DE10326848A1

DE10326848A1 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE10326848A1
Application number: DE10326848A
Authority: DE
Inventors: Lutz Dr. Lohmann; Rolf Brunner
Original assignee: Leuze Lumiflex GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Lumiflex GmbH and Co KG
Priority date: 2003-06-14
Filing date: 2003-06-14
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2023-06-15
Also published as: DE10326848B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor (1) zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen (3) emittierenden Sender (4), mit einem Empfangslichtstrahlen (5) empfangenden Empfänger (6), mit einer diesem zugeordneten Empfangsoptik (15) mit einem vorgegebenen von den Empfangslichtstrahlen (5) beaufschlagten Sichtfeld, mit einer Ablenkeinheit (7) zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen (3) innerhalb eines vorgegebenen, den Überwachungsbereich definierenden Winkelbereichs und mit einer Auswerteeinheit, in welcher in Abhängigkeit der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers ein Objektfeststellungssignal generierbar ist. Im Sichtfeld der Empfangsoptik (15) ist eine Nahbereichsoptik (21) angeordnet, wobei mittels der Justiereinheit der von der Nahbereichsoptik (21) umfasste Teil des Sichtfelds der Empfangsoptik (15) einstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige optische Sensoren bilden sogenannte Flächendistanzsensoren mittels derer innerhalb eines eine vorgegebene Fläche aufspannenden Überwachungsbereichs die Positionen von Objekten erfasst werden können. Die vom Sender des optischen Sensors emittierten Sendelichtstrahlen werden hierzu über die Ablenkeinheit abgelenkt und dabei periodisch innerhalb des Überwachungsbereichs geführt. Der Sender und der Empfänger des optischen Sensors bilden einen Distanzsensor, mittels dessen die Distanzen eines Objektes zum optischen Sensor bestimmbar sind. Die Distanzmesswerte liefern zusammen mit den aktuellen Winkelpositionen der Sendelichtstrahlen die Positionswerte der Objekte im Überwachungsbereich.
Die von den Objekten reflektierten Empfangslichtstrahlen werden durch ein Austrittsfenster in der Frontwand des Gehäuses des optischen Sensors über eine Empfangsoptik auf den Empfänger geführt. Problematisch bei derartigen optischen Sensoren ist eine sichere Objekterkennung im unmittelbaren Nahbereich des optischen Sensors. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn der Sender in der Mitte des Empfängers bzw. der dem Empfänger zusendenden Empfangsoptik angeordnet ist. Durch diese Anmeldung entsteht eine sogenannte Mittenabschattung. Sie verhindert, dass bei kleinen Objektentfernungen das Sendelicht auf den Empfänger gelangen kann. Das größte Teil des Sendelicht wird wieder in den Sender reflektiert. Dieser Effekt ist umso größer, je kleiner die Objektentfernung ist. Dadurch können Objekte im Nahbereich nicht mehr sicher erkannt werden.
Aus der EP 1 160 718 A2 ist ein als Laserscanner ausgebildeter optischer Sensor bekannt. Der Laserscanner weist eine, einen Laser und eine Sendeoptik umfassende Sendeanordnung, eine Lichtablenkeinrichtung und eine, einen Empfangslinse und einen optoelektronischen Photoempfänger umfassende Empfangsanordnung auf. Von der Sendeanordnung ausgesendetes Licht wird über die Lichtablenkeinrichtung unter verschiedenen Winkeln durch eine Frontscheibe hindurch in einen Messbereich gelenkt. Von einem sich im Messbereich befindenden Objekt zurückgeworfenes Licht wird im Sinne eines Autokollimationsstrahlengangs zurück zur Lichtablenkeinrichtung und anschließend zur Empfangsanordnung geführt, wobei das Empfangslicht in einem Kernbereich abgeschattet wird. Dabei sind Justiermittel vorgesehen, über die die Größe des Kernschattens des Empfangslichtes variabel einstellbar ist.
