DE10228309A1

DE10228309A1 - Light sensor colour receiver for area monitoring has semiconductor photo diode surfaces arranged adjacent or along path at receive pupil with unfocussed or collimated objective

Info

Publication number: DE10228309A1
Application number: DE2002128309
Authority: DE
Inventors: Günter Hirt; Bahram Dr. Torabi
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2002-06-25
Filing date: 2002-06-25
Publication date: 2004-01-22

Abstract

A light sensor colour receiver has semi conductor p-n diode photo element (19) receiver surfaces with different spectral sensitivies arranged side by side or behind each other at the receive pupil (31) with the input optics (17) arranged to fully cover the pupil using out of focus, autocollimating or other techniques.

Description

Die Erfindung betrifft einen farbempfindlichen Lichttaster, mit einem Lichtsender zum Aussenden von Sendelicht und einem Lichtempfänger zum. Empfangen von transmittiertem, reflektiertem oder remittiertem Empfangslicht entlang eines Empfangsstrahlengangs.The invention relates to a color sensitive Light switch, with a light transmitter for emitting transmitted light and a light receiver to the. Receive transmitted, reflected, or remitted Receiving light along a receiving beam path.

Derartigen Lichttastern liegt allgemein das Prinzip zugrunde, dass Sendelicht einer bestimmten Wellenlänge oder eines bestimmten Wellenlängenbereichs in Richtung eines Überwachungsbereichs ausgesendet wird und dass das aus dem Überwachungsbereich zu dem Lichtempfänger gelangende Empfangslicht hinsichtlich seiner Intensität und seiner spektralen Verteilung untersucht wird, um das Vorhandensein oder die Art eines Objekts im Überwachungsbereich zu identifizieren.Such light buttons are generally based on the principle that transmit light of a certain wavelength or of a certain wavelength range emitted towards a surveillance area and that is from the surveillance area to the light receiver incoming light in terms of its intensity and its spectral distribution is examined to determine the presence or the type of object in the surveillance area to identify.

Insbesondere kann ein derartiger Lichttaster als ein Kontrasttaster ausgebildet sein, der eine im Überwachungsbereich befindliche Marke anhand des Kontrasts zwischen dem von der Marke reflektierten oder remittierten Licht und dem von einem Hintergrund reflektierten oder remittierten Licht identifiziert. Ein Lichttaster der genannten Art kann auch als ein Farbtaster ausgebildet sein, bei dem Sendelicht eines vergleichsweise breiten Wellenlängenbereichs ausgesendet wird und anhand der spektralen Verteilung des aus dem Überwachungsbereich reflektierten oder transmittierten Empfangslichts die Farbe eines im Überwachungsbereich befindlichen Objekts erkannt wird. Ferner kann ein derartiger Lichttaster als ein Lumineszenztaster ausgebildet sein, dessen Lichtsender innerhalb eines ver gleichbar engen Spektralbereichs – beispielsweise im Ultravioletten – emittiert, und bei dem der Lichtempfänger Empfangslicht eines hiervon verschiedenen Spektralbereichs detektiert, um dadurch vorbestimmte Lumineszenzmarken bzw. hiermit gekennzeichnete Objekte im Überwachungsbereich identifizieren zu können.In particular, such Light scanner can be designed as a contrast scanner, one in the monitoring area Brand located based on the contrast between that of the brand reflected or reflected light and that from a background reflected or remitted light identified. A light switch the type mentioned can also be designed as a color sensor, with the transmission light of a comparatively broad wavelength range is transmitted and based on the spectral distribution of the surveillance area reflected or transmitted reception light the color of a in the surveillance area located object is recognized. Such a light scanner can also be used be designed as a luminescence sensor, the light transmitter inside a comparatively narrow spectral range - for example in the ultraviolet range - emitted, and where the light receiver Received light of a different spectral range is detected, thereby predetermined luminescence marks or those marked therewith Objects in the surveillance area to be able to identify.

Beispielsweise ist es bekannt, bei einem Lumineszenztaster entlang des Empfangsstrahlengangs zwei teildurchlässige Spiegel anzuordnen, durch die der Empfangsstrahlengang in zumindest zwei, beispielsweise insgesamt drei Empfangslichtwege aufgeteilt wird, denen jeweils ein Filter und ein nachgeschalteter photoelektrischer Empfänger zugeordnet ist. Dadurch detektiert jeder Empfänger auf einer anderen Empfangswellenlänge, so dass unterschiedliche Lumineszenzmarken voneinander unterschieden werden können.For example, it is known at a luminescence scanner along the receiving beam path two partially transparent mirrors to arrange through which the received beam path in at least two, for example, a total of three reception light paths is divided, which each have a filter and a downstream photoelectric receiver assigned. As a result, each receiver detects on a different reception wavelength, so that different luminescent marks differ from each other can be.

