DE19721105C2 - Opto-eletronischer Sensor - Google Patents
Opto-eletronischer SensorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen optoelektronischen Sensor mit
einem Lichtsender zum Aussenden eines Sendelichtbündels in
einen Überwachungsbereich, mit einem Lichtempfänger zum Emp
fang eines Empfangslichtbündels, das durch das von einem Ge
genstand im Überwachungsbereichs in Richtung des Lichtempfän
gers reflektierte Sendelicht gebildet ist, wobei das Emp
fangslichtbündel in Abhängigkeit vom Abstand des Gegenstandes
vom Sensor in einem veränderlichen Strahlwinkel zum Sende
lichtbündel steht, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit
zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Lichtempfängers gemäß
dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Sensoren erlauben aufgrund ihrer Empfindlichkeit
gegenüber dem Strahlwinkel zwischen Sende- und Empfangslicht
bündel die Bestimmung des Abstands eines das Sendelicht re
flektierenden Gegenstands vom Sensor bzw. die Eingrenzung des
Überwachungsbereiches durch elektronisches Ausblenden von Ge
genständen im Vorder- oder Hintergrund des Überwachungsberei
ches. Sensoren, die zur Durchführung dieses Triangulations
verfahrens ausgebildet sind, sind in verschiedenen Ausfüh
rungsformen bekannt.
Entsprechende Sensoren weisen als Lichtsensoren ortsauflösen
de Photoelemente auf, wie beispielsweise PSD-Dioden, welche
zwei Ausgangssignale liefern, aus denen der Konzentrations
schwerpunkt des den Lichtsensor beaufschlagenden Empfangs
lichtbündels ermittelt wird. Weiterhin bekannt sind Diffe
renzelemente, die im wesentlichen aus zwei benachbart ange
ordneten Photodioden bestehen. Die Ortsauflösung des das Dif
ferenzelement beaufschlagenden Empfangslichtbündels erfolgt
durch Vergleich und Auswertung der jeweiligen Ausgangssignale der bei
den Photodioden.
Um diese Sensoren auf einen Strahlwinkel zu justieren, bei dem das
Empfangslichtbündel den jeweiligen Lichtsensor nicht in dessen Mittel
punkt beaufschlagt und bei dem die beiden Ausgangssignale des Licht
sensors somit nicht symmetrisch sind, wird insbesondere bei den Diffe
renzelementen üblicherweise die Symmetrie der Beaufschlagung des
Lichtsensors durch das Empfangslichtbündel über eine mechanische Ein
stellvorrichtung hergestellt. Diese mechanische Einstellvorrichtung um
faßt beispielsweise um eine Querachse verschwenkbare Umlenkspiegel.
Die Verwendung einer mechanischen Einstellvorrichtung bedingt in
nachteiliger Weise eine konstruktiv aufwendige Herstellung, eine großvo
lumige Bauweise sowie mechanische Störanfälligkeit des Sensors, und sie
erfordert die Durchführung eines manuellen Justiervorgangs.
Die bekannten Sensoren der eingangs genannten Art weisen überdies den
Nachteil auf, daß die analoge Schwerpunktsbildung ihrer beiden Aus
gangssignale lediglich eine ungenaue Bestimmung des Strahlwinkels und
somit des Abstands eines das Sendelicht reflektierenden Gegenstands vom
Sensor ermöglicht. Weiterhin ist ihre Genauigkeit einer unerwünschten
und nachteiligen Ortsabhängigkeit der Lichtempfindlichkeit des verwen
deten Lichtsensors unterworfen.
Aus der DE 42 04 013 A1 ist ein Reflexionslichttaster bekannt, der emp
fangsseitig wenigstens vier photosensitive Elemente aufweist, die paarwei
se antiparallel geschaltet sind. Jedes Elementenpaar bildet einen einem
Sensorbereich entsprechenden Empfangskanal, wobei das eine Elemen
tenpaar einem Nahbereich und das andere einem Fernbereich zugeordnet
ist. Dieser Reflexionslichttaster ermöglicht ohne mechanische Einstellvor
richtung das Einstellen einer Tastweite, indem die Ausgangssignale der
beiden Empfangskanäle vor ihrer Weiterleitung an einen Differenzverstär
ker unterschiedlich stark verstärkt werden. Allerdings ist die räumliche
Ausdehnung einer einem Empfangskanal zugeordneten Zone des Überwa
chungsbereichs aufgrund der paarweise antiparallelen Schaltung der
Elemente begrenzt durch die Breite der Elemente.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Sensor der eingangs ge
nannten Art dergestalt auszubilden, daß er ohne die Verwendung einer
mechanischen Einstellvorrichtung mit hoher Genauigkeit auf verschiede
ne Bezugsabstände eines Gegenstandes im Überwachungsbereich vom
Sensor einstellbar ist.
Eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe erfolgt durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale.
Der Lichtempfänger des erfindungsgemäßen Sensors weist also
wenigstens vier diskrete Sensorelemente auf, die einzeln aus
gelesen und ausgewertet werden können. Dadurch können Lage,
Struktur und Intensität eines den Lichtempfänger beaufschla
genden Empfangslichtbündels anhand der Signale der einzelnen
Sensorelemente bestimmt werden. Diese mehreren Ausgangssigna
le des erfindungsgemäßen Sensors ermöglichen eine genauere
Auswertung als das Vorhandensein von lediglich zwei Ausgangs
signalen, die im wesentlichen nur ein analoges Integral über
das Empfangslichtsignal der gesamten lichtempfindlichen Flä
che des Lichtsensors liefern. Die Unterteilung der lichtemp
findlichen Fläche des Lichtsensors in eine Vielzahl von dis
kreten Sensorelementen kann dem erfindungsgemäßen Sensor so
mit zur Erzielung einer höheren Ortsauflösung verhelfen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung kann
auch darin gesehen werden, daß bei einer entsprechend großen
Auslegung des erfindungsgemäßen Mehrelement-Lichtsensors mit
vielen einzelnen Sensorelementen eine mechanische Zuordnung
bzw. Justage von Sendeoptik, gewünschter Ausrichtung bzw.
Nullpunkteinstellung durch die veränderliche Zuordnung der
einzelnen Sensorelemente zur Steuer- und Auswerteeinheit be
wirkt werden kann.
Inhomogene Strukturen des den Mehrelement-Lichtsensor beauf
schlagenden Empfangslichtbündels können vom erfindungsgemäßen Sensor
aufgelöst und derart ausgewertet werden, daß sie die Genauigkeit
des Sensors noch weiter erhöhen. Störeffekte, wie bei
spielsweise unerwünschte Reflexionen des Sende- oder Emp
fangslichtbündels, können vom Sensor erkannt, ausgewertet und
ausgefiltert werden. Insbesondere eine spiegelnde Reflexion
des Sendelichts an einem anderen Gegenstand als dem zu detek
tierenden Gegenstand im Überwachungsbereich kann aufgrund der
Fähigkeit des Sensors, Abstände zu den verschiedenen reflek
tierenden Gegenständen zu unterscheiden, erkannt werden, so
daß die fälschliche Erzeugung eines Gegenstandsfeststellungs
signals unterdrückt werden kann.
