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Die Erfindung betrifft einen optischen
Sensor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Derartige optische Sensoren können als
Distanzsensoren, Lichtschranken und dergleichen ausgebildet sein
und dienen zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
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Lichtschranken oder insbesondere
Reflexionslichtschranken bilden sogenannte binäre optische Sensoren. Derartige
binäre
Sensoren generieren ein binäres
Schaltsignal. Das Schaltsignal nimmt je nachdem ob ein Objekt im Überwachungsbereich
detektiert wird oder nicht, den Schaltzustand „ein" oder „aus" ein. Bei optischen Sensoren, die als
Distanzsensoren ausgebildet sind, wird als zusätzliche Information die Distanz
des Objekts zum Sensor erhalten.
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Derartige optische Sensoren weisen
typischerweise Reflektoren auf, welche den Überwachungsbereich begrenzen.
Bei freiem Strahlengang werden die vom Sender des optischen Sensors
emittierten Sendelichtstrahlen auf den Reflektor geführt und
von dort als Empfangslichtstrahlen auf den Empfänger des optischen Sensors
geführt.
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Nachteilig bei derartigen optischen
Sensoren ist, dass die Reflektordetektion von einer Objektdetektion
nicht eindeutig unterscheidbar ist, wodurch Fehldetektionen auftreten
können.
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Beispielsweise kann bei einer Reflexionslichtschranke
durch Einbringen eines spiegelnden Objektes oder eines weiteren
Reflektors ein freier Strahlengang vorgetäuscht werden.
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Auch kann es bei Mehrfachanordnungen
von Reflexionslichtschranken zu Fehldetektionen kommen, wenn die
Sendelichtstrahlen einer Reflexionslichtschranke fälschlicherweise
auf einen Reflektor einer benachbarten Reflexionslichtschranke ausgerichtet
sind.
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Ein optischer Sensor gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 ist beispielsweise aus der
DE 100 16 892 A1 bekannt.
Dieser Sensor weist zwei Sender auf, welche alternierend Sendelichtimpulse emittieren.
Die vom ersten Sender emittierten Sendelichtimpulse sind nicht polarisiert,
während
die vom zweiten Sender emittierten Sendelichtimpulse in einer ersten
Polarisationsrichtung polarisiert sind. Die ein transparentes Objekt
durchsetzenden Sendelichtimpulse sind über einen Polarisationsfilter
mit einer zweiten Polarisationsrichtung, die bezüglich der ersten Polarisationsrichtung
gedreht ist, geführt
und treffen als Empfangslichtimpulse auf den Empfänger. In
einer Auswerteeinheit wird während
der Emission eines jeden Sendelichtimpulses das Empfangssignal am
Ausgang des Empfängers
integriert.
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Für
jeweils zwei aufeinanderfolgende Sendelichtimpulse wird die Differenz
Ud der integrierten Empfangssignale U1, U2 gemäß Ud = U1 – U2 gebildet und mit einem
Schwellwert S1 verglichen. Eine Objektdetektion liegt vor, falls
Ud < S1 ist. Ansonsten liegt
ein freier Strahlengang vor.
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Die
DE 43 43 457 C1 betrifft eine optoelektronische
Vorrichtung zum Erkennen von transparenten Gegenständen mit
wenigstens einem einen Sendelichtstrahl emittierenden Sender und
wenigstens einem Empfänger
sowie einer Auswerteeinheit, wobei die zu erkennenden Gegenstände im Strahlengang
des Sendelichtstrahls zwischen Sender und Empfänger angeordnet sind.
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Im Strahlengang des Sendelichtstrahls
sind hinter dem Sender und vor dem Empfänger polarisierende Mittel
vorgesehen, die die Polarisationseigenschaften des Sendelichtstrahls
beeinflussen, wobei die Polarisationswirkungen der polarisierenden
Mittel über
die Auswerteeinheit einstellbar ist.