Ein Nachteil der bekannten farbempfindlichen Lichttaster besteht darin, dass sie einen vergleichsweise aufwändigen Aufbau besitzen, um den Lichtempfänger spektral empfindlich auszugestalten. Insbesondere ist eine Ausstattung mit einer besonderen Befilterung erforderlich. Eine Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen farbempfindlichen Lichttaster zu schaffen, der einen einfachen Aufbau besitzt und deshalb kostengünstig hergestellt werden kann.A disadvantage of the known color sensitive Diffuse sensors are that they have a comparatively complex structure own the light receiver to be spectrally sensitive. In particular is an equipment with a special filtering required. A task of The invention therefore consists in a color-sensitive light scanner to create that has a simple structure and therefore manufactured inexpensively can be.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst, und insbesondere dadurch, dass der Lichtempfänger zum Unterscheiden unterschiedlicher spektraler Verteilungen des Empfangslichts ein halbleitendes Photoelement aufweist, das wenigstens zwei Empfangsbereiche unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit besitzt, wobei für jeden Empfangsbereich ein eigenes Empfangssignal erzeugbar ist.This task is due to the characteristics of claim 1 solved, and in particular in that the light receiver to distinguish different spectral distributions of the received light a semiconducting photo element has at least two reception areas different has spectral sensitivity, with a for each reception range own reception signal can be generated.

Bei dem erfindungsgemäßen Lichttaster ist der Lichtempfänger also als ein Halbleiter-Bauelement ausgebildet, das in verschiedene räumliche Abschnitte unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit unterteilt ist, wobei für jeden dieser Abschnitte ein eigenes Empfangssignal abgegriffen werden kann. Jedes Empfangssignal entspricht somit einer vorbestimmten spektralen Empfindlichkeitsverteilung, so dass die Empfangssignale bezüglich der spektralen Verteilung des Empfangslichts ausgewertet werden können. Hierfür ist keine besondere Befilterung innerhalb des Empfangsstrahlengangs erforderlich. Der Lichttaster besitzt deshalb einen besonders einfachen und kompakten Aufbau.In the light scanner according to the invention is the light receiver So formed as a semiconductor device that in different spatial Sections of different spectral sensitivity divided is, for each of these sections a separate receive signal can be tapped can. Each received signal thus corresponds to a predetermined one spectral sensitivity distribution so that the received signals in terms of the spectral distribution of the received light can be evaluated. There is no such thing special filtering within the receiving beam path required. The Light sensors are therefore particularly simple and compact Construction.

Als Sendelicht oder Empfangslicht ist im Zusammenhang mit der Erfindung nicht nur Licht des sichtbaren Spektralbereichs, sondern auch Licht des ultravioletten oder des infraroten Spektralbereichs zu verstehen.As transmission light or reception light is not only light of the visible in connection with the invention Spectral range, but also light of the ultraviolet or the understand infrared spectral range.

Vorzugsweise ist die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der verschiedenen Empfangsbereiche des Photoelements dadurch realisiert, dass die Empfangsbereiche entlang des Empfangsstrahlengangs eine unterschiedliche Tiefe bezüglich der Lichteintrittsfläche des Photoelements, also bezüglich der lichtempfindlichen Oberfläche des Photoelements besitzen. In diesem Fall wird zur Verwirklichung des spektralen Auflösungsvermögens des Photoelements die Eigenschaft des verwendeten Halbleitermaterials ausgenutzt, dass das Empfangslicht für verschiedene Wellenlängen eine unterschiedliche Absorptionslänge und somit eine unterschiedliche Eindringtiefe besitzt. Preferably the is different spectral sensitivity of the different reception areas of the Photoelements realized in that the reception areas along of the received beam path has a different depth with respect to the light entry surface of the Photoelements, so with regard the photosensitive surface of the photo element. In this case it becomes a reality the spectral resolution of the photo element exploited the property of the semiconductor material used, that the reception light for different wavelengths a different absorption length and thus a different Penetration depth.

Dieser Umstand wird auch bei einer weiteren Ausführungsform des Photoelements ausgenutzt, bei der die Empfangsbereiche entlang des Empfangsstrahlengangs eine unterschiedliche Dicke besitzen.This fact also applies to a another embodiment of the photo element, in which the reception areas along of the received beam path have a different thickness.

