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Die Erfindung betrifft ein optisches Sensorsystem, insbesondere zur Detektion von Objekten in einem Erfassungsbereich, mit einer einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender aufweisenden Projektionseinrichtung zum Projizieren eines Lichtbündels auf eine Projektionsfläche, mit einer Empfangseinrichtung, die zum Detektieren von Empfangslichtstrahlen einen optischen Zeilensensor aufweist, der mindestens drei in einer geraden Reihe angeordnete Sensorelemente hat, wobei zwischen der Projektionsfläche und dem Zeilensensor eine Empfängeroptik im Strahlengang der Empfangslichtstrahlen vorgesehen ist, die mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche hat.
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Eine derartiges Sensorsystem ist aus
DE 10 2006 055 743 B4 bekannt Das Sensorsystem hat einen optischen Sender mit vier Leuchtdioden, deren Sendelichtstrahlen mit Hilfe einer Projektionsoptik auf eine ebene Projektionsfläche projiziert werden. Die Projektionsoptik weist für jede Leuchtdiode jeweils eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche auf. Die Grenzflächen sind asymmetrisch zur optischen Achse der ihnen jeweils zugeordneten Leuchtdiode angeordnet und derart ausgestaltet, dass ein Erfassungsbereich mit dem Licht der Leuchtdioden homogen ausgeleuchtet wird. Zum Empfangen der an der Protektionsfläche abgelenkten Empfangslichtstrahlen weist der Sensor eine optische Empfangseinrichtung auf, die eine CCD-Matrix mit einer Anzahl von Sensorelementen hat, die für das für das Licht der Leuchtdioden empfindlich sind. Zwischen der Projektionsfläche und der CCD-Matrix ist eine Empfängeroptik angeordnet, die eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche hat. Mit Hilfe der Empfängeroptik wird der Erfassungsbereich auf die CCD-Matrix abgebildet. Wenn in den Erfassungsbereich ein Objekt eingebracht wird, verändert sich die in dem Erfassungsbereich in Richtung auf die CCD-Matrix gestreute oder/und reflektierte Lichtmenge, was mit Hilfe einer Auswerteeinrichtung detektiert wird. Bei bestimmten Anwendungen ist es vorteilhaft, wenn der Erfassungsbereich eine von einer Ebene abweichende Formgebung aufweist. So kann beispielsweise um einen Gefahrenbereich herum ein Erfassungsbereich mit einem etwa U-förmigen Verlauf vorgesehen sein, der den Gefahrenbereich umgrenzt. Sobald in dem Erfassungsbereich das Eindringen eines Objekts, wie zum Beispiel einer Hand, eines Körperteils oder einer Person detektiert wird, werden Sicherheitsvorkehrungen eingeleitet, wie z. B. das Abschalten einer in dem Gefahrenbereich befindlichen Maschine. Das Sensorsystem hat den Nachteil, dass die Überwachung eines solchen, von einer Ebene oder geraden Linie abweichenden Erfassungsbereichs noch mit einem gewissen Aufwand verbunden ist.
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Es besteht deshalb die Aufgabe, ein Sensorsystem der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ermöglicht, einen von einer Ebene oder einer geraden Linie abweichenden Erfassungsbereich auf einfache Weise optisch zu überwachen und/oder zu vermessen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem optischen Sensorsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die wenigstens eine Freiformfläche der Empfängeroptik derart ausgestaltet ist, dass mindestens drei, von dem Lichtbündel beleuchtete Messpunkte der Projektionsfläche, die nicht in einer gemeinsamen, durch die Abbildungsoptik verlaufenden Ebene angeordnet sind, jeweils auf ein ihnen eineindeutig zugeordnetes Sensorelement des Zeilensensors abgebildet werden.
