DE102012102056A1

DE102012102056A1 - Optical sensor for detecting objects in monitored area, has transmitted light beam emitting transmitter and receiver which is formed for receiving transmitted light beam that is reflected as received light beam from object

Info

Publication number: DE102012102056A1
Application number: DE102012102056A
Authority: DE
Inventors: Martin Argast; Metin Karaduman; Dr. Quapil Gerald
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2011-04-27
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2012-10-31
Anticipated expiration: 2032-03-13
Also published as: DE102012102056B4

Abstract

The optical sensor has a transmitted light beam emitting transmitter (2) and a receiver (5) which is formed for receiving the transmitted light beam (3) that is reflected as received light beam (4) from an object (6). The objects are selectively detected in the form of luminescence markers (12) such that the receiver is provided with an optical filter (11) that is impermeable for light with the wavelength of the transmitted light beam of the transmitter. The optical filter is permeable for light with the wavelength of the received light beam reflected by the luminescent markers.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optical sensor according to the preamble of claim 1.

Derartige optische Sensoren können beispielsweise als Lichttaster oder als Distanzsensoren ausgebildet sein. Generell werden mit diesen optischen Sensoren Objekte in einem Überwachungsbereich erfasst. Bei diesen optischen Sensoren werden als Kenngrößen allein die Intensitäten oder gegebenenfalls die Laufzeiten der vom Sender emittierten und von einem Objekt zurückreflektierten Sendelichtstrahlen ausgewertet. Je nach Anordnung und Beschaffenheit der Objekte können anhand dieser Informationen die zu detektierenden Objekte von anderen Gegenständen oft nur unzureichend unterschieden werden. Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zur Detektion von diffus reflektierenden Objekten, die in größeren Distanzen vom optischen Sensor angeordnet sind, große Sendeleistungen benötigt werden. Insbesondere wenn der Sender von einem Laser gebildet ist, kann dies dazu führen, dass die Anforderungen des optischen Sensors an die Augensicherheit nicht erfüllt werden können.Such optical sensors can be designed, for example, as light sensors or as distance sensors. In general, objects are detected in a surveillance area with these optical sensors. In these optical sensors, the intensities or, if appropriate, the transit times of the transmitted light beams emitted by the transmitter and reflected back by an object are evaluated as characteristics alone. Depending on the arrangement and nature of the objects based on this information, the objects to be detected can often be distinguished only inadequately from other objects. A further disadvantage is that large transmission powers are required for the detection of diffusely reflecting objects, which are arranged at greater distances from the optical sensor. In particular, if the transmitter is formed by a laser, this can lead to the requirements of the optical sensor can not be met to the eye safety.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, der eine Objektdetektion mit hoher Nachweisempfindlichkeit ermöglicht und dabei gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit aufweist.The invention has for its object to provide an optical sensor of the type mentioned, which allows object detection with high detection sensitivity and at the same time has a high reliability.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.

Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich, mit einem Sendelichtstahlen emittierenden Sender und einem Empfänger, welcher zum Empfang der von einem Objekt als Empfangslichtstrahlen zurückreflektierten Sendelichtstrahlen dient. In einer Auswerteeinheit wird in Abhängigkeit von Empfangssignalen des Empfängers ein Objektfeststellungssignal generiert. Die Objekte sind in Form von Lumineszenz-Marken selektiv dadurch erfassbar, dass dem Empfänger ein optisches Filter vorgeordnet ist, welches für Licht mit der Wellenlänge der Sendelichtstrahlen des Senders undurchlässig ist, und für Licht mit der Wellenlänge der von einer Lumineszenz-Marke zurückgestrahlten Empfangslichtstrahlen durchlässig ist.The optical sensor according to the invention is used for detecting objects in a surveillance area, with a transmitter emitting transmitting light beams and a receiver which serves to receive the transmitted light beams reflected back from an object as received light beams. In an evaluation unit, an object detection signal is generated as a function of received signals of the receiver. The objects are selectively detectable in the form of luminescent marks by having the receiver preceded by an optical filter which is opaque to light at the wavelength of the transmitting light beams of the transmitter, and transmissive to light having the wavelength of the received light beams reflected back from a luminescent mark is.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass mit diesem selektiv Lumineszenz-Marken detektiert werden und diese somit von anderen, nicht lumineszierenden Objekten sicher unterschieden werden können.A significant advantage of the optical sensor according to the invention is that with this selective luminescence marks are detected and they can thus be distinguished from other, non-luminescent objects safely.

Mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor können unterschiedliche Applikationen abgedeckt werden, wobei der optische Sensor dabei ein Lichttaster, Distanzsensor oder Codeleser ist.With the optical sensor according to the invention different applications can be covered, wherein the optical sensor is a light sensor, distance sensor or code reader.

Der optische Sensor und auch die Lumineszenz-Marke können dabei an die entsprechende Applikationen angepasst sein. Im Fall der Ausbildung des optischen Sensors als Codeleser kann die Lumineszenz-Marke ein Kontrastmuster aus lumineszierenden und nicht lumineszierenden Elementen ausbilden, wobei das Kontrastmuster insbesondere einen Barcode ausbilden kann. Der optische Sensor selbst weist vorzugsweise einen Sender auf, der einen linienförmigen Sendelichtfleck generiert, sowie einen ortsauflösenden Empfänger in Form einer zeilenförmigen Anordnung von einzelnen Empfangselementen.The optical sensor and also the luminescence mark can be adapted to the corresponding applications. In the case of forming the optical sensor as a code reader, the luminescence mark can form a contrast pattern of luminescent and non-luminescent elements, wherein the contrast pattern can in particular form a barcode. The optical sensor itself preferably has a transmitter which generates a line-shaped transmission light spot, as well as a spatially resolving receiver in the form of a line-shaped arrangement of individual receiving elements.

Allgemein sind die optischen Filter von einem aus lumineszierendem Material gebildeten Festkörper, oder von einer lumineszierenden Flüssigkeit, oder von einem Gegenstand mit einer lumineszierenden Oberflächenschicht gebildet.In general, the optical filters are formed by a solid formed from luminescent material, or by a luminescent liquid, or by an article having a luminescent surface layer.

Dabei kann die Lumineszenz-Marke beispielsweise ein Klebeband mit lumineszierender Farbe oder ein Anstrich aus lumineszierender Farbe sein.The luminescent mark may be, for example, an adhesive tape with a luminescent color or a coating of luminescent color.

Besonders vorteilhaft können die Lumineszenz-Marken an Gegenständen oder auch an Personen angebracht werden, um gezielt deren Positionen oder Bewegungen zu verfolgen. Beispielsweise kann der optische Sensor im Bereich der Arbeitssicherheit eingesetzt werden. Dort kann Arbeitskleidung von Personen mit Lumineszenz-Marken versehen werden, wodurch diese sicher von technischen Objekten unterschieden werden kann.Particularly advantageously, the luminescent marks can be attached to objects or even to persons in order to track their positions or movements in a targeted manner. For example, the optical sensor can be used in the field of work safety. There, workwear can be provided by persons with luminescent marks, which can be distinguished from technical objects safely.

Weiterhin können mit dem optischen Sensor beispielsweise Positionsmessungen auf Kanten von Lumineszenz-Marken oder Distanzmessungen auf Lumineszenz-Marken erfolgen. Auch können kleine Objektstrukturen erfasst werden, beispielsweise Ritzen, die lumineszierende Flüssigkeiten enthalten.Furthermore, with the optical sensor, for example, position measurements on edges of luminescence marks or distance measurements on luminescence marks can take place. Also, small object structures can be detected, for example, cracks containing luminescent liquids.

Besonders vorteilhaft emittiert der Sender Sendelichtstrahlen in Form von Sendelichtimpulsen, wobei von einem Objekt zurückreflektierte Sendelichtimpulse als Empfangslichtimpulse auf den Empfänger auftreffen.Particularly advantageously, the transmitter emits transmitted light beams in the form of transmitted light pulses, wherein transmitted light pulses reflected back from an object impinge on the receiver as received light pulses.