Die verschiedenen Empfangsbereiche können innerhalb des Photoelements bzw. innerhalb des verwendeten Halbleitersubstrats dadurch realisiert werden, dass sie jeweils durch einen p-n-Übergang begrenzt sind. Derartige Empfangsbereiche sind insbesondere entlang des Empfangsstrahlengangs durch einen p-n-Übergang begrenzt. Diese p-n-Übergänge können in unterschiedlicher Tiefe bezüglich der Lichteintrittsfläche des Photoelements angeordnet sein. Insbesondere können aneinander grenzende Empfangsbereiche des Photoelements durch einen derartigen p-n-Übergang voneinander getrennt sein.The various reception areas can be implemented within the photo element or within the semiconductor substrate used in that they are each delimited by a pn junction. Such receiving areas are in particular along the receiving beam path limited by a pn junction. These pn junctions can be arranged at different depths with respect to the light entry surface of the photo element. In particular, adjacent reception areas of the photo element can be separated from one another by such a pn junction.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Empfangsbereiche des Photoelements des Lichttasters bezüglich des Empfangsstrahlengangs im Wesentlichen hintereinander angeordnet. Mit anderen Worten ist für die Anordnung der Empfangsbereiche ein vertikaler Aufbau vorgesehen, bei dem die Empfangsbereiche in Richtung des Empfangsstrahlengangs aneinander anschließen. Diese Ausführungsform besitzt eine besonders kompakte Geometrie. Ein besonderer Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass sich eventuelle Abbildungsfehler oder Abbildungsverzerrungen nicht auf das spektrale Detektionsverhalten des Lichttasters auswirken. Selbst wenn die spektrale Verteilung des Empfangslichts entlang der Lichteintrittsfläche des Photoelements inhomogen ist, so erreicht das Empfangslicht die unterschiedlichen Empfangsbereiche dennoch zu im Wesentlichen gleichen spektralen Anteilen, da die Empfangs bereiche entlang des Empfangsstrahlengangs hintereinander angeordnet sind. Somit ist auch keine besondere Justierung des Lichttasters bzw. des auf die Lichteintrittsfläche des Photoelements abgebildeten Empfangslichtflecks erforderlich.According to an advantageous embodiment the receiving areas of the photo element of the light sensor with respect to the Receiving beam path arranged essentially one behind the other. In other words, for the arrangement of the reception areas provided a vertical structure, in which the receiving areas in the direction of the receiving beam path connect to each other. This embodiment has a particularly compact geometry. A special advantage this embodiment in the fact that there may be imaging errors or image distortions do not affect the spectral detection behavior of the light scanner. Self if the spectral distribution of the received light along the light entry surface of the If the photo element is inhomogeneous, the receiving light reaches the different ones Reception areas nevertheless at essentially the same spectral ranges Proportions, since the receiving areas along the receiving beam path are arranged one behind the other. So there is no special adjustment the light button or on the light entry surface of the Reception light spots shown in the photo elements are required.

Bei einer alternativen Ausführungsform sind die Empfangsbereiche des Photoelements bezüglich des Empfangsstrahlengangs im Wesentlichen nebeneinander angeordnet. Mit anderen Worten ist hier ein horizontaler Aufbau der Empfangsbereiche vorgesehen. Ein derartiger Aufbau kann die Herstellung des Photoelements vereinfachen und ermöglicht dennoch eine kompakte Anordnung der verschiedenen Empfangsbereiche.In an alternative embodiment are the receiving areas of the photo element with respect to the receiving beam path arranged essentially side by side. In other words here a horizontal structure of the reception areas is provided. On such a structure can simplify the manufacture of the photo element and still enables a compact arrangement of the different reception areas.

Ein derartiger horizontaler Aufbau der Empfangsbereiche kann insbesondere dadurch verwirklicht werden, dass die Empfangsbereiche – beispielsweise kreisringförmig oder kreissegmentförmig – bezüglich des Empfangsstrahlengangs radial benachbart zueinander angeordnet sind. Durch eine derartige Anordnung können gewisse Abbildungsfehler oder Abbildungsverzerrungen des Empfangslichts kompensiert werden.Such a horizontal structure the reception areas can be realized in particular by that the reception areas - for example circular ring or segment of a circle - with respect to the Receiving beam path are arranged radially adjacent to each other. With such an arrangement certain aberrations or image distortions of the received light are compensated become.