Aufgrund dieser Ausbildung werden die sich bei Objekten im Nahbereich ergebenden, auf die Formtoleranzen der Empfangslinse zurückgehenden Signalunterschiede kompensiert.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, dass eine sichere Objekterfassung im Nahbereich durch Formtoleranzen der Empfangsoptik nicht gewährleistet ist, d.h. die Objekterfassung im Nahbereich ist äußerst störanfällig. Erst durch die Einstellung der Größe des Kernschattens können diese Formtoleranzen korrigiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, mit welchem Objekte sowohl im Fernbereich als auch im Nahbereich sicher erfassbar sind.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, einen Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, eine diesem zugeordnete Empfangsoptik mit einem vorgegebenen von den Empfangslichtstrahlen beaufschlagten Sichtfeld, eine Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen innerhalb eines vorgegebenen, den Überwachungsbereich definierenden Winkelbereichs und eine Auswerteeinheit, in welcher in Abhängigkeit der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers ein Objektfeststellungssignal generierbar ist. Im Sichtfeld der Empfangsoptik ist eine Nahbereichsoptik angeordnet, wobei mittels einer Justiereinheit der von der Nahbereichsoptik umfasste Teil des Sichtfelds der Empfangsoptik einstellbar ist.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, eine Nahbereichsoptik als Zusatzelement zur Empfangsoptik vorzusehen, um eine sichere Objektdetektion im Nahbereich zu gewährleisten.
Besonders vorteilhaft besteht die Empfangsoptik dabei aus einem Cassegrain-Objektiv, da dadurch besonders kleine Baugrößen zu erreichen sind.
Durch die Einstellmöglichkeit des von der Nahbereichsoptik überdeckten Sichtfeldes der Empfangsoptik kann die Nachweisempfindlichkeit der Objektdetektion im Nahbereich exakt und reproduzierbar vorgegeben werden. Je nach Größe der von der Nahbereichsoptik überdeckten Fläche des Sichtfeldes kann die Lichtmenge des von Objekten im Nahbereich auf den Empfänger geführten Empfangslichts gezielt vorgegeben werden.
Im einfachsten Fall kann die aktive Fläche der Nahbereichsoptik, die von den Empfangslichtstrahlen beaufschlagt wird, durch eine Blende eingestellt werden, die über Teilbereiche der Nahbereichsoptik geschoben wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Umstand ausgenutzt, dass die Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik durch einen Tubus in einem Kernbereich abgeschattet ist, wobei in dem Tubus Umlenkspiegel angeordnet sind, mittels deren die vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen auf die Ablenkeinheit geführt werden.
In diesem Fall erfolgt die Einstellung der aktiven, von den Empfangslichtstrahlen beaufschlagten Fläche der Nahbereichsoptik derart, dass mittels der Justiereinheit ein vorgegebener Teil der Nahbereichsoptik in den abgeschatteten Kernbereich eingeführt wird, sodass nur der über dem Kernbereich überstehende Teil der Nahbereichsoptik mit den Empfangslichtstrahlen beaufschlagt wird.
Hierzu ist an dem Tubus vorzugsweise als Justiereinheit eine Führung oder eine Drehlagerung vorgesehen, mittels derer die Nahbereichsoptik verschiebbar oder drehbar ist.
Nach erfolgter Justierung der Nahbereichsoptik wird diese in der eingestellten Sollposition fixiert. Vorzugsweise ist die Nahbereichsoptik an der Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik fixiert.
Die Nahbereichsoptik ist erheblich kleiner als die Empfangsoptik. Die durch die Nahbereichsoptik bewirkte Reduzierung des Sichtfeldes im Fernbereich beeinträchtigt somit die Funktion der Empfangsoptik nicht. Zudem kann die Nahbereichsoptik aufgrund ihrer geringen Größe ohne nennenswerten Platzbedarf auf einfache Weise an der Empfangsoptik fixiert werden.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 Schematische Darstellung des Ausbaus des optischen Sensors zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich.
