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Die
Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor, mit einem Lichtsender
zum Aussenden von Sendelicht in einen Überwachungsbereich und einem
Lichtempfänger
zum Empfangen von reflektiertem oder remittiertem Empfangslicht
aus dem Überwachungsbereich
und zum Erzeugen entsprechender Empfangssignale, die sich letztlich
auf das Vorhandensein eines Objekts im Überwachungsbereich oder auf
die Entfernung eines Objekts im Überwachungsbereich
auswerten lassen, gemäß dem Anspruch
1.
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Ein
derartiger Sensor wird beispielsweise als Lichtschranke, Lichttaster
oder Triangulations-Entfernungsmesser eingesetzt. Für eine einfache
und. deshalb kostengünstige
Ausführung
eines derartigen Sensors ist es beispielsweise bekannt, den Lichtempfänger als
ein einziges fotoelektrisches Empfangselement oder als ein Doppelelement
auszubilden. Allerdings ist bei dieser Art von Sensoren aufgrund
des gewünschten
Erfassungsbereichs der Sichtbereich des Empfangselements bzw. des
Doppelelements sehr groß.
Dies führt
in nachteiliger Weise dazu, dass ein großer Anteil unerwünschten
Umgebungslichts zur Erhöhung
des Signalrauschens beiträgt
und die Wahrscheinlichkeit der Wahrnehmung optischer Störer erhöht wird.
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Zur
Behebung dieser Nachteile ist es ferner bekannt, den Lichtempfänger mit
einer Vielzahl von Empfangselementen zu versehen, so dass jedes
einzelne Empfangselement einen vergleichsweise geringen Sichtbereich innerhalb
des Überwachungsbereichs
des Sensors besitzt. Dadurch kann das eigentliche Nutzsignal, das
von dem zu erfassenden Objekt innerhalb des Überwachungsbereichs stammt,
leichter von möglichen
Störsignalen
unterschieden werden. Allerdings ist die Signalverarbeitung und
-auswertung für
diese Art von Sensoren vergleichsweise aufwändig, da für jedes Empfangselement ein
eigener Empfangskanal erforderlich ist.
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Die
DE 199 07 547 A1 beschreibt
eine optoelektronische Vorrichtung mit einem Empfangselement, das
mehrere Segmente aufweist. Jedem Segment ist ein Verstärker zugeordnet.
Einige Verstärker sind
ausgangsseitig über
einen jeweiligen Schalter mit Summierern und/oder einem Subtrahierer
verbunden.
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Aus
der
DE 42 04 013 A1 ist
ein Reflexionslichttaster bekannt, der empfangsseitig wenigstens vier
photosensitive Elemente aufweist, die paarweise antiparallel geschaltet
sind. Die Ausgangssignale der beiden somit gebildeten Empfangskanäle werden
jeweils einem frequenzselektiven Verstärker zugeführt. Den beiden Verstärkern ist
ein Differenzverstärker nachgeschaltet,
der ausgangsseitig über
einen Schwellwertverstärker
mit einem digitalen Filter und einem Demodulator verbunden ist.
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Die
DE 197 30 341 A1 betrifft
ein Verfahren zum Betrieb einer optoelektronischen Sensoranordnung
mit einer Lichtempfangseinheit, die in mehrere Empfangszonen unterteilt
wird.
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Aus
der
US 4,693,598 ist
ein optoelektronischer Messempfänger
mit mehreren Empfängereinheiten
bekannt. Jede Empfängereinheit
ist mit einem Schaltelement verbunden, dessen jeweiliger erster und
zweiter Ausgang mit einem Steuerkreis verbunden ist.
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Die
US 5,629,704 offenbart eine
Vorrichtung zur Detektion einer Zielposition, bei der eine Photodiodenmatrix
nach dem Triangulationsprinzip beaufschlagt wird.
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Aus
der
DE 197 21 105
C2 ist ein optoelektronischer Sensor mit einem Mehrelement-Lichtsensor
bekannt, dessen Sensorelemente auf veränderliche Weise in verschiedene
Sensorbereiche unterteilbar sind.
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Die
DE 198 50 270 A1 betrifft
ein Verfahren zum Betrieb eines nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden
Distanzsensors mit einem Empfänger, welcher
mit mehreren linearen geordneten photoempfindlichen Elementen ausgebildet
ist. Die an den Ausgängen
der photoempfindlichen Elemente generierten Empfangssignale werden
hinsichtlich ihrer Signalamplitude bewertet.