Diese Ausführungsform eignet sich insbesondere für einen als Distanzsensor ausgebildeten optischen Sensor.This embodiment is particularly suitable for an optical sensor designed as a distance sensor.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung arbeitet dieser nach einem Resonanzprinzip, wobei hierzu Resonatormittel vorgesehen sind, mittels derer sind durch Empfangslichtimpulse auf dem Empfänger generierte Empfangssignale auf den Eingang des Senders rückgekoppelt sind. Durch die Rückkopplung der Empfangssignale auf den Eingang des Senders wird eine Pulsfrequenz der Sendelichtimpulse erhalten, die durch die Laufzeit der Sendelichtimpulse zu einer Lumineszenz-Marke bestimmt ist. Die Rückkopplung der Empfangssingale auf den Eingang des Senders erfolgt nur bei einer Detektion einer Lumineszenz-Marke. Die Empfangssignale werden mit einem Schwellwert bewertet, wobei nur bei von einer Lumineszenz-Marke zurückgestrahlter Empfangslichtimpulsen die Empfangssignale oberhalb des Schwellwerts liegen.According to a particularly advantageous embodiment of the invention, this works according to a resonant principle, for which purpose resonator means are provided, by means of which are generated by receiving light pulses on the receiver generated receive signals to the input of the transmitter are fed back. By the feedback of the received signals to the input of the transmitter, a pulse frequency of the transmitted light pulses is obtained, which is determined by the duration of the transmitted light pulses to a luminescence mark. The feedback of the receiving signal to the input of the transmitter takes place only upon detection of a luminescence mark. The received signals are evaluated with a threshold value, wherein the received signals are above the threshold value only when receiving light pulses reflected back by a luminescence mark.

Mit dem so ausgebildeten optischen Sensor wird nicht nur eine genaue Distanzbestimmung der Lumineszenz-Marke ermöglicht. Vielmehr ist bei diesen optischen Sensoren auch ein augensicherer Betrieb gewährleistet. Der optische Sensor emittiert nämlich nur bei Detektion einer Lumineszenz-Marke Sendelichtimpulse mit einer hohen Pulsfolgefrequenz. Nur dann ist die Ausgangsleistung entsprechend hoch. Sobald die Sendelichtstrahlen des optischen Sensors jedoch auf nicht lumineszierende Objekte treffen, sinkt sofort die Pulsfolgefrequenz der Sendelichtimpulse, das heißt die einzelnen Sendelichtimpulse sind durch große Pausen getrennt, das heißt die Ausgangsleistung ist entsprechend niedrig und nicht gefährlich für das menschliche Auge, das auch ein nicht lumineszierendes Objekt bildet.With the thus formed optical sensor not only an accurate distance determination of the luminescence mark is made possible. Rather, an eye-safe operation is ensured in these optical sensors. Namely, the optical sensor emits transmission light pulses having a high pulse repetition frequency only upon detection of a luminescence mark. Only then is the output power correspondingly high. However, as soon as the transmitted light beams of the optical sensor strike non-luminescent objects, the pulse repetition frequency of the transmitted light pulses immediately decreases, that is to say the individual transmitted light pulses are separated by large pauses, ie the output power is correspondingly low and not dangerous to the human eye, which is not forms luminescent object.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der optische Sensor nach dem Lock-in-Prinzip arbeiten.According to a further embodiment of the invention, the optical sensor can operate according to the lock-in principle.

Dabei werden die Empfangssignale synchron zu den Sendelichtimpulsen abgetastet. Bei den Abtastungen erhaltene Abtastwerte werden über mehrere Sendeperioden aufsummiert.The received signals are sampled synchronously with the transmitted light pulses. Samples obtained in the samples are summed over several transmission periods.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

1: Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors. 1 : Block diagram of an embodiment of the optical sensor according to the invention.