2 Schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der Empfindlichkeitseinstellung des optischen Sensors gemäß 1 für die Erfassung von Objekten im Nahbereich mittels einer verschiebbar gelagerten Nahbereichsoptik.
3 Schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Empfindlichkeitseinstellung des optischen Sensors gemäß 1 für die Erfassung von Objekten im Nahbereich mittels einer drehbar gelagerten Nahbereichsoptik.
4a–c Schematische Darstellung verschiedener Varianten einer dritten Ausführungsform der Empfindlichkeitseinstellung des optischen Sensors gemäß 1 für die Erfassung von Objekten im Nahbereich mittels einer relativ zur Nahbereichsoptik verschiebbaren Blende.
1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 1 zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Der optische Sensor 1 ist in einem Gehäuse 2 untergebracht und weist einen Sendelichtstrahlen 3 emittierenden Sender 4 und einen Empfangslichtstrahlen 5 empfangenden Empfänger 6 auf. Der Sender 4 ist von einer Laserdiode gebildet. Der Empfänger 6 besteht aus einer Photodiode oder dergleichen. Der Sender 4 und der Empfänger 6 bilden einen nach dem Laufzeitprinzip arbeitenden Distanzsensor, wobei die Empfangssignale am Ausgang des Empfängers 6 in einer nicht dargestellten Auswerteeinheit ausgewertet werden, welche von einem Mikroprozessorsystem oder dergleichen gebildet ist.
Die vom Sender 4 emittierten Sendelichtstrahlen 3 werden über eine Ablenkeinheit 7 geführt, wobei die an der Ablenkeinheit 7 umgelenkten Sendelichtstrahlen 3 durch ein Austrittsfenster 8 in der Frontwand des Gehäuses 2 in den Überwachungsbereich geführt werden. Die Sendlichtstrahlen werden von einem nicht dargestellten Objekt im Überwachungsbereich als Empfangslichtstrahlen 5 zurückreflektiert, durchsetzen dann ebenfalls das Austrittsfenster 8 und werden über die Ablenkeinheit 7 zum Empfänger 6 geführt.
Die Ablenkeinheit 7 weist einen motorisch getriebenen, um eine vertikale Drehachse D drehbaren Drehspiegel 9 auf. Die Ebene des Drehspiegels 9 ist um 45° zur Drehachse D geneigt.
Wie aus 1 ersichtlich, treffen die vom Sender 4 emittierten Sendelichtstrahlen 3 in vertikaler Richtung verlaufend auf das Zentrum des Drehspiegels 9 und werden dort um 90° abgelenkt, sodass diese in horizontaler Richtung verlaufend das Austrittsfenster 8 durchsetzen. Die vom Objekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 5 verlaufen in horizontaler Richtung auf den Drehspiegel 9 zu und werden vorwiegend an den Randbereichen des Drehspiegels 9 um 90° abgelenkt, sodass die Empfangslichtstrahlen 5 in vertikaler Richtung auf den Empfänger 6 zulaufen.
Durch die Drehbewegung des Drehspiegels 9 werden die Sendelichtstrahlen 3 periodisch innerhalb des Überwachungsbereichs abgelenkt. Die Größe des Winkelbereichs des Überwachungsbereichs, der von den Sendelichtstrahlen 3 überstrichen wird ist durch die Ausdehnung des Austrittsfensters 8 in Umfangsrichtung des Gehäuses 2 vorgegeben. Im vorliegenden Fall erstreckt sich das Austrittsfenster 8 über einen Winkelbereich von 180°, sodass die Sende lichtstrahlen 3 innerhalb dieses Winkelbereichs in einer den Überwachungsbereich bildenden horizontalen Ebene geführt sind.
