DE10238075A1 - Optical sensor for recording objects uses receptor line arrays to measure distance from two light sources with selection of highest signal for processing - Google Patents
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Abstract
Description
Optischer SensorOptical sensor
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.The invention relates to an optical Sensor.
Derartige optische Sensoren dienen zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Dabei sind diese optischen Sensoren vorzugsweise als Distanzsensoren ausgebildet, mittels derer die Distanzen eines Objektes im Überwachungsbereich bestimmt werden können.Such optical sensors are used for the detection of objects in a surveillance area. Are these optical sensors are preferably designed as distance sensors, by means of which the distances of an object in the surveillance area are determined can be.
Aus der
Mit diesem optischen Sensor können die Distanzen von Objekten zwar äußerst genau bestimmt werden.With this optical sensor you can Distances of objects are extremely precise be determined.
Jedoch ist die Distanzmessung in unerwünschter Wese abhängig von den Oberflächenstrukturen der Objekte. Durch Inhomogenitäten der Objektoberfläche, insbesondere durch hohe Kontrastunterschiede wie Kanten an Helldunkelübergängen wird die Triangulationsmessung in unerwünschter Weise beeinträchtigt, da die Lage und Form des auf die Empfangselemente des Empfängers abgebildeten Lichtflecks von dieser Oberflächenbeschaffenheit des Objekts abhängig ist.However, the distance measurement is in undesirable Whose dependent from the surface structures of objects. Due to inhomogeneities the object surface, especially due to high contrast differences such as edges at light-dark transitions adversely affects the triangulation measurement, because the location and shape of the mapped on the receiving elements of the recipient Light spots from this surface texture of the Object dependent is.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art mit einer erweiterten Funktionalität, einer hohen Nachweisempfindlichkeit und hohen Störsicherheit bereitzustellen.The invention is based on the object an optical sensor of the type mentioned with an extended functionality a high detection sensitivity and high immunity to interference.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this task are the Features of claim 1 provided. Advantageous embodiments and appropriate further training the invention are described in the subclaims.
Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und weist zwei in Abstand angeordnete Sendelichtstrahlen emittierende Sender und zwei Empfängerzeilen auf. Jeweils eine Empfängerzeile ist einem der Sender zur Durchführung einer Distanzmessung zugeordnet. In einer Auswerteeinheit wird aus den Ausgangssignalen der Empfängerzeilen ein Objektfeststellungssignal generiert.The optical sensor according to the invention is used for Detection of objects in a surveillance area and has two transmitting light beams emitting at a distance Sender and two receiver lines on. One recipient line each is one of the transmitters to carry out assigned to a distance measurement. In an evaluation unit, the output signals of the receiver lines generates an object detection signal.
Jeder Sender und die diesem zugeordneten Empfängerzeile bilden ein Distanzsensorelement. Mit diesen Distanzsensorelementen können gleichzeitig zwei Distanzwerte ermittelt werden. Dadurch wird eine erweiterte Funktionalität des erfindungsgemäßen optischen Sensors gegenüber herkömmlichen optischen Sensoren mit einem Distanzsensorelement erhalten.Each sender and the recipient line assigned to it form a distance sensor element. With these distance sensor elements can two distance values are determined simultaneously. This will make one extended functionality of the optical according to the invention Sensor opposite usual receive optical sensors with a distance sensor element.
Die Funktionalität des optischen Sensors kann durch geeignete Verknüpfungen der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen weiter erhöht werden. Beispielsweise kann durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen die Geschwindigkeit sowie die Bewegungsrichtung eines Objektes im Überwachungsbereich erfasst werden.The functionality of the optical sensor can through suitable links the output signals of both receiver lines further increased become. For example, by evaluating the course over time the output signals of both receiver lines the speed and the direction of movement of an object in the surveillance area be recorded.
Besonders vorteilhaft erfolgt in der Auswerteeinheit einer Amplitudenbewertung der Ausgangssignale der Empfängerzeilen, wobei hierzu die Ausgangssignale insbesondere mit geeigneten Schwellwerten bewertet werden.Is particularly advantageous in the evaluation unit of an amplitude evaluation of the output signals the recipient lines, for this purpose the output signals in particular with suitable threshold values be rated.
Mittels der Schwellwerte können insbesondere binäre Schaltsignale generiert werden, welche als Objektfeststellungssignale am optischen Sensor ausgegeben werden können.Using the threshold values, in particular binary Switch signals are generated, which as object detection signals can be output on the optical sensor.
Durch den Vergleich der Amplituden der Ausgangssignale der beiden Empfängerseiten können Inhomogenitäten der Objektoberfläche und insbesondere Kontrastschwankungen auf der Objektoberfläche erfasst werden.By comparing the amplitudes of the output signals of the two receiver sides can inhomogeneities object surface and in particular contrast fluctuations are detected on the object surface become.