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Die
DE 198 01 632 A1 betrifft eine Reflexlichtschranke,
bestehend aus einem Sender und einem Empfänger elektromagnetischer Wellen,
welche sich in räumlicher
Nähe voneinander
befinden, und einem Reflektor, wobei die vom Sender emittierten elektromagnetischen
Wellen mittels des Reflektors auf den Empfänger reflektiert werden, der
ein Ausgangssignal abgibt, das zur Erkennung von in den Strahlengang
eingebrachter Objekte dient. Vor dem Ausgang des Senders befindet
sich ein Polarisator, der einen definierten Polarisationszustand
herstellt.
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Die
DE 199 13 156 A1 betrifft eine optoelektronische
Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich, an dessen
einem Ende ein Sendelichtstrahlen emittierender Sender und zwei
Empfangslichtstrahlen
10 empfangende Empfänger mit
jeweils einem vorgeordneten ersten und zweiten linear polarisierenden
Element, deren Polarisationsrichtungen um einen Winkel α im Bereich
45° < α < 135° gegeneinander
gedreht sind, angeordnet sind und an dessen anderem Ende eine Reflektoreinheit,
bestehend aus einem Reflektor und einem vorgeordneten dritten linear
polarisierendem Element, dessen Polarisationsrichtung mit der Polarisationsrichtung
des ersten oder zweiten polarisierenden Elements im Wesentlichen übereinstimmt,
angeordnet ist. Die an Ausgängen
der Empfänger
anstehenden Empfangssignale werden jeweils mit zwei unterschiedlichen
Schwellwerten bewertet.
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Die
DE 197 47 248 A1 betrifft ein Verfahren zum
Betrieb einer Reflexionslichtschranke mit einem Sendelichtstrahlen
emittierenden Sender und einem Empfänger an einem Ende eines Überwachungsbereichs,
welcher die Sendelichtstrahlen bei freiem Strahlengang auf den Empfänger zurückreflektiert. Das
am Ausgang des Empfängers
anstehende Empfangssignal wird mit einem eine Schaltwelle bildenden
Schwellwert S 1 verglichen, wobei das Empfangssignal bei freiem
Strahlengang oberhalb des Schwellwerts S1 liegt und das Empfangssignal
unter halb von S1 liegt, falls sich ein Objekt im Überwachungsbereich
befindet. Der Schwellwert S1 wird während eines Abgleichvorgangs
in Abhängigkeit
eines Referenzpegels S0, wobei der Referenzpegel S0 durch den Pegel
des Empfangssignals gegeben ist, welcher sich bei auf ein Referenzobjekt
gerichteten Sendelichtstrahlen ergibt, festgelegt.
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Die
DE 199 51 557 A1 betrifft eine optoelektronische
Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem von einer Referenzfläche begrenzten Überwachungsbereich
mit wenigstens einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und
einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger. Der Empfänger weist
ein Nah- und Fernelement auf, wobei die aus großen Distanzen von Objekten
zurückreflektierten
Empfangslichtstrahlen vorwiegend auf das Fernelement und die aus
geringen Distanzen von Objekten zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen
vorwiegend auf das Nahelement geführt sind. Während eines Einlernvorgangs
sind die Sendelichtstrahlen auf die Referenzfläche gerichtet. Dabei ist oder
sind die Differenz und/oder sie Summe der Empfangssignale an den
Ausgängen
des Nah- und Fernelements auf einen Referenzwert oder auf Referenzwerte
Urda, Ursa jeweils innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbandes liegend
einstellbar. Nach Beendigung des Einlernvorgangs wird bei Abweichen
der aktuellen Differenzen Uda und/oder der Summen Usa der Empfangssignale
an den Ausgängen
des Nahelements und Fernelements von dem Referenzwert oder den jeweiligen
Referenzwerten Ursa, Urda eine Objektmeldung generiert.
