DE102013107899A1 - Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors (1) angegeben, wobei – der Annäherungssensor (1) ein strahlungsemittierendes Bauelement (2), ein strahlungsdetektierendes Bauelement (3) und eine Steuereinheit (4) umfasst, – das strahlungsemittierende Bauelement (2) mit einem gepulsten Strom (Ie) betrieben wird, – der gepulste Strom (Ie) des strahlungsemittierenden Bauelements (2) während einer Messperiode (Tm) jeweils eine Einzeit (ton) und eine Auszeit (toff) aufweist, wobei der gepulste Strom (Ie) während der Einzeit (ton) eine Pulsstromstärke (Ion) aufweist, und – die Steuereinheit (4) ein Detektorsignal (Id) des strahlungsdetektierenden Bauelements (3) auswertet und die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) herabsetzt, wenn das Detektorsignal (Id) einen Schwellwert (Ith) während mindestens einer Messperiode (Tm) überschreitet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors.
  • Optoelektronische Annäherungssensoren werden in der Regel dazu eingesetzt, die Annäherung eines Objekts zu detektieren und gegebenenfalls einen Schaltvorgang auszulösen. Beispielsweise kann ein optoelektronischer Annäherungssensor dazu verwendet werden, ein elektronisches Gerät ein- oder auszuschalten, wenn es von einem Benutzer berührt wird oder sich ein Körperteil des Benutzers in geringer Entfernung zum Gerät befindet.
  • Ein optoelektronischer Annäherungssensor enthält typischerweise ein strahlungsemittierendes Bauelement und ein daneben angeordnetes strahlungsdetektierendes Bauelement, wobei das strahlungsdetektierende Bauelement die von einem Objekt reflektierte Strahlung des strahlungsemittierenden Bauelements empfängt, wenn sich ein solches Objekt in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors befindet. Mit anderen Worten beruht die Funktion eines optoelektronischen Annäherungssensors auf dem Prinzip einer Reflexlichtschranke.
  • Um eine hohe Empfindlichkeit und/oder eine große Reichweite des optoelektronischen Annäherungssensors zu erzielen, muss das strahlungsemittierende Bauelement mit einer vergleichsweise hohen Stromstärke betrieben werden. Die Stromaufnahme eines optoelektronischen Annäherungssensors wird daher wesentlich von der Stromaufnahme des strahlungsemittierenden Bauelements bestimmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors anzugeben, bei dem der Stromverbrauch des strahlungsemittierenden Bauelements vermindert ist, ohne die Empfindlichkeit und/oder die Reichweite des optoelektronischen Annäherungssensors wesentlich zu beeinträchtigen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Bei dem Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors weist der Annäherungssensor gemäß einer Ausgestaltung mindestens ein strahlungsemittierendes Bauelement auf. Das strahlungsemittierende Bauelement ist vorzugsweise ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement. Bei dem strahlungsemittierenden Bauelement handelt es sich vorzugsweise um eine LED, insbesondere um eine Infrarot-LED. Beispielsweise kann eine Infrarot-LED mit einer Wellenlänge zwischen etwa 850 nm und 940 nm verwendet werden.
  • Weiterhin weist der optoelektronische Annäherungssensor ein strahlungsdetektierendes Bauelement auf. Das strahlungsdetektierende Bauelement ist dazu geeignet, die an einem Objekt reflektierte Strahlung des strahlungsemittierenden Bauelements zu detektieren. Das strahlungsdetektierende Bauelement ist vorzugsweise ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement, beispielsweise eine Fotodiode oder ein Fototransistor.