2: Wellenlängenabhängiger Transmissionsverlaufs eines optischen Filters für den optischen Sensor gemäß 1. 2 : Wavelength-dependent transmission curve of an optical filter for the optical sensor according to 1 ,

3a: Zeitlicher Verlauf der vom Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtimpulse bei der Detektion einer Lumineszenz-Marke. 3a : Time profile of the emitted light pulses emitted by the transmitter of the optical sensor in the detection of a luminescence mark.

3b: Zeitabhängiger Verlauf der Empfangssignale für den Betrieb des Senders gemäß 3a. 3b : Time-dependent course of the received signals for the operation of the transmitter according to 3a ,

4a: Zeitlicher Verlauf der vom Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtimpulse bei der Detektion eines Objekts mit nicht lumineszierender Oberfläche. 4a : Time course of the emitted light pulses emitted by the transmitter of the optical sensor in the detection of an object with non-luminescent surface.

4b: Zeitabhängiger Verlauf der Empfangssignale für den Betrieb des Senders gemäß 4a. 4b : Time-dependent course of the received signals for the operation of the transmitter according to 4a ,

5a: Zeitabhängiger Verlauf der Sendelichtimpulse des Senders eines im Lock-in-Betrieb betriebenen optischen Sensors. 5a : Time-dependent course of the transmission light pulses of the transmitter of an optical sensor operated in lock-in mode.

5b: Zeitabhängiger Verlauf der Empfangssignale für den Betrieb des optischen Sensors gemäß 5a. 5b : Time-dependent course of the received signals for the operation of the optical sensor according to 5a ,

5c: Zeitdiagramm von aufsummierten Abtastwerten des Empfangssignals gemäß 5b. 5c : Timing diagram of accumulated samples of the received signal according to 5b ,

1 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1. Der optische Sensor 1 weist einen Sender 2 auf, der von einer Leuchtdiode, insbesondere von einer Laserdiode, gebildet sein kann. Der Sender 2 emittiert Sendelichtstrahlen 3 in Form von Sendelichtimpulsen. Weiterhin weist der optische Sensor 1 einen Empfangslichtstrahlen 4 empfangende Empfänger 5 auf, der von einer einzelnen Photodiode oder dergleichen gebildet ist. Bei der Erfassung von Objekten 6 in einem Überwachungsbereich werden die Sendelichtstrahlen 3 an einem Objekt 6 reflektiert und als Empfangslichtstrahlen 4 zum Empfänger 5 geführt. Die Empfangssignale am Ausgang des Empfängers 5 werden in einem Empfangsverstärker 7 verstärkt und dann einer Auswerteeinheit 8 zugeführt, die von einem Mikroprozessor gebildet sein kann. Die Auswerteeinheit 8 dient zur Ansteuerung des Senders 2 und zur Auswertung der Empfangssignale des Empfängers 5. Ein daraus in der Auswerteeinheit 8 abgeleitetes Objektfeststellungssignal wird an einem Schaltausgang 9 ausgegeben. Zur Parametrierung des optischen Sensors 1 oder zur weiteren Ausgabe von Objektfeststellungssignalen ist eine serielle Schnittstelle 10 vorgesehen. 1 shows a block diagram of an embodiment of the optical sensor according to the invention 1 , The optical sensor 1 has a transmitter 2 on, which may be formed by a light emitting diode, in particular by a laser diode. The transmitter 2 emits transmitted light rays 3 in the form of transmitted light pulses. Furthermore, the optical sensor 1 a receiving light beams 4 receiving recipients 5 on, which is formed by a single photodiode or the like. When capturing objects 6 in a monitoring area, the transmitted light beams become 3 on an object 6 reflected and as received beams 4 to the recipient 5 guided. The received signals at the output of the receiver 5 be in a receiving amplifier 7 strengthened and then an evaluation unit 8th supplied, which may be formed by a microprocessor. The evaluation unit 8th serves to control the transmitter 2 and for the evaluation of the received signals of the receiver 5 , One of them in the evaluation unit 8th derived object detection signal is at a switching output 9 output. For parameterization of the optical sensor 1 or for further output of object detection signals is a serial interface 10 intended.