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Die
DE 299 23 142 U1 betrifft eine optoelektronische
Vorrichtung zur Erfassung von Objekten mit einem Sendelichtstrahlen
emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden
Empfänger,
welcher an eine Auswerteeinheit angeschlossen ist. Aus dem am Ausgang
des Empfängers
anstehenden Empfangssignal wird durch Vergleich mit einem Schwellwert
ein binäres
Schaltsignal abgeleitet.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde
einen optischen Sensor der eingangs genannten Art so auszubilden,
dass dieser eine möglichst
hohe Fehler- und Manipulationssicherheit aufweist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind die
Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen
und zweckmäßige Weiterbildungen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur
Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich
und weist wenigstens einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender,
wenigstens einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger und
eine Auswerteeinheit zur Auswertung der am Empfänger anstehenden Empfangssignale
auf, wobei die Sendelichtstrahlen über ein im Überwachungsbereich angeordnetes
Reflexionselement oder Transmissionselement geführt sind. Dadurch ist den auf
den Empfänger
geführten
Empfangslichtstrahlen eine Kodierung aufgeprägt, welche in der Auswerteeinheit
erfasst wird. Das Reflexionselement oder das Transmissionselement
weist eine aktive Fläche
mit einem über
ein Schaltelement vorgebbaren Muster von Reflexionskoeffizienten
oder Transmissionskoeffizienten auf. Im Schaltelement werden Pulsfolgen
zur Ansteuerung des Reflexionselements oder Transmissionselements
generiert, wobei entsprechend der Pulsfolgen die Reflexionskoeffizienten oder
Transmissionskoeffizienten vorgegebener Felder der aktiven Fläche geändert werden.
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Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin,
dass mit dem Transmissionselement oder Reflexionselement ein aktives
Element im Strahlengang des optischen Sensors so angeordnet ist,
dass bei freiem Strahlengang des optischen Sensors den Empfangslichtstrahlen
durch dieses aktive Element eine eindeutige Kodierung aufgeprägt wird.
Durch Erfassung dieser Kodierung in der Auswerteeinheit wird ein
Signal erhalten, welches den freien Strahlengang des optischen Sensors
eindeutig kennzeichnet.
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Bei einem externen Eingriff durch
ein Objekt oder auch im Fehlerfall oder bei einer Manipulation des
optischer Sensors wird diese Kodierung nicht mehr erkannt, wodurch
eindeutig feststellbar ist, dass eine Unterbrechung des Strahlengangs
vorliegt. Insbesondere können
damit auch Fremdlichteinstrahlungen oder Manipulationen in Form
eines Einbringens von spiegelnden Objekten in den Strahlengang erfasst
werden.
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Das die Kodierung der Empfangslichtstrahlen
erzeugende Muster des Reflexionselements oder Transmissionselements
wird über
ein Schaltelement vorgegeben. Dadurch ist dieses Reflexionselement oder
Transmissionselement eindeutig identifizierbar und kann damit von
anderen Objekten oder Störeinflüssen eindeutig
unterschieden werden. Das Transmissionselement oder Reflexionselement
bildet somit ein eigensicheres aktives Element, welches die Fehlersicherheit
des optischen Sensors beträchtlich erhöht.
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Besonders vorteilhaft kann der optische
Sensor auch von einer Mehrfachanordnung mit mehreren Sensorelementen
gebildet sein, welche jeweils einen Sender, einen Empfänger und
ein zugeordnetes aktives Element aufweisen. Durch die in den einzelnen aktiven
Elementen erzeugten individuellen Kodierungen der Sendelichtstrahlen
beziehungsweise Empfangslichtstrahlen der einzelnen Sensorelemente sind
diese unempfindlich gegen gegenseitige optische Beeinflussungen
und gegen externe Störungen. Besonders
vorteilhaft ist die Mehrfachanordnung als Lichtgitter ausgebildet.