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In vorteilhafter Weise ist es dadurch möglich, Messpunkte, die in einer ebenen Projektionsfläche nicht auf einer geraden Linie liegen, eineindeutig auf einen einzelnen geraden Zeilensensor abzubilden, sodass jedem Messpunkt jeweils genau ein Sensorelement des Zeilensensors und jedem Sensorelement jeweils genau ein Messpunkt zugeordnet ist. Somit kann ein teurer und aufwändig auszuwertender optischer Flächensensor eingespart werden. Der Zeilensensor hat außerdem den Vorteil, dass er eine einfache und schnelle Verarbeitung der Sensorsignale der Sensorelemente ermöglicht. Unter einem Messpunkt wird eine punktförmige Stelle und/oder ein Flächenelement bzw. ein flächiger Teilbereich der Projektionsfläche verstanden. Unter einer Freiformfläche wird eine stetige, von einer geometrischen Grundform, wie z. B. der Oberfläche einer Kugel, eines Paraboloids oder eines Ellipsoits, einer Zylindermantelfläche oder einer Kegelmantelfläche abweichende, vorzugsweise nicht rotationssymmetrische und insbesondere differenzierbare Fläche verstanden. Die Geometrie der Freiformfläche kann mit Hilfe mindestens einer Differentialgleichung aus der Helligkeitsverteilung in der Projektionsfläche und einer daraus zu erzielenden Helligkeitsverteilung auf dem Zeilensensor ermittelt werden. Die Differentialgleichung kann insbesondere eine mongeampèresche Differentialgleichung sein, die in an sich bekannter Weise mit Hilfe von zusätzlichen Hilfsdifferentialgleichungen numerisch gelost werden kann.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zur Strahlformung der Sendelichtstrahlen zwischen dem Sender und der Projektionsfläche eine Projektionsoptik angeordnet ist, die mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche hat, die derart ausgestaltet ist, dass die Projektionseinrichtung eine von einem geraden Verlauf abweichende, die Messpunkte enthaltende optische Linie auf die Projektionsfläche projiziert. Dabei kann die Freiformfläche der Empfängeroptik insbesondere derart ausgestaltet sein, dass eine in der Projektionsfläche liegende U-förmige Linie auf dem Zeilensensor in eine gerade Linie abgebildet wird. Das Sensorsystem kann dann zur Überwachung eines Gefahrenbereichs an einer Arbeitsmaschine oder einem maschinell angetriebenen Werkzeug, wie zum Beispiel einem Kreissägeblatt einer Tischkreissäge, verwendet werden, wobei die U-förmige Linie den Gefahrenbereich umgrenzt. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Sensorsystems kann sogar die Stelle ermittelt werden, an der ein Objekt in den Überwachungsraum eindringt.
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Das von der Projektionseinrichtung ausgesendete Lichtbündel ist bevorzugt für das menschliche Auge sichtbar, damit die die auf die Projektionsfläche projizierte Linie den Gefahrenbereich optisch markiert. Das Lichtbündel kann aber auch eine für das das menschliche Auge unsichtbare optische Strahlung sein.
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Vorteilhaft ist, wenn die Projektionsoptik eine erstes Optikteil und ein zweites Optikteil aufweist, die im Strahlengang der Sendelichtstrahlen hintereinander angeordnet sind und jeweils mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche haben, dass das erste Optikteil derart ausgestaltet ist, dass ein von dem Sender in Richtung auf das erste Optikteil ausgesendetes, divergentes erstes Lichtbündel in ein zweites Lichtbündel mit zueinander parallelen Sendelichtstrahlen umgeformt wird, dass das zweite Optikteil derart ausgestaltet ist, dass das zweite Lichtbündel drittes Lichtbündel umgeformt wird, das in der Projektionsfläche eine optische Linie bildet, dass die Empfängeroptik ein drittes und ein viertes Optikteil aufweist, die im Strahlengang der Empfangslichtstrahlen hintereinander angeordnet sind und jeweils mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche haben, und dass das dritte Optikteil zwischen der Projektionsfläche und dem vierten Optikteil vorgesehen ist und mit dem zweiten Optikteil baugleich ist. Die Projektionsoptik und die Empfängeroptik weisen also baugleiche Optikteile auf und sind daher kostengünstig herstellbar.