Dem Empfänger 5 ist ein optisches Filter 11 vorgeordnet, das dazu dient, selektiv Lumineszenz-Marken 12 zu detektieren, die insbesondere auf Objekten 6 angeordnet sind. Die Lumineszenz-Marken 12 werden dabei eindeutig von Objekten 6 mit nicht lumineszierenden Objektoberflächen unterschieden.The receiver 5 is an optical filter 11 upstream, which serves to selectively luminescent marks 12 to detect, especially on objects 6 are arranged. The luminescence marks 12 become unique from objects 6 distinguished with non-luminescent object surfaces.

Der Sender 2 emittiert Sendelichtstrahlen 3 mit einer bestimmten Wellenlänge. Treffen die Sendelichtstrahlen 3 auf eine nicht lumineszierende Objektoberfläche, werden an dieser die Sendelichtstrahlen 3 als Empfangslichtstrahlen 4 reflektiert, wobei die Empfangslichtstrahlen 4 dieselbe Wellenlänge wie die Sendelichtstrahlen 3 aufweisen.The transmitter 2 emits transmitted light rays 3 with a specific wavelength. Meet the transmitted light rays 3 on a non-luminescent object surface, at this the transmitted light beams 3 as received light beams 4 reflected, wherein the received light beams 4 the same wavelength as the transmitted light beams 3 exhibit.

Treffen dagegen die Sendelichtstrahlen 3 auf eine Lumineszenz-Marke 12, so wird das lumineszierende Material durch die Sendlichtstrahlen 3 angeregt und strahlt Empfangslichtstrahlen 4 ab, deren Wellenlänge größer ist als die Wellenlänge der Sendelichtstrahlen 3, was insbesondere der Fall ist, wenn es sich bei dem lumineszierenden Material um ein fluoreszierendes Material handelt. Meet against the transmitted light rays 3 to a luminescence mark 12 Thus, the luminescent material is transmitted by the transmitted light beams 3 stimulates and emits received light beams 4 whose wavelength is greater than the wavelength of the transmitted light beams 3 , which is particularly the case when the luminescent material is a fluorescent material.

2 zeigt die Transmission des optischen Filters 11 des optischen Sensors 1 in Abhängigkeit der Wellenlänge. Wie aus 2 ersichtlich, sperrt das optische Filter 11 in einem Anregungsbereich, das heißt in diesem Wellenlängenbereich ist das optische Filter 11 undurchlässig für Lichtstrahlen. Dagegen ist das optische Filter 11 für Lichtstrahlen in einem Lumineszenzbereich durchlässig. Die Charakteristik des optischen Filters 11 ist so angepasst, dass die Wellenlänge der Sendelichtstrahlen 3 im Anregungsbereich liegt, wogegen die von einer Lumineszenz-Marke 12 zurückgestrahlten Empfangslichtstrahlen 4 im Lumineszenzbereich liegen. Damit wird erreicht, dass Sendelichtstrahlen 3, die von einer nicht lumineszierenden Objektoberfläche zurückreflektiert werden, von optischen Filtern 11 ausgefiltert werden, so dass die Empfangssignale nahezu den Pegel Null aufweisen. Dagegen durchsetzen von einer Lumineszenz-Marke 12 zurückgestrahlte Empfangslichtstrahlen 4 das optische Filter 11, so dass entsprechend Empfangssignale mit hohen Pegeln in der Auswerteeinheit 8 registriert werden. Durch eine geeignete Schwellwertbewertung der Empfangssignale in der Auswerteeinheit 8 können somit Lumineszenz-Marken 12 sicher von Objekten 6 mit nicht lumineszierenden Objektoberflächen unterschieden werden. 2 shows the transmission of the optical filter 11 of the optical sensor 1 depending on the wavelength. How out 2 As can be seen, the optical filter blocks 11 in an excitation region, ie in this wavelength range is the optical filter 11 impermeable to light rays. In contrast, the optical filter 11 permeable to light rays in a luminescence region. The characteristic of the optical filter 11 is adjusted so that the wavelength of the transmitted light rays 3 in the excitation area, whereas that of a luminescent mark 12 reflected back light beams 4 lie in the luminescence. This ensures that transmitted light beams 3 , which are reflected back from a non-luminescent object surface, of optical filters 11 be filtered out, so that the received signals have almost zero level. By contrast, enforce by a luminescence mark 12 reflected back light beams 4 the optical filter 11 , so that corresponding receive signals with high levels in the evaluation unit 8th be registered. By a suitable threshold value evaluation of the received signals in the evaluation unit 8th can thus luminescence marks 12 safe from objects 6 be distinguished with non-luminescent object surfaces.

