefilterte Messsignal als auch die Einstellgröße über einen Analog-Digital-Wandler zu digitalisieren und die komplette Einstellkennlinie in Software abzubilden. Wäre die Verstärkung des einen Strom-Spannungs- Wandler bildenden Verstärkers 20 des in 2 wiedergegebenen Operationsverstärkers konstant, so müsste der Analog-Digital-Wandler zur Erzeugung des für die Einstellung des verstellbaren Bedienelements repräsentativen Signals zur Einhaltung der geforderten Einstelldynamik und -auflösung des Systems eine Auflösung von ≥ 14 Bit aufweisen. Die Verwendung eines Strom/Spannungs-Wandlers mit verstellbarer Verstärkung bietet hier einen Ausweg.It is also conceivable, for example, to digitize both the amplified and preferably filtered measurement signal and the setting variable via an analog-to-digital converter and to map the complete adjustment characteristic in software. If the gain of the current-voltage converter forming amplifier 20 of in 2 wiedergegebe NEN operational amplifier constant, so the analog-to-digital converter for generating the representative of the adjustment of the adjustable control signal to maintain the required setting dynamics and resolution of the system should have a resolution of ≥ 14 bits. The use of a variable gain current / voltage converter provides a way out.

Die zuletzt genannte Variante eignet sich für eine Implementierung in einem System mit wenigstens einem Mikrocontroller (μC). Für eine Implementierung in einem kostenoptimalen ASIC ist diese Variante dagegen weniger geeignet, da sowohl ein schneller, hoch auflösender Analog-Digital-Wandler als auch ein integrierter Mikrocontroller mit einem Daten-RAM und einem Programm-ROM deutlich mehr Fläche benötigen würde als die bevorzugten anderen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors.The The latter variant is suitable for an implementation in one System with at least one microcontroller (μC). For an implementation in one cost-optimized ASIC, this variant is less suitable, as both a faster, higher-resolution analog-to-digital converter than also an integrated microcontroller with a data RAM and a program ROM significantly more area need would as the preferred other embodiments of the optoelectronic according to the invention Sensor.

Besonders kostengünstig ist eine solche Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors, bei der die digitale Logik und der Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandler in einer ASIC, insbesondere einer CMOS-ASIC realisiert sind.Especially economical is such an embodiment of the optoelectronic according to the invention Sensors in which the digital logic and the sigma-delta analog-to-digital converter implemented in an ASIC, in particular a CMOS ASIC.

Ein weiterer entscheidender Vorteil des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors ist dessen Flexibilität. So sind durch die betreffende Struktur alle bisher bestehenden analog realisierten Einstellkennlinien durch digitale Parametrisierung darstellbar. Der Abgleich wie beispielsweise bezüglich Schwelle und Verstärkung bei Linksanschlag/Rechtsanschlag des Potentiometers kann ebenfalls vollständig durch digitale Parametrisierung realisiert werden. Damit ist es auch möglich, über eine digitale Schnittstelle, z. B. IO-Link, die Einstellkennlinie ”online” abzugleichen bzw. zu verändern. Zudem ist es möglich, über ein weiteres Bedienelement die Auswahl der Einstellkennlinie durch den Benutzer durchführen zu lassen. Damit sind Universal-Sensoren darstellbar, deren Ausprägung wie insbesondere Sender-Empfänger-Lichtschranke, Reflexions-Lichtschranke, Energetischer Lichttaster, erst vom Kunden ausgewählt wird.One Another decisive advantage of the optoelectronic invention Sensors is its flexibility. Thus, by the structure in question all previously existing analog realized setting characteristics through digital parameterization represented. Adjustment such as threshold and gain at Left stop / right stop of the potentiometer can also completely through digital parameterization can be realized. It is also possible to do this over a digital interface, e.g. B. IO-Link, to adjust the adjustment characteristic "online" or change. In addition it is possible over one further control element the selection of the adjustment characteristic by the Perform user allow. Thus, universal sensors can be represented, their expression as in particular transceiver-light barrier, Reflection light barrier, Energetic light sensor, only from the customer selected becomes.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors ist durch den minimierten Platzbedarf gegeben. So erfordert die gesamte Funktionalität keinen weiteren Mikrocontroller (μC) oder Bauteile wie Widerstände oder Kondensatoren zur Parametrisierung, wodurch deutlich stärker miniaturisierte Leiterplatten möglich sind.One Another advantage of the optoelectronic sensor according to the invention is given by the minimized space requirement. So that requires entire functionality no further microcontroller (μC) or Components such as resistors or capacitors for parameterization, which significantly more miniaturized PCBs possible are.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung; in dieser zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the drawing; in this show:

