DE202014007924U1

DE202014007924U1 - Sensor mit Hintergrundausblendung

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Publication number: DE202014007924U1
Application number: DE202014007924.2U
Authority: DE
Original assignee: Datalogic IP Tech SRL
Current assignee: Datalogic IP Tech SRL
Priority date: 2013-09-30
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-01-15
Anticipated expiration: 2024-10-01
Also published as: DE202014007924U9; ITMI20130334U1

Abstract

Sensor (1) mit Hintergrundausblendung, umfassend: – einen Sender elektromagnetischer Strahlung (4), der angepasst ist, um eine Impulsfolge (T1) elektromagnetischer Strahlung in Richtung eines Objekts (O) zu emittieren, das die emittierte Impulsfolge reflektiert, wodurch eine reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung (T2) erzeugt wird; – einen Empfänger elektromagnetischer Strahlung (6), der eine Matrix (13) von Pixeln (14) umfasst, die gegenüber der elektromagnetischen Strahlung empfindlich sind, wobei die Matrix maximale Abmessungen von 10×10 Pixeln hat, wobei der Empfänger (6) angepasst ist, um die reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung (T2) zu empfangen, und wobei jedes Pixel der Matrix angepasst ist, um ein Ausgangssignal auszugeben, das durch die erkannte reflektierte Impulsfolge bestimmt wird; – einen ersten Prozessorschaltkreis (8), der angepasst ist, um die von den Pixeln der Matrix (13) stammenden Ausgangssignale so zu verarbeiten, dass er einen gemittelten Abstand (dberechnet) zu dem Objekt (O) berechnet, der auf dem Mittelwert der von den Pixeln (14) stammenden Ausgangssignale basiert, wobei der gemittelte Abstand auf Basis von Messungen der Laufzeit (TOF) zwischen der emittierten Impulsfolge (T1) und der erkannten reflektierten Impulsfolge (T2) berechnet wird, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) am Ausgang ein gemitteltes Abstandssignal ausgibt, das zu dem gemittelten Abstand (dberechnet) proportional ist; – einen zweiten Prozessorschaltkreis (9), der angepasst ist, um das gemittelte Abstandssignal (dberechnet), oder eine Funktion davon, mit einem ersten Schwellenabstandswert (dSchwellenwert1, dSchwellenwert2) zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts (O) innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der erste Schwellenabstandswert anzeigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor mit Hintergrundausblendung, bei dem das Preis/Leistungsverhältnis optimiert wird.
Stand der Technik
Sensoren mit Hintergrundausblendung wie Reflexionslichtschranken funktionieren im Allgemeinen nach folgendem Prinzip. Ein Lichtimpuls wird von einer Lichtquelle emittiert und bewegt sich wie ein ausgerichteter Strahl im Raum. Für den Fall, dass ein Objekt diesen Strahl auffängt, wird ein Teil des Strahls von dem Objekt reflektiert und ein Teil dieses reflektierten Strahls wird so von einer Linse aufgefangen, dass sie ihn auf den Sensor fokussiert.
Diese Sensoren werden zum Beispiel zum Öffnen von Türen verwendet, wie automatische Garagen sowie Türen von Aufzügen.
Die Lichtstärke des Lichts, das erkannt wird, hängt von dem Abstand ab, in dem sich das Objekt, das die Reflexion verursacht hat, relativ zu dem Sensor, der das Signal erkennt, befindet. Daher umfassen und verwenden Hintergrundausblender im Wesentlichen einen Abstandssensor, um zu bestimmen, ob sich ein Objekt in einem bestimmten Abstand zu dem Sensor befindet oder nicht. Lichtschranken erkennen auf noch einfachere Weise, ob das reflektierte Licht vorhanden ist oder nicht, ohne den Abstand des Objekts zu bestimmen.
Unter den Abstandssensoren sind zum Beispiel Triangulationssensoren bekannt. Die Triangulation ist die Erkennung eines Objekts von zwei verschiedenen Gesichtspunkten in einem bekannten Abstand zueinander. Wenn der Abstand zwischen zwei Punkten bekannt ist, ist es möglich, mit