Sowohl hinsichtlich der Ausführungsform mit vertikalem Aufbau als auch jener mit horizontalem Aufbau der Empfangsbereiche ist es von Vorteil, wenn das Photoelement und eine zugeordnete Empfangsordnung dergestalt ausgebildet sind, dass eventuelle Inhomogenitäten der spektralen Verteilung des Empfangslichts entlang des Querschnitts des Empfangsstrahlengangs möglichst gleichmäßig auf die Lichteintrittsfläche des Photoelements verteilt werden, so dass Fehlmessungen vermieden werden, die aus der Beaufschlagung verschiedener Empfangsbereiche mit Empfangslicht unterschiedlicher Wellenlängen resultieren könnten.Both in terms of the embodiment with vertical structure as well as that with horizontal structure of the Reception areas, it is advantageous if the photo element and a assigned reception order are designed such that any inhomogeneities the spectral distribution of the received light along the cross section of the Receiving beam path if possible evenly the light entry area of the photo element can be distributed so that incorrect measurements are avoided be the result of applying different reception areas with reception light of different wavelengths could result.

Zu diesem Zweck ist es bevorzugt, wenn die Lichteintrittsfläche des Photoelements, also die lichtempfindliche Oberfläche des Photoelements, bezüglich einer dem Photoelement zugeordneten Empfangsoptik zumindest geringfügig außer Fokus angeordnet ist, so dass ein bestimmter Punkt innerhalb des Überwachungsbereichs flächig auf die Lichteintrittsfläche des Photoelements abgebildet und somit das entsprechende Empfangslicht auf mehrere benachbarte Empfangsbereiche des Photoelements verteilt wird. Alternativ oder zusätzlich kann eine Empfangsoptik vorgesehen sein, durch die ein Empfangslichtfleck dergestalt auf das Photoelement abgebildet wird, dass der Empfangslichtfleck die Lichteintrittsfläche des Photoelements vollständig überdeckt. Ferner ist es bevorzugt, wenn der Lichtsender und der Lichtempfänger in einer Autokollimationsanordnung vorgesehen sind.For this purpose it is preferred if the light entry surface of the photo element, i.e. the photosensitive surface of the Photoelements, regarding a receiving optics assigned to the photo element at least slightly out of focus is arranged so that a certain point within the surveillance area flat on the light entry surface of the photo element and thus the corresponding reception light distributed over several adjacent reception areas of the photo element becomes. Alternatively or additionally a receiving optics can be provided through which a receiving light spot is mapped onto the photo element in such a way that the reception light spot the light entry area of the photo element completely covered. It is further preferred if the light transmitter and the light receiver are in an autocollimation arrangement are provided.

Weiterhin ist es möglich, mehrere Empfangsbereiche vorzusehen, die jeweils dieselbe spektrale Empfindlichkeit besitzen, wobei derartige Empfangsbereiche derselben spektralen Empfindlichkeit entlang der Lichteintrittsfläche des Photoelements voneinander beabstandet angeordnet sind. Auch durch eine derartige Anordnung können eventuelle Inhomogenitäten hinsichtlich der spektralen Verteilung des auf die Lichteintrittsfläche des Photoelements abgebildeten Empfangsbildes ausgeglichen werden, beispielsweise indem die Empfangsbereiche derselben spektralen Empfindlichkeit parallel geschaltet werden.It is also possible to have several Provide reception areas, each with the same spectral sensitivity have such spectral reception areas of the same Sensitivity along the light entry surface of the photo element from each other are arranged at a distance. Also by such an arrangement can possible inhomogeneities with regard to the spectral distribution of the on the light entry surface of the Photoelement mapped reception image can be compensated, for example by the reception areas of the same spectral sensitivity can be connected in parallel.

Ferner kann eine Auswerteschaltung vorgesehen sein, die die Empfangssignale der verschiedenen Empfangsbereiche auswertet, beispielsweise durch Bildung eines jeweiligen Quotienten oder einer jeweiligen Differenz, und/oder durch Vergleich eines Empfangssignals, eines gebildeten Quotienten oder einer gebildeten Differenz mit einem vorbestimmten oder einlernbaren Schwellenwert.An evaluation circuit can also be used be provided, the received signals of the different reception areas evaluates, for example by forming a respective quotient or a respective difference, and / or by comparing a received signal, of a quotient or a difference formed a predetermined or teachable threshold.