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Weiterhin ist vorteilhaft, dass der
erfindungsgemäße optische
Sensor einfach montierbar ist, wobei der Verkabelungsaufwand zur
Montage des optischen Sensors äußerst gering
ist. Dies beruht darauf, dass das Transmissionselement oder Reflexionselements
generiert. Vorzugsweise weist das aktive Element eine eigene Energieversorgung,
beispielsweise mittels Solarzellen auf.
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In jedem Fall ist ein elektrischer
Anschluss des aktiven Elements an das Sensorelement mit dem Sender,
dem Empfänger
und der Auswerteeinheit des optischen Sensors nicht erforderlich.
Das Schaltelement des aktiven Elements generiert vorgegebene Pulsfolgen,
durch welche die Muster von Reflexionskoeffizienten und Transmissionskoeffizienten
der aktiven Fläche
des aktiven Elements generiert werden. Die einzelnen Pulsfolgen
und/oder die dadurch generierten Muster sind als Parameterwerte
in der Auswerteeinheit abgespeichert und können als Sollwerte mit den
Istwerte bildenden aktuellen Kodierungen der empfangenden Empfangslichtstrahlen
verglichen werden.
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Die Erfindung wird im nachstehenden
anhand der Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1:
Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
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2a:
Reflexionselement für
den optischen Sensor gemäß 1.
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2b:
Zeitlicher Verlauf der im Schaltelement des optischen Sensors gemäß 1 erzeugten Pulsfolgen.
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2c:
Zeitlicher Verlauf der Lichtintensität der vom Sender des optischen
Sensors emittierten Sendelichtstrahlen.
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2d:
Zeitlicher Verlauf der Lichtintensität der auf den Empfänger des
optischen Sensors auftreffenden Empfangslichtstrahlen.
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3:
Zeitlicher Verlauf des Empfangssignals des Empfängers des optischen Sensors
gemäß 1 für unterschiedliche Muster von
Reflexionskoeffizienten des Reflexionselements.
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4:
Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
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5a:
Zeitlicher Verlauf der Lichtintensität der Sendelichtstrahlen für den optischen
Sensor gemäß 4.
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5b:
Zeitlicher Verlauf der Schalterstellung des Schalters des optischen
Sensors gemäß 4.
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5c:
Zeitlicher Verlauf der Pulsfolgen des Schaltelements für den optischen
Sensor gemäß 4.
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5d:
Zeitlicher Verlauf der Lichtintensität der Empfangslichtstrahlen
für den
optischen Sensor gemäß 4.
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6:
Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
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7:
Zeitliche Verläufe
der Lichtintensitäten
der Sendelichtstrahlen und Empfangslichtstrahlen sowie der Muster
von Transmissionskoeffizienten der Transmissionselemente des optischen
Sensors gemäß 6.
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1 zeigt
das Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen
Sensors 1. Der optische Sensor 1 ist im vorliegenden
Fall als Reflexionslichtschranke ausgebildet. Prinzipiell kann der
optische Sensor 1 auch als Distanzsensor, Lichtschranke
oder dergleichen ausgebildet sein.
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Der optische Sensor 1 weist
ein Sensorelement 2 auf, welches in einem Gehäuse angeordnet ist.
Das Sensorelement 2 weist einen Sendelichtstrahlen 3 emittierenden
Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden
Empfänger 6 auf. Der
Sender 4 besteht aus einer Leuchtdiode, der Empfänger 6 ist
von einer Fotodiode gebildet. Der Sender 4 und der Empfänger 6 sind
an eine Auswerteeinheit 7 angeschlossen, welche von einem
Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist. An die Auswerteeinheit 7 ist
ein Schaltausgang 8 angeschlossen, über welchen ein Schaltsignal
ausgebbar ist.
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Die Sendelichtstrahlen 3 werden über ein nicht
dargestelltes Austrittsfenster in der Gehäusewand in den Überwachungsbereich
zur Detektion, von Objekten geführt.
Die Sendelichtstrahlen 3 werden an dem Objekt reflektiert
und als Empfangslichtstrahlen 5 durch das Austrittsfenster
zum Empfänger 6 geführt. Die
am Ausgang des Empfängers 6 anstehenden
Empfangssignale werden in der Auswerteeinheit 7 ausgewertet.