Diese Informationen können seinerseits zur Eliminierung von Störfaktoren bei der Distanzmessung verwendet werden. Beispielsweise kann durch den Vergleich der Ausgangssignale der Empfängerzeilen erfasst werden, ob die Amplituden oder Ausgangssignale einer Empfängerzeile gegenüber der anderen erhöht oder reduziert sind. Typischerweise sind die Amplituden der Ausgangssignale durch Störeinflüsse wie Inhomogenitäten auf der Objektoberfläche reduziert. Zur Minimierung der Störeinflusse wird dann vorzugsweise nur die Empfängerzeile zur Distanzmessung herangezogen, welche die Ausgangssignale mit den höheren Amplitudenwerten liefert. Mit derartigen Auswerteverfahren können insbesondere auch sogenannte Schwarz-Weißfehler eliminiert werden. Hierbei handelt es sich um Verfälschungen der Distanzmessung, die dadurch bewirkt werden, dass der Lichtfleck der Sendelichtstrahlen eines Senders auf eine Kontrastkante trifft. Dadurch wird ein Teil des Lichtflecks stark, der andere Teil des Lichtflecks schwach zur Empfängerzeile zurückreflektiert, wodurch eine Verschiebung des auf die Empfängerzeile abgebildeten Lichtflecks bezüglich einer Detektion einer homogenen Oberfläche erhalten wird. Diese Verschiebung wiederum führt zu einem Fehler bei der Distanzmessung.This information can in turn be used to eliminate interference factors in the distance measurement. For example, by comparing the output signals of the receiver lines, it can be determined whether the amplitudes or output signals of one receiver line are increased or reduced compared to the other. Typically, the amplitudes of the output signals are reduced by interference such as inhomogeneities on the object surface. In order to minimize the interference, only the receiver line for distance measurement is preferably used, which delivers the output signals with the higher amplitude values. With such evaluation methods, in particular special so-called black and white errors can also be eliminated. These are falsifications of the distance measurement, which are caused by the light spot of the transmitted light rays of a transmitter hitting a contrast edge. As a result, part of the light spot becomes strong, the other part of the light spot weakly reflects back to the receiver line, as a result of which a displacement of the light spot imaged on the receiver line with respect to detection of a homogeneous surface is obtained. This shift in turn leads to an error in the distance measurement.
Prinzipiell ist zur Reduzierung von Störeinflüssen auch eine Mittelung der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen denkbar.The principle is to reduce Interference also an averaging of the output signals of both receiver lines is conceivable.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der optische Sensor zur Kantendetektion, d.h. zur Erfassung von Kontrastkanten eines Objektes eingesetzt werden. Auch hier wird eine Amplitudenbewertung der Ausgangssignale der Empfängerzeilen vorgenommen. Dabei liegt eine Kante dann vor, wenn die Amplituden, vorzugsweise die Maximalamplitude, einer Empfängerzeile signifikant größer sind als die Amplituden der Ausgangssignale der jeweils anderen Empfängerzeile.In an advantageous embodiment According to the invention, the optical sensor for edge detection, i.e. can be used to detect contrast edges of an object. Here too, an amplitude evaluation of the output signals of the receiver line performed. There is an edge when the amplitudes, preferably the maximum amplitude of a receiver line are significantly larger than the amplitudes of the output signals of the other receiver line.
Dieses Auswerteverfahren kann auch zur Objektzählung, insbesondere zur Schuppenzählung bei übereinanderliegenden Papierbögen in Druckmaschinen oder dergleichen eingesetzt werden.This evaluation method can also for object counting especially for counting scales in superimposed sheets of paper be used in printing presses or the like.
Bei derartigen Schuppenzählungen muss die Kante eines Papierbogens erfasst werden, welche auf einem darunter liegenden zweiten Papierbogen liegt. Die Erfassung einer derartigen Schuppung ist im Rahmen einer Distanzmessung aufgrund der geringen Dicken der Papierbögen oftmals nicht möglich. Jedoch liefert die Schuppung einen Kontrastunterschied in Form einer Kontrastkante, die mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor erfassbar ist. Werden die Papierbögen unter den optischen Sensor durchbewegt, so können die einzelnen Schuppungen im optischen Sensor einzeln nacheinander erfasst und gezählt werden.With such scale counts the edge of a sheet of paper, which is on a underlying second sheet of paper. The capture of a such scaling is due to a distance measurement the small thickness of the sheets of paper often not possible. However, the scaling provides a contrast difference in the form of a Contrast edge that can be detected with the optical sensor according to the invention is. Will the sheets of paper moved under the optical sensor, so the individual scaling in optical sensor can be recorded and counted one after the other.