  • Weiterhin weist der optoelektronische Annäherungssensor eine Steuereinheit auf. Die Steuereinheit ist insbesondere zur Ansteuerung des strahlungsemittierenden Bauelements und des strahlungsdetektierenden Bauelements sowie zur Auswertung eines Detektorsignals des strahlungsdetektierenden Bauelements vorgesehen. Die Steuereinheit kann beispielsweise in Abhängigkeit davon, ob ein Detektorsignal des strahlungsdetektierenden Bauelements einen Schwellwert überschreitet oder nicht, ein logisches Ausgangssignal ausgeben, z. B. "L", falls sich kein Objekt in der Nähe des Annäherungssensors befindet und somit der Schwellwert des Detektorsignals nicht überschritten wird, oder "H", falls sich ein Objekt in der Nähe des Annäherungssensors befindet und somit der Schwellwert des Detektorsignals überschritten wird. Ein Ausgangssignal der Steuereinheit kann beispielsweise dazu genutzt werden, einen elektrischen Schaltvorgang auszulösen.
  • Das strahlungsemittierende Bauelement wird vorteilhaft mit einem gepulsten Strom betrieben. Auf diese Weise wird in periodischen Abständen eine Messung durchgeführt, ob sich ein Objekt in der Nähe des Annäherungssensors befindet oder nicht. Die Messperiode Tm, das heißt die Periode des gepulsten Stroms des strahlungsemittierenden Bauelements, kann beispielsweise zwischen einschließlich 1 ms und einschließlich 2000 ms betragen. Während einer Messperiode Tm weist der gepulste Strom des strahlungsemittierenden Bauelements eine Einzeit ton und eine Auszeit toff auf. Die Einzeit ist vorzugsweise wesentlich kleiner als die Auszeit und auch wesentlich kleiner als die Messperiode Tm. Die Einzeit ton kann beispielsweise zwischen einschließlich 1 µs und 100 ms betragen. Das Tastverhältnis ton/Tm des gepulsten Stroms des strahlungsemittierenden Bauelements ist vorteilhaft kleiner als 1/10, vorzugsweise kleiner als 1/100 oder sogar kleiner als 1/1000. Auf diese Weise wird vorteilhaft erreicht, dass das strahlungsemittierende Bauelement nur während eines geringen Bruchteils der Messperiode betrieben wird, wodurch der Stromverbrauch des optoelektronischen Annäherungssensors vermindert wird.
  • Der gepulste Strom des strahlungsemittierenden Bauelements weist während der Einzeit ton eine Pulsstromstärke auf. Eine vorteilhafte Verminderung des Stromverbrauchs des optoelektronischen Annäherungssensors wird gemäß dem hier vorgeschlagenen Prinzip dadurch erreicht, dass die Steuereinheit ein Detektorsignal des strahlungsemittierenden Bauelements auswertet und die Pulsstromstärke für eine nachfolgende Messperiode herabsetzt, wenn das Detektorsignal einen Schwellwert während mindestens einer Messperiode überschreitet.
  • Wenn ein Objekt durch den optoelektronischen Annäherungssensor detektiert wird, so dass das Detektorsignal während mindestens einer Messperiode den Schwellwert überschreitet, wird die Pulsstromstärke, mit der das strahlungsemittierende Bauelement während der Einzeit betrieben wird, vorteilhaft herabgesetzt. Auf diese Weise kann der Stromverbrauch des optoelektronischen Annäherungssensors im Vergleich zu einem optoelektronischen Annäherungssensor, bei dem der Strom des strahlungsemittierenden Bauelements jeweils eine fest vorgegebene Pulsstromstärke aufweist, vorteilhaft vermindert werden.
  • Die Pulsstromstärke während der Einzeit des gepulsten Stroms ist also von der Stärke des Detektorsignals abhängig und umso geringer, je näher sich ein Objekt an dem optoelektronischen Annäherungssensor befindet und/oder je besser das Objekt die Strahlung des strahlungsemittierenden Bauelements reflektiert. Das vorgeschlagene Prinzip macht sich die Erkenntnis zunutze, dass während eines Zeitraums, in dem sich ein reflektierendes Objekt in der Nähe des Annäherungssensors befindet, eine geringere Pulsstromstärke des strahlungsemittierenden Bauelements ausreicht, um zu detektieren, ob sich das Objekt weiterhin noch in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors befindet.