Die Erfindung bezieht sich schließlich auch auf die Verwendung eines halbleitenden Photoelements, das wenigstens zwei Empfangsbereiche unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit besitzt, als Lichtempfänger für einen farbempfindlichen Lichttaster.Finally, the invention also relates to the use of a semiconducting photo element which at least two reception areas with different spectral sensitivity owns, as a light receiver for one color-sensitive light scanner.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.Further embodiments of the invention are in the subclaims called.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert; in diesen zeigen:The invention is exemplified below Explained with reference to the drawings; in these show:

1 den schematischen Aufbau eines Lichttasters, und 1 the schematic structure of a light button, and

2a und 2b jeweils den schematischen Aufbau eines Photoelements des Lichttasters gemäß 1. 2a and 2 B in each case the schematic structure of a photo element of the light sensor according to 1 ,

1 zeigt einen farbempfindlichen Lichttaster, der innerhalb eines Gehäuses 11 einen Lichtsender 13, beispielsweise eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode, ferner einen teildurchlässigen oder dichroitischen Teilerspiegel 15 (wellenlängenabhängig oder wellenlängenunabhängig), eine Sende- und Empfangsoptik 17, einen einzigen Lichtempfänger 19 und eine Auswerteschaltung 21 aufweist. Die Auswerteschaltung 21 ist mit einem Signalausgang 23 versehen. 1 shows a color sensitive light button inside a housing 11 a light transmitter 13 , for example a light-emitting diode or a laser diode, furthermore a partially transparent or dichroic splitter mirror 15 (depending on the wavelength or independent of the wavelength), a transmission and reception optics 17 , a single light receiver 19 and an evaluation circuit 21 having. The evaluation circuit 21 is with a signal output 23 Mistake.

Ferner ist in 1 innerhalb eines Überwachungsbereichs 25 ein Tastobjekt 27 gezeigt.Furthermore, in 1 within a surveillance area 25 a touch object 27 shown.

Der in 1 gezeigte Lichttaster dient – auf an sich bekannte Weise – zum Erkennen des Vorhandenseins eines Tastobjekts 27 innerhalb des Überwachungsbereichs 25 oder zur Identifizierung eines derartigen Tastobjekts 27. Insbesondere kann der gezeigte Lichttaster als Kontrasttaster, Farbtaster oder Lumineszenztaster vorgesehen sein. In diesen Fällen ist das Tastobjekt 27 beispielsweise als Kontrastmarke, als Farbmarke bzw. als Lumineszenzmarke ausgebildet, oder bei dem Tastobjekt 27 handelt es sich um einen Gegenstand, dessen Oberfläche einer derartigen Tastmarke entspricht.The in 1 The light sensor shown is used - in a manner known per se - to recognize the presence of a touch object 27 within the surveillance area 25 or to identify such a touch object 27 , In particular, the light scanner shown can be provided as a contrast scanner, color scanner or luminescence scanner. In these cases, the touch object 27 for example, as a contrast mark, as a color mark or as a luminescence mark, or in the case of the touch object 27 it is an object whose surface corresponds to such a tactile mark.

Der in 1 gezeigte Lichttaster funktioniert wie folgt:
Der Lichtsender 13 sendet entlang eines Sendestrahlengangs 29 Sendelicht beispielsweise des ultravioletten Spektralbereichs aus. Dieses Sendelicht wird an dem Teilerspiegel 15 um 90° in Richtung der Sende- und Empfangsoptik 17 umgelenkt, die das Sendelicht in Richtung des Überwachungsbereichs 25 abbildet.The in 1 The light sensor shown works as follows:
The light transmitter 13 transmits along a transmission beam path 29 Transmitting light from, for example, the ultraviolet spectral range. This transmission light is on the divider 15 by 90 ° in the direction of the transmitting and receiving optics 17 redirected the transmitted light towards the surveillance area 25 maps.

Ein im Überwachungsbereich 25 befindliches Tastobjekt 27 reflektiert oder remittiert das Sendelicht, beispielsweise im infraroten Spektralbereich, so dass dieses reflektierte bzw. remittierte Licht – als Empfangslicht – entlang eines Empfangsstrahlengangs 31 von der Sende- und Empfangsoptik 17 in Richtung des Lichtempfängers 19 abgebildet wird. Somit gelangt ein Teil des Empfangslichts durch den Teilerspiegel 15 zu dem Lichtempfänger 19.One in the surveillance area 25 located touch object 27 reflects or remits the transmitted light, for example in the infrared spectral range, so that this reflected or remitted light - as received light - along a received beam path 31 from the sending and receiving optics 17 towards the light receiver 19 is mapped. Part of the received light thus passes through the divider mirror 15 to the light receiver 19 ,

Der Lichtempfänger 19 erzeugt entsprechende Empfangssignale, die von der Auswerteschaltung 21 – auf nachfolgend noch erläuterte Weise – auf das Vorhandensein oder die Art eines Tastobjekts 27 ausgewertet werden. Gegebenenfalls liefert die Auswerteschaltung 21 ein Gegenstandsfeststellungssignal oder ein Gegenstandsidentifizierungssignal an den Signalausgang 23.The light receiver 19 generates corresponding receive signals from the evaluation circuit 21 - In the manner explained below - on the presence or the type of a touch object 27 be evaluated. If necessary, the evaluation circuit delivers 21 an item detection signal or an item identification signal to the signal output 23 ,

Erfindungsgemäß ist der Lichtempfänger 19 als ein halbleitendes Photoelement ausgebildet, das – ohne zusätzliche Befilterung – unterschiedliche spektrale Verteilungen des Empfangslichts zu unterscheiden vermag.According to the invention, the light receiver 19 formed as a semiconducting photo element which - without additional filtering - is able to distinguish different spectral distributions of the received light.