1 drei unterschiedliche beispielhafte Kennlinien, die jeweils die Tastweite als Ausgangsgröße in Abhängigkeit vom Einstellwinkel beispielsweise eines Schleifkontakts eines Potentiometers wiedergeben, 1 three different exemplary characteristics, each representing the scanning distance as an output variable as a function of the setting angle, for example, a sliding contact of a potentiometer,

2 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines herkömmlichen einkanaligen optoelektronischen Sensors, 2 a schematic, highly simplified representation of a conventional single-channel optoelectronic sensor,

3 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors und 3 a schematic, highly simplified representation of an exemplary embodiment of the optoelectronic sensor according to the invention and

4 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung einer weiteren beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors. 4 a schematic, highly simplified representation of another exemplary embodiment of the optoelectronic sensor according to the invention.

3 zeigt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung eine beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors 30. 3 shows a schematic, highly simplified representation of an exemplary embodiment of the optoelectronic sensor according to the invention 30 ,

Der optoelektronische Sensor 30 umfasst wenigstens einen Lichtsender (nicht gezeigt) zur Aussendung von Lichtsignalen in einen Überwachungsbereich, wenigstens einen Lichtempfänger 32 zum Empfang von vom Lichtsender ausgesandten Signalen und eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 zur Ansteuerung des Lichtsenders und zur Erzeugung eines Objektfeststellungssignals 36 im Falle des Vorhandenseins eines Objektes im Überwachungsbereich in Abhängigkeit vom Ausgangssignal 38 des Lichtempfängers 32.The optoelectronic sensor 30 comprises at least one light emitter (not shown) for emitting light signals into a surveillance area, at least one light receiver 32 for receiving signals emitted by the light transmitter and a control and / or evaluation device 34 for controlling the light transmitter and for generating an object detection signal 36 in the case of the presence of an object in the surveillance area as a function of the output signal 38 of the light receiver 32 ,

Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 umfasst zur Verstärkung des Ausgangssignals 38 des Lichtempfängers 32 einen Verstärker 40 und zum Vergleich des verstärkten Ausgangssignals 42 des Lichtempfängers 32 mit einem über ein verstellbares Bedienelement 44 variabel einstellbaren Referenzsignal 46 einen Komparator 48.The control and / or evaluation device 34 includes for amplifying the output signal 38 of the light receiver 32 an amplifier 40 and for comparison of the amplified output signal 42 of the light receiver 32 with a via an adjustable control 44 variably adjustable reference signal 46 a comparator 48 ,

Dabei ändert sich eine Ausgangsgröße wie beispielsweise der maximale Abstand zwischen dem Lichtempfänger 32 und dem Objekt, bei dem noch ein Objektfeststellungssignal 36 erzeugt wird, mit der Einstellung des verstellbaren Bedienelements 44 entsprechend einer Einstellkennlinie.In this case, an output variable such as the maximum distance between the light receiver changes 32 and the object still having an object detection signal 36 is generated with the adjustment of the adjustable control 44 according to a setting characteristic.

Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 ist so ausgeführt, dass die jeweilige Einstellung des verstellbaren Bedienelements 44 erfasst und zur Linearisierung der Einstellkennlinie das Referenzsignal 46 und der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 40 jeweils entsprechend einem der erfassten Einstellung des Bedienelements 44 zugeordneten Wert eines vorgebbaren Kennfeldes eingestellt werden. Dabei kann es sich bei dem vorgebbaren Kennfeld insbesondere um ein frei parametrisierbares Kennfeld zur Linearisierung der Einstellkennlinie handeln. Dabei sind bevorzugt mehrere unterschiedliche Kennfelder zur Einstellung unterschiedlicher Einstellkennlinien vorgegebbar.The control and / or evaluation device 34 is designed so that the respective adjustment of the adjustable control element 44 detected and to linearize the adjustment characteristic, the reference signal 46 and the gain of the amplifier 40 each corresponding to one of the detected setting of the operating element 44 assigned value of a predeterminable map are set. In this case, the specifiable characteristic field can be, in particular, a freely parameterizable characteristic field act to linearize the adjustment characteristic. In this case, a plurality of different characteristic diagrams for setting different adjustment characteristics can preferably be predetermined.