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Projektionsoptik ein erstes Optikteil und ein zweites Optikteil auf, die im Strahlengang der Sendelichtstrahlen hintereinander angeordnet sind und jeweils mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche haben, dass das erste Optikteil derart ausgestaltet ist, dass ein von dem Sender in Richtung auf das erste Optikteil ausgesendetes, divergentes erstes Lichtbündel in ein zweites Lichtbündel mit zueinander parallelen Sendelichtstrahlen umgeformt wird, dass das zweite Optikteil derart ausgestaltet ist, dass das zweite Lichtbündel in ein drittes Lichtbündel umgeformt wird, das in der Projektionsfläche eine optische Linie bildet, dass zwischen dem ersten Optikteil und dem zweiten Optikteil ein Strahlteiler angeordnet ist, der zumindest einen ersten und einen zweiten Strahlengang aufweist, dass der erste Strahlengang von dem Sender über den Strahlteiler zu dem zweiten Optikteil und der zweite Strahlengang von dem zweiten Optikteil über den Strahlteiler zu dem Zeilensensor führt, und dass in dem zweiten Strahlengang zwischen dem Strahlteiler und dem Zeilensensor ein weiteres Optikteil angeordnet ist, das mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche hat. Das zweite Optikteil wird dabei sowohl zum Formen der Sendelichtstrahlen als auch zum Formen der Empfangslichtstrahlen genutzt. Sende- und Empfangslichtstrahlen durchlaufen zwischen dem Strahlteiler und der Projektionsfläche identische Strahlengänge.
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Bevorzugt ist das zweite Optikteil als Zoomoptik mit einem ersten Optikelement und einem auf dieses zu- und von diesem wegbewegbaren zweiten Optikelement ausgestaltet, wobei sowohl das erste Optikelement als auch das zweite Optikelement jeweils mindestens eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche hat. Das Sensorsystem kann dadurch leicht an unterschiedliche Anwendungen angepasst werden, indem beispielsweise eine mit Hilfe des Lichtbündels auf die Projektionsfläche projizierte optische Linie oder dergleichen Markierung durch Verstellen des Abstands zwischen dem ersten und dem zweiten Optikelement vergrößert oder verkleinert wird. Dadurch ist es insbesondere möglich, die Projektionseinrichtung in unterschiedlichen Abständen zur Projektionsfläche anzuordnen und dabei jeweils die optische Markierung in gleicher Größe auf die Projektionsfläche zu projizierten.
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Bei einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist der Strahlteiler als Prisma ausgestaltet, wobei mindestens eine der als Freiformflächen ausgestalteten optischen Grenzflächen durch einen Oberflächenbereich des Prismas gebildet ist. Dadurch ist es möglich, die Projektionsoptik, die Abbildungsoptik und den Strahlteiler in ein einziges optisches Bauteil zu integrieren. Das Sensorsystem kann dann entsprechend kostengünstig und mit kompakten Abmessungen hergestellt werden.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist das Sensorsystem eine Messeinrichtung zum Erfassen eines Messsignals auf, das von der Laufzeit abhängig ist, die das von dem Sender ausgesendete Licht zum Durchlaufen der vom Sender über die Messpunkte zu den einzelnen Sensorelementen des Zeilensensors führenden Strahlengänge benötigt. Dadurch ist es möglich, berührungslos den Abstand der Messpunkte zu den Sensorelementen zu ermitteln und dadurch ein Höhenprofil der Projektionsfläche zu generieren. Die Geometrie der Projektionsfläche kann also zweidimensional erfasst werden. Wenn die das Sensorsystem quer und insbesondere parallel zu der Ebene der Projektionsfläche relativ zu dieser bewegt wird, ist es sogar möglich, die Projektionsfläche dreidimensional zu vermessen.