Die geometrische Ausdehnung des an einem Gegenstand im Über
wachungsbereich reflektierten Empfangslichtbündels entlang
der Oberfläche des Mehrelement-Lichtsensors kann ermittelt
werden und als weitere Information für die Bestimmung des Ab
stands des Gegenstands vom Sensor verwendet werden.
Da die Signalinformation der mehreren einzelnen Elemente des
Lichtsensors zur Verfügung steht, kann diese Information mit
Hilfe digitalelektronischer Vorrichtungen auf sehr vielfälti
ge, flexible und einer Einzelanwendung des Sensors jeweils
angepaßten Weise verarbeitet werden. Hierbei können insbeson
dere abgespeicherte und abrufbare Auswerte-Programme verwen
det werden. Auch sogenannte "teach-in"-Verfahren können die
Anpassung des Sensors an die Anforderungen einer Einzelanwen
dung in vorteilhaft einfacher Weise ermöglichen.
Die Einstellung eines einem bestimmten Bezugsabstand entspre
chenden Strahlwinkels kann bei dem erfindungsgemäßen Sensor
durch Zuweisung des Lichtintensitätsmaximums des den Mehrele
ment-Lichtsensor beaufschlagenden Empfangslichtbündels an ein
oder mehrere einzelne Sensorelemente erfolgen.
Es ist hierbei besonders vorteilhaft, wenn die Sensorelemente
des Mehrelement-Lichtsensors durch die Steuer- und Auswerteeinheit
in mehrere Sensorbereiche unterteilbar sind. Dadurch
können diese Sensorbereiche danach unterschieden werden, ob
sie von dem von einem Gegenstand im Überwachungsbereich re
flektierten Empfangslichtbündel beaufschlagt sind. In diesem
Fall können die Sensorbereiche, gemäß dem jeweiligen Strahl
winkel, verschiedenen Zonen des Überwachungsbereichs entspre
chen.
In bevorzugter Weise erfolgt die Unterteilung der Sensorele
mente insbesondere in zwei oder drei Sensorbereiche, entspre
chend einer Unterteilung des Überwachungsbereiches in zwei
bzw. drei Zonen. Diese Zonen können dann beispielsweise eine
Objektzone und Vorder- bzw. Hintergrundzone bilden, in denen
Gegenstände die Erzeugung eines Gegenstandsfeststellungs
signals bewirken oder beabsichtigt nicht bewirken. Diese Un
terteilung des Überwachungsbereichs kann aufgrund der hohen
Ortsauflösung des erfindungsgemäßen Sensors in derselben Wei
se jedoch auch in mehr als drei Zonen erfolgen, beispielswei
se um innerhalb einer Objektzone und zusätzlich zu einer Vor
der- und einer Hintergrundzone eine weitere auszublendende
Zone zu bilden.
Die Unterteilung der Sensorelemente basiert bevorzugt auf ei
ner einmalig vorgenommenen und dem jeweiligen Anwendungsfall
angepaßten Kalibrierungs-Einstellung. Hierfür kann sich ein
Referenzgegenstand in einem bestimmten Bezugs-Abstand zum
Sensor innerhalb dessen Überwachungsbereichs befinden. Dar
aufhin können die entsprechenden Signale der Sensorelemente
ermittelt und dahingehend ausgewertet werden, daß die Senso
relemente in Sensorbereiche unterteilt werden, die genau dem
Bezugs-Abstand des Referenzgegenstands entsprechen. Um mehre
re Zonen des Überwachungsbereichs zu definieren, können ent
sprechende unterschiedliche Bezugs-Abstände durch den Sensor
vermessen und in der vorstehend beschriebenen Art ausgewertet
werden.
Die Anordnung der Sensorelemente im Mehrelement-Lichtsensor
kann in einer eindimensionalen Zeile erfolgen.
Es ist bevorzugt, wenn die Anzahl der Sensorelemente durch
eine ganzzahlige Potenz der Zahl 2 gegeben ist und insbeson
dere zwischen 8 und 1024 liegt. Dies vereinfacht die Auswer
tung der Signale der Sensorelemente insbesondere mit Hilfe
digitalelektronischer Mittel.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn die geometrische Ausdeh
nung eines Sensorelements entlang wenigstens einer Richtung
in der Ebene seiner lichtempfindlichen Fläche geringer, ins
besondere wesentlich geringer, als die geometrische Ausdeh
nung des Empfangslichtbündels entlang dieser Richtung ist
(Fig. 2). In diesem Fall werden mehrere Sensorelemente durch
das Empfangslichtbündel beaufschlagt, und es ergibt sich eine
höhere Auflösung bei der Bestimmung der geometrischen Ausdeh
nung des Querschnitts des Empfangslichtbündels.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die geometrische Ausdeh
nung der Anordnung mehrerer Sensorelemente entlang wenigstens
einer Richtung in der Ebene der lichtempfindlichen Fläche des
Mehrelement-Lichtsensors größer ist als die geometrische Aus
dehnung des Empfangslichtbündels entlang dieser Richtung
(Fig. 2). Dadurch wird verhindert, daß das Lichtbündel alle
Sensorelemente gleichzeitig beaufschlagt. Somit kann auch er
reicht werden, daß von verschiedenen Sensorelementen des
Mehrelement-Lichtsensors sowohl ein maximales, der höchsten
Lichtintensität des Empfangslichtbündels entsprechendes Si
gnal, als auch ein minimales, dem Restlicht und Untergrund
rauschen entsprechendes Signal, erzeugt werden, und daß somit
der Signalkontrast des Mehrelement-Lichtsensors optimiert
wird. Darüber hinaus begünstigt diese Anordnung der Sensorelemente
deren Unterteilung in verschiedene Bereiche, ent
sprechend ihrer Beaufschlagung durch das Empfangslichtbündel.
Der erfindungsgemäße Sensor kann als Mehrelement-Lichtsensor
eine Photodioden-Matrix aufweisen, die insbesondere einstüc
kig ausgebildet ist. Derartige Photodioden-Matrizen, bei
spielsweise aus Silizium gefertigt, bilden üblicherweise ei
nen kostengünstigen Detektor mit einer Vielzahl von diskreten
Kanälen und sie besitzen bei kleinvolumigem Aufbau ein hohes
Verhältnis von lichtempfindlicher Fläche zu lichtunempfindli
cher Fläche.