2a und 2b zeigen zwei verschiedene Ausführungsbeispiele eines derartigen Lichtempfängers 19. 2a and 2 B show two different embodiments of such a light receiver 19 ,

2a zeigt einen Lichtempfänger 19, der als ein Halbleiterelement mit wenigstens zwei Empfangsbereichen 33 unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit ausgebildet ist, wobei jeder Empfangsbereich 33 mit einem eigenen Signalanschluss ausgestattet ist, über den ein jeweiliges Empfangssignal an die Auswerteschaltung 21 übermittelt werden kann. 2a shows a light receiver 19 that as a semiconductor element with at least two reception areas 33 different spectral sensitivity is formed, each receiving area 33 is equipped with its own signal connection, via which a respective received signal to the evaluation circuit 21 can be transmitted.

Die Empfangsbereiche 33 sind bezüglich des Empfangsstrahlengangs 31 hintereinander angeordnet, so dass sich jeder Empfangsbereich 33 bezüglich der Lichteintrittsfläche 35 des Lichtempfängers 19 in unterschiedlicher Tiefe des Lichtempfängers 19 befindet.The reception areas 33 are with respect to the received beam path 31 arranged one behind the other so that each reception area 33 with respect to the light entry area 35 of the light receiver 19 at different depths of the light receiver 19 located.

Die unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der Empfangsbereiche 33 beruht darauf, dass das für den Lichtempfänger 19 verwendete Halbleiter substrat, beispielsweise Silizium, für verschiedene Wellenlängen unterschiedliche Absorptionskoeffizienten und somit unterschiedliche Eindringtiefen besitzt.The different spectral sensitivity of the reception areas 33 relies on that for the light receiver 19 used semiconductor substrate, for example silicon, has different absorption coefficients and therefore different penetration depths for different wavelengths.

Die Empfangsbereiche 33 sind entlang des Empfangsstrahlengangs 31 voneinander durch p-n-Übergänge begrenzt, wobei beispielsweise der vordere und der hintere Empfangsbereich 33 eine p-Dotierung und der mittlere Empfangsbereich 33 eine n-Dotierung aufweisen. Dadurch sind letztlich entlang des Empfangsstrahlengangs 31 zwei Dioden gebildet, wobei die abgreifbaren Photoströme eine Information darüber liefern, wieviel photoelektrische Energie in den verschiedenen Empfangsbereichen 33 durch Absorption des Empfangslichts freigesetzt wird. Da jedoch die Eindringtiefe – wie erwähnt – von der Wellenlänge des Empfangslichts abhängt, ist auch die Erzeugung der Photoströme in den verschiedenen Empfangsbereichen 33 bzw. das Verhältnis dieser Photoströme relativ zueinander abhängig von der spektralen Verteilung des Empfangslichts.The reception areas 33 are along the receive beam path 31 delimited from one another by pn junctions, with for example the front and the rear reception area 33 ap doping and the middle reception range 33 have an n-doping. This ultimately leads along the receive beam path 31 two diodes are formed, the tappable photocurrents providing information about how much photoelectric energy in the different reception areas 33 is released by absorption of the received light. However, since the depth of penetration - as mentioned - depends on the wavelength of the received light, there is also the generation of the photocurrents in the different reception areas 33 or the ratio of these photocurrents relative to one another depends on the spectral distribution of the received light.

Die Auswerteschaltung 21 vermag deshalb aus den von den Empfangsbereichen 33 übermittelten Empfangssignalen die spektrale Verteilung des Empfangslichts zu erkennen, beispielsweise indem der Quotient oder die Differenz der Empfangssignale zweier benachbarter Empfangsbereiche 33 gebildet wird. Falls die derartig ermittelte spektrale Verteilung des Empfangslichts einer vorbestimmten Charakterisierung entspricht, beispielsweise indem ein ermittelter Quotient oder eine ermittelte Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert über- oder unterschreitet, so liefert die Auswerteschaltung 21 ein entsprechendes Feststellungssignal oder Erkennungssignal an den Signalausgang 23.The evaluation circuit 21 can therefore from the reception areas 33 transmitted reception signals to recognize the spectral distribution of the reception light, for example by the quotient or the difference of the reception signals of two adjacent reception areas 33 is formed. If the spectral distribution of the received light determined in this way corresponds to a predetermined characterization, for example in that a determined quotient or a determined difference exceeds or falls below a predetermined threshold value, the evaluation circuit delivers 21 a corresponding detection signal or detection signal to the signal output 23 ,