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Eine
Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, einen optoelektronischen
Sensor zu schaffen, der bei einem einfachen und somit kostengünstigen Aufbau
eine Unterteilung des Überwachungsbereichs
in verschiedene Sichtbereiche des Lichtempfängers ermöglicht, um mögliche optische
Störer
innerhalb des Überwachungsbereichs
leichter identifizieren und vom Nutzsignal unterscheiden zu können.
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Diese
Aufgabe wird durch einen Sensor mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Bei
der Erfindung ist also zumindest eine zweistufige Signalverarbeitung
vorgesehen. Zunächst
werden die Empfangssignale mehrerer oder aller Empfangselemente
des Lichtempfängers
durch mehrere Verarbeitungseinrichtungen, beispielsweise Verstärker oder
Filter, verarbeitet, so dass entsprechende Verarbeitungssignale
erzeugt werden. Diese werden durch eine oder mehrere nachgeschaltete Auswerteeinrichtungen
auf das Vorhandensein oder die Entfernung eines Objekts innerhalb
des Überwachungsbereichs
ausgewertet, beispielsweise indem die Verarbeitungssignale verschiedener
Verarbeitungseinrichtungen voneinander subtrahiert und anschließend mit
einem Schwellenwert verglichen werden.
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Wichtig
ist, dass die Anzahl der vorhandenen Verarbeitungseinrichtungen
geringer ist als die Anzahl der Empfangselemente. Dadurch ist die
Anzahl der vollständigen
Empfangskanäle
verringert, so dass der Aufbau des Sensors erheblich vereinfacht und
der Herstellungsaufwand entsprechend reduziert werden können. Beispielsweise
kann es für
eine Vielzahl von Anwendungen ausreichend sein, für sechzehn
Empfangselemente lediglich vier oder acht Verarbeitungseinrichtungen
vorzusehen. Für
andere Anwendungen sind auch noch deutlichere Unterschiede möglich, beispielsweise
lediglich acht Verarbeitungseinrichtungen für 256 Empfangselemente des
Lichtempfängers.
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Ein
besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass trotz der reduzierten
Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen und der dadurch bewirkten
Einschränkung
der Empfangskanäle
dennoch eine flexible Anpassung des Sensors an unterschiedliche Anwendungen
möglich
ist. Der Erfindung liegt nämlich
die Erkenntnis zugrunde, dass für
eine Vielzahl von praktischen Sensoranwendungen eine vergleichsweise
geringe Anzahl von zwi schengeschalteten Verarbeitungsstufen ausreichend
ist, solange die Zuordnung der Empfangselemente zu diesen Verarbeitungseinrichtungen
für die
individuelle Anwendung eingelernt oder eingestellt werden kann.
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Zu
der Erfindung ist noch anzumerken, dass unter "Licht" auch elektromagnetische Strahlung des ultravioletten
oder des infraroten Spektralbereichs zu verstehen ist.
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Das
genannte Verarbeiten der Empfangssignale innerhalb der Verarbeitungseinrichtungen
besteht, wie bereits erläutert,
in einem Verstärken
des jeweiligen Empfangssignals. Zu diesem Zweck kann jede Verarbeitungseinrichtung
beispielsweise eine Verstärkerschaltung
aufweisen. Zusätzlich
erfolgt innerhalb der Verarbeitungseinrichtungen ein Unterdrücken bzw.
Herausfiltern von Störsignalen,
beispielsweise durch eine Hochpassschaltung, durch die ein Nutzsignalpuls
weitergeleitet und ein Dauerstrom-Störsignal
kurzgeschlossen wird.
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Es
kann vorgesehen sein, dass jeder Verarbeitungseinrichtung mehrere
Empfangselemente zugeordnet sind. Dadurch werden die betreffenden Empfangselemente
zu einem einzigen gemeinsamen Empfangskanal zusammengeschaltet.
In diesem Fall kann innerhalb der betreffenden Verar beitungseinrichtung
beispielsweise ein Aufsummieren der Empfangssignale aller zugeordneten
Empfangselemente erfolgen.
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Alternativ
hierzu ist es auch möglich,
dass jeder Verarbeitungseinrichtung lediglich jeweils ein einziges
Empfangselement zugeordnet ist. In diesem Fall bildet also jede
Verarbeitungseinrichtung mit einem zugeordneten Empfangselement
einen Empfangskanal, während
die übrigen
Empfangselemente für
die betreffende Anwendung momentan oder dauerhaft nicht genutzt
werden.