  • Da die Pulsstromstärke des gepulsten Stroms des strahlungsemittierenden Bauelements nur dann vermindert wird, wenn das Detektorsignal den Schwellwert überschreitet, wird die Empfindlichkeit des optoelektronischen Annäherungssensors in Zeitbereichen vorteilhaft nicht vermindert, in denen sich kein Objekt in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors befindet, das ein ausreichend hohes Detektorsignal bewirkt. Durch die Anpassung der Pulsstromstärke des gepulsten Stroms wird daher vorteilhaft eine Verminderung des Stromverbrauchs des strahlungsemittierenden Bauelements in Zeiträumen erzielt, in denen sich ein Objekt in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors befindet, ohne die Empfindlichkeit in Zeiträumen herabzusetzen, in denen sich kein Objekt in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors befindet.
  • Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Pulsstromstärke für eine nachfolgende Messperiode herabgesetzt, wenn das Detektorsignal den Schwellwert während genau einer Messperiode überschreitet. Bei dieser Ausgestaltung setzt die Steuereinheit die Pulsstromstärke bereits nach einem einmaligen Überschreiten des Schwellwerts während einer Messperiode herab, so dass der gepulste Strom schon während der nächsten Messperiode eine geringere Pulsstromstärke aufweist. Auf diese Weise wird eine besonders schnelle Verminderung des Stromverbrauchs bei Annäherung eines Objekts erreicht.
  • Bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird die Pulsstromstärke für eine nachfolgende Messperiode herabgesetzt, wenn das Detektorsignal den Schwellwert während einer vorgegebenen Anzahl von N aufeinander folgenden Messperioden überschreitet, wobei N ≥ 2 ist. Eine Verminderung der Pulsstromstärke erfolgt bei dieser Ausgestaltung also noch nicht bei einem einmaligen Überschreiten des Schwellwerts, sondern erst, wenn der Schwellwert bei N aufeinander folgenden Messperioden überschritten wird.
  • Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Pulsstromstärke erst dann für eine nachfolgende Messperiode herabgesetzt wird, wenn das Detektorsignal den Schwellwert bei N = 2 oder N = 3 aufeinander folgenden Messperioden überschritten hat. Wenn das Herabsetzen der Pulsstromstärke erst nach einem mehrfachen Überschreiten des Schwellwerts erfolgt, haben sehr kurzzeitige, insbesondere zufällige Annäherungen eines Objekts an den optoelektronischen Annäherungssensor keinen Einfluss auf die Steuerung.
  • Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Pulsstromstärke mindestens ein weiteres Mal für mindestens eine weitere nachfolgende Messperiode herabgesetzt, wenn das Detektorsignal den Schwellwert nach dem Herabsetzen der Pulsstromstärke während mindestens einer weiteren Messperiode weiterhin überschreitet. Auf diese Weise kann die Pulsstromstärke vorteilhaft schrittweise mehrfach herabgesetzt werden, solange das Detektorsignal den Schwellwert noch überschreitet. Der Stromverbrauch des optoelektronischen Annäherungssensors wird also umso geringer, je näher sich ein Objekt an dem Annäherungssensor befindet und je besser das Objekt reflektiert.
  • Das Herabsetzen der Pulsstromstärke in einem oder in mehreren Schritten kann zum Beispiel in fest vorgegebenen Schritten erfolgen. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Pulsstromstärke beispielsweise um mindestens 25% oder sogar um mindestens 50% herabgesetzt.
  • Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Pulstromstärke nur bis zu einem vorgegebenen Minimalwert herabgesetzt wird. Nach Erreichen des Minimalwerts wird bei dieser Ausgestaltung die Pulsstromstärke nicht weiter vermindert, wenn das Detektorsignal den Schwellwert überschreitet.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Pulsstromstärke für eine nachfolgende Messperiode heraufgesetzt, wenn das Detektorsignal einen Schwellwert während mindestens einer Messperiode unterschreitet, und die Pulsstromstärke geringer als ein vorgegebener Maximalwert für die Pulsstromstärke ist. Auf diese Weise wird die Empfindlichkeit des optoelektronischen Annäherungssensors vorteilhaft wieder erhöht, wenn sich ein Objekt derart von dem Annäherungssensor entfernt, dass das Detektorsignal den Schwellwert nicht mehr überschreitet.