Durch die fortlaufende Erfassung der aktuellen emittierten Distanzwerte bei den mit dem Distanzsensor durchgeführten Distanzmessungen in Abhängigkeit der aktuellen Winkelpositionen des Drehspiegels 9 können die Positionen von Objekten im Überwachungsbereich ermittelt werden.
Diese können als analoge Objektfeststellungssignale über einen nicht dargestellten Analogausgang, der an die Auswerteeinheit angeschlossen ist, ausgegeben werden.
Vorzugsweise erfolgt die Signalauswertung in der Auswerteeinheit derart, dass ermittelt wird, ob sich ein Objekt innerhalb des Überwachungsbereichs liegenden Schutzfeldes mit vorgegebener Geometrie befindet oder nicht. Das auf diese Weise generierte binäre Objektfestellungssignal wird über einen ebenfalls nicht dargestellten, an die Auswerteeinheit angeschlossenen Schaltausgang ausgegeben.
Wie aus 1 ersichtlich ist der Sender 4 sowie eine diesem nachgeordnete Sendeoptik 10 zur Kollimierung der Sendelichtstrahlen 3 in einem Sendetubus 11 gelagert. An den in vertikaler Richtung verlaufenden Sendetubus 11 schließt ein in horizontaler Richtung verlaufender Tubus 12 an, in welchem zwei Umlenkspiegel 13, 14 integriert sind. Mit den Umlenkspiegeln 13, 14 werden die Sendelichtstrahlen 3 derart umgelenkt, dass diese auf das Zentrum des Drehspiegels 9 geführt sind. Zur Vermeidung von Störlichteinstrahlungen, bestehen der Sendetubus 11 und der Tubus 12 aus lichtundurchlässigen Materialien, insbesondere aus Kunststoff.
Wie aus 1 weiter ersichtlich, ist dem Empfänger 6 eine Empfangsoptik 15 zur Fokussierung der Empfangslichtstrahlen 5 vorgeordnet. Die Empfangsoptik 15 ist im vorliegenden Fall von einem Cassegrain-Objektiv gebildet. An der die Lichteintrittsfläche bildenden, der Ablenkeinheit 7 zugewandten Frontseite der Empfangsoptik 15 ist ein Fremdlichtfilter 16 vorgesehen. Die Fläche des Fremdlichtfilters 16 und damit die Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik 15 entspricht der Projektion der Fläche des Drehspiegels 9 in die horizontale Ebene der Empfangsoptik 15. Vorzugsweise weist das Fremdlichtfilter 16 einen kreisförmigen Querschnitt auf.
Die Empfangsoptik 15 weist weiterhin zwei in Abstand gegenüberliegende konzentrisch angeordnete Spiegellinsen 17, 18 sowie eine Austrittslinse 19 auf. Die frontseitige konvexe Spiegellinse 17, sitzt auf der Rückseite des Fremdlichtfilters 16 auf. Der Durchmesser dieser Spiegellinse 17, ist erheblich kleiner als der Durchmesser des Fremdlichtfilters 16, sodass diese nur den zentralen Bereich des Fremdlichtfilters 16 abdeckt. Die Querschnittsfläche der rückseitigen, konkaven Spiegellinse 18 ist an die Querschnittsfläche des Fremdlichtfilters 16 angepasst. Im Zentrum dieser Spiegellinse 18 befindet sich eine Bohrung 20. Vor dieser Bohrung 20 ist die Austrittslinse 19 angeordnet. Unmittelbar hinter der Bohrung 20 liegt der Empfänger 6.
Die insbesondere von Objekten im Fernbereich, d.h. von Objekten in großen Distanzen zum optischen Sensor 1 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 5 werden am Drehspiegel 9 in Richtung der Empfangsoptik 15 abgelenkt. Die auf die Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik 15 auftreffenden Empfangslichtstrahlen 5 durchsetzen das Fremdlichtfilter 16 und werden dann von der rückseitigen Spiegellinse 18 auf die frontseitige Spiegellinse 17 an der Rückseite des Fremdlichtfilters 16 reflektiert. Von dort werden Empfangslichtstrahlen 5 zur Austrittslinse 19 geführt, die die Empfangslichtstrahlen 5 auf den Empfänger 6 fokussiert.