Es ist weiterhin von Vorteil, wenn den einzelnen Sensorele
menten des Mehrelement-Lichtsensors jeweils ein Verstärkungs
mittel zugeordnet ist, welches insbesondere zur Vermeidung
von Störeffekten dem jeweiligen Sensorelement räumlich nahe
angeordnet ist. Jedem Sensorelement können auch ein oder meh
rere Schalter zugeordnet sein, durch welche das Auslesen der
Signale der Sensorelemente steuerbar ist. Es ist besonders
vorteilhaft, wenn die Verstärkungsmittel und/oder Schalter im
Mehrelement-Lichtsensor innerhalb eines einzigen Chips inte
griert sind.
Der erfindungsgemäße Sensor funktioniert besonders gut, wenn
die Steuer- und Auswerteeinheit Mittel zum parallelen Ausle
sen der Signale von Sensorelementen enthält. Falls die Sen
sorelemente in Sensorbereiche unterteilt sind, ist es von
Vorteil, wenn die Steuer- und Auswerteeinheit Mittel zum pa
rallelen Auslesen der Signale dieser Sensorbereiche umfaßt.
Die genannten Mittel können durch mehrere parallele Leitungen
ausgebildet sein, wobei einer parallelen Leitung insbesondere
die Sensorelemente eines Sensorbereiches zugeordnet sind.
Die Anzahl der parallelen Leitungen kann der Anzahl der Sen
sorbereiche entsprechen. Durch Zusammenfassen mehrerer Sensorbereiche
auf einer parallelen Leitung kann sie jedoch auch
geringer sein als die Anzahl der Sensorbereiche. Bevorzugt
weist die Steuer- und Auswerteeinheit eine Schaltersteuerein
heit auf, durch welche die Zuschaltung einzelner Sensorele
mente auf eine parallele Leitung gesteuert wird.
In vorteilhafter Ausführungsform ist jedem Sensorelement je
weils ein erster und ein zweiter Schalter zugeordnet, wobei
alle ersten Schalter mit einer ersten parallelen Leitung und
alle zweiten Schalter mit einer zweiten parallelen Leitung
verbunden sind. In diesem Fall kann jedem Sensorelement zu
sätzlich jeweils ein dritter Schalter zugeordnet sein, wobei
alle dritten Schalter mit einer dritten parallelen Leitung
verbunden sind. Es ist bevorzugt, wenn die über erste, zweite
oder dritte Schalter durch eine parallele Leitung miteinander
verbundenen Sensorelemente dann jeweils einen Sensorbereich
bilden, der den Vordergrund, die Objektzone oder den Hinter
grund des Überwachungsbereichs repräsentiert.
Bevorzugt ist jedes Sensorelement nur mit jeweils einer pa
rallelen Leitung verbunden. Ein Sensorelement kann jedoch
auch gleichzeitig mit mehreren parallelen Leitungen verbunden
sein. Dies kann beispielsweise dann von Vorteil sein, wenn
dieses Sensorelement zwischen Sensorelementen verschiedener
Sensorbereiche liegt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfaßt die
Steuer- und Auswerteeinheit Mittel zum seriellen Auslesen der
Signale von Sensorelementen. Diese Mittel können derart aus
gestaltet sein, daß sie bei einer Unterteilung der Sensorele
mente in Sensorbereiche diese Sensorbereiche seriell ausle
sen. Die Mittel können insbesondere durch eine Multiplex-
Datenübertragungseinheit ausgebildet sein, in der die Signale
der Sensorelemente oder die Signale der Sensorelemente eines
Sensorbereiches oder die Signale der Sensorbereiche zeitlich
nacheinander eingelesen und ausgegeben werden.
Die Steuer- und Auswerteeinheit des erfindungsgemäßen Sensors
kann Mittel zur Bildung der Summe der Signale von Sensorele
menten aufweisen. Dadurch läßt sich ein über einen bestimmten
Bereich der lichtempfindlichen Fläche des Mehrelement-
Lichtsensors integriertes Signal erzeugen, wobei dieser Be
reich entsprechend einer Unterteilung der Sensorelemente in
Sensorbereiche in vorteilhafter Weise frei wählbar ist. Die
Summenbildung kann beispielsweise durch Aufschalten der Si
gnale der Sensorelemente eines Sensorbereichs auf eine paral
lele Leitung, der diese Sensorelemente gemeinsam zugeschaltet
sind, oder mit Hilfe eines Mikroprozessors erfolgen.
Es ist von Vorteil, wenn die Steuer- und Auswerteeinheit Mit
tel zur Bildung der Differenz zwischen Signalen aufweist.
Diese Signale können entweder Ausgangssignale von Sensorele
menten oder Summen der Signale von Sensorelementen, insbeson
dere eines Sensorbereichs, sein. Anhand dieser Differenzen
läßt sich beispielsweise der Kontrast zwischen den integralen
Lichtsignalen verschiedener Sensorbereiche ermitteln, wobei
die Sensorbereiche wiederum in vorteilhafter Weise frei wähl
bar sind.
In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn die Steuer- und Auswer
teeinheit weiterhin Mittel aufweist, durch die ein Gegen
standsfeststellungssignal erzeugbar ist, wenn die ermittelte
Differenz einen definierten Schwellwert unter- oder über
schreitet oder diesem gleich ist. Die Erzeugung eines derar
tigen Gegenstandsfeststellungssignals kann auch dann erfol
gen, wenn die ermittelte Differenz innerhalb oder außerhalb
eines Toleranzbereiches liegt, der einen definierten Schwell
wert umgibt.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Sensors ist außerdem
begünstigt, wenn die Steuer- und Auswerteeinheit Mittel zur
Digitalisierung der Signale der Sensorelemente bzw., falls
eine Unterteilung der Sensorelemente in Sensorbereiche er
folgt ist, der Signale der Sensorelemente der Sensorbereiche
umfaßt. In diesem Fall können diesem Mittel nachgeschaltete
digitalelektronische Auswertemittel verwendet werden, bei
spielsweise um die Lage, Breite oder Struktur des den Mehr
element-Lichtsensor beaufschlagenden Empfangslichtbündels zu
analysieren.
Die Steuer- und Auswerteeinheit kann in vorteilhafter Weise
einen Mikroprozessor enthalten. Dieser kann beispielsweise
zur Steuerung des parallelen oder des seriellen Auslesens der
Signale der Sensorelemente des Mehrelement-Lichtsensors die
nen. Ebenso kann er die Signale der Sensorelemente verarbei
ten und analysieren. Auf eingespeicherten Berechnungsgrundla
gen basierend kann dieser Mikroprozessor auch die Untertei
lung der Sensorelemente in Sensorbereiche beurteilen und
festlegen. Der Mikroprozessor kann insbesondere eine
selbstadaptierende Logik aufweisen, die eine Anpassung des
Sensors bzw. der Sensorbereichsunterteilung an veränderliche
Auswertungs- und Umweltbedingungen ermöglicht.