  • Ähnlich wie beim Herabsetzen der Pulsstromstärke beim Überschreiten des Schwellwerts kann das Heraufsetzen der Pulsstromstärke für die nachfolgende Messperiode erfolgen, wenn das Detektorsignal den Schwellwert während genau einer Messperiode unterschreitet.
  • Alternativ kann die Pulsstromstärke für die nachfolgende Messperiode heraufgesetzt werden, wenn das Detektorsignal den Schwellwert während einer vorgegebenen Anzahl von N aufeinander folgenden Messperioden unterschreitet, wobei N ≥ 2 ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Pulsstromstärke erst dann heraufgesetzt wird, wenn das Detektorsignal den Schwellwert während N = 2 oder N = 3 aufeinander folgenden Messperioden unterschreitet. In diesem Fall haben sehr kurzfristige Unterschreitungen des Schwellwerts, die zum Beispiel durch eine kurzzeitige Bewegung eines detektierten Objekts ausgelöst werden, keinen Einfluss auf die Steuerung.
  • Bei einer Ausgestaltung wird die Pulsstromstärke auf einen vorgegebenen Maximalwert für die Pulsstromstärke heraufgesetzt, wenn das Detektorsignal den Schwellwert während einer oder mehreren aufeinander folgenden Messperioden unterschreitet. In diesem Fall erreicht der optische Annäherungssensor nach dem Heraufsetzen der Pulsstromstärke sofort wieder eine maximale Empfindlichkeit, die bei dem Maximalwert der Pulsstromstärke erreicht wird.
  • Bei einer alternativen Ausgestaltung wird die Pulsstromstärke mindestens ein weiteres Mal für mindestens eine weitere nachfolgende Messperiode heraufgesetzt, wenn das Detektorsignal den Schwellwert nach dem Heraufsetzen der Pulsstromstärke während mindestens einer weiteren Messperiode weiterhin unterschreitet. Bei dieser Variante wird beispielsweise die Pulsstromstärke schrittweise erhöht, bis das Detektorsignal den Schwellwert nicht mehr unterschreitet. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Pulsstromstärke schrittweise an einen variierenden Abstand des Objekts vom optoelektronischen Annäherungssensor und einer daraus resultierenden Variation des Detektorsignals angepasst werden.
  • Das Heraufsetzen der Pulsstromstärke bei einem Unterschreiten des Schwellwerts kann bei dem Verfahren beispielsweise in fest vorgegebenen Schritten erfolgen. Vorzugsweise wird die Pulsstromstärke um mindestens 50% oder sogar um 100% heraufgesetzt, wenn das Detektorsignal den Schwellwert unterschreitet.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 bis 4 näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines optoelektronischen Annäherungssensors bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens,
  • 2 eine schematische grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Stroms Ie(t) des strahlungsemittierenden Bauelements bei einem Ausführungsbeispiel des Verfahrens,
  • 3 eine schematische grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Stroms Ie(t) des strahlungsemittierenden Bauelements bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens, und
  • 4 eine schematische grafische Darstellung des zeitlichen Verlaufs des Stroms Ie(t) des strahlungsemittierenden Bauelements bei einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens.
  • Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Der in 1 dargestellte optoelektronische Annäherungssensor 1 gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein strahlungsemittierendes Bauelement 2 und ein strahlungsdetektierendes Bauelement 3 auf. Das strahlungsemittierende Bauelement 2 und das strahlungsdetektierende Bauelement 3 können beispielsweise nebeneinander auf einer gemeinsamen Leiterplatte montiert sein. Das strahlungsemittierende Bauelement 2 ist vorzugsweise ein strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement. Das strahlungsemittierende Bauelement 2 ist beispielsweise eine Lumineszenzdiode, insbesondere eine Infrarot-Lumineszenzdiode. Insbesondere kann das strahlungsemittierende Bauelement 2 eine IR-LED sein, die beispielsweise eine Wellenlänge zwischen etwa 850 nm und 940 nm aufweist.