Dabei wird in Abhängigkeit
der Empfangssignale das Schaltsignal generiert. Je nachdem ob ein
Objekt detektiert wurde oder nicht, nimmt das Schaltsignal den Schaltzustand „ein" oder „aus" ein, welches über den
Schaltausgang 8 ausgegeben wird.
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Erfindungsgemäß wird der Überwachungsbereich von einem
Reflexionselement 9 begrenzt, auf welches die Sendelichtstrahlen 3 bei
freiem Strahlengang geführt
sind. Dem Reflexionselement 9 ist ein Schaltelement 10 zugeordnet,
welches von einem Mikroprozessor gebildet ist.
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Der Aufbau des Reflexionselements 9 ist
in 2a dargestellt. Das
Reflexionselement 9 ist im vorliegenden Fall als Reflektor
ausgebildet, welcher eine aktive Fläche 11 aufweist, auf
welcher vorgegebene Muster mit unterschiedlichen Reflexionskoeffizienten
erzeugbar sind. Hierzu ist die aktive Fläche 11 des Reflexionselements 9 in
eine Anordnung von Feldern 12 unterteilt. Die einzelnen
Felder 12 sind identisch ausgebildet und weisen einen quadratischen
Querschnitt auf. Die Felder 12 sind schachbrettartig auf
der aktiven Fläche 11 angeordnet.
Jedes dieser Felder 12 ist von einem LCD-Element gebildet,
wobei die LCD-Elemente in Gruppen oder einzeln von dem Schaltelement 10 angesteuert
werden.
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Zur Ansteuerung der LCD-Elemente
werden in dem Schaltelement 10 Spannungssignale in Form von
Pulsfolgen generiert. In Abhängigkeit
der Pulsfolgen werden die Reflexionskoeffizienten der einzelnen
Felder 12 gezielt verändert.
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Durch die Variation der Pulsfolgen
können prinzipiell
die Reflexionskoeffizienten der Felder 12 kontinuierlich
verändert
werden. Prinzipiell können die
Reflexionskoeffizienten auch wellenlängenselektiv geändert werden,
so dass die Reflexionskoeffizienten abhängig von, der Wellenlänge der
auftreffenden Sendelichtstrahlen 3 unterschiedlich sind.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel
erfolgt ein binäres
Schaltender einzelnen Felder 12. Je nach Ausbildung der
im Schaltelement 10 generierten Pulsfolgen erfolgt eine
Hell- oder Dunkelschaltung einzelner Felder 12. Ist eines
der Felder 12 auf „hell" geschaltet, erfolgt
auf diesem Feld 12 eine starke Reflexion der auftreffenden
Sendelichtstrahlen 3, wogegen die Sendelichtstrahlen 3 an
einem auf „dunkel" geschalteten Feld 12 nur
schwach reflektiert werden.
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2a zeigt
den Fall, bei welchem die Felder 12 des Reflexionselements 9 alternierend
hell und dunkel geschaltet sind, wobei die hell geschalteten Felder 12 hell
und die dunkel geschalteten Felder 12 dunkel dargestellt
sind.
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2b zeigt
die im Schaltelement 10 generierte Pulsfolge, mit welcher
die Felder 12 des Reflexionselements 9 angesteuert
werden. Liegt die Spannung U0 an dem Reflexionselement 9 an,
wird das in 2a dargestellte
Muster von hell und dunkel geschalteten Feldern 12 erzeugt.