Zum Zwecke der Justierung des erfindungsgemäßen Sensors ist
es vorteilhaft, wenn die Steuer- und Auswerteeinheit Mittel
zur manuellen und/oder automatischen Kalibrierungs-
Einstellung aufweist, wobei diese Kalibrierungs-Einstellung
sich auf einen Bezugs-Abstand eines innerhalb des Überwa
chungsbereichs befindlichen Referenzgegenstands vom Sensor
beziehen kann.
Eine manuelle Kalibrierungs-Einstellung kann beispielsweise
durch äußere Betätigung der Mittel derart erfolgen, daß bei
Anwesenheit eines Referenzgegenstands innerhalb des Überwa
chungsbereichs in einem Bezugsabstand vom Sensor durch den
Sensor ein Soll-Ausgangssignal oder Gegenstandsfeststellungs
signal erzeugt wird, welches diesem Bezugsabstand entspricht.
Eine automatische Kalibrierungs-Einstellung kann beispiels
weise dadurch erfolgen, daß geeignete Signale der Sensorele
mente bzw. Sensorbereiche ermittelt und abspeichert werden,
wobei diese Signale einem oder mehreren Bezugs-Abständen zum
Sensor entsprechen können, in denen jeweils ein Referenzge
genstand innerhalb des Überwachungsbereichs angeordnet ist.
In vorteilhafter Weise wird mit einer Kalibrierungs-Einstel
lung, insbesondere mit der automatischen Kalibrierungs-Ein
stellung, durch die Steuer- und Auswerteeinheit eine Unter
teilung der Sensorelemente des Mehrelement-Lichtsensors in
mehrere Sensorbereiche individuell festgelegt.
Bevorzugt erfolgt die Kalibrierungs-Einstellung einmalig für
den nachfolgenden Praxiseinsatz des Sensors. Die Kalibrie
rungs-Einstellung kann jedoch auch im Praxiseinsatz wieder
holt werden, um gegebenenfalls eine an veränderte Umgebungs
bedingungen angepaßte Änderung der Unterteilung der Sensore
lemente in Sensorbereiche zu bewirken. So können beispiels
weise alterungsbedingte Trifteffekte des Sensors ausgeglichen
werden.
Eine weiterhin vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsge
mäßen Sensors ermöglicht zumindest näherungsweise die quanti
tative Bestimmung der Abstände von im Überwachungsbereich be
findlichen Gegenständen vom Sensor. Diese Abstandsbestimmung
kann anhand der Auswertung der Signale der Sensorelemente er
folgen. Hierfür und für die Ausgabe der ermittelten Abstände
kann die Steuer- und Auswerteeinheit des Sensors geeignete
Mittel aufweisen. Der Abstandsmessung kann insbesondere eine
Kalibrierungs-Einstellung zugrunde liegen, welche die Auswer
tung und das Abspeichern von Signalen der Sensorelemente um
faßt, die bei Anwesenheit von Referenzgegenständen in ver
schiedenen Abständen zum Sensor innerhalb des Überwachungsbe
reichs ermittelt werden.
Schließlich ist es bevorzugt, wenn der Lichtsender des Sen
sors zur Aussendung von pulsförmigen Lichtsignalen ausgebil
det ist. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn der Mehrele
ment-Lichtsensor und/oder die Steuer- und Auswerteeinheit in
geeigneter Weise mit der Frequenz der pulsförmigen Lichtsi
gnale synchronisiert sind.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteran
sprüchen offenbart.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie
len unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben; in die
sen zeigen:
Fig. 1 das Prinzipschaubild eines erfindungsgemäßen
Sensors,
Fig. 2 die schematische Darstellung einer bevorzugten
Anordnung der Sensorelemente eines von einem
Empfangslichtbündel beaufschlagten erfindungs
gemäßen Mehrelement-Lichtsensors,
Fig. 3 das Prinzipschaubild eines erfindungsgemäßen
Sensors mit parallelem Auslesen der Sensorele
mente,
Fig. 4a und 4b jeweils den Prinzipverlauf des Ausgangssignals
eines die Signale der Sensorelemente verarbei
tenden Mittels der Steuer- und Auswerteeinheit
des erfindungsgemäßen Sensors, und
Fig. 5 das Prinzipschaubild eines erfindungsgemäßen
Sensors mit seriellem Auslesen der Sensorele
mente.
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines optoelektroni
schen Sensors 1. Dieser enthält einen Lichtsender 2, der
sich im wesentlichen in der Brennebene einer am Gehäuse des
Sensors 1 angeordneten Sendeoptik 3 befindet. Das Gehäuse des
Sensors 1 weist weiterhin eine der Sendeoptik 3 benachbarte
Empfangsoptik 4 auf.
Innerhalb des Sensors 1, im Bereich der Bildebene der Emp
fangsoptik 4, befindet sich ein Lichtsensor 5 dergestalt, daß
seine lichtempfindliche Fläche im wesentlichen parallel zur
Bildebene der Empfangsoptik 4 angeordnet ist und daß der Mit
telpunkt seiner lichtempfindlichen Fläche von der Hauptachse
der Empfangsoptik 4 weg vom Lichtsender 2 seitlich versetzt
ist. Über mehrere Sensor-Signalausgänge 6, von denen in Fig.
1 nur einer dargestellt ist, ist der Lichtsensor 5 mit einer
ebenfalls innerhalb des Sensors 1 befindlichen Steuer- und
Auswerteeinheit 7 verbunden.
Weiterhin ist in Fig. 1 ein vom Lichtsender 2 ausgehendes,
die Sendeoptik 3 durchdringendes Sendelichtbündel 8 einge
zeichnet, das außerhalb des Sensors 1 einen näherungsweise
parallelen Verlauf aufweist.
Im Überwachungsbereich des Sensors 1, in einem Abstand D vom
Sensor 1, befindet sich ein Gegenstand 9, welcher das Licht
des Sendelichtbündels 8 reflektiert. Derjenige Teil des reflektierten
Lichts, der durch die Empfangsoptik 4 in das In
nere des Sensors 1 auf den Lichtsensor 5 gelangt, bildet das
Empfangslichtbündel 10. Der Abstand des Mittelpunkts des den
Lichtsensor 5 beaufschlagenden Lichtflecks von dem dem Licht
sender 2 abgewandten Ende des Lichtsensors 5 ist als Strahl
ablenkung A bezeichnet.
Außerhalb des Sensors 1 stehen das Sendelichtbündel 8 und das
Empfangslichtbündel 10 im wesentlichen in einem Strahlwin
kel α zueinander.
Außerdem ist in Fig. 1 im Überwachungsbereich des Sensors 1
ein weiterer Gegenstand gestrichelt eingezeichnet, der als
Referenzgegenstand 9' in einem Bezugs-Abstand D' vom Sensor 1
angeordnet ist.