  • Das strahlungsemittierende Bauelement 2 emittiert elektromagnetische Strahlung 6 in eine Abstrahlrichtung. Wenn sich ein Objekt 5 in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors 1 befindet, wird die von dem strahlungsemittierenden Bauelement 2 emittierte elektromagnetische Strahlung 6 an diesem reflektiert. Das reflektierende Objekt 5 kann insbesondere ein Körperteil eines Benutzers sein, der ein elektrisches Gerät benutzt, in das der optoelektronische Annäherungssensor 1 integriert ist. Wenn sich das reflektierende Objekt 5 in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors 1 befindet, trifft zumindest ein Teil der an dem Objekt 5 reflektierten elektromagnetischen Strahlung 7 auf das strahlungsdetektierende Bauelement 3 auf. Das strahlungsdetektierende Bauelement 3 ist vorzugsweise ein strahlungsdetektierendes Halbleiterbauelement, beispielsweise eine Fotodiode, ein Fototransistor oder ein anderes Halbleiterbauelement, das zur Detektion der reflektierten Strahlung 7 geeignet ist.
  • Weiterhin umfasst der optoelektronische Annäherungssensor 1 eine Steuereinheit 4, die insbesondere zur elektrischen Ansteuerung des strahlungsemittierenden Bauelements 2 und des strahlungsdetektierenden Bauelements 3 vorgesehen ist. Die Steuereinheit 4 dient auch zur Auswertung eines Detektorsignals des strahlungsdetektierenden Bauelements 3. Die Steuereinheit 4 kann beispielsweise einen integrierten Schaltkreis (IC), insbesondere einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), aufweisen. Es ist auch möglich, dass das strahlungsdetektierende Bauelement 3 und/oder das strahlungsemittierende Bauelement 2 ein Halbleiterbauelement ist, das in einen als Steuereinheit fungierenden ASIC integriert ist. Beispielsweise kann das strahlungsdetektierende Halbleiterbauelement 3 eine monolithisch in einen ASIC integrierte Fotodiode sein.
  • Das strahlungsemittierende Bauelement 2 wird bei dem optoelektronischen Annäherungssensor 1 mit einer gepulsten Stromstärke betrieben. Ein beispielhafter zeitlicher Verlauf der gepulsten Stromstärke Ie(t) ist schematisch in 2A dargestellt. Während einer Messperiode Tm ist das strahlungsemittierende Bauelement 2 während einer Einzeit ton eingeschaltet und danach für die restliche Zeit toff der Messperiode Tm ausgeschaltet. Die Messperiode Tm beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 1 ms und 2000 ms.
  • Während der Einzeit wird das strahlungsemittierende Bauelement mit einer Pulsstromstärke Ion betrieben. Die Einzeit ton ist vorzugsweise wesentlich kleiner als die Auszeit toff. Das Tastverhältnis ton/Tm beträgt vorteilhaft weniger als 0,1, bevorzugt weniger als 0,01 und besonders bevorzugt weniger als 0,001.