Ein besonderer Vorteil des Lichtempfängers gemäß 2a besteht darin, dass zur Unterscheidung unterschiedlicher spektraler Verteilungen des Empfangslichts keine zusätzliche Befilterung entlang des Empfangsstrahlengangs 31 durch besondere Kantenfilter oder dergleichen erforderlich ist.A particular advantage of the light receiver according to 2a consists in the fact that in order to differentiate between different spectral distributions of the received light no additional filtering along the received beam path 31 through special edge filters or the like is required.

Ferner ist zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2a noch anzumerken, dass die verschiedenen Empfangsbereiche 33 – anders als in 2a dargestellt – auch unterschiedliche Dicken entlang des Empfangsstrahlengangs 31 besitzen können, um die spektrale Empfindlichkeit bezüglich besonderer Spektralbereiche oder die Gesamtempfindlichkeit des Lichtempfängers 19 zu erhöhen.Furthermore, according to the exemplary embodiment 2a still note that the different reception areas 33 - different from in 2a shown - also different thicknesses along the receiving beam path 31 can possess the spectral sensitivity to particular Spectral ranges or the overall sensitivity of the light receiver 19 to increase.

2b zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lichtempfängers 19, der ebenfalls als ein Halbleiterelement mit wenigstens zwei Empfangsbereichen 33 unterschiedlicher spektraler Empfindlichkeit ausgebildet ist, wobei diese Empfangsbereiche 33 jedoch bezüglich des Empfangsstrahlengangs 31 nebeneinander benachbart zueinander angeordnet sind. 2 B shows an embodiment of a light receiver 19 , which also acts as a semiconductor element with at least two reception areas 33 different spectral sensitivity is formed, these reception areas 33 however with regard to the received beam path 31 are arranged side by side adjacent to each other.

Eine unterschiedliche spektrale Empfindlichkeit der verschiedenen Empfangsbereiche 33 kann hier dadurch verwirklicht sein, dass die verschiedenen Empfangsbereiche 33 ausgehend von der Lichteintrittsfläche 35 jeweils eine unterschiedliche Dicke entlang des Empfangsstrahlengangs 31 besitzen. Beispielsweise können die Empfangsbereiche 33 an ihrer der Lichteintrittsfläche 35 abgewandten Seite jeweils durch einen p-n-Übergang begrenzt sein, wobei die p-n-Übergänge in unterschiedlicher Tiefe liegen (in 2b nicht gezeigt). Somit bildet letztlich jeder Empfangsbe reich 33 einen Dotierungsbereich einer sich in Richtung des Empfangsstrahlengangs 31 erstreckenden Diode.A different spectral sensitivity of the different reception areas 33 can be realized here in that the different reception areas 33 starting from the light entry surface 35 each have a different thickness along the receive beam path 31 have. For example, the reception areas 33 at their the light entry surface 35 side facing away from each other by a pn junction, the pn junctions lying at different depths (in 2 B Not shown). Ultimately, therefore, each reception area is rich 33 a doping region in the direction of the received beam path 31 extending diode.

Auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b ist jeder Empfangsbereich 33 mit einem Signalanschluss versehen, über den ein Empfangssignal an die Auswerteschaltung 21 übermittelt werden kann. Aus den derartig abgreifbaren Photoströmen kann innerhalb der Auswerteschaltung 21 wiederum die spektrale Verteilung des Empfangslichts charakterisiert werden, beispielsweise durch Quotientenbildung oder durch Differenzbildung der Empfangssignale.Also in the embodiment according to 2 B is every reception area 33 Provided with a signal connection via which a received signal to the evaluation circuit 21 can be transmitted. From the photocurrents that can be tapped in this way, within the evaluation circuit 21 in turn, the spectral distribution of the received light can be characterized, for example by forming the quotient or by forming the difference between the received signals.

Zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2b ist noch anzumerken, dass mehrere Empfangsbereiche 33 auch in einer rotationssymmetrischen Anordnung bezüglich des Empfangsstrahlengangs 31 angeordnet sein können, um eventuelle Abbildungsfehler oder Abbildungsverzerrungen des auf die Lichteintrittsfläche 35 abgebildeten Empfangslichts auszugleichen.According to the embodiment 2 B it should be noted that several reception areas 33 also in a rotationally symmetrical arrangement with respect to the received beam path 31 can be arranged in order to avoid possible imaging errors or imaging distortions on the light entry surface 35 compensate the reception light shown.