Der Lichtsensor 5 ist ortsauflösend ausgebildet, d. h. seine
Ausgangssignale liefern eine Information darüber, in welchem
Bereich seiner lichtempfindlichen Fläche er vom Empfangs
lichtbündel beaufschlagt ist. Falls sich der Abstand D des
Gegenstands 9 vom Sensor 1 verändert, ändert sich auch der
Strahlwinkel α und somit die Strahlablenkung A entlang der
lichtempfindlichen Fläche des Lichtsensors 5.
Die Ausgangssignale des Lichtsensors 5 werden über die Sen
sor-Signalausgänge 6 der Steuer- und Auswerteeinheit 7 zuge
führt. Diese ist derart ausgebildet, daß sie unterschiedliche
Ausgangssignale des Lichtsensors 5 verschiedenen Abständen D
des Gegenstands 9 vom Sensor zuzuordnen vermag.
Somit entspricht der in Fig. 1 dargestellte Sensor 1 bekann
ten Sensoren der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten
Art. Durch Ausbildung des Lichtsensors 5 des Sensors 1 als
Mehrelement-Lichtsensor gemäß dem kennzeichnenden Teil des
Anspruchs 1 entspricht der in Fig. 1 gezeigte Aufbau jedoch
auch dem Aufbau eines neuartigen erfindungsgemäßen Sensors.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung den Aufbau eines
erfindungsgemäßen Mehrelement-Lichtsensors 5. Der Mehrele
ment-Lichtsensors 5 weist acht geradlinig benachbart angeord
nete Sensorelemente 11 auf. Zwei mit dem Bezugszeichen Y mar
kierte Sensorelemente 11 sind zumindest teilweise von einem
Empfangslichtbündel 10 beaufschlagt. Dieses besitzt einen
kreisförmigen Querschnitt 12, dessen Mittelpunkt, wie bereits
im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben, durch eine Strahl
ablenkung A von einem Ende des Lichtsensors 5 beabstandet
ist. Speziell die in Fig. 2 dargestellte Lage des Mittel
punkts des Querschnitts 12 ist durch eine Strahlablenkung A'
gekennzeichnet.
Die vom Empfangslichtbündel im wesentlichen nicht beauf
schlagten Sensorelemente 11 sind in Fig. 2 auf der bezogen
auf das Empfangslichtbündel einen Seite mit X, auf der ande
ren Seite des Mehrelement-Lichtsensors 5 mit Z bezeichnet.
Die Bezeichnungen X, Y und Z für die Sensorelemente 11 ent
sprechen einer Unterteilung des Mehrelement-Lichtsensors 5 in
drei verschiedene Sensorbereiche.
Zwei Möglichkeiten des Auslesens der Sensorelemente 11 und
zur Unterteilung des Mehrelement-Lichtsensors 5 in Sensor
bereiche werden im folgenden beispielhaft anhand der Fig.
3, 4 und 5 erläutert. Dabei wird die Verwendung des Mehr
element-Lichtsensors 5 als Lichtsensor 5 innerhalb des in
Fig. 1 dargestellten Sensors 1 vorausgesetzt.
Fig. 3 zeigt den Mehrelement-Lichtsensor 5 gemäß Fig. 2 sowie
schematisch Bestandteile einer Steuer- und Auswerteeinheit 7.
Jedes Sensorelement 11 des Mehrelement-Lichtsensors 5 besitzt
einen Sensor-Signalausgang 6, der jeweils mit einem Pol eines
ersten Schalter 13 und einem Pol eines zweiten Schalters 14
elektrisch verbunden ist. Der jeweils andere Pol der ersten
Schalter 13 ist mit einer ersten parallelen Leitung 15, der
jeweils andere Pol der zweiten Schalter 14 ist mit einer
zweiten parallelen Leitung 16 verbunden. Alle Schalter 13, 14
sind weiterhin mit einer Schaltersteuereinheit 17 verbunden.
Die erste parallele Leitung 15 ist dem negativen Eingang, die
zweite parallele Leitung 16 dem positiven Eingang eines Dif
ferenzverstärkers 18 zugeführt. Das analoge Ausgangssignal S
des Differenzverstärkers 18 wird einem Analog/Digital-Wand
ler 19 zugeführt. Der Ausgang des Analog/Digital-Wandlers 19
sowie die Schaltersteuereinheit 17 sind mit einem Mikropro
zessor 20 verbunden, der einen Ausgang 21 besitzt.
Mittels der Schalter 13, 14 wird jeder Signalausgang 6 der
Sensorelemente 11 durch die Schaltersteuereinheit 17 wahlwei
se genau einer der beiden parallelen Leitungen 15, 16 zuge
schaltet. Dadurch werden die Signale jeweils der einen der
beiden parallelen Leitungen 15, 16 zugeschalteten Sensorele
mente zu einem Summensignal aufsummiert. Da der Mehrelement-
Lichtsensor 5 drei Sensorbereiche aufweist, die in Fig. 3 ge
mäß Fig. 2 durch die Markierung der Sensorelemente 11 mit den
Bezeichnungen X bzw. Y bzw. Z gekennzeichnet sind, müssen zu
mindest einer der beiden Leitungen 15, 16 die Ausgangssignale
der Sensorelemente von zwei verschiedenen der drei Sensorbe
reiche zugeführt werden.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Stellung der Schalter 13, 14
werden also die Signale der Sensorelemente 11 der Sensorbe
reiche X und Z der parallelen Leitung 15 zugeführt, und die
Signale der Sensorelemente 11 des Sensorbereichs Y der paral
lelen Leitung 16 zugeführt.
Der negative Eingang des Differenzverstärkers 18 empfängt so
mit ein Signal, welches die Summe der Signale der Sensorele
mente 11 sowohl des Sensorbereichs X als auch des Sensorbe
reichs Z darstellt. Dementsprechend wird dem positiven Ein
gang des Differenzverstärkers 18 über die parallele Leitung
16 ein Signal zugeführt, welches aus der Summe der Signale
der Sensorelemente 11 des Sensorbereichs Y gebildet ist.
Falls der Mehrelement-Lichtsensor 5 von einem Empfangslicht
bündel 10 beispielsweise, wie in Fig. 2 dargestellt, im we
sentlichen nur im Sensorbereich Y beaufschlagt wird, liefert
der Differenzverstärker 18 dem Analog/Digital-Wandler 19 ein
positives Ausgangssignal S. Nach Digitalisierung durch den
Analog/Digital-Wandler 19 wird dieses Signal im Mikroprozes
sor 20 weiterverarbeitet, beispielsweise um nach Vergleich
des Signals mit einem Schwellwert ein Gegenstandsfeststel
lungssignal an seinem Ausgang 21 zu erzeugen.