Die 3a, b und 4a, b zeigen zeitabhängige Signalverläufe für einen nach dem Resonanzprinzip arbeitenden optischen Sensor 1. Dieser ist gegenüber dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 dahingehend weitergebildet, dass Resonatormittel vorgesehen sind, mittels der durch Empfangslichtimpulse auf dem Empfänger 5 generierte Empfangssignale auf den Eingang des Senders 2 rückgekoppelt sind. Dadurch entsteht ein Resonanzkreis, der den Betrieb des Senders 2 abhängig von den mit den Sendelichtstrahlen 3 erfassten Objekten 6 steuert. Ein spezifisches Beispiel hierfür ist in der DE 100 18 948 A1 beschrieben, deren Offenbarung in die vorliegende Anmeldung mit einbezogen wird.The 3a , Federation 4a , b show time-dependent signal profiles for an optical sensor operating on the resonance principle 1 , This is compared to the embodiment according to 1 further developed such that resonator means are provided by means of the received light pulses on the receiver 5 generated receive signals to the input of the transmitter 2 are fed back. This creates a resonant circuit that controls the operation of the transmitter 2 depending on the ones with the transmitted light rays 3 captured objects 6 controls. A specific example of this is in the DE 100 18 948 A1 whose disclosure is included in the present application.

Durch die Rückkopplung der Empfangssignale auf den Eingang des Senders 2 wird eine Pulsfrequenz der Sendelichtimpulse erhalten, die durch die Laufzeit der Sendelichtimpulse zu einer Lumineszenz-Marke 12 bestimmt ist.By the feedback of the received signals to the input of the transmitter 2 is a pulse rate of the transmitted light pulses obtained by the duration of the transmitted light pulses to a luminescence mark 12 is determined.

Dabei erfolgt die Rückkopplung der Empfangssingale auf den Eingang des Senders 2 nur bei einer Detektion einer Lumineszenz-Marke 12.In this case, the feedback of the receiving ring to the input of the transmitter takes place 2 only with a detection of a luminescence mark 12 ,

Um dies zu erreichen, werden die Empfangssignale (die in den 3b, 4b dargestellt und dort mir U_e bezeichnet sind) mit einem Schwellwert S1 bewertet).To achieve this, the receive signals (which are in the 3b . 4b represented and there I U _{e are} designated) with a threshold value S1).

Die 3a, 3b zeigen den Fall einer Detektion einer Lumineszenz-Marke 12, das heißt die Sendelichtimpulse (dargestellt in 3a) treffen auf die Lumineszenz-Marke 12 und die von dieser zurückgestrahlten Empfangslichtimpulse durchsetzen das optische Filter 11 und treffen auf den Empfänger 5, so dass die Empfangssignale oberhalb des Schwellwerts S1 liegen. Dadurch, dass auf den ersten Sendelichtimpuls ein Empfangssignal oberhalb des Schwellwerts S1 registriert wird, wird durch die Rückkopplung des Empfangssignals auf den Sender 2 mit einer geringen Pause t-Resonanz der nächste Sendelichtimpuls generiert. Dieses Vorgehen setzt sich fort, bis das Empfangssignal unter den Schwellwert S1 abfällt. Die Pause t-Resonanz ist durch die Rückkopplung im Resonanzbereich abhängig von der Laufzeit der Sendelichtimpulse zu der detektierten Lumineszenz-Marke 12, das heißt durch Auswertung der Pausen t-Resonanz kann die Distanz der Lumineszenz-Marke 12 zum optischen Sensor 1 bestimmt werden.The 3a . 3b show the case of detection of a luminescent label 12 , that is, the transmitted light pulses (shown in FIG 3a ) meet the luminescence mark 12 and the received light pulses reflected back from this pass through the optical filter 11 and meet the receiver 5 , so that the received signals are above the threshold value S1. Characterized in that a received signal above the threshold value S1 is registered to the first transmitted light pulse, by the feedback of the received signal to the transmitter 2 with a small pause t-resonance the next transmitted light pulse is generated. This procedure continues until the received signal falls below the threshold value S1. The pause t-resonance is dependent on the transit time of the transmitted light pulses to the detected luminescence mark by the feedback in the resonance range 12 , that is, by evaluating the pauses t-resonance, the distance of the luminescence mark 12 to the optical sensor 1 be determined.