Durch den vor der Empfangsoptik 15 liegenden Tubus 12 wird ein Kernbereich der Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik 15 abgeschattet, sodass dort keine Empfangslichtstrahlen 5 auf den Empfänger 6 geführt sind. Der von dem Tubus 12 nicht abgeschattete Teil der Lichteintrittsfläche bildet das Sichtfeld der Empfangsoptik 15.
Mit der Empfangsoptik 15 gemäß 1 wird eine hohe Nachweisempfindlichkeit bei der Objektdetektion von Objekten im Fernbereich erreicht. Bei der Detektion von Objekten im unmittelbaren Bereich vor dem optischen Sensor 1 werden jedoch die Empfangslichtstrahlen 5 mittels der Empfangsoptik 15 nur unzureichend auf den Empfänger 6 geführt, sodass die Pegel der Empfangssignale am Empfänger 6 entsprechend reduziert sind, wodurch eine entsprechend geringe Nachweisempfindlichkeit erhalten wird.
Zur Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit bei der Objektdetektion im Nahbereich wird zusätzlich zu der Empfangsoptik 15 eine Nahbereichsoptik 21 eingesetzt. Die Nahbereichsoptik 21 ist an der Vorderseite des Fremdlichtfilters 16 fixiert. Der Querschnitt der Nahbereichsoptik 21 ist dabei erheblich kleiner als das Sichtfeld der Empfangsoptik 15, sodass nur ein geringer Bruchteil der Empfangslichtstrahlen 5 über die Nahbereichsoptik 21 geführt wird. Im vorliegenden Fall besteht die Nahbereichsoptik 21 aus drei Zonen unterschiedlicher Brennweite. Entsprechend der Brennweiten dieser Zonen werden Empfangslichtstrahlen 5 aus unterschiedlichen Distanzbereichen innerhalb eines vorgegebenen Nahbereichs über diese Zonen und die Elemente der Empfangsoptik 15 zum Empfänger 6 geführt. Damit werden die Pegel der Empfangssignale am Empfänger 6 bei Objektdetektionen im Nahbereich gezielt und reproduzierbar erhöht, wodurch die Nachweisempfindlichkeit in diesem Bereich entsprechend erhöht wird.
Zur Einstellung der Empfangspegel bei Objektdetektionen im Nahbereich kann mittels einer Justiereinheit die aktive, von den Empfangslichtstrahlen 5 beaufschlagte Fläche der Nahbereichsoptik 21 eingestellt werden. Unterschiedliche Ausführungsformen derartiger Justiereinheiten sind in den 2, 3 sowie 4a–c dargestellt.
2 zeigt die Draufsicht auf die Frontseite des Fremdlichtfilters 16, welcher die Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik 15 bildet. Weiterhin ist in 2 der vor der Empfangsoptik 15 liegende Tubus 12 schematisch dargestellt, wobei dessen vor dem Fremdlichtfilter 16 liegender Teil die Lichteintrittsfläche im Kernbereich abschattet. Der von dem Tubus 12 nicht abgeschattete Teil der Lichteintrittsfläche bildet das Sichtfeld der Empfangsoptik 15, auf welchen die Empfangslichtstrahlen 5 auftreffen.
Die Justiereinheit besteht im vorliegenden Fall aus einer Führung 22, die am Tubus 12 fixiert ist. Dabei ist die Führung 22 an der der Empfangsoptik 15 zugewandten Seite des Tubus 12 angeordnet.