Es ist nun möglich, den in Fig. 3 dargestellten Sensor 1 ge
mäß der Anordnung nach Fig. 1 auf einen Bezugs-Abstand D' von
Gegenständen innerhalb des Überwachungsbereichs vom Sensor 1
zu kalibrieren. Dadurch sollen in nachfolgenden Messungen zum
Beispiel ein Vordergrund und ein Hintergrund des Überwa
chungsbereichs derart ausgeblendet werden, daß der Sensor nur
auf Gegenstände innerhalb einer dazwischen liegenden Objekt
zone reagiert.
Zu diesem Zweck ist im Überwachungsbereich in dem gewünschten
Bezugsabstand vom Sensor 1 ein Referenzgegenstand 9' anzuord
nen. Falls der Referenzgegenstand 9' das Sendelichtbündel 8
als Empfangslichtbündel 10 beispielsweise unter einem Strahl
winkel α reflektiert, der die in Fig. 2 dargestellte Beauf
schlagung des Mehrelement-Lichtsensors 5 mit dem Empfangs
lichtbündel 10 zur Folge hat, ist genau die in Fig. 2 bzw.
Fig. 3 dargestellte Unterteilung der Sensorelemente 11 des
Mehrelement-Lichtsensors 5 in die Sensorbereiche X, Y und Z
sinnvoll. Diese Unterteilung muß also von der Steuer- und
Auswerteeinheit 7 erkannt und als Kalibrierungseinstellung
beibehalten werden.
Hierfür ermittelt der Mikroprozessor 20 zunächst das Aus
gangssignal eines jeden Sensorelements 11, indem er bei über
die Schaltersteuereinheit 17 erwirkten verschiedenen Stellun
gen der Schalter 13, 14 das vom Analog/Digital-Wandler 19 di
gitalisierte Ausgangssignal des Differenzverstärkers 18 er
mittelt und auswertet. Nach erfolgter Auswertung weist der
Mikroprozessor 20 für nachfolgende Messungen die Schalter
steuereinheit 17 zur Einstellung der Schalter 13, 14 in genau
den Stellungen an, die in Fig. 3 dargestellt sind und die der
ebenfalls dargestellten Unterteilung der Sensorelemente 11 in
die drei Sensorbereiche X, Y und Z entsprechen. Somit liegt
diese Unterteilung des Mehrelement-Lichtsensors 5 den nach
folgenden Messungen als Kalibrierungs-Einstellung zugrunde.
Falls sich nun in anschließenden Messungen ein Gegenstand 9
in dem Bezugs-Abstand D', auf dem die vorgenommene Kalibrie
rungs-Einstellung basiert, vom Sensor 1 innerhalb des Überwa
chungsbereichs befindet, ist am Differenzverstärker 18 infol
ge der vorgenommenen Einstellung der Schalter 13, 14 das
größtmögliche positive Ausgangssignal S abzulesen.
Befindet sich dagegen ein Gegenstand 9 in einem anderen Ab
stand D vom Sensor 1 innerhalb des Überwachungsbereichs, so
stellen sich ein Strahlwinkel α und eine Strahlablenkung A
ein, die sich von den der Kalibrierungs-Einstellung des Sen
sors 1 zugrunde liegenden Werten unterscheiden. Da die Beauf
schlagung des Mehrelement-Lichtsensors 5 entgegen der Dar
stellung in Fig. 2 in diesem Fall nicht mehr im wesentlichen
im Sensorbereich Y erfolgt, liefert der Differenzverstärker
18, unter Voraussetzung einer beibehaltenen Stellung der
Schalter 13, 14, ein schwächeres positives oder ein negatives
Ausgangssignal S.
Die Abhängigkeit des Ausgangssignals S des Differenzverstär
kers 18 von dem Abstand D eines im Überwachungsbereich be
findlichen Gegenstands 9 vom Sensor 1 ist für die in Fig. 3
dargestellte Stellung der Schalter 13, 14 durch den in Fig.
4a gezeigten Verlauf 22 gegeben. Diesem Signalverlauf 22 ist
zu entnehmen, daß das Ausgangssignal S einen maximalen Wert
liefert, falls der Gegenstand 9 sich im Bezugsabstand D' be
findet bzw. falls der Mehrelement-Lichtsensor 5 im Sensorbe
reich Y vom Empfangslichtbündel 10 beaufschlagt wird.
Weiterhin ist dem Signalverlauf 22 zu entnehmen, daß der Aus
gang des Differenzverstärkers 18 negative Werte S liefert,
falls der Mehrelement-Lichtsensor 5 durch das Empfangslicht
bündel deutlich abseits der Bezugs-Strahlablenkung A' beauf
schlagt wird. Zur Veranschaulichung dieses Zusammenhangs ist
in Fig. 4a die näherungsweise Lage der Sensorbereiche X, Y
und Z angedeutet.
Fig. 4a macht deutlich, daß im erfindungsgemäßen Sensor die
dem Signalverlauf 22 zugrundeliegende und in Fig. 3 darge
stellte Stellung der Schalter 13, 14 auf einfache Weise dafür
verwendet werden kann, den Vordergrund und den Hintergrund
des Überwachungsbereichs entsprechend den Sensorbereichen X
bzw. Z elektronisch auszublenden. Hierfür liefert der Mikro
prozessor 20 an seinem Ausgang 21 beispielsweise nur dann ein
Gegenstandsfeststellungssignal, wenn das Ausgangssignal S des
Differenzverstärkers 18 den in Fig. 4a eingezeichneten
Schwellwert 23 überschreitet. Dann können nur solche Gegen
stände, die sich in einer dem Sensorbereich Y entsprechenden
Objektzone des Überwachungsbereichs befinden, die Auslösung
eines Gegenstandsfeststellungssignals bewirken.
Falls die in Fig. 3 dargestellte Stellung der Schalter 13, 14
dahingehend geändert wird, daß die Sensorelemente 11 der Sen
sorbereiche X und Y der ersten parallelen Leitung 15 und die
Sensorelemente 11 des Sensorbereichs Z der zweiten parallelen
Leitung 16 zugeschaltet sind, bilden die Sensorbereiche X und
Y nur noch einen einzigen gemeinsamen Sensorbereich. In die
sem Fall sind die Sensorelemente 11 des Mehrelement-Licht
sensors 5 nur noch in zwei unterscheidbare Sensorbereiche un
terteilt, nämlich Sensorbereiche X mit Y und Sensorbereich Z.
Die der vorstehend beschriebenen Schalterstellung entspre
chende Abhängigkeit des Ausgangssignals S des Differenzver
stärkers 18 vom Abstand D eines im Überwachungsbereich be
findlichen Gegenstands 9 vom Sensor 1 bzw. dessen Abhängig
keit von der dem Abstand D entsprechenden Strahlablenkung A
ist dem in Fig. 4b schematisch dargestellten Verlauf 24 zu
entnehmen. Solange die Strahlablenkung A im wesentlichen in
nerhalb der beiden Sensorbereiche X und Y liegt, liefert der
Differenzverstärker 18 ein negatives Ausgangssignal S. Falls
dagegen die Strahlablenkung A im wesentlichen innerhalb des
Sensorbereichs Z liegt, liefert der Differenzverstärker 18
ein positives Ausgangssignal S. Somit kann bei dieser Schal
terstellung anhand eines Vergleichs des Signals S mit einem
Schwellwert durch den Mikroprozessor 20 auf einfache Weise
eine Zone, nämlich ein Vordergrund oder ein Hintergrund, des
Überwachungsbereichs ausgeblendet werden.