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Die
Auswertung innerhalb der Auswerteeinrichtung kann beispielsweise
dahingehend erfolgen, dass die von den Verarbeitungseinrichtungen übermittelten
Verarbeitungssignale addiert, subtrahiert oder dividiert werden,
wobei auch eine Kombination dieser Operationen möglich ist. Ferner können die Verarbeitungssignale
innerhalb der Auswerteeinrichtung, insbesondere nach der erläuterten
Addition, Subtraktion bzw. Division, mit einem vorbestimmten, vorgebbaren
oder einlernbaren Schwellenwert verglichen werden, um in Abhängigkeit
von dem Vergleichsergebnis ein Objektfeststellungssignal oder einen Entfernungsmesswert
zu erzeugen. Die Auswerteeinrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise eine
Komparatorschaltung aufweisen.
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Zusätzlich zu
der festlegbaren Zuordnung der Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
kann auch eine veränderliche
Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen zu der oder den Auswerteeinrichtungen
vorgesehen sein.
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Für die jeweilige
gegenseitige Zuordnung von Empfangselementen, Verarbeitungseinrichtungen
und Auswerteeinrichtung innerhalb der ersten und zweiten Signalverarbeitungsstufe
besitzt die Steuereinrichtung eine erste und eine zweite Schalteranordnung.
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Das
Festlegen der gegenseitigen Zuordnung von Empfangselementen und
Verarbeitungseinrichtungen mittels der Steuereinrichtung erfolgt,
zumindest innerhalb mehrerer vorgegebener Kombinationsmöglichkeiten,
auf veränderliche
Weise. Dadurch kann der Sensor auf besonders flexible Weise unterschiedlichen
Anwendungsfällen
oder Überwachungssituationen
angepasst werden.
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Dabei
ist es von Vorteil, wenn die Zuordnung der Empfangselemente zu den
Verarbeitungseinrichtungen und/oder die Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen
zu der Auswerteeinrichtung während eines
Einstellbetriebs oder eines Einlernbetriebs vor dem eigentlichen Überwachungsbetrieb
des Sensors festgelegt werden. Somit ist vor dem Überwachungsbetrieb
eine Anpassung des Sensors an die nachfolgende Überwachungsaufgabe möglich. Dem
Sensor können
so die Positionen möglicher
optischer Störer und
der erwünschte
Raumbereich der möglichen
Objektdetektion eingelernt werden.
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Ferner
ist es für
manche Anwendungen von Vorteil, wenn die Zuordnung der Empfangselemente zu
den Verarbeitungseinrichtungen und/oder die Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen
zu der Auswerteeinrichtung während
des laufenden Überwachungsbetriebs
festgelegt bzw. nachgestellt wird. Mit anderen Worten kann eine
ständige
Anpassung der jeweiligen Zuordnung erfolgen, so dass beispielsweise
bei einer Bewegung des detek tierten Objekts oder bei einer Bewegung
eines optischen Störers
eine ständige
Anpassung der aktuell aktivierten Empfangselemente erfolgen kann.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn eine Anpassung der jeweiligen
Zuordnung automatisch in Abhängigkeit
von einer zuvor detektierten Beaufschlagung des Lichtempfängers mit
Nutzlicht oder Störlicht
erfolgt. Eine derartige veränderliche
Festlegung der Zuordnungen während des Überwachungsbetriebs
ist auch dann möglich, wenn
während
eines vorhergehenden Einstellbetriebs oder Einlernbetriebs bereits
eine Grundeinstellung des Sensors vorgenommen worden ist.
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Die
Festlegung der Zuordnung der Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
oder die Festlegung der Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen
zu der Auswerteeinrichtung kann beispielsweise gemäß den folgenden
Ausführungsformen
erfolgen:
- (a) Die Steuereinrichtung ordnet
zumindest diejenigen Empfangselemente, die bei einer vorherigen
Messung Nutzlicht aus dem Überwachungsbereich
bzw. einen entsprechenden Empfangslichtfleck detektiert haben, einer
einzigen gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung zu. Die anderen Empfangselemente
werden – sofern
sie überhaupt
aktiviert und ausgewertet werden – einer oder mehreren anderen
Verarbeitungseinrichtungen zugeordnet. Auf diese Weise kann der Überwachungsbereich
unter Ausnutzung des bekannten Triangulationsprinzips in unterschiedliche Sichtbereiche
unterteilt werden, die wahlweise für die Überwachung herangezogen oder
ausgeblendet werden. Somit ist insbesondere eine Ausblendung eines
Hintergrunds und/oder eines Vordergrunds des Überwachungsbereichs möglich. Durch
eine optionale ständige
Aktualisierung dieser Zuordnung wäh rend des laufenden Überwachungsbetriebs
kann eine mögliche
Veränderung der
Entfernung des beobachteten Objekts oder eines wahrgenommenen optischen
Störers
berücksichtigt
werden.