In dieser Führung 22 ist die auf dem Fremdlichtfilter 16 liegende Nahbereichsoptik 21 verschiebbar gelagert. Wie aus 2 ersichtlich, ist dabei die Nahbereichsoptik 21 in Längsrichtung des Tubus 12 verschiebbar gelagert. Durch die mit der Führung 22 ausgeführte Verschiebebewegung kann ein Teil der Nahbereichsoptik 21 in den abgeschatteten Kernbereich unterhalb des Tubus 12 eingeschoben werden, sodass nur noch auf den über den Kernbereich hervorstehenden Teil der Nahbereichsoptik 21, der im Sichtfeld der Empfangsoptik 15 liegt, die Empfangslichtstrahlen 5 auftreffen. Während der Justage der Nahbereichsoptik 21 wird diese in der Führung 22 verschoben, bis der aktive, im Sichtfeld der Empfangsoptik 15 liegende Teil der Nahbereichsoptik 21 die gewünschte Größe aufweist. Die geeignete Größe der aktiven Fläche kann vorzugsweise durch Kalibrierungsmessungen mit Objekten im Nahbereich ermittelt werden. Durch diese Messungen kann bestimmt werden, welche Größe der aktiven Fläche der Nahbereichsoptik 21 optimale Pegel der Empfangssignale bei der Objektdetektion im Nahbereich liefert. Sobald die optimale Einstellposition der Nahbereichsoptik 21 vorliegt, wird die Nahbereichsoptik 21 in dieser Einstellposition an dem Fremdlichtfilter 16 fixiert. Vorzugsweise wird die Nahbereichsoptik 21 an dem Fremdlichtfilter 16 festgekittet.
3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Justiereinheit zur Positionierung der Nahbereichsoptik 21. Die Anordnung des Tubus 12 relativ zur Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik 15 entspricht der Ausführungsform gemäß 2.
Die Justiereinheit besteht in diesem Fall aus einer Drehlagerung 23, mittels derer die Nahbereichsoptik 21 drehbar an dem Tubus 12 gelagert ist. Mittels der Drehlagerung 23 kann die Nahbereichsoptik 21 in einer parallel zur Oberfläche des Fremdlichtfilters 16 verlaufenden Ebene gedreht werden. Je nach Drehwinkelposition liegen unterschiedlich große Segmente der Nahbereichsoptik 21 in dem durch den Tubus 12 abgeschatteten Kernbereich. Durch Vorgabe eines geeigneten Drehwinkels kann somit die Größe des im Sichtfeld liegenden Teils der Nahbereichsoptik 21 und damit die Nachweisempfindlichkeit bei der Objektdetektion im Nahbereich eingestellt werden.
Die 4a–c zeigen eine weitere Ausführungsform einer Justiereinheit zur Einstellung der Nachweisempfindlichkeit bei Objektdetektionen im Nahbereich. Die Anordnung des Tubus 12 relativ zur Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik 15 entspricht den Ausführungsformen gemäß den 2 und 3.
Im Unterschied zu den Ausführungsformen gemäß den 2 und 3 ist bei den Ausführungsbeispielen gemäß den 4a–c die Nahbereichsoptik 21 vollständig im Sichtfeld der Empfangsoptik 15 liegend auf dem Fremdlichtfilter 16 fixiert.
Die Justiereinheit zur Einstellung der aktiven, der den Empfangslichtstrahlen 5 beaufschlagten Fläche der Nahbereichsoptik 21 ist in diesem Fall von einer in nicht dargestellten Führungselementen verschiebbar gelagerten Blende 24 gebildet.
Zur Einstellung der Nachweisempfindlichkeit bei der Objektdetektion wird die Blende 24 auf die Nahbereichsoptik 21 geschoben, sodass die für die Empfangslichtstrahlen 5 undurchsichtige Blende 24 einen definierten Teil der Nahbereichsoptik 21 abdeckt. In der gewünschten Einstellposition wird die Blende 24 relativ zur Nahbereichsoptik 21 fixiert.