Die durch die Fig. 4a und 4b veranschaulichten Ausblend
möglichkeiten beruhen allein auf Anweisungen an die Schalter
steuereinheit 17 durch den Mikroprozessor 20. Im Mikroprozes
sor 20 können auf sehr einfache Weise verschiedene Schemata
von Anweisungen an die Schaltersteuereinheit 17 abgelegt und
bei Bedarf aufgerufen werden. Somit ist die in Fig. 3 darge
stellte Steuer- und Auswerteeinheit äußerst flexibel in der
Erkennung von Gegenständen 9 und in der elektronischen Aus
blendung verschiedener Zonen innerhalb des Überwachungsberei
ches. Durch unterschiedliche Kalibrierung reagiert der Sensor
auf variable Zonen des Überwachungsbereichs, wobei eine der
speziellen Anwendung angepaßte Kalibrierung automatisiert und
rein elektronisch, ohne mechanische Einflußnahme, durchführ
bar ist.
Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung der Steuer- und Auswer
teeinheit 7 zum Auslesen der Sensorelemente 11 und zur deren
Unterteilung in verschiedene Sensorbereiche kann auch nach
dem in Fig. 5 schematisch gezeigten Aufbau erfolgen. In die
ser Anordnung sind alle Sensorelemente 11 des Mehrelement-
Lichtsensors 5 über ihre Sensor-Signalausgänge 6 mit der Mul
tiplex-Datenübertragungseinheit 25 verbunden. Die Multiplex-
Datenübertragungseinheit 25 ist an einen Analog-Digital-
Wandler 19 angeschlossen, der wiederum mit einem Mikroprozes
sor 20 verbunden ist.
Die an den Sensor-Signalausgängen 6 der Sensorelemente 11 des
Mehrelement-Lichtsensors 5 anliegenden Signale werden mit ei
ner geeigneten Frequenz einzeln zeitlich nacheinander von der
Multiplex-Datenübertragungseinheit 25 eingelesen und an den
Analog-Digital-Wandler 19 weitergegeben. Dieser digitalisiert
jedes der Signale und gibt es in digitaler Form an den Mikro
prozessor 20 weiter.
Somit liegen dem Mikroprozessor 20 nach vollständig erfolgtem
Auslesen aller Sensorelemente 11 deren Signale einzeln vor,
ohne daß zu diesem Zeitpunkt eine Aufsummierung verschiedener
Signale ähnlich der im Zusammenhang mit Fig. 3 beschriebenen
Art geschehen ist. Der Mikroprozessor 20 kann die Signale nun
entweder einzeln oder kollektiv auswerten.
Die Auswertung der einzelnen Signale durch den Mikroprozessor
ist insbesondere dann sinnvoll, wenn eine Kalibrierungs-
Einstellung des Sensors 1 durchgeführt werden soll. Dann kann
die Auswertung, ähnlich der im Zusammenhang mit Fig. 3 be
schriebenen Art, derart erfolgen, daß als Ergebnis eine Un
terteilung der Sensorelemente 11 in verschiedene Sensorberei
che vorliegt. Dabei entsprechen diese Sensorbereiche wiederum
Zonen innerhalb des Überwachungsbereichs, in denen Gegenstän
de detektiert oder beabsichtigt nicht detektiert werden.
Eine kollektive Auswertung der Signale der Sensorelemente im
Mikroprozessor 20 erfolgt insbesondere dann, wenn bereits ei
ne Unterteilung der Sensorelemente 11 in Sensorbereiche, Zo
nen des Überwachungsbereichs entsprechend, durchgeführt ist.
In diesem Fall können die Signale der Sensorelemente 11 der
Sensorbereiche beispielsweise, in ähnlicher Weise wie im Zu
sammenhang mit Fig. 3 beschrieben, aufsummiert werden, so daß
Differenzen zwischen den resultierenden Summenwerten gebildet
und mit Schwellwerten verglichen werden können. Somit kann
der Mikroprozessor an seinem Ausgang 21 ein Signal liefern,
das eine Aussage darüber trifft, ob ein Gegenstand sich im
Überwachungsbereich des Sensors 1 befindet bzw. in welcher
Zone des Überwachungsbereichs sich dieser Gegenstand befin
det.
In jedem Fall ist der Mikroprozessor 20 in der Auswertung der
Signale wiederum äußerst flexibel. Er ist deshalb in einfa
cher Weise mit einer selbstadaptierender Logik versehen, die
beispielsweise eine automatische Kalibrierungs-Einstellung
unterstützt und zeitlich langsame Änderungen der Signale, die
auf unerwünschten Effekten beruhen, zu erkennen vermag.
Claims (23)
1. Opto-elektronischer Sensor (1) mit einem Lichtsender (2) zum
Aussenden eines Sendelichtbündels (8) in einen Überwachungs
bereich, mit einem Lichtempfänger zum Empfang eines Emp
fangslichtbündels (10), das durch das von einem Gegenstand (9,
9') im Überwachungsbereich in Richtung des Lichtempfängers re
flektierte Sendelicht gebildet ist, wobei das Empfangslichtbündel
(10) in Abhängigkeit vom Abstand des Gegenstandes (9, 9') vom
Sensor (1) in einem veränderlichen Strahlwinkel zum Sendelicht
bündel (8) steht, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit (7)
zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Lichtempfängers,
wobei der Lichtempfänger einen Mehrelement-Lichtsensor (5)
aufweist, der wenigstens vier einzelne Sensorelemente (11) besitzt,
welche mehreren, verschiedenen Zonen des Überwachungsbereichs
entsprechenden Sensorbereichen zugeordnet und dergestalt be
nachbart angeordnet sind, daß in Abhängigkeit vom Strahlwinkel
unterschiedliche Sensorelemente (11) vom Empfangslichtbündel
(10) beaufschlagt sind, und
wobei von Gegenständen lediglich innerhalb bestimmter Zonen des Überwachungsbereichs ein Gegenstandsfeststellungssignal des Sensors erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel umfaßt, durch welche die Sensorelemente (11) des Mehrelement-Lichtsensors (5) auf ver änderliche Weise in die Sensorbereiche unterteilbar sind.
wobei von Gegenständen lediglich innerhalb bestimmter Zonen des Überwachungsbereichs ein Gegenstandsfeststellungssignal des Sensors erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel umfaßt, durch welche die Sensorelemente (11) des Mehrelement-Lichtsensors (5) auf ver änderliche Weise in die Sensorbereiche unterteilbar sind.