Liegt die Spannung U1 am Reflexionselement 9 an,
so sind alle Felder 12 des Reflexionselements 9 auf
hell geschaltet. Wie aus 2c ersichtlich
emittiert der Sender 4 Sendelichtstrahlen 3 mit
einer konstanten Lichtintensität. Die
auf das Reflexionselement 9 auftreffenden Sendelichtstrahlen 3 werden
entsprechend den aktuellen Werten der Span nungen U0,
U1 der Pulsfolgen des Schaltelements 10 unterschiedlich
stark reflektiert und als Empfangslichtstrahlen 5 auf den
Empfänger 6 geführt. 2d zeigt die entsprechend
der Pulsfolgen modulierte Lichtintensität. Diese Modulation der Empfangslichtstrahlen 5 bildet
eine Kodierung, die in der Auswerteeinheit 7 durch Auswertung
der entsprechend modulierten Empfangssignale ausgewertet wird. Hierzu
sind die im Schaltelement 10 generierten Pulsfolgen und/oder
die damit erzeugten Kodierungen der Empfangslichtstrahlen 5 als
Parameterwerte abgespeichert. Durch die Erkennung der Pulsfolgen
bzw. der Kodierungen in der Auswerteeinheit 7 wird dort
das Reflexionselement 9 in der Auswerteeinheit 7 eindeutig
identifiziert. Damit ist in der Auswerteeinheit 7 eindeutig
feststellbar, ob ein freier Strahlengang vorliegt. Bei Eindringen
eines Objektes in den Strahlengang werden die Sendelichtstrahlen 3 an
diesem Objekt reflektiert und treffen nicht mehr auf das Reflexionselement 9.
Demzufolge ist den Empfangslichtstrahlen 5 keine Kodierung
mehr aufgeprägt.
Dies wird in der Auswerteeinheit 7 registriert, worauf
der Schaltzustand des Schaltsignals entsprechend geändert wird.
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3 zeigt
eine Weiterbildung der Kodierung der Empfangslichtstrahlen 5 mittels
des Reflexionselements 9 gemäß 2. Die im Schaltelement 10 erzeugten
Pulsfolgen sind in diesem Fall so ausgebildet, dass vier unterschiedliche
Reflexionsmuster am Reflexionselement 9 erzeugt werden.
Im ersten Fall werden sämtliche
Felder 12 des Reflexionselements 9 dunkel geschaltet.
Im zweiten Fall wird jedes zweite Reflexionselement 9 dunkel
geschaltet. Im dritten Fall bleiben alle Felder 12 hell
geschaltet. Im vierten Fall wird jedes vierte Reflexionselement 9 dunkel
geschaltet. Die in 3 dargestellte
Folge wird fortlaufend wiederholt. Wie aus 3 ersichtlich erstreckt sich der Lichtfleck 13 der
Empfangslichtstrahlen 5 über den Großteil der aktiven Fläche 11 des
Reflexionselements 9. Die Empfangslichtstrahlen 5 werden
damit proportional zur Anzahl der dunkel geschalteten Felder 12 geschwächt, so
dass die Lichtintensität
der Empfangslichtstrahlen 5 am Empfänger 6 bei freiem
Strahlengang des optischen Sensors 1 entsprechend der Anzahl
der hell oder dunkel ge schalteten Felder 12 des Reflexionselements 9 variiert.
Dementsprechend ändert
sich auch, wie in 3 dargestellt,
die Amplitude am Ausgang des Empfängers 6.
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4 zeigt
eine Weiterbildung des optischen Sensors 1 gemäß 1. Der Aufbau des Sensorelements 2 sowie
des Reflexionselements 9 mit dem Schaltelement 10 ist
identisch mit der Ausführungsform
gemäß 1. In Erweiterung zu dem
Ausführungsbeispiel
gemäß 1 ist bei dem optischer Sensor 1 gemäß 4 an das Schaltelement 10 ein Schalter 14 angeschlossen.
Mit dem Schalter 14 wird beispielsweise kontrolliert, ob
eine Türe
einer zu überwachenden
Anlage geschlossen ist oder nicht. Bei geschlossener Türe nimmt
der Schalter 14 die Schalterstellung „aus" ein, bei geöffneter Türe nimmt der Schalter 14 die
Schalterstellung „ein" ein. Die aktuelle
Schalterstellung des Schalters 14 wird als Steuersignal
in das Schaltelement 10 eingelesen. In Abhängigkeit
des aktuellen Wertes der Schalterstellung werden in dem Schaltelement 10 unterschiedliche
Pulsfolgen generiert. Dies ist in den 5a-d veranschaulicht.