Die 4a–c zeigen unterschiedliche Varianten der Führung der Blende 24. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4a wird die Blende 24 von dem äußeren Rand des Fremdlichtfilters 16 her auf die Nahbereichsoptik 21 aufgeschoben. Bei der Variante gemäß 4b liegt die Blende 24 unterhalb des Tubus 12 und wird aus dem Kernbereich heraus auf die Nahbereichsoptik 21 geschoben. Bei der Ausführungsform gemäß 4c wird die Blende 24 seitlich auf die Nahbereichsoptik 21 aufgeschoben.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist im Gehäuse 2 des optischen Sensors 1 ein nicht dargestelltes Testobjekt integriert, welches zur Funktionsüberprüfung der Komponenten des optischen Sensors 1 eingesetzt wird. Das Testobjekt ist dabei so ins Gehäuse 2 integriert, dass bei vorgegebenen Winkelstellungen der Ablenkeinheit 7, bei welchen die Sendelichtstrahlen 3 außerhalb des Überwachungsbereichs im Gehäuse 2 des optischen Sensors 1 verlaufen, die Sendelichtstrahlen über das Testobjekt geführt sind und von dort als Empfangslichtstrahlen 5 zum Empfänger 6 geführt sind.
Anhand von Pegelmessungen bei der Referenzmessung gegen das Testobjekt kann die Funktionsfähigkeit der Komponenten des optischen Sensors 1 überprüft werden. Da das Testobjekt innerhalb des Gehäuses 2 und damit in äußerst geringem Abstand zum Sender 4 liegt, werden die vom Testobjekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 5 von der Empfangsoptik 15 nicht oder nur unzureichend auf den Empfänger 6 fokussiert. Durch die Nahbereichsoptik 21 wird jedoch ein ausreichender Teil der Empfangslichtstrahlen 5 vom Testobjekt zum Empfänger 6 geführt, sodass eine reproduzierbare Durchführung von Referenzmessungen gewährleistet ist.

1: Optischer Sensor
2: Gehäuse
3: Sendelichtstrahlen
4: Sender
5: Empfangslichtstrahlen
6: Empfänger
7: Ablenkeinheit
8: Austrittsfenster
9: Drehspiegel
10: Sendeoptik
11: Sendetubus
12: Tubus
13: Umlenkspiegel
14: Umlenkspiegel
15: Empfangsoptik
16: Fremdlichtfilter
17: Spiegellinse
18: Spiegellinse
19: Austrittslinse
20: Bohrung
21: Nahbereichsoptik
22: Führung
23: Drehlagerung
24: Blende
D: Drehachse

Claims

Optischer Sensor zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender, mit einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger, mit einer diesem zugeordneten Empfangsoptik mit einem vorgegebenen von den Empfangslichtstrahlen beaufschlagten Sichtfeld, mit einer Ablenkeinheit zur periodischen Ablenkung der Sendelichtstrahlen innerhalb eines vorgegebenen, den Überwachungsbereich definierenden Winkelbereichs und mit einer Auswerteeinheit, in welcher in Abhängigkeit der Empfangssignale am Ausgang des Empfängers ein Objektfeststellungssignal generierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass im Sichtfeld der Empfangsoptik (15) eine Nahbereichsoptik (21) angeordnet ist, wobei mittels einer Justiereinheit der von der Nahbereichsoptik (21) umfasste Teil des Sichtfelds der Empfangsoptik (15) einstellbar ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahbereichsoptik (21) von einer Linse mit mehreren Zonen unterschiedlicher Brennweiten zur Erfassung von Objekten in unterschiedlichen Distanzen im Nahbereich gebildet ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik (15) von einem Cassegrain-Objektiv gebildet ist, welches zwei in Abstand gegenüberliegend angeordnete Spiegellinsen (17, 18), sowie eine im Bereich einer zentralen Bohrung (20) der rückseitigen Spiegellinse (18) angeordnete Austrittslinse (19) aufweist, wobei die an den Spiegellinsen (17, 18) reflektierten Emp fangslichtstrahlen (5) die Austrittslinse (19) durchsetzen und durch die Bohrung (20) der rückseitigen Spiegellinse (18) zu dem Empfänger (6) geführt sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsoptik (15) ein sich über deren Lichteintrittsfläche erstreckendes Fremdlichtfilter (16) aufweist, auf dessen Rückseite die frontseitige Spiegellinse (17) fixiert ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass von Objekten im Fernbereich zurückreflektierte Empfangslichtstrahlen (5) das Fremdlichtfilter (16) an der Lichteintrittsseite der Empfangsoptik (15) durchsetzen, an der rückseitigen Spiegellinse (18) zur frontseitigen Spiegellinse (17) reflektiert werden und von dieser über die Austrittslinse (19) zum Empfänger (6) geführt sind.