Wie anhand der 3 zu erkennen ist, umfasst der Verstärker 40 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Operationsverstärker 50, dessen nicht invertierender Eingang auf Masse liegt und mit dessen invertierendem Eingang die Kathode einer dem Lichtempfänger 32 zugeordneten Fotodiode verbunden ist. Der Ausgang des Operationsverstärkers 50 ist über einen einstellbaren Widerstand 52 auf den nicht invertierenden Eingang rückgekoppelt. Es ergibt sich somit ein Strom/Spannungs-Wandler, der im vorliegenden Fall den Fotodiodenstrom I_PD der dem Lichtempfänger 32 zugeordneten Fotodiode in eine Spannung umwandelt, die proportional zum jeweiligen Wert des Widerstandes 52 ist.As based on the 3 can be seen, includes the amplifier 40 in the present embodiment, an operational amplifier 50 whose non-inverting input is grounded and whose inverting input is the cathode of the light receiver 32 associated photodiode is connected. The output of the operational amplifier 50 is via an adjustable resistor 52 fed back to the non-inverting input. This results in a current / voltage converter, which in the present case the photodiode current I _PD of the light receiver 32 associated photodiode converts to a voltage proportional to the respective value of the resistor 52 is.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 50 ist mit dem negativen Eingang des Komparators 48 verbunden, an dessen positivem Eingang das analoge Referenzsignal 46 anliegt. Über das Ausgangssignal des Komparators 48 wird gegebenenfalls das Objektfeststellungssignal 36 erzeugt.The output of the operational amplifier 50 is with the negative input of the comparator 48 connected to the positive input of the analog reference signal 46 is applied. About the output signal of the comparator 48 if necessary, the object detection signal 36 generated.

Der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 40 kann über den jeweiligen Wert des Widerstandes 52 eingestellt werden. Wie anhand der 3 zu erkennen ist, kann der Verstärkungsfaktor des Verstärkers 40 insbesondere in diskreten Stufen einstellbar sein. Dabei können die diskreten Stufen des einstellbaren Verstärkungsfaktors wie dargestellt insbesondere durch Zweierpotenzen definiert sein.The amplification factor of the amplifier 40 may exceed the value of the resistor 52 be set. As based on the 3 can be seen, the gain of the amplifier 40 be adjustable in particular in discrete stages. In this case, as shown, the discrete steps of the adjustable amplification factor can be defined in particular by powers of two.

Das Referenzsignal 46 ist insbesondere mit einer quasi-kontinuierlichen Auflösung einstellbar.The reference signal 46 is adjustable in particular with a quasi-continuous resolution.

Wie bereits erwähnt, kann die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 insbesondere so ausgeführt sein, dass über unterschiedliche Kennfelder auch unterschiedliche Einstellkennlinien vorgebbar sind.As already mentioned, the control and / or evaluation device 34 be designed in particular so that different setting characteristics and different setting characteristics can be specified.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfasst das verstellbare Bedienelement 44 ein Potentiometer. Dabei kann es sich beispielsweise um ein Drehpotentiometer handeln, dessen zu erfassende Einstellung insbesondere durch den jeweiligen Drehwinkel beispielsweise eines zugeordneten Schleifkontakts bestimmt ist.In the present embodiment, the adjustable control element comprises 44 a potentiometer. This may be, for example, a rotary potentiometer whose setting to be detected is determined in particular by the respective angle of rotation, for example, of an associated sliding contact.

Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 kann zumindest teilweise in Form einer Anwendungsspezifischen Integrierten Schaltung (ASIC), vorzugsweise einer Mixed-Signal-ASIC vorgesehen sein. Dabei kann diese Anwendungsspezifische Integrierte Schaltung (ASIC) insbesondere einen integrierten OTP-ROM-Speicher umfassen.The control and / or evaluation device 34 may be provided at least partially in the form of an application specific integrated circuit (ASIC), preferably a mixed-signal ASIC. In this case, this application-specific integrated circuit (ASIC) may in particular comprise an integrated OTP-ROM memory.

Als Komparator 48 ist im vorliegenden Fall beispielsweise ein analoger Komparator vorgesehen. Dabei wird das diesem zugeführte Referenzsignal 46 über einen Digital-Analog-Wandler 54 erzeugt.As a comparator 48 For example, an analog comparator is provided in the present case. At the same time, the reference signal supplied thereto becomes 46 via a digital-to-analog converter 54 generated.

An dem verstellbaren Bedienelement 44 wird ein von dessen Einstellung abhängiges analoges elektrisches Signal 56 erzeugt. Dazu wird an das hier durch ein Potentiometer gebildete verstellbare Bedienelement 44 eine Spannung VDD angelegt. Die jeweilige Einstellung des verstellbaren Be dienelements 44 bzw. Potentiometers wird über einen Analog-Digital-Wandler 58 erfasst. Dabei kann als solcher Analog-Digital-Wandler 58 insbesondere ein Delta-Sigma-Analog-Digital-Wandler eingesetzt werden.On the adjustable control 44 becomes an analog electrical signal dependent on its setting 56 generated. This is due to the here formed by a potentiometer adjustable control 44 a voltage VDD applied. The respective setting of the adjustable Be serving elements 44 or potentiometer is via an analog-to-digital converter 58 detected. It can be as such analog-to-digital converter 58 In particular, a delta-sigma analog-to-digital converter can be used.

Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 kann insbesondere so ausgelegt sein, dass das jeweilige Kennfeld zumindest teilweise dynamisch über eine digitale IC-Schnittstelle, vorzugsweise eine SPI-Schnittstelle, eine I²C-Schnittstelle oder ein Schieberegister und/oder zumindest teilweise statisch insbesondere über eine OTP-ROM-parametrisierbare interne digitale Schaltung vorgebbar ist. Der vom Analog-Digital-Wandler 58 gelieferte Wert kann also beispielsweise über eine wahlweise durch eine digitale IC-Schnittstelle wie z. B. eine SPI-Schnittstelle, eine I²C-Schnittstelle oder ein Schieberegister dynamisch oder ein OTP-ROM statisch parametrisierbare interne digitale Schaltung in einen vom Digital-Analog-Wandler 54 gelieferten Wert für das Referenzsignal 46 und eine Verstärkungseinstellung umgerechnet werden. Dabei können beispielsweise auch ein Links-Anschlag und ein Rechts-Anschlag des verstellbaren Bedienelements 44, unterschiedliche statische Schwellen, eine statische Hysterese, eine minimale Hysterese, eine statische Abschwächung und/oder dergleichen vorgegeben werden.The control and / or evaluation device 34 In particular, it may be designed such that the respective characteristic map is at least partially dynamic via a digital IC interface, preferably an SPI interface, an I ² C interface or a shift register and / or at least partially static, in particular via an OTP-ROM-parameterizable internal digital circuit can be specified. The from the analog-to-digital converter 58 delivered value can therefore, for example, via an optional by a digital IC interface such. B. an SPI interface, an I ² C interface or a shift register dynamic or OTP-ROM statically parametrisierbare internal digital circuit in one of the digital-to-analog converter 54 supplied value for the reference signal 46 and a gain setting are converted. In this case, for example, a left stop and a right stop of the adjustable operating element 44 , different static thresholds, a static hysteresis, a minimum hysteresis, a static attenuation and / or the like can be specified.