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Der Sender 4 des optischen
Sensors 1 emittiert wiederum Sendelichtstrahlen 3 mit
konstanter Lichtintensität,
welche bei freiem Strahlengang auf das Reflexionselement 9 treffen.
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Befindet sich der Schalter 14 in
der Schalterstellung „ein", so wird in dem
Schaltelement 10 eine erste Pulsfolge erzeugt. Befindet
sich der Schalter 14 in der Schalterstellung „aus", so wird in dem Schaltelement 10 eine
zweite Pulsfolge erzeugt.
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Je nachdem, welche Pulsfolge im Schaltelement 10 generiert
wird, werden im Reflexionselement 9 verschiedene Muster
von dunkel und hell geschalteten Feldern 12 generiert.
Dadurch werden den Reflexionselementen 9 der Empfangslichtstrahlen 5 auch
unterschiedliche Kodierungen aufgeprägt, welche in der Auswerteeinheit 7 erfasst
und dekodiert werden.
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Durch die Dekodierung der Pulsfolgen
kann bei freiem Strahlengang im Sensorelement 2 des optischen
Sensors 1 die Schalterstellung des Schalters 14 eindeutig
erfasst werden. Die so gewonnene Zusatzinformation kann über den
Schaltausgang 8 oder einen separaten Ausgang des Sensorelements 2 ausgegeben
werden. Zusätzlich
wird in bekannter Weise der eine Objektdetektion kennzeichnende Schaltzustand
des Schaltsignals über
den Schaltausgang 8 ausgegeben.
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6 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
optischen Sensors 1. In diesem Fall ist der optische Sensor 1 als
Lichtgitter ausgebildet und weist eine Mehrfachanordnung von vorzugsweise
identisch ausgebildeten Sensorelementen 2, 2' auf. In 2 sind der Übersichtlichkeit
halber nur zwei Sensorelemente 2, 2' dargestellt, wobei generell das Lichtgitter
aus einer Vielzahl von Sensorelementen 2, 2' besteht.
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In jedem der Sensorelemente 2, 2' befindet sich
ein Sendelichtstrahlen 3, 3' emittierender Sender 4, 4' und ein Empfangslichtstrahlen 5, 5' empfangender
Empfänger 6, 6'. Die Ansteuerung
der Sender 4, 4' sowie
die Auswertung der Empfangssignale erfolgt in einer zentralen Auswerteeinheit 7.
Die einzelnen Sensorelemente 2, 2' sind nebeneinander liegend auf
einer Seite des Überwachungsbereichs
angeordnet.
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Jedem Sensorelement 2, 2' ist ein zwischen zwei
Umlenkspiegeln 15, 15' und 16, 16' angeordnetes
Transmissionselement 17, 17' zugeordnet. Diese Elemente sind
am gegenüber
liegenden Rand des Überwachungsbereichs
in einer Halterung 18 angeordnet.
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Das Transmissionselement 17, 17' weist einen
dem Reflexionselement 9 gemäß 2 entsprechenden Aufbau auf. Im Unterschied
zu dem Reflexionselement 9 gemäß 2 werden die Empfangslichtstrahlen 5 bei
Durchsetzen der einzelnen Felder 12 entsprechend deren
Transmissionskoeffizienten unterschiedlich geschwächt. Die
Felder 12 bestehen wiederum aus LCD-Elementen.
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Analog zu dem Ausführungsbeispiel
gemäß 1 werden die Transmissionselemente 17, 17' jeweils von
einem Schaltelement 10 mit Pulsfolgen angesteuert. Die
Pulsfolgen sind vorzugsweise in der Auswerteeinheit 7 als
Parameterwerte abgespeichert. Alternativ können die einzelnen Schaltelemente 10 auch
von der Auswerteeinheit 7 synchronisiert und gesteuert
werden.