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Bevorzugt weist die Messeinrichtung eine Modulationseinrichtung für die Sendelichtstrahlen, eine mit der Modulationseinrichtung in Steuerverbindung stehende Einrichtung zum Verstellen der Modulationsfrequenz in Abhängigkeit von der Zeit und mindestens einen Frequenzmischer auf, die einen ersten, mit der Modulationseinrichtung verbundenen Mischereingang, einen zweiten, mit mindestens einem Sensorausgang wenigstens eines Sensorelements verbundenen oder verbindbaren Mischereingang und einen Ausgang für eine Zwischenfrequenz hat. Die Zwischenfrequenz entspricht dabei der Differenz aus der Frequenz der momentan gesendeten Sendelichtstrahlen und der Frequenz und der zuvor gesendeten Sendelichtstrahlen, die aber erst nach Durchlaufen des vom Sender zur Projektionsfläche und von dort zu dem betreffenden Sensorelement führenden Strahlengangs an dem zweiten Mischereingang eintrifft. Da das Verhalten der die Zwischenfrequenz beeinflussenden Komponenten deterministisch bekannt ist, kann mit Hilfe der Zwischenfrequenz die Laufzeit ermittelt werden, die das von dem Sender ausgesendete Licht zum Durchlaufen des Strahlengangs benötigt.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung zum Verstellen der Modulationsfrequenz einen Sägezahngenerator auf, dessen Ausgangsanschluss mit einem Frequenzsteuereingang eines spannungsgesteuerten Oszillators verbunden ist, wobei der Ausgang des Oszillators mit dem optischen Sender verbunden ist. Die Sendelichtstrahlen können dann auf einfache Weise mit einer sich ständig verändernden Frequenz moduliert werden.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist am Ausgang für die Zwischenfrequenz eine Fourier-Transformationseinrichtung angeschlossen. Bei Bedarf kann das so erhaltene Signal durch Filterung von eventuellen Störungen befreit werden und in graphischer Form, beispielsweise als dreidimensionale Linie im Raum angezeigt werden. Veränderungen der Linie zeigen die Stelle an, an der sich die Reflexion der Sendelichtstrahlen im Erfassungsbereich verändert hat, beispielsweise weil eine Person in den Erfassungsbereich eingedrungen ist.
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Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Messeinrichtung eine Modulationseinrichtung für die Sendelichtstrahlen und mindestens einen Phasendetektor auf, der einen ersten, mit der Modulationseinrichtung verbundenen Phasendetektoreingang, einen zweiten, mit mindestens einem Sensorausgang wenigstens eines Sensorelements verbundenen oder verbindbaren Phasendetektoreingang und einen Ausgang für ein Phasendifferenzsignal aufweist. Dabei ist das Phasendifferenzsignal von der Laufzeit abhängig, welche die Sendelichtstrahlen für des Durchlaufen des von dem Sender zu dem Sensorelement führenden Strahlengangs benötigt. Da die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Sendelichtstrahlen bekannt ist, kann aus dem Phasendifferenzsignal der Abstand zwischen dem Sensorsystem und der Projektionsfläche ermittelt werden.
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Zweckmäßigerweise sind die einzelnen Sensorelemente des Zeilensensors über einen Demultiplexer mit dem zweiten Mischereingang oder dem zweiten Detektoreingang verbunden, wobei der Demultiplexer mit der Modulationseinrichtung und/oder der Einrichtung zum Verstellen der Modulationsfrequenz in Steuerverbindung steht. Dadurch ist es möglich, mit nur einem einzigen Frequenzmischer bzw. nur einem einzigen Phasendetektor die Sensorsignale aller Sensorelemente des Zeilensensors nacheinander zu verarbeiten.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels des optischen Sensorsystems, bei dem Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen unterschiedliche Strahlengänge durchlaufen,
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des optischen Sensorsystems, bei die Sendelichtstrahlen und die Empfangslichtstrahlen abschnittweise denselben Strahlengang durchlaufen,
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3 eine Darstellung ähnlich 2, wobei jedoch eine zwischen einem Strahlteiler und einer Projektionsfläche befindliche Optik ein Zoom-Funktion aufweist,
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4 eine Darstellung ähnlich 2, wobei jedoch die Linsen in den Strahlteiler integriert sind,
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5 eine schematische Darstellung eines eine Abstandsmessvorrichtung mit einem Frequenzmischer aufweisenden optischen Sensorsystems, und
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6 eine schematische Darstellung eines eine Abstandsmessvorrichtung mit einem Phasendetektor aufweisenden optischen Sensorsystems.