- (b) Die Zuordnung der Empfangselemente zu einer gemeinsamen
Verarbeitungseinrichtung in Abhängigkeit
von der Lage eines zuvor detektierten Empfangslichtflecks am Lichtempfänger, gemäß dem vorstehend
erläuterten
Beispiel (a), kann auch derart erfolgen, dass zusätzlich ein oder
mehrere Empfangselemente, die benachbart zu den von dem Lichtfleck
beaufschlagten Empfangselementen angeordnet sind, der erläuterten gemeinsamen
Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden. Dadurch kann sichergestellt
werden, dass auch bei einer eventuellen Bewegung des Objekts im Überwachungsbereich
und einer hierdurch verursachten Verschiebung des Lichtflecks am
Lichtempfänger
noch ein ausreichendes Nutzlicht-Empfangssignal an die betreffende
Verarbeitungseinrichtung übermittelt
wird.
- (c) Die Steuereinrichtung kann dergestalt ausgebildet sein,
dass sie eine oder mehrere Gruppen von jeweils benachbarten Empfangselementen, die
bei einer vorherigen Messung kein Nutzlicht aus dem Überwachungsbereich
empfangen haben, jeweils einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung
zuordnet. Mit anderen Worten werden die Empfangselemente, für die lediglich
Störlicht oder überhaupt
kein Empfangslicht detektiert wurde, bei einer einzigen Verarbeitungseinrichtung zusammengefasst.
Auf diese Weise kann die im Zusammenhang mit dem vorstehenden Beispiel (a)
erläuterte
Hintergrund- oder Vordergrundausblendung noch weiter unterstützt werden.
Die Unterscheidung zwischen Nutzlicht und Störlicht kann beispielsweise
bei Verwendung von gepulstem Sendelicht anhand des Gleichstromanteils des
Empfangslichts erfolgen.
- (d) Eine Zusammenfassung einer oder mehrerer Gruppen von benachbarten
Empfangselementen zu jeweils einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung
kann – zur
Unterstützung
der erläuterten Hintergrund-
oder Vordergrundausblendung – auch
dadurch erfolgen, dass genau diejenigen Empfangselemente einer gemeinsamen
Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden, die bei einer vorherigen
Messung Störlicht
einer vorgegebenen Intensität
empfangen haben.
- (e) Es kann jeweils eine feste Anzahl von Empfangselementen
einer bestimmten Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden. Dadurch
kann – im
Falle der erläuterten
Hintergrund- oder Vordergrundausblendung – beispielsweise erreicht werden,
dass der Überwachungsbereich
in Sichtbereiche gleich bleibender Tiefe unterteilt wird. Ferner
kann durch eine derartige Zuordnung mit fester Anzahl erreicht werden,
dass in verschiedenen Verarbeitungseinrichtungen einander entsprechende
Summensignale gebildet werden, die innerhalb der Auswerteeinrichtung
direkt miteinander verglichen werden können.
- (f) Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass nicht nur die
Zuordnung der einzelnen Empfangselemente zu den Verarbeitungseinrichtungen
variabel ist, sondern auch die Anzahl der Empfangselemente, die
jeweils einer bestimmten Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden.
Dadurch kann beispielsweise der Überwachungsbereich
in Sichtbereiche unterschiedlicher und variabler Tiefe unterteilt
werden.