Über eine wahlweise abschaltbare Funktionstabelle kann beispielsweise die Funktion f(x) = 1/x² nachgebildet werden. Über eine ALU-Einheit können verschiedene Referenzschwellen beispielsweise zur Darstellung der analogen Hysterese zur Rauschunterdrückung und zur Darstellung unterschiedlicher Schwellwerte zur Ermittlung einer Vorausfallmeldung berechnet werden. Die ALU kann aus mehreren seriell angeordneten einfachen Schaltungsblöcken wie beispielsweise Multiplexer, Shifter, Limiter, Addierer/Subtrahierer und/oder dergleichen, aufgebaut sein. Durch eine integrierte Rückkopplung können Daten mehrfach addiert, subtrahiert und geshiftet werden, so dass auch komplexere Rechenoperationen möglich sind. Eine parametrisierbare Ablaufsteuerung kann ein fest verdrahtetes Programm in Form eines Microcodes umfassen, das durch die flexible Parametrisierung jedoch auch Varianten berücksichtigen kann.For example, the function f (x) = 1 / x ^{2 can be} simulated by means of an optionally switchable function table. Different reference thresholds can be calculated via an ALU unit, for example, to display the analog hysteresis for noise suppression and to display different threshold values for determining a pre-event message. The ALU may be constructed of a plurality of serially arranged simple circuit blocks such as multiplexers, shifters, limiters, adders / subtractors and / or the like. Through an integrated feedback, data can be added, subtracted and shifted several times, so that even more complex arithmetic operations are possible. A programmable sequential control can include a hard-wired program in the form of a microcode, which, however, can also take into account variants due to the flexible parameterization.

Die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 kann zudem Filtermittel zur Filterung des vorzugsweise verstärkten Ausgangssignals 42 des Lichtempfängers 32 umfassen.The control and / or evaluation device 34 can also filter means for filtering the preferably amplified output signal 42 of the light receiver 32 include.

4 zeigt in schematischer, stark vereinfachter Darstellung eine weitere beispielhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen optoelektronischen Sensors 30. 4 shows a schematic, highly simplified representation of another exemplary embodiment of the optoelectronic sensor according to the invention 30 ,

Auch dieser optoelektronische Sensor 30 umfasst wieder wenigstens einen Lichtsender 60, einen Lichtempfänger 32 und eine Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 mit einem Verstärker 40 und einem Komparator, der im vorliegenden Fall in einem Mikrocontroller 62 integriert ist. Der Verstärker 40 ist zumindest im Wesentlichen so aufgebaut wie der des in 3 wiedergegebenen optoelektronischen Sensors. Im Anschluss an den Verstärker 40 ist ein Hochpassfilter 64 vorgesehen. Ein Pulsgenerator 66 erzeugt Pulse, die über eine Sendestufe 68 eine dem Lichtsender 60 zugeordnete LED periodisch ein- und ausschaltet.Also this optoelectronic sensor 30 again comprises at least one light transmitter 60 , a light receiver 32 and a control and / or evaluation device 34 with an amplifier 40 and a comparator, in the present case in a microcontroller 62 is integrated. The amplifier 40 is at least essentially the same as that of the 3 reproduced optoelectronic sensor. Following the amplifier 40 is a high pass filter 64 intended. A pulse generator 66 generates pulses that are transmitted via a transmission stage 68 a the light transmitter 60 assigned LED periodically on and off.

Das verstellbare Bedienelement 44 umfasst auch im vorliegenden Fall beispielsweise wieder ein Potentiometer. Das Ausgangssignal des verstellbaren Bedienelements 44 sowie des Hochpasses 64 ist jeweils einem im Mikrocontroller 62 integrierten Analog-Digital-Wandler 70 zugeführt. Zudem ist auch der Ausgang des Pulsgenerators 66 mit dem Mikrocontroller 62 verbunden. Der Controller 62 liefert das entsprechende Objektfeststellungssignal 36.The adjustable control element 44 includes in the present case, for example, again a potentiometer. The output signal of the adjustable control element 44 as well as the high pass 64 is one in each microcontroller 62 integrated analog-to-digital converter 70 fed. In addition, the output of the pulse generator is also 66 with the microcontroller 62 connected. The controller 62 provides the corresponding object detection signal 36 ,

Im vorliegenden Fall wird also sowohl das verstärkte und vorzugsweise gefilterte Ausgangssignal 42 des Lichtempfängers 32 als auch das für die jeweilige Einstellung des verstellbaren Bedienelements 44 repräsentative analoge elektrische Signal 56 jeweils über einen Analog-Digital-Wandler 70 digitalisiert.In the present case, therefore, both the amplified and preferably filtered output signal 42 of the light receiver 32 as well as that for each setting of the adjustable control 44 representative analog electrical signal 56 each via an analog-to-digital converter 70 digitized.