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Ein im Ganzen mit 1 bezeichnetes optisches Sensorsystem hat eine optische Protektionseinrichtung, die zum Projizieren eines Lichtbündels auf eine Projektionsfläche 2 einen optischen Sender 3 und eine im Abstrahlbereich des Senders 3 angeordnete Projektionsoptik aufweist Der Sender 3 weist eine Halbleiterlichtquelle auf, wie zum Beispiel eine Laserdiode oder eine Leuchtdiode auf, die Sendelichtstrahlen 4 aussendet, von denen einige in der Zeichnung strichliniert angedeutet sind. Die Wellenlänge der Sendelichtstrahlen 4 liegt in einem für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlinienbereich.
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Die Projektionsoptik hat ein erstes Optikteil 5 und ein zweites Optikteil 6, die jeweils als Linse ausgestaltet und im Strahlengang der Sendelichtstrahlen 4 hintereinander angeordnet sind. Das erste Optikteil 5 hat eine erste optische Grenzfläche 7 und das zweite Optikteil 6 eine zweite optische Grenzfläche 8. Die erste Grenzfläche 7 ist derart als Freiformfläche ausgestaltet, dass ein von dem Sender 3 ausgesendetes, divergente Sendelichtstrahlen 4 aufweisendes Lichtbündel beim Durchtritt durch das erste Optikteil 5 in ein Lichtbündel mit parallel zueinander verlaufenden Sendelichtstrahlen 4 umgeformt wird.
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Die zweite Grenzfläche 8 ist derart als Freiformfläche ausgestaltet, dass die zueinander parallelen Sendelichtstrahlen 4 nach dem Durchtritt durch das zweite Optikteil 6 eine etwa U-förmige optische Linie 10 auf die Projektionsfläche 2 projizieren. Die optische Linie 10 liegt nicht in einer durch die Projektionsoptik verlaufenden Ebene Die optische Linie 10 umgrenzt einen Gefahrenbereich 11 und markiert diesen optisch. In dem Gefahrenbereich 11 kann ein rotierendes Werkzeug, wie zum Beispiel ein Kreissägeblatt mit Abstand zu der optischen Linie 10 angeordnet sein.
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Zum Empfangen der an der Projektionsfläche 2 und/oder einem im Strahlengang befindlichen Objekt bzw. Hindernis reflektierten oder gestreuten Sendelichtstrahlen 4 ist der Projektionsoptik eine Empfangseinrichtung zugeordnet. Zum Detektieren von Empfangslichtstrahlen 12 weist die Empfangseinrichtung 12 einen Zeilensensor 13 auf, der eine Vielzahl von in einer geraden Reihe angeordneten Sensorelemente 14 hat, die vorzugsweise als Photodioden ausgestaltet sind.
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Zwischen der Projektionsfläche 2 und dem Zeilensensor 13 ist eine Empfängeroptik im Strahlengang der Empfangslichtstrahlen 12 angeordnet. Die Empfängeroptik hat ein drittes Optikteil 16 und ein viertes Optikteil 17, die jeweils als Linse ausgestaltet sind und im Strahlengang der Empfangslichtstrahlen 12 hintereinander angeordnet sind. Das dritte Optikteil 16 hat eine dritte optische Grenzflache 18 und das vierte Optikteil 17 eine vierte optische Grenzflache 19. Das dritte Optikteil 16 ist dicht benachbart zum zweiten Optikteil 6 angeordnet und mit diesem baugleich. An der dritten Grenzfläche 7 werden Empfangslichtstrahlen 12, die von auf der optischen Linie 10 befindlichen Messpunkten 20a, 20b, 20c in Richtung auf das dritte Optikteil 16 ausgesendet werden, beim Durchtritt durch das dritte Optikteil 16 in ein Lichtbündel mit parallel zueinander verlaufenden Empfangslichtstrahlen 12 umgeformt. Die Anzahl der Messpunkte 20a, 20b, 20c entspricht der Anzahl der Sensorelemente 14 des Zeilensensors 13. Der Übersicht halber sind in den 1 bis 4 jeweils nur drei Messpunkte 20a, 20b, 20c dargestellt.