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Sender (4) in einem Tubus (12) integrierte Umlenkspiegel (13, 14) zur Führung der Sendelichtstrahlen (3) auf die Ablenkeinheit (7) nachgeordnet sind, wobei der Tubus (12) der Empfangsoptik (15) vorgeordnet ist, sodass dieser einen Kernbereich der Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik (15) abschattet, wobei das Sichtfeld der Empfangsoptik (15) von dem nicht abgeschatteten Bereich der Lichteintrittsfläche gebildet ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Justiereinheit die Nahbereichsoptik (21) an der Empfangsoptik (15) positionierbar ist, dass ein vorgegebener Teil der Fläche der Nahbereichsoptik (21) im Sichtfeld der Empfangsoptik (15) liegt.
Optischer Sensor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahbereichsoptik (21) auf der Frontseite des Fremdlichtfilters (16) fixierbar ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nahbereichsoptik (21) vollständig innerhalb des Sichtfelds der Empfangsoptik (15) liegt.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Fläche der Nahbereichsoptik (21) im abgeschatteten Kernbereich der Lichteintrittsfläche der Empfangsoptik (15) liegt.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinheit von einer Führung (22) am Tubus (12) gebildet ist, mittels derer die Nahbereichsoptik (21) verschiebbar ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7–10, dadurch gekennzeichnet, dass die Justiereinheit von einer Drehlagerung (23) am Tubus (12) gebildet ist, mittels derer die Nahbereichsoptik (21) drehbar ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 7–9, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Blende (24) Teilbereiche der Nahbereichsoptik (21) abdeckbar sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende (24) mittels Führungselementen verschiebbar gelagert ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablenkeinheit (7) einen motorisch getriebenen, um eine Drehachse drehbaren Drehspiegel (9) aufweist, über welchen die Sendelichtstrahlen (3) und die Empfanglichtstrahlen (5) geführt sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse des zwischen der Ablenkeinheit (7) und der Empfangsoptik (15) angeordneten Tubus (12) quer zur Drehachse des Drehspiegels (9) verläuft.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–16, dadurch gekennzeichnet, dass dieser in einem Gehäuse (2) angeordnet ist, in dessen Frontseite ein Austrittsfenster (8) integriert ist, durch welches die Sendelichtstrahlen (3) und Empfangslichtstrahlen (5) geführt sind, wobei die Breite des Austrittsfensters (8) den Winkelbereich vorgibt, welcher die Größe des Überwachungsbereichs definiert.
Optischer Sensor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Gehäuses (2) ein Testobjekt zur Funktionsüberprüfung von optischen und elektronischen Sensorkomponenten angeordnet ist, wobei außerhalb des Überwachungsbereichs verlaufende Sendelichtstrahlen (3) auf das Testobjekt geführt sind, und wobei die vom Testobjekt reflektierten Empfangslichtstrahlen (5) über die Nahbereichsoptik (21) zum Empfänger (6) geführt sind.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1–18, dadurch gekennzeichnet, dass mit diesem die Positionen von Objekten im Überwachungsbereich erfassbar sind.