Dabei kann die Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 im vorliegenden Fall insbesondere so ausgeführt sein, dass durch eine entsprechende Programmierung insbesondere des dieser Steuer- und/oder Auswerteeinrichtung 34 zugeordneten Mikrocontrollers 62 die gesamte Einstellkennlinie abgebildet bzw. das gesamte betreffende Kennfeld vorgegeben ist.In this case, the control and / or evaluation 34 in the present case in particular be designed so that by an appropriate programming in particular of this control and / or evaluation 34 associated microcontroller 62 the entire adjustment characteristic is displayed or the entire relevant characteristic field is specified.

Es können also sowohl das verstärkte und vorzugsweise gefilterte Messsignal als auch die Einstellgröße über einen Analog-Digital-Wandler digitalisiert und die komplette Einstellkennlinie in Software abgebildet werden. Wäre die Verstärkung des als Strom/Spannungs-Wandler vorgesehenen Verstärkers konstant, so müsste der Analog-Digital-Wandler zur Einhaltung der geforderten Einstelldynamik und -auflösung des Systems eine Auflösung ≥ 14 Bit aufweisen. Mit der Verwendung eines Verstärkers mit verstellbarer Verstärkung wird hier ein Ausweg angegeben.It can So both the reinforced and preferably filtered measurement signal as well as the set size via a Digitized analog-to-digital converter and the complete adjustment characteristic be mapped in software. Would the reinforcement of the intended as a current / voltage converter amplifier constant, so would have to the analog-to-digital converter to comply with the required adjustment dynamics and resolution of the system have a resolution ≥ 14 bits. With the use of an amplifier with adjustable reinforcement Here is a way out.

Die vorliegende Ausführungsform eignet sich für eine Implementierung in einem System mit Mikrocontroller (μC).The present embodiment is suitable for an implementation in a system with microcontroller (μC).

Im Übrigen kann diese Ausführungsform zumindest im Wesentlichen gleich ausgeführt sein wie die gemäß 3. Einander entsprechenden Teilen sind gleiche Bezugszeichen zugeordnet.Incidentally, this embodiment may be at least substantially the same as the according to 3 , Corresponding parts are assigned the same reference numerals.

1010: optoelektronischer Sensoroptoelectronic sensor
1212: Pulsgeneratorpulse generator
1414: Sendestufetransmitting stage
1616: Lichtsenderlight source
1818: Lichtempfängerlight receiver
2020: Operationsverstärkeroperational amplifiers
2222: Potentiometerpotentiometer
2424: Hochpasshighpass
2626: Komparatorcomparator
2828: Potentiometerpotentiometer
2929: Flip-FlopFlip-flop
3030: optoelektronischer Sensoroptoelectronic sensor
3232: Lichtempfängerlight receiver
3434: Steuer- und/oder AuswerteinrichtungTax- and / or evaluation device
3636: ObjektfeststellungssignalObject detection signal
3838: Ausgangssignal des Lichtempfängersoutput of the light receiver
4040: Verstärkeramplifier
4242: verstärktes Ausgangssignalamplified output signal
4444: verstellbares Bedienelement, Potentiometeradjustable Operating element, potentiometer
4646: Referenzsignalreference signal
4848: Komparatorcomparator
5050: Operationsverstärkeroperational amplifiers
5252: Widerstandresistance
5454: Digital-Analog-WandlerDigital to analog converter
5656: analoges elektrisches Signalanalog electrical signal
5858: Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
6060: Lichtsenderlight source
6262: Microcontrollermicrocontrollers
6464: HochpassfilterHigh Pass Filter
6666: Pulsgeneratorpulse generator
6868: Sendestufetransmitting stage
7070: Analog-Digtial-WandlerDigtial analog converter
DD: TastweiteOperating distance
I_PD I _PD: FotodiodenstromPhotodiode current
QQ: digitales Ausgangssignaldigital output
VDDVDD: Spannungtension
ΦΦ: EinstellwinkelSetting angle