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Die vierte Grenzfläche 19 ist derart als Freiformfläche ausgestaltet, dass die zueinander parallelen Empfangslichtstrahlen 12 so umgeformt werden, dass jeder Messpunkt 20a, 20b, 20c jeweils eineindeutig auf ein ihm zugeordnetes Sensorelement 14 des Zeilensensors 13 abgebildet wird.
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Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem ersten Optikteil 5 und dem zweiten Optikteil 6 ein Strahlteiler 21 angeordnet ist, der einen ersten, einen zweiten und einen dritten Strahlengang aufweist. Der erste Strahlengang verläuft von dem Sender 3 durch eine an dem Strahlteiler 21 vorgesehene teildurchlässige Spiegelfläche 22 hindurch zu dem zweiten Optikteil 6 Der zweite Strahlengong führt von dem zweiten Optikteil 6 über die Spiegelfläche 22 zu dem Zeilensensor 13. Der dritte Strahlengang verlauft vom Sender 3 über die Spiegelfläche 22 zu einem optischen Absorber 23 Durch den Absorber 23 wird vermieden, dass der an der Spiegelfläche 22 reflektierte Anteil der Sendelichtstrahlen 4 auf einen reflektierenden oder lichstreuenden Gegenstand auftreffen kann und an diesem zu dem Zeilensensor 13 abgelenkt wird.
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In dem zweiten Strahlengang ist zwischen dem Strahlteiler 21 und dem Zeilensensor 13 ein weiteres Optikteil 24 angeordnet, das eine weitere optische Grenzflache 25 hat. Diese ist derart als Freiformfläche ausgestaltet, dass jeder Messpunkt 20a, 20b, 20c der optischen Linie jeweils eineindeutig auf ein ihm zugeordnetes Sensorelement 14 des Zeilensensors 13 abgebildet wird.
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In 3 ist erkennbar, dass das zweite Optikteil 6 auch als Zoomoptik mit einem ersten Optikelement 6a und einem auf dieses zu- und von diesem wegbewegbaren zweiten Optikelement 6b ausgestaltet sein kann. Dabei weist sowohl das erste Optikelement 6a als auch das zweite Optikelement 6b jeweils eine als Freiformfläche ausgestaltete optische Grenzfläche 8, 9 auf. Im übrigen entspricht das in 3 gezeigte Ausführungsbeispiel dem in 2, weshalb insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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Bei dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel sind das erste Optikteil 5, das zweite Optikteil 6 und das weitere Optikteil 24 in den Strahlteiler 21' integriert. Dabei ist der Strahlteiler 21' als Prisma ausgestaltet und die Grenzflächen 7, 8, 25 sind durch Oberflächenbereiche des Strahlteilers 21' gebildet Im übrigen entspricht das in 4 gezeigte Ausführungsbeispiel dem in 2, weshalb insoweit auf die dortige Beschreibung verwiesen wird.
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In 5 und 6 ist erkennbar, dass das Sensorsystem 1 eine Messeinrichtung zum Erfassen eines Messsignals aufweist, das von der Laufzeit abhängig ist, die das von dem Sender 3 ausgesendete Licht zum Durchlaufen der vom Sender 3 zu den einzelnen Sensorelementen 14 des Zeilensensors 13 führenden Strahlengänge benötigt.
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Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung eine Modulationseinrichtung für die Sendelichtstrahlen 4 und eine Einrichtung zum Verstellen deren Modulationsfrequenz auf. Zum Erzeugen eines Modulationssteuersignals hat die Einrichtung zum Verstellen der Modulationsfrequenz einen spannungsgesteuerten Oszillator 26, an dessen Oszillatorausgang der Sender 3 angeschlossen ist.
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Der Oszillator 26 hat einen Frequenzsteuereingang, der mit dem Ausgang eines Sägezahngenerators 27 verbunden ist. Die Frequenz der am Oszillatorausgang anliegenden Schwingung ist proportional zur Amplitude des am Frequenzsteuereingang anliegenden Sägezahnsignals.