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Die vom Sender 4, 4' eines Sensorelements 2, 2' emittierten
Sendelichtstrahlen 3, 3' werden am ersten Umlenkspiegel 15, 15' der zugeordneten
Anordnung umgelenkt, durchsetzen dann das zugeordnete Transmissionselement 17, 17' und werden
dann über
den zweiten zugeordneten Umlenkspiegel 16, 16' zurück zum Empfänger 6, 6' reflektiert.
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Die Funktionsweise des Lichtgitters
wird im Folgenden anhand der Impulsdiagramme gemäß 7 erläutert.
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Die Ansteuerung der Sender 4, 4' über die Auswerteeinheit 7 erfolgt
derart, dass die Sender 4, 4' Sendelichtstrahlen 3, 3' in Form von
Sendelichtimpulsen S1, S2 emittieren, wobei diese individuelle Kodierungen
aufweisen und dadurch eindeutig identifizierbar sind.
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Bei Durchsetzen der zugeordneten
Transmissionselemente 17, 17' wird den jeweiligen Sendelichtimpulsen
S1, S2 eine weitere individuelle Kodierung R1, R2 aufgeprägt, welche
durch die Muster der hell und dunkel geschalteten Felder 12 des
jeweiligen Transmissionselements 17, 17' vorgegeben
ist.
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Den als Empfangslichtstrahlen 5, 5' zum jeweiligen
Empfänger 6, 6' geführten Sendelichtstrahlen 3; 3' ist dadurch
eine Kodierung E1 beziehungsweise E2 aufgeprägt, welche eine Überlagerung
der Kodierungen des Sendelichtimpulses S1 und der Kodierung R1 beziehungsweise
des Sendelichtimpulses S2 und der Kodierung R2 darstellt.
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Bei freiem Strahlengang der Strahlachsen des
Lichtgitters werden daher folgende Signalmuster erhalten. Der Sender 4 des
ersten Sensorelements 2 emit tiert Sendelichtimpulse mit
der Kodierung des Sendelichtimpulses S1. Durch die Aufprägung der Kodierung
R1 am zugeordneten Transmissionselement 17 weisen die am
Empfänger 6 des
ersten Sensorelements 2 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 5 eine
Kodierung E1 auf. Entsprechend emittiert der Sender 4' des zweiten
Sensorelements 2' Sendelichtimpulse
mit der Kodierung des Sendelichtimpulses S2, so dass entsprechend
am Empfänger 6' des Sendeelements
Empfangslichtstrahlen 5' mit
der Kodierung E2 registriert werden, welche die Überlagerung der Kodierungen
des Sendelichtimpulses S2 und der Kodierung R2 darstellt.
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Durch einen Objekteingriff wird der
Strahlengang des ersten und/oder zweiten Sensorelements 2, 2' unterbrochen,
so dass dort Empfangslichtstrahlen 5, 5' mit der Kodierung
des Sendelichtimpulses S1 oder S2 empfangen werden, da die Sendelichtstrahlen 3, 3' nicht mehr über das
zugeordnete Transmissionselement 17, 17' geführt werden.
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Durch die Auswertung der Kodierungen
in der Auswerteeinheit, 7 kann somit mit hoher Sicherheit festgestellt
werden, welche Strahlachsen des Lichtgitters durch einen Objekteingriff
unterbrochen werden. Da die Kodierungen der Empfangslichtstrahlen 5 für die einzelnen
Strahlachsen sowohl bei freiem Strahlengang als auch bei einer Strahlunterbrechung
eindeutig identifizierbar sind, ist eine hohe Fehler- und Manipulationssicherheit
des Lichtgitters gewährleistet.
Insbesondere ist das Lichtgitter unempfindlich gegen Fremdlichteinstrahlungen.