- (g) Eine variable Festlegung der Zuordnung der Empfangselemente
zu den Verarbeitungseinrichtungen kann auch derart erfolgen, dass
entlang eines interessierenden Sichtbereichs innerhalb des Überwachungsbereichs
eine erhöhte
räumliche
Auflösung
des Sensors bewirkt wird. Hierfür können beispielsweise
hinsichtlich eines Nutzlichtbereichs des Lichtempfängers, entlang
dessen zuvor Nutzlicht aus dem Überwachungsbereich
empfangen worden ist, eine geringere Anzahl von Empfangselementen
jeweils einer gemeinsamen Verarbeitungseinrichtung zugeordnet werden,
als hinsichtlich eines Bereichs des Lichtempfängers außerhalb dieses Nutzlichtbereichs. Dadurch
wird erreicht, dass der genannte Nutzlichtbereich – und somit
der entsprechende Sichtbereich innerhalb des Überwachungsbereichs – letztlich
durch eine vergleichsweise große
Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen untersucht wird. Eine derartige
gezielte Erhöhung
der räumlichen Auflösung ist
von besonderem Vorteil, wenn andere Sichtbereiche des Überwachungsbereichs ausgeblendet
werden sollen, wie beispielsweise im Falle der erläuterten
Hintergrund- oder Vordergrundausblendung.
- (h) Die Auswerteeinrichtung wertet die Verarbeitungssignale
aller Verarbeitungseinrichtungen aus. Dadurch ist beispielsweise
ein direkter Vergleich dieser Verarbeitungssignale und somit ein Vergleich
unterschiedlicher Sichtbereiche des Überwachungsbereichs möglich.
- (i) Alternativ hierzu wertet die Auswerteeinrichtung die Verarbeitungssignale
lediglich einer begrenzten Anzahl von Verarbeitungseinrichtungen aus.
Im Extremfall wird lediglich eine einzige Verarbeitungs einrichtung
beobachtet, beispielsweise indem deren Verarbeitungssignal mit einem Schwellenwert
verglichen wird.
- (j) Auch eine "überlappende" Auswertung ist möglich, bei
der jeweils die Verarbeitungssignale einer ersten Verarbeitungseinrichtung
gemeinsam mit den Verarbeitungssignalen einer zweiten oder weiteren
Verarbeitungseinrichtungen ausgewertet werden, wobei die der ersten
Verarbeitungseinrichtung entsprechenden Empfangselemente benachbart
zu den der zweiten bzw. weiteren Verarbeitungseinrichtung entsprechenden
Empfangselementen angeordnet sind, und wobei dieses Auswertungsschema
für unterschiedliche
Kombinationen von jeweils benachbarten Empfangselementen bzw. entsprechenden "ersten" und "zweiten" Verarbeitungseinrichtungen
befolgt wird. Falls beispielsweise ein Empfangslichtfleck zur Hälfte lediglich
die Empfangselemente der ersten Verarbeitungseinrichtung und im übrigen die Empfangselemente
der zweiten Verarbeitungseinrichtung beaufschlagt, so ist durch
die erläuterte
Vorgehensweise gewährleistet,
dass im Laufe der Auswertung die Empfangssignale aller vom Empfangslichtfleck
beaufschlagten Empfangselemente gemeinsam ausgewertet werden. Insbesondere
ist es zu diesem Zweck von Vorteil, wenn die Verarbeitungssignale
der jeweiligen ersten und zweiten Verarbeitungseinrichtung summiert werden,
um als Summe beispielsweise mit einem Schwellenwert verglichen zu
werden. Die erläuterte "überlappende" Auswertung kann – zeitgleich oder zeitlich
nacheinander – zyklisch
abwechselnd für
mehrere oder alle jeweils "benachbarte" Verarbeitungseinrichtungen
durchgeführt werden.
Beispielsweise werden die Verarbeitungssignale von benachbarten
Verarbeitungseinrichtungen "1", "2" und "3" gemeinsam
von einer Auswerte einrichtung "A" ausgewertet, ferner
die Verarbeitungssignale der Verarbeitungseinrichtungen "2" und "3" sowie
die Verarbeitungssignale einer hierzu benachbarten Verarbeitungseinrichtung "4" gemeinsam von einer Auswerteeinrichtung "B", ferner die Verarbeitungssignale der
Verarbeitungseinrichtungen "3" und "4" sowie die Verarbeitungssignale einer
hierzu benachbarten Verarbeitungseinrichtung "5" gemeinsam
von einer Auswerteeinrichtung "C", und so fort.
- (k) Jeder Verarbeitungseinrichtung ist genau ein Empfangselement
zugeordnet, wobei diese Zuordnung einmalig im Rahmen eines Einstellbetriebs
erfolgt. Dadurch kann beispielsweise der Lichtempfänger nach
Montage des Sensors am Einsatzort auf die genaue Lage des Empfangslichtflecks
justiert werden.