Die beiden Sender des erfindungsgemäßen optischen Sensors sind bevorzugt von zwei auf einem Chip integrierten Leaserdioden gebildet. Ein Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass der Chip eine kleine Baugröße aufweist, so dass die darauf integrierten Laserdioden einen äußerst kleinen Abstand zueinander aufweisen. Damit können mit dem optischen Sensor an zwei dicht nebeneinanderliegenden Messstellen Distanzmessungen ausgeführt werden.The two transmitters of the optical according to the invention Sensors are preferred from two leaser diodes integrated on one chip educated. An advantage of this arrangement is that the chip is a has a small size, so that the laser diodes integrated on it are extremely small Distance from each other. It can be used with the optical sensor Distance measurements at two closely spaced measuring points be carried out.
Die Empfängerzeilen des optischen Sensors können prinzipiell von zwei diskreten CMOS-Zeilen oder CCD-Zeilen gebildet sein.The receiver lines of the optical sensor can in principle be formed by two discrete CMOS lines or CCD lines.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Empfängerzeilen Bestandteil eines flächigen CMOS- oder CCD-Arrays. Dabei werden von der Auswerteeinheit bevorzugt die Inhalte zweier einzelner parallel laufender Zeilen dieses Arrays ausgelesen, wobei diese Zeilen die Empfängerzeilen bilden.In a particularly advantageous embodiment The receiver lines are part of the invention one flat CMOS or CCD arrays. The evaluation unit prefers this the contents of two individual lines of this array running in parallel read out, these lines forming the recipient lines.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Lage der Empfängerzeilen relativ zueinander allein über die Auswahl der Zeilen des Arrays in der Auswerteeinheit vorgebbar ist und somit keinerlei Justage bedarf. Zudem ist das CMOS- bzw. CCD-Array einfach bezüglich des Chips mit den beiden Laserdioden ausrichtbar.A major advantage of this arrangement is in that the location of the recipient lines relative to each other alone the selection of the rows of the array can be specified in the evaluation unit is and therefore requires no adjustment. In addition, the CMOS or CCD array simply related of the chip can be aligned with the two laser diodes.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is as follows explained using the drawings. Show it:
Der optische Sensor
Jeder Sender
Zur Durchführung der Distanzmessung wird in
einer an die Empfängerzeilen
Wie aus
Weiterhin ist den Sendern
Den Empfängerzeilen
Aus den in der Auswerteeinheit
Dabei verlaufen die großen Halbachsen
der Ellipsen der Strahlquerschnitte der Sendelichtstrahlen
Die Empfängerzeilen
Mit dem erfindungsgemäßen optischen
Sensor
Im einfachsten Fall werden beide Distanzmesswerte als Objektfeststellungssignal nacheinander oder parallel über einen oder mehrere Sensorausgänge ausgegeben.In the simplest case, both Distance measurement values as object detection signal one after the other or in parallel over one or more sensor outputs output.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform
erfolgt in der Auswerteeinheit
Dabei können einerseits die ermittelten
Distanzwerte in der Auswerteeinheit
Mittels der Verknüpfung der Ausgangssignale der
Empfängerzeilen
Dabei wird bei Eindringen eines Objektes
Durch einen geeigneten Vergleich
der Amplitudenverläufe
der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen
Derartige Inhomogenitäten können von lokalen Aufrauhungen einer ansonsten glatten Objektoberfläche gebildet sein.Such inhomogeneities can vary from local roughening of an otherwise smooth object surface his.
Die Sendelichtstrahlen
In der Auswerteeinheit
Durch fortlaufende Registrierung
mehrerer aufeinanderfolgenden Messungen mit beiden Empfängerzeilen
Die Auswertung gemäß dem Ausführungsbeispiel
gemäß
Schließlich können in der Auswerteeinheit
- (1)(1)
- Optischer Sensoroptical sensor
- (2)(2)
- Objektobject
- (3)(3)
- Gehäusecasing
- (4, 4')(4, 4 ')
- SendelichtstrahlenTransmitted light beams
- (5, 5')(5, 5 ')
- SenderChannel
- (6, 6')(6, 6 ')
- Empfängerzeilenreceiver line
- (7, 7')(7, 7 ')
- EmpfangslichtstrahlenReceiving light rays
- (8)(8th)
- Auswerteeinheitevaluation
- (9)(9)
- Fensterwindow
- (10)(10)
- Kollimations-LinseCollimating lens
- (11)(11)
- Empfänger-LinseReceiver Lens
- (12)(12)
- Sensorausgangsensor output
- (13)(13)
- Chipchip
- (14)(14)
- Empfängerarrayreceiver array
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140301 |