Die 4a, 4b zeigen den Fall einer Detektion eines Objekts 6 mit einer nicht lumineszierenden Oberfläche. Zur Zeit t1 wird vom Sender 2 ein Sendelichtimpuls emittiert (4a). Der von der Objektoberfläche zurückreflektierte Empfangslichtimpuls wird vom optischen Filter 11 gespeichert, so dass das Empfangssignal unterhalb des Schwellwerts S1 liegt. Daher erfolgt in diesem Fall keine Rückkopplung auf den Sender 2, so dass dieser sofort einen weiteren Sendelichtimpuls generiert. Vielmehr entsteht eine lange Sendepause t-Pause, bis zum Zeitpunkt t2 der nächste Sendelichtimpuls emittiert wird. Die Sendepausen sind so dimensioniert, dass die Sendeleistung so gering ist, dass keine Gefährdung für die Augen eines Menschen (gemäß der geltenden Normen für die Augensicherheit) auftritt.The 4a . 4b show the case of detection of an object 6 with a non-luminescent surface. At the time t1 is from the transmitter 2 emits a transmitted light pulse ( 4a ). The received light pulse reflected back from the object surface is received by the optical filter 11 stored, so that the received signal is below the threshold value S1. Therefore, there is no feedback on the transmitter in this case 2 so that it immediately generates another transmitted light pulse. Rather, there is a long pause in transmission t-break, until the time t2, the next transmitted light pulse is emitted. The transmission pauses are dimensioned so that the transmission power is so low that no danger to the eyes of a person (in accordance with the applicable standards for eye safety) occurs.

Die 5a–5c zeigen einen optischen Sensor 1, der nach dem Lock-in-Prinzip arbeitet. Der Sender 2 emittiert im vorliegen Fall Sendelichtimpulse mit einem Tast-Verhältnis 1:1, das heißt die Dauer eines Sendelichtimpulses entspricht der Dauer einer Sendepause (5a). Allgemein sollte in diesem Fall das Tastverhältnis zumindest näherungsweise 1:1 sein, typisch sollte das Tastverhältnis zwischen 1:1 und 1:3 liegen.The 5a - 5c show an optical sensor 1 who works on the lock-in principle. The transmitter 2 emitted in the present case transmitted light pulses with a duty cycle 1: 1, that is, the duration of a transmitted light pulse corresponds to the duration of a transmission break ( 5a ). Generally, in this case the duty cycle should be at least approximately 1: 1, typically the duty cycle should be between 1: 1 and 1: 3.

5b zeigt die bei der Detektion einer Lumineszenz-Marke 12 erhaltenen Empfangssignale. Diese werden synchron zu den Sendelichtimpulsen gemäß 5a abgetastet. Dabei erfolgen pro Sendeperiode zwei Abtastungen (in 5b mit A und B bezeichnet). 5b shows that in the detection of a luminescent mark 12 Received signals received. These are synchronized with the transmitted light pulses according to 5a sampled. There are two scans per transmission period (in 5b labeled A and B).