Claims

Optoelectronic sensor ( 30 ) with at least one light transmitter ( 60 ) for emitting light signals in a surveillance area, at least one light receiver ( 32 ) for receiving signals emitted by the light emitter and ei ner control and / or evaluation device ( 34 ) for controlling the light transmitter and for generating an object detection signal ( 36 ) in the case of the presence of an object in the surveillance area as a function of the output signal ( 38 ) of the light receiver ( 32 ), wherein the control and / or evaluation device ( 34 ) for amplifying the output signal of the light receiver ( 32 ) an amplifier ( 40 ) and to compare the amplified output signal ( 42 ) of the light receiver ( 32 ) with a via an adjustable control ( 44 ) variably adjustable reference signal ( 46 ) a comparator ( 48 ), via whose output signal the object detection signal ( 36 ) is generated, and wherein an output corresponding to the maximum distance between the light receiver ( 32 ) and the object at which an object detection signal is still generated, with the setting of the adjustable control element ( 44 ) according to an adjustment characteristic which changes the course of the output variable, ie the maximum distance as a function of the setting of the adjustable operating element ( 44 ), characterized in that the control and / or evaluation device ( 34 ) is designed so that the respective setting of the adjustable operating element ( 44 ) and for linearizing the adjustment characteristic, the reference signal ( 46 ) and the amplification factor of the amplifier ( 40 ) are each set according to a value of a predeterminable characteristic field associated with the detected setting.

Optoelectronic sensor according to claim 1, characterized in that the amplification factor of the amplifier ( 40 ) is adjustable in discrete steps.

Optoelectronic sensor according to claim 2, characterized characterized in that the discrete stages of the adjustable amplification factor are defined by powers of two.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding Claims, characterized in that the reference signal with a quasi-continuous resolution is adjustable.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding Claims, characterized in that over different maps different setting characteristics can be specified.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding Claims, characterized in that the adjustable control element Includes potentiometer.

Optoelectronic sensor according to claim 6, characterized in that the adjustable control element is a rotary potentiometer includes.

Optoelectronic sensor according to claim 7, characterized in that the setting of the rotary potentiometer to be detected is determined by the respective setting rotation angle.

Optoelectronic sensor according to claim 8, characterized in that the setting of the rotary potentiometer to be detected by the respective angle of rotation of an associated sliding contact is determined.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the control and / or evaluation device ( 34 ) is provided at least partially in the form of an application specific integrated circuit (ASIC).

Optoelectronic sensor according to claim 10, characterized in that the control and / or evaluation device ( 34 ) is provided at least partially in the form of a mixed-signal ASIC.

Optoelectronic sensor according to claim 10 or 11, characterized in that the application specific integrated Circuit (ASIC) includes an integrated OTP ROM memory.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the amplifier ( 40 ) is designed as a current-voltage converter.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that as a comparator ( 48 ) an analog comparator is provided and the reference signal supplied thereto via a digital-to-analog converter ( 54 ) is produced.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that on the adjustable operating element ( 44 ) an analog electrical signal dependent on its setting ( 56 ) and the respective setting via an analog-to-digital converter ( 58 ), preferably a delta-sigma analog-to-digital converter is detected.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the characteristic field can be predetermined at least partially dynamically via a digital IC interface, an I ² C interface or a shift register.

Optoelectronic sensor according to claim 16, characterized in that the characteristic field at least partially dynamically via an SPI section can be specified.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding Claims, characterized in that the map at least partially static over a internal digital circuit can be specified.

Optoelectronic sensor according to claim 18, characterized characterized in that the map at least partially via a OTP ROM parametisierbare internal digital circuit can be specified.

Optoelectronic sensor according to one of the preceding claims, characterized in that both the amplified output signal ( 42 ) of the light receiver ( 32 ) as well as for the respective setting of the adjustable control element ( 44 ) representative analog electrical signal ( 56 ) each via an analog-to-digital converter ( 70 ) is digitized and by appropriate programming of the control and / or evaluation ( 34 ) the entire adjustment characteristic is displayed or the relevant characteristic field is specified.

Optoelectronic sensor according to claim 20, characterized in that the the analog-to-digital converter ( 70 ) supplied amplified output signal ( 42 ) of the light receiver ( 32 ) is filtered.