2. Sensor (1) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Sensorelemente (11) des Mehrelement-Lichtsensors (5)
durch die Mittel der Steuer- und Auswerteeinheit (7) auf verän
derliche Weise in zwei oder drei Sensorbereiche unterteilbar sind.
3. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mehrelement-Lichtsensor (5) eine eindimensio
nale Anordnung von Sensorelementen (11) aufweist.
4. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Anzahl der Sensorelemente (11) eine ganzzahli
ge Potenz der Zahl 2 ist und insbesondere zwischen 8
und 1024 liegt.
5. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die geometrische Ausdehnung eines Sensorele
ments (11) entlang wenigstens einer Richtung in der
Ebene seiner lichtempfindlichen Fläche geringer, ins
besondere wesentlich geringer, als die geometrische
Ausdehnung des Empfangslichtbündels (10) entlang die
ser Richtung ist.
6. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die geometrische Ausdehnung der Anordnung von Sen
sorelementen (11) entlang wenigstens einer Richtung in
der Ebene der lichtempfindlichen Fläche des Mehrele
ment-Lichtsensors (5) größer als die geometrische Aus
dehnung des Empfangslichtbündels (10) entlang dieser
Richtung ist.
7. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Mehrelement-Lichtsensor (5) eine insbesondere
einstückige Photodioden-Matrix aufweist.
8. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß er den einzelnen Sensorelementen (11) jeweils zu
geordnete Verstärker und/oder Schalter (13, 14) enthält,
die insbesondere im Mehrelement-Lichtsensor (5)
integriert sind.
9. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel zum pa
rallelen Auslesen der Signale von Sensorelementen
(11), insbesondere der Signale von in Sensorbereiche
unterteilten Sensorelementen (11), umfaßt, wobei die
Mittel insbesondere durch mehrere parallele Leitungen
(15, 16) und/oder eine Schaltersteuereinheit (17) ge
bildet sind.
10. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Sensorelement (11) jeweils ein erster und
zweiter Schalter (13, 14) zugeordnet ist, wobei alle
erste Schalter (13) mit einer ersten parallelen Lei
tung (15) und alle zweiten Schalter (14) mit einer
zweiten parallelen Leitung (16) verbunden sind.
11. Sensor (1) nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedem Sensorelement (11) zusätzlich jeweils ein
dritter Schalter zugeordnet ist, wobei alle dritte
Schalter mit einer dritten parallelen Leitung verbun
den sind.
12. Sensor (1) nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß die über erste, zweite oder dritte Schalter (13,
14) durch eine parallele Leitung (15, 16) verbundenen
Sensorelemente (11) jeweils einen Sensorbereich bil
den.
13. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel zum se
riellen Auslesen der Signale von Sensorelementen (11),
insbesondere eine Multiplex-Datenübertragungseinheit
(25), umfaßt.
14. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel zur
Bildung der Summe von Signalen von Sensorelementen
(11) aufweist, wobei insbesondere die Summenbildung
über Signale der Sensorelemente (11) eines oder mehre
rer Sensorbereiche und/oder durch Aufschalten der Si
gnale auf eine gemeinsame parallele Leitung (15, 16)
und/oder mittels eines Mikroprozessors (20) erfolgt.
15. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel (18)
zur Bildung der Differenz zwischen Signalen von Senso
relementen (11) oder zwischen Summen von Signalen von
Sensorelementen (11) umfaßt.
16. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel auf
weist, durch die ein Gegenstandsfeststellungssignal
erzeugbar ist, wenn die Differenz zwischen Summen von
Signalen von Sensorelementen (11) kleiner und/oder
gleich und/oder größer als ein definierter Schwellwert
(23) ist, wobei insbesondere die Summenbildung über
die Signale der Sensorelemente (11) eines oder mehre
rer Sensorbereiche erfolgt.
17. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel auf
weist, durch die ein Gegenstandsfeststellungssignal
erzeugbar ist, wenn die Differenz zwischen Summen von
Signalen von Sensorelementen (11) innerhalb oder au
ßerhalb eines einen definierten Schwellwert (23) umge
benden Toleranzbereichs liegt, wobei insbesondere die
Summenbildung über die Signale der Sensorelemente (11)
eines oder mehrerer Sensorbereiche erfolgt.
18. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel (19)
zur Digitalisierung der Signale von Sensorelementen
(11) und/oder der Summe oder der Differenz von Signa
len von Sensorelementen (11) umfaßt.
19. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) einen Mikro
prozessor (20) zur Steuerung des parallelen oder seri
ellen Auslesens der Signale der Sensorelemente (11)
und/oder zur Verarbeitung der Signale der Sensorele
mente (11) und/oder zur Festlegung der Unterteilung
der Sensorelemente (11) in Sensorbereiche umfaßt, wo
bei der Mikroprozessor (20) insbesondere eine an ver
änderte Applikationsbedingungen selbstadaptierende Lo
gik aufweist.
20. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel zur ma
nuellen und/oder automatischen Kalibrierungs-Einstel
lung eines Bezugsabstands eines innerhalb des Überwa
chungsbereichs befindlichen Referenzgegenstands (9')
vom Sensor (1) aufweist, wobei durch diese Kalibrie
rungs-Einstellung insbesondere eine Unterteilung der
Sensorelemente (11) des Mehrelement-Lichtsensors (5)
in mehrere, insbesondere zwei oder drei, Sensorberei
che erwirkbar ist.
21. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuer- und Auswerteeinheit (7) Mittel auf
weist, durch welche eine Festlegung von Schwellwerten
(23) und/oder eine Unterteilung der Sensorelemente
(11) des Mehrelement-Lichtsensors (5) in Sensorberei
che automatisch anpaßbar ist, wenn sich die Signale
von Sensorelementen (11) verschiedener Sensorbereiche
des Mehrelement-Lichtsensors (5) bei konstantem Be
zugsabstand von innerhalb des Überwachungsbereichs be
findlichen Gegenständen (9, 9') vom Sensor (1) zeit
lich langsam verändern.
22. Sensor (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Lichtsender (2) zur Aussendung von pulsförmi
gen Lichtsignalen ausgebildet ist, wobei der Sensor
(1) insbesondere Mittel zur Synchronisation der Ausle
se der Signale der Sensorelemente (11) mit den puls
förmigen Lichtsignalen aufweist.
23. Verwendung eines Sensors nach einem der vorhergehenden
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß die veränderliche Unterteilung in Sensorbereiche
dazu benutzt wird, um diffuse und spiegelnde Reflexio
nen zu unterscheiden, insbesondere um zu erkennen, daß
beide Arten von Reflexionen vorhanden sind, so daß nur
die diffuse Reflexionsart als gewünschter Signalwert
zur Weiterverarbeitung herangezogen wird.
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