Zur Generierung des Objektfeststellungssignals wird für jede Sendeperiode die Differenz der beiden Abtastwerte gebildet. Die Differenz ist ein Maß für die Intensität des Empfangslichts. Zur Steigerung der Nachweisempfindlichkeit erfolgt, wie in 5c dargestellt, die Aufsummierung der für einzelne Sendeperioden gebildeten Differenzen. Damit können auch sehr kleine Empfangssignale selektiv verstärkt und von einem thermischen Rauschen der empfangsseitigen Bauteile, das heißt der Empfangsstufe, oder von Fremdlicht getrennt werden.To generate the object detection signal, the difference between the two sample values is formed for each transmission period. The difference is a measure of the intensity of the received light. To increase the detection sensitivity, as in 5c shown, the summation of the differences formed for individual transmission periods. Thus, even very small received signals can be selectively amplified and separated from a thermal noise of the receiver-side components, ie the receiving stage, or extraneous light.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Optischer SensorOptical sensor
22: Sendertransmitter
33: SendelichtstrahlenTransmitted light beams
44: EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
55: Empfängerreceiver
66: Objektobject
77: Empfangsverstärkerreceiver amplifier
88th: Auswerteeinheitevaluation
99: Schaltausgangswitching output
1010: Schnittstelleinterface
1111: Optisches FilterOptical filter
1212: Lumineszenz-MarkeLuminescence brand

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10018948 A1 [0034]

Claims

Optical sensor ( 1 ) for capturing objects ( 6 ) in a surveillance area, with a transmitter emitting emitters ( 2 ), a recipient ( 5 ), which is used to receive an object ( 6 ) as received light beams ( 4 ) reflected transmitted light beams ( 3 ), and with an evaluation unit ( 8th ), in which depending on received signals of the receiver ( 5 ) an object detection signal is generated, characterized in that the objects ( 6 ) in the form of luminescent marks ( 12 ) are selectively detectable by the fact that the recipient ( 5 ) an optical filter ( 11 ), which is suitable for light with the wavelength of the transmitted light beams ( 3 ) of the transmitter ( 2 ) and which is for light with the wavelength of a luminescent mark ( 12 ) back-radiated received light beams ( 4 ) is permeable.

Optical sensor according to claim 1, characterized in that the luminescence mark ( 12 ) is formed by a solid formed from luminescent material, or by a luminescent liquid, or by an article having a luminescent surface layer.

Optical sensor according to one of claims 1 or 2, characterized in that the transmitter ( 2 ) Transmitted light beams ( 3 ) in the form of transmitted light pulses, wherein an object ( 6 ) reflected transmitted light pulses as received light pulses to the receiver ( 5 ).

Optical sensor according to claim 3, characterized in that it operates on a resonance principle, wherein for this purpose resonator means are provided, by means of which by receiving light pulses on the receiver ( 5 ) generated receive signals to the input of the transmitter ( 2 ) are fed back.

Optical sensor according to claim 4, characterized in that by the feedback of the received signals to the input of the transmitter ( 2 ) is obtained a pulse frequency of the transmitted light pulses, which by the duration of the transmitted light pulses to a luminescence mark ( 12 ) is determined.

Optical sensor according to one of claims 4 or 5, characterized in that the feedback of the receiving signal to the input of the transmitter ( 2 ) only upon detection of a luminescent label ( 12 ) he follows.

Optical sensor according to claim 6, characterized in that the received signals are evaluated with a threshold value, whereby only in the case of a luminescence mark ( 12 ) returned received light pulses, the received signals are above the threshold.

Optical sensor according to claim 7, characterized in that in the event that the received signals are below the threshold, the transmitter ( 2 ) Emits transmitted light pulses having a quiescent pulse repetition frequency which is considerably smaller than the pulse repetition frequency upon detection of a luminescence marker ( 12 ).

Optical sensor according to one of claims 1 to 3, characterized in that it operates on the lock-in principle.

Optical sensor according to claim 9, characterized in that the received signals are sampled in synchronism with the transmitted light pulses.

Optical sensor according to claim 10, characterized in that the samples obtained in the samples are added up over several transmission periods.

Optical sensor according to one of claims 1 to 11, characterized in that it is a light sensor, distance sensor or code reader.