- (l) Mehreren Verarbeitungseinrichtungen werden jeweils mehrere
Empfangselemente zugeordnet, wobei die Verarbeitungssignale innerhalb
der Auswerteeinrichtung voneinander subtrahiert werden. Der Zeitpunkt
des pulsförmigen
Aussendens des Sendelichts wird dabei derartig gewählt, dass
das von der Auswerteschaltung berechnete Differenzsignal – aufgrund
der negativen Flanke des Nutzsignalpulses – ein negatives Ergebnis liefert,
falls der Anteil des Störlichts überwiegt.
Umgekehrt wird ein positives Ergebnis erhalten, falls das Empfangslicht
von einem Objekt innerhalb des vorgesehenen Sichtbereichs des Überwachungsbereichs
stammt.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die
Zeichnung erläutert;
in diesen zeigen:
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1 den
schematischen Aufbau eines erfindungsgemäßen Sensors, und
-
2 eine
mögliche
Unterteilung der Empfangselemente einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Sensors.
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1 zeigt
schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Reflexionslichttasters.
Dieser besitzt einen Lichtsender 11, beispielsweise eine
Laserdiode, zum Aussenden von Sendelichtpulsen des infraroten Spektralbereichs
in Richtung eines Überwachungsbereichs 13.
Ferner besitzt der gezeigte Reflexionslichttaster einen Lichtempfänger 15,
beispielsweise ein Fotodioden-Array, mit einer linearen Anordnung
von sechzehn Empfangselementen 17, 17', 17''.
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Erfindungsgemäß ist eine
zweistufige Verarbeitung der von den Empfangselementen 17, 17', 17'' gelieferten Empfangssignale vorgesehen.
Zu diesem Zweck sind die Empfangselemente 17, 17', 17'' jeweils einer von vier Verarbeitungseinrichtungen 19 zugeordnet.
In dem gezeigten Beispiel ist diese Zuordnung dergestalt festgelegt,
dass die Empfangselemente 17 einer ersten Verarbeitungseinrichtung 19, die
Empfangselemente 17' einer
zweiten Verarbeitungseinrichtung 19 und die Empfangselemente 17'' einer dritten Verarbeitungseinrichtung 19 zugeordnet sind,
während
die vierte Verarbeitungseinrichtung 19 gegenwärtig inaktiv
ist. Jede Verarbeitungseinrichtung 19 besitzt eine Schaltung
zum Verstärken
der Empfangssigna le der jeweils zugeordneten Empfangselemente 17, 17' bzw. 17'', ferner eine Schaltung zum Unterdrücken von
Gleichstrom-Störsignalen
innerhalb dieser Empfangssignale, und eine Schaltung zum Aufsummieren
der derart verstärkten und
gefilterten Empfangssignale der jeweils zugeordneten Empfangselemente 17, 17' bzw. 17''.
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Zur
Verwirklichung der genannten zweistufigen Signalverarbeitung ist
ferner eine Auswerteeinrichtung 21 mit den Verarbeitungseinrichtungen 19 verbunden.
Diese wertet die von den Verarbeitungseinrichtungen 19 erzeugten
Verarbeitungssignale aus, um als Ergebnis dieser Auswertung an einem
Signalausgang 23 beispielsweise ein Objektfeststellungssignal
auszugeben. Die Auswerteeinrichtung 21 kann beispielsweise
eine Komparatorschaltung aufweisen.
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Für eine veränderliche
Festlegung der Zuordnung der Empfangssignale zu den Verarbeitungseinrichtungen 19 ist
zwischen die Empfangselemente 17, 17', 17'' und die Verarbeitungseinrichtungen 19 eine
Schaltermatrix 25 geschaltet. In entsprechender Weise ist
für eine
veränderliche
Festlegung der Zuordnung der Verarbeitungseinrichtungen 19 zu
der Auswerteeinrichtung 21 eine Schaltermatrix 27 zwischengeschaltet.
Bei jeder Schaltermatrix 25, 27 kann es sich um
einen digital ansteuerbaren ASIC (application-specific integrated
circuit) mit Analogschaltern handeln. Alternativ hierzu ist es auch
möglich,
einen einzigen ASIC vorzusehen, der sowohl beide Schaltermatrizen 25, 27,
als auch die Verarbeitungseinrichtungen 19 und die Auswerteeinrichtung 21 enthält.