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Der Ausgang des Sägezahngenerators 27 ist über einen Koppler 28 mit einem ersten Mischereingang eines Frequenzmischers 29 verbunden. Ein zweiter Eingang des Frequenzmischers 29 ist über einen Demultiplexer 30 mit den Sensorausgängen der einzelnen Sensorelemente 14 verbindbar. Durch den Laufzeitunterschied des am Oszillatorausgang anliegenden modulierten Signals, das über den Koppler 28 und den ersten Mischereingang dem Frequenzmischer 29 direkt zugeführt wird und dem Signal, das den Weg über den Sender 3 und die Projektionsoptik zur optischen Linie 10 und von dort durch die Abbildungsoptik, den Zeilensensor 13 und den Demultiplexer 30 zum zweiten Mischereingang geleitet wird, ergibt sich eine Frequenzdifferenz der beiden Eingangssignale des Frequenzmischers 29. Die Differenz zwischen der Frequenz des momentan gesendeten Signals und der Frequenz des zuvor gesendeten Signals, das aber erst nach Durchlaufen des beschrieben Signalwegs am zweiten Mischereingang eintrifft, liegt in Form eines Zwischenfrequenzsignals am Ausgang des Frequenzmischers 29 an. Das Zwischenfrequenzsignal ist ein Maß für den Abstand zwischen dem Messpunkt 20a, 20b, 20c und dem Zeilensensor 13 bzw. dem Sender 3
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Der Sägezahngenerator 27 ist über eine Triggerleitung mit einer 1 aus n Steuerung 35 synchronisiert, welche die Sensorausgänge der einzelnen Sensorelemente 14 des Zeilensensors 13 nacheinander mit dem zweiten Mischereingang des Frequenzmischers 29 verbindet. Der Ausgang des Frequenzmischers 29 ist mit einer Fourier-Transformationseinrichtung 32 verbunden, um die Zwischenfrequenz einer schnellen Fourier-Transformation zu unterziehen. Zischen dem Ausgang des Frequenzmischers 29 und der Fourier-Transformationseinrichtung 32 ist ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter Analog-Digitalkonverter angeordnet. An der Fourier-Transformationseinrichtung 32 ist eine Anzeigeeinrichtung 33 angeschlossen, an der die Abstandswerte für die einzelnen Messpunkte und/oder eine Veränderung der Abstandswerte und damit eine Bewegung am Rand des Gefahrenbereichs 11 zur Anzeige gebracht wird.
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Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Messeinrichtung eine Modulationseinrichtung mit einem Signalgenerator 34 zum Ansteuern des Senders 3 und einen Phasendetektor 15 auf. Mit Hilfe des Signalgenerators 34 kann der Sender 3 mit einem veränderlichen Signal, beispielsweise mit einem sinusförmigen Signal, angesteuert werden.
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Der Phasendetektor 15 hat einen ersten Phasendetektoreingang, der über einen Koppler 28 mit dem Ausgang des Signalgenerators 34 verbunden ist. Ein zweiter Eingang des Phasendetektors 15 ist über den Demultiplexer 30 mit den Sensorausgängen der einzelnen Sensorelemente 14 verbandbar. Der Signalgenerator 34 ist über eine Triggerleitung mit einer 1 aus n Steuerung 35 synchronisiert, welche die Sensorausgänge der einzelnen Sensorelemente 14 des Zeilensensors 13 nacheinander mit dem zweiten Mischereingang des Frequenzmischers 29 verbindet. Der Phasendetektor 15 liefert an seinem Ausgang ein Phasendifferenzsignal, dass ein Maß für die Laufzeit ist, die das Licht zum Durchlaufen des vom Sender 3 zu der optischen Linie 10 und von dieser zu den einzelnen Sensorelementen 14 des Zeilensensor 13 führenden Strahlengänge benötigt. Die gemessenen Laufzeiten können mittels der Anzeigeeinrichtung 33 angezeigt werden, vorzugsweise in graphischer Form.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006055743 B4 [0002]