Zu dem in 1 gezeigten Lichttaster ist schließlich noch anzumerken, dass zusätzlich eine mit dem Lichtsender 13 und der Auswerteschaltung 21 gekoppelte Steuerschaltung vorgesehen sein kann, die ein pulsförmiges Aussenden des Sendelichts mit einer Aktivierung des Lichtempfängers 19 synchronisiert, um die Detektionssicherheit zu erhöhen. Außerdem kann – alternativ zu der Darstellung gemäß 1 – anstelle eines Reflexionslichttasters ein Lichttaster in Transmissionsanordnung vorgesehen sein, bei dem der Lichtsender 13 und der Lichtempfänger 19 bezüglich des Überwachungsbereichs 25 in einer Gegenüberstellung angeordnet sind. Ferner kann anstelle der in 1 gezeigten Autokollimationsanordnung auch eine Anordnung von Lichtsender 13 und Lichtempfänger 19 in Pupillenteilung vorgesehen sein.To the in 1 Finally, the light sensor shown is to be noted that in addition one with the light transmitter 13 and the evaluation circuit 21 Coupled control circuit can be provided, the pulsed transmission of the transmission light with an activation of the light receiver 19 synchronized to increase detection reliability. In addition - as an alternative to the representation according to 1 - Instead of a reflection light button, a light button in a transmission arrangement can be provided, in which the light transmitter 13 and the light receiver 19 regarding the surveillance area 25 are arranged in a juxtaposition. Furthermore, instead of in 1 Autocollimation arrangement shown also an arrangement of light transmitter 13 and light receiver 19 be provided in pupil division.

1111: Gehäusecasing
1313: Lichtsenderlight source
1515: Teilerspiegelsplitter mirror
1717: Sende- und EmpfangsoptikSend- and receiving optics
1919: Lichtempfängerlight receiver
2121: Auswerteschaltungevaluation
2323: Signalausgangsignal output
2525: Überwachungsbereichmonitoring area
2727: Tastobjektsensed object
2929: SendestrahlengangThe emitted beam path
3131: EmpfangsstrahlengangReceived beam path
3333: Empfangsbereichreception area
3535: LichteintrittsflächeLight entry surface

Claims

Color-sensitive light sensor, in particular contrast sensor, color sensor or luminescence sensor, with a light transmitter ( 13 ) for emitting transmission light and a light receiver ( 19 ) for receiving transmitted, reflected or remitted received light along a received beam path ( 31 ), the light receiver ( 19 ) to differentiate between different spectral distributions of the received light, has a semiconducting photo element which has at least two receive areas ( 33 ) has different spectral sensitivity, whereby for each reception range ( 33 ) a reception signal can be generated.

Light sensor according to claim 1, characterized in that the reception areas ( 33 ) of the photo element ( 19 ) along the receive beam path ( 31 ) at different depths with respect to the light entry surface ( 35 ) of the photo element.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the reception areas ( 33 ) of the photo element ( 19 ) along the receive beam path ( 31 ) have a different thickness.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the reception areas ( 33 ) of the photo element ( 19 ) are each limited by a pn transition.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that each reception area ( 33 ) of the photo element ( 19 ) is provided with its own electrical connection.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the reception areas ( 33 ) of the photo element ( 19 ) with respect to the received beam path ( 31 ) in the We are arranged substantially one behind the other.

Light sensor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the receiving areas ( 33 ) of the photo element ( 19 ) with respect to the received beam path ( 31 ) are arranged essentially next to each other.

Light sensor according to claim 7, characterized in that the reception areas ( 33 ) of the photo element ( 19 ) with respect to the received beam path ( 31 ) are arranged radially adjacent to each other.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that a receiving optics ( 17 ) is provided, with respect to which the light entry surface ( 35 ) of the photo element ( 19 ) is arranged out of focus, and / or that receiving optics ( 17 ) is provided, through which a receiving light spot on the photo element ( 19 ) can be mapped, which is the light entry surface ( 35 ) of the photo element ( 19 ) completely covered, and / or that the light transmitter ( 13 ) and the light receiver ( 19 ) are provided in an autocollimation arrangement.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the photo element ( 19 ) several reception areas ( 33 ) each has the same spectral sensitivity, which are arranged spaced apart.

Light sensor according to one of the preceding claims, characterized in that an evaluation circuit ( 21 ) is provided for evaluating the received signals, the evaluation circuit being designed in particular to carry out a quotient formation or a difference formation and / or to carry out a threshold value comparison.