  • Bei dem in 2 dargestellten Beispiel wird in einer ersten Messperiode Tm1 ein Detektorsignal Id detektiert, das kleiner als der Schwellwert Ith ist. Da die Pulsstromstärke Ion1 bereits einen vorgegebenen Maximalwert Ion,max aufweist, wird die Pulsstromstärke Ion2 in der nachfolgenden zweiten Messperiode Tm2 nicht erhöht. Bei dem Ausführungsbeispiel überschreitet das Detektorsignal Id während der zweiten Messperiode Tm2 den Schwellwert Ith, weil sich zum Beispiel ein reflektierendes Objekt in der Nähe des optischen Annäherungssensors befindet. In diesem Fall wird vorteilhaft die Pulsstromstärke Ion3 für die nachfolgende Messperiode Tm3 von der Steuereinheit auf einen geringeren Wert herabgesetzt. Vorzugsweise wird die Pulsstromstärke um mindestens 25% reduziert. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Pulsstromstärke Ion3 während der dritten Messperiode Tm3 um 50% gegenüber der vorhergehenden Messperiode Tm2 reduziert.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird während der dritten Messperiode Tm3 trotz der herabgesetzten Pulsstromstärke Ion3 noch ausreichend Strahlung von einem Objekt in der Nähe des optoelektronischen Annäherungssensors reflektiert, dass das Detektorsignal Id weiterhin den Schwellwert Ith überschreitet. In diesem Fall wird die Pulsstromstärke Ion4 für die nachfolgende vierte Messperiode Tm4 erneut herabgesetzt, beispielsweise um weitere 50%.
  • Da auch während der vierten Messperiode Tm4 weiterhin das Detektorsignal Id größer als der Schwellwert Ith ist, wird die Pulsstromstärke Ion5 für die nachfolgende fünfte Messperiode Tm5 nochmals herabgesetzt, beispielsweise erneut um 50%.
  • Trotz der weiteren Herabsetzung der Pulsstromstärke Ion5 ist auch während der fünften Messperiode Tm5 das Detektorsignal Id weiterhin größer als der Schwellwert Ith.
  • Bei dem Verfahren kann vorgesehen sein, dass die Pulsstromstärke Ion nicht weiter herabgesetzt wird, wenn sie einen vorgegebenen Minimalwert Ion,min erreicht hat. In diesem Fall wird die Pulsstromstärke Ion für die nachfolgende Messperiode Tm auch dann nicht herabgesetzt, wenn das Detektorsignal Id den Schwellwert Ith während der vorherigen Messperiode Tm unterschritten hat.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 hat zum Beispiel die Pulsstromstärke Ion5 in der fünften Messperiode Tm5 einen vorgegebenen Minimalwert Ion,min erreicht. Die Steuereinheit 4 reduziert daher die Pulsstromstärke Ion6 für die nachfolgende Messperiode Tm6 nicht weiter, obwohl das Detektorsignal Id den Schwellwert Ith überschritten hat. Vielmehr wird das strahlungsemittierende Bauelement 2 auch während der sechsten Messperiode Tm6 mit dem vorgegebenen Minimalwert Ion,min der Pulsstromstärke betrieben.
  • Die Steuervorrichtung 4 ist bei dem Verfahren vorzugsweise dazu eingerichtet, die Pulsstromstärke Ion wieder zu erhöhen, wenn das Detektorsignal Id während mindestens einer Messperiode den Schwellwert Ith unterschritten hat und die Pulsstromstärke Ion geringer als ein vorgegebener Maximalwert Ion,max für die Pulsstromstärke ist. Eine solche Erhöhung der Pulsstromstärke Ion nach Unterschreitung des Schwellwerts Ith muss nicht notwendigerweise für die unmittelbar nachfolgende Messperiode Tm erfolgen, sondern kann beispielsweise erst dann erfolgen, wenn das Detektorsignal Id während einer vorgegebenen Anzahl N Messperioden den Schwellwert Ith unterschritten hat. Eine nur sehr kurzzeitige Verringerung des Detektorsignals Id, die beispielsweise auf einer kurzzeitigen Bewegung des detektierten Objekts 5 beruht, bleibt somit unberücksichtigt.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 2 sei angenommen, dass das Detektorsignal Id während der sechsten Messperiode Tm6 den Schwellwert Ith unterschreitet, weil sich beispielsweise ein zuvor detektiertes Objekt 5 von dem optoelektronischen Annäherungssensor 1 entfernt hat. Das strahlungsemittierende Bauelement 2 wird während der siebten Messperiode Tm7 mit einer Pulsstromstärke Ion7 betrieben, die gleich der Pulsstromstärke Ion6 der sechsten Messperiode Tm6 ist, obwohl das Detektorsignal Id während der sechsten Messperiode Tm6 den Schwellwert Ith unterschritten hat.