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Die Überwachung
des Überwachungsraums 13 mittels
des in 1 gezeigten Reflexionslichttasters funktioniert
wie folgt:
Der Lichtsender 11 emittiert regelmäßige Sendelichtpulse
in Richtung des Überwachungsbereichs 13. Ein
dort befindliches Objekt 29 reflektiert einen Teil dieses
Sendelichts in Richtung des Lichtempfängers 15, wobei nach
dem bekannten Triangulationsprinzip je nach Entfernung des Objekts 29 unterschiedliche Empfangselemente 17, 17', 17'' von dem reflektierten Empfangslicht
beaufschlagt werden. In dem gezeigten Beispiel wird über eine – in 1 nicht
dargestellte – Empfangsoptik
ein Empfangslichtfleck 31 auf die drei Empfangselemente 17' abgebildet.
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Synchron
zu dem Aussenden der Sendelichtpulse werden die Empfangselemente 17, 17' bzw. 17'' ausgelesen, wobei die Empfangssignale von
jeweils einer zugeordneten Verarbeitungseinrichtung 19 auf
die bereits erläuterte
Weise vorverarbeitet werden. Die somit verstärkten, gefilterten und gruppenweise
summierten Empfangssignale werden – als Verarbeitungssignale – der Auswerteeinrichtung 21 zugeführt. Diese
vergleicht die vorverarbeiteten Empfangssignale der Empfangselemente 17' mit den vorverarbeiteten
Empfangssignalen der Empfangselemente 17, mit den vorverarbeiteten
Empfangssignalen der Empfangselemente 17'' und/oder
mit einem vorbestimmten Schwellenwert. In Abhängigkeit von dem Ergebnis dieser
Vergleiche erzeugt die Auswerteeinrichtung 21 ein Objektfeststellungssignal
am Signalausgang 23.
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Die
durch die Schaltermatrix 25 festgelegte gruppenweise Zuordnung
der Empfangselemente 17, 17', 17'' zu
jeweils einer der Verarbeitungseinrichtungen 19 bewirkt
eine räumliche
Unterteilung des Überwachungsbereichs 13.
Die Zuordnung ist nämlich
gerade so festgelegt, dass der Empfangslichtfleck 31 nur
dann genau die drei Empfangselemente 17' beauf schlagt, wenn das Objekt 29 sich
in der in 1 gezeigten Entfernung von dem
Reflexionslichttaster bzw. von dem Lichtsender 11 und dem
Lichtempfänger 15 befindet.
Falls das Objekt 29 dagegen einen geringeren oder einen
größeren Abstand
einnimmt, werden statt dessen die Empfangselemente 17 bzw. 17'' zumindest teilweise von dem Empfangslichtfleck 31 beaufschlagt.
Die erläuterte
Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17'' zu den Verarbeitungseinrichtungen 19 sowie
die 'entsprechende
Verarbeitung und Auswertung der Empfangssignale innerhalb der Verarbeitungseinrichtungen 19 und
der Auswerteeinrichtung 21 bewirkt also eine Ausblendung
eines Vordergrunds und eines Hintergrunds des Überwachungsbereichs 13.
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Die
in 1 gezeigte Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17'' zu den Verarbeitungseinrichtungen 19 kann
während
eines Einlernbetriebs oder eines Einstellbetriebs vor dem eigentlichen Überwachungsbetrieb
des Reflexionslichttasters festgelegt werden. Alternativ oder zusätzlich kann diese
Zuordnung auch während
des laufenden Überwachungsbetriebs,
nämlich
nach jedem Aussenden eines Sendelichtpulses und der entsprechenden Empfangssignalauswertung,
durchgeführt
werden. In jedem Fall erfolgt eine Änderung der Zuordnung über die
Schaltermatrix 25 und erforderlichenfalls die Schaltermatrix 27,
wobei zusätzliche
eine – in 1 nicht
gezeigte – zentrale
Steuerschaltung vorgesehen sein kann.
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Ein
besonderer Vorteil des in 1 gezeigten
Reflexionslichttasters besteht darin, dass die variable Unterteilung
der Empfangselemente 17, 17', 17'' des
Lichtempfängers 15 und
die entsprechende Unterteilung des Überwachungsbereichs 13 mit
einem vergleichsweise geringen Schaltungsaufwand möglich ist.
Insbesondere ist nicht für
jedes einzelne Emp fangselement 17, 17', 17'' ein eigener vollständiger Empfangskanal
erforderlich. Statt dessen ist es ausreichend, wenn die Anzahl der
Verarbeitungseinrichtungen 19 deutlich geringer ist als
die Anzahl der Empfangselemente 17, 17', 17''. In dem gezeigten Beispiel genügen drei
Verarbeitungseinrichtungen 19. Im Extremfall würden in
dem gezeigten Beispiel sogar zwei Verarbeitungseinrichtungen 19 genügen, wobei
die eine Verarbeitungseinrichtung 19 die Empfangssignale
der Empfangselemente 17' und
die andere Verarbeitungseinrichtung 19 die Empfangssignale
der Empfangselemente 17 und 17'' gemeinsam vorverarbeitet.
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Das
in 1 gezeigte durchschnittliche Verhältnis von
einer Verarbeitungseinrichtung 19 je vier Empfangselemente 17, 17', 17'' ermöglicht eine besonders flexible
Anpassung des Reflexionslichttasters an unterschiedliche Anwendungsaufgaben.
Dabei ist es für
viele Anwendungsfälle
nicht unbedingt erforderlich, dass die Schaltermatrix 25 jede
beliebige Zuordnung der Empfangselemente 17, 17', 17'' zu den Verarbeitungseinrichtungen
ermöglicht.
Statt dessen ist eine begrenzte Kombinationsmöglichkeit in den meisten Fällen ausreichend,
beispielsweise indem lediglich Gruppen von jeweils benachbarten Empfangselementen 17, 17', 17'' zu jeweils einer Verarbeitungseinrichtung 25 zugeordnet
werden können.
Eine derartige Beschränkung
der möglichen
Unterordnungen verringert den Schaltungsaufwand noch weiter.
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2 illustriert,
dass der Lichtempfänger 15 auch
eine zweidimensionale Anordnung von Empfangselementen 17, 17' aufweisen kann.
Gezeigt ist eine Anordnung von 4 × 4 Empfangselementen 17, 17', wobei die
Empfangselemente 17' zumindest
teilweise von einem Empfangslichtfleck 31 beaufschlagt werden
und die Empfangselemente 17 (in 2 schraffiert
dargestellt) von dem Empfangslichtfleck 31 nicht erfasst
werden.
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Der
Lichtempfänger 15 gemäß 2 kann beispielsweise
Teil einer erfindungsgemäßen Reflexionslichtschranke
mit einem gegenüber
von Lichtsender und Lichtempfänger
zu montierenden Reflexionselement sein. Um nach Montage dieser Reflexionslichtschranke
mechanische Toleranzen auszugleichen, kann im Rahmen eines Einlernbetriebs
mit sukzessiv betrachteten Empfangskanälen zunächst die Lage des Empfangslichtflecks
31 am Lichtempfänger 15 bestimmt
werden. Aufgrund dieses Messergebnisses werden für den nachfolgenden Überwachungsbetrieb
allein die Empfangssignale der Empfangselemente 17' berücksichtigt.
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Da
für jede
Anwendungsaufgabe dieser Reflexionslichtschranke stets ein Empfangslichtfleck 31 von
der in 2 gezeigten Größe erwartet
wird, genügt
es, wenn für
die – beispielsweise
sechzehn – Empfangselemente 17, 17' eine vergleichsweise
geringe Anzahl von – beispielsweise
acht – Verarbeitungseinrichtungen 19 vorgesehen
ist, so dass stets lediglich eine der Anzahl dieser Verarbeitungseinrichtungen 19 entsprechende
Anzahl von Empfangskanälen
genutzt wird.
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Der
Schaltungsaufwand für
diese Reflexionslichtschranke ist somit erheblich verringert, da
für die
im Überwachungsbetrieb
letztlich nicht genutzten Empfangselemente 17 kein eigener
vollständiger Empfangskanal
mit Signalverarbeitung und -auswertung verwirklicht sein muss.
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- 11
- Lichtsender
- 13
- Überwachungsbereich
- 15
- Lichtempfänger
- 17
- Empfangselement
- 17'
- Empfangselement
- 17''
- Empfangselement
- 19
- Verarbeitungseinrichtung
- 21
- Auswerteeinrichtung
- 23
- Signalausgang
- 25
- Schaltermatrix
- 27
- Schaltermatrix
- 29
- Objekt
- 31
- Empfangslichtfleck