  • Erst nachdem das Detektorsignal Id während der siebten Messperiode Tm6 erneut den Schwellwert Ith unterschritten hat, wird die Pulsstromstärke Ion8 für die nachfolgende achte Messperiode Tm8 von der Steuereinheit 4 erhöht. Bei dem Ausführungsbeispiel wird die Pulsstromstärke Ion8 für die achte Messperiode Tm8 auf eine vorgegebene maximale Pulsstromstärke Ion,max erhöht, die der Anfangswert während der ersten Messperiode Tm1 war. Alternativ dazu wäre es auch möglich, die Pulsstromstärke stufenweise in Richtung des Maximalwerts Ion,max zu erhöhen, wie es auch beim Herabsetzen der Pulsstromstärke beim Überschreiten des Schwellwerts Ith erfolgt ist.
  • In 3 ist der zeitliche Verlauf des gepulsten Stroms Ie(t) des strahlungsemittierenden Bauelements bei einem weiteren Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel erfolgt ein Herabsetzen der Pulsstromstärke im Gegensatz zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel nicht bereits, wenn das Detektorsignal Id den Schwellwert Ith während genau einer Messperiode Tm unterschritten hat, sondern erst dann, wenn das Detektorsignal Id den Schwellwert Ith während einer festgelegten Anzahl von N = 3 Messperioden Tm überschritten hat.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel wird beispielsweise jeweils während der ersten drei Messperioden Tm1, Tm2, Tm3 der Schwellwert Ith von dem Detektorsignal Id überschritten. Folglich erfolgt eine Herabsetzung der Pulsstromstärke Ion4 für die nachfolgende vierte Messperiode Tm4. Dies kann beispielsweise eine Halbierung der Pulsstromstärke Ion1 = Ion2 = Ion3 sein. Während der vierten, fünften und sechsten Messperiode Tm4, Tm5, Tm6 wird der Schwellwert Ith bei dem Ausführungsbeispiel weiterhin von dem Detektorsignal Id überschritten. Da der Schwellwert Ith somit erneut N = 3 mal überschritten wurde, wird die Pulsstromstärke Ion7 für die nachfolgende siebte Messperiode Tm7 erneut herabgesetzt, beispielsweise erneut halbiert.
  • Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann die Pulsstromstärke im weiteren Verlauf wieder in einem Schritt oder in mehreren Schritten bis zu einer maximalen Pulsstromstärke Ion,max erhöht werden, wenn der Schwellwert Ith während einer vorgegebenen Anzahl von N Messperioden Tm unterschritten wurde.
  • Bei einer Ausgestaltung des optoelektronischen Annäherungssensors 1 emittiert das strahlungsemittierende Bauelement 2 während der Einzeit ton nicht einen einzigen Puls, sondern eine Pulssequenz. Der zeitliche Verlauf des gepulsten Stroms Ie(t) bei dieser Ausgestaltung ist in 4 schematisch für zwei Messperioden Tm1, Tm2 dargestellt.
  • Der gepulste Strom Ie(t) weist während der Einzeit ton eine Sequenz von Rechteckpulsen auf. Während einer Messperiode Tm ist das strahlungsemittierende Bauelement nach der Pulssequenz für eine Auszeit toff ausgeschaltet. Unter der Einzeit ton wird bei dieser Ausgestaltung die Dauer der Pulssequenz verstanden. Die Pulssequenz weist eine Periodendauer Tps auf, die vorzugsweise wesentlich kleiner als die Messperiode Tm ist. Beispielsweise gilt Tps/Tm < 1/10, bevorzugt Tps/Tm < 1/100 oder sogar Tps/Tm< 1/1000. Die kurzperiodische Modulation des gepulsten Stroms Ie(t) des strahlungsemittierenden Bauelements 2 während der Einzeit ton ist vorteilhaft auch im Detektorsignal Id feststellbar und dient insbesondere zur Verminderung des Signal-Rausch-Verhältnisses. Bei der Auswertung des Detektorsignals können z. B. nicht modulierte Anteile des Detektorsignals, die z. B. durch den Einfluss von Umgebungslicht entstehen, herausgefiltert werden. Unter der Pulsstromstärke Ion1, Ion2 wird bei dieser Ausgestaltung die Amplitude der Pulse der Pulssequenz verstanden. Bei dem Ausführungsbeispiel der 4 wird die Pulstromstärke Ion2 im Vergleich zu Ion1 halbiert, da das Detektorsignal Id den Schwellwert während der ersten Messperiode Tm1 überschritten hat.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb eines optoelektronischen Annäherungssensors (1), wobei – der Annäherungssensor (1) ein strahlungsemittierendes Bauelement (2), ein strahlungsdetektierendes Bauelement (3) und eine Steuereinheit (4) umfasst, – das strahlungsemittierende Bauelement (2) mit einem gepulsten Strom (Ie) betrieben wird, – der gepulste Strom (Ie) des strahlungsemittierenden Bauelements (2) während einer Messperiode (Tm) jeweils eine Einzeit (ton) und eine Auszeit (toff) aufweist, wobei der gepulste Strom (Ie) während der Einzeit (ton) eine Pulsstromstärke (Ion) aufweist, und – die Steuereinheit (4) ein Detektorsignal (Id) des strahlungsdetektierenden Bauelements (3) auswertet und die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) herabsetzt, wenn das Detektorsignal (Id) einen Schwellwert (Ith) während mindestens einer Messperiode (Tm) überschreitet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) herabgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) den Schwellwert (Ith) während genau einer Messperiode (Tm) überschreitet.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) herabgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) den Schwellwert (Ith) während einer vorgegebenen Anzahl von N aufeinanderfolgenden Messperioden (Tm) überschreitet, wobei N ≥ 2 ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei N = 2 oder N = 3 ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Pulsstromstärke (Ion) für mindestens eine weitere nachfolgende Messperiode (Tm) herabgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) den Schwellwert (Ith) nach dem Herabsetzen der Pulsstromstärke (Ion) während mindestens einer weiteren Messperiode (Tm) weiterhin überschreitet.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Pulsstromstärke (Ion) um mindestens 25% herabgesetzt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Pulsstromstärke (Ion) um mindestens 50% herabgesetzt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) heraufgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) einen Schwellwert (Ith) während mindestens einer Messperiode (Tm) unterschreitet, und die Pulsstromstärke (Ion) geringer als ein vorgegebener Maximalwert (Ion,max) für die Pulsstromstärke ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) heraufgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) den Schwellwert (Ith) während genau einer Messperiode (Tm) unterschreitet.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Pulsstromstärke (Ion) für eine nachfolgende Messperiode (Tm) heraufgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) den Schwellwert (Ith) während einer vorgegebenen Anzahl von N aufeinanderfolgenden Messperioden (Tm) unterschreitet, wobei N ≥ 2 ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei N = 2 oder N = 3 ist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Pulsstromstärke auf den vorgegebenen Maximalwert für die Pulsstromstärke (Ion,max) heraufgesetzt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem die Pulsstromstärke (Ion) mindestens ein weiteres Mal für mindestens eine weitere nachfolgende Messperiode (Tm) heraufgesetzt wird, wenn das Detektorsignal (Id) den Schwellwert (Ith) nach dem Heraufsetzen der Pulsstromstärke (Ion) während mindestens einer weiteren Messperiode (Tm) weiterhin unterschreitet.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem die Pulsstromstärke (Ion) um mindestens 50% heraufgesetzt wird.
  15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Messperiode (Tm) zwischen 1 ms und 2000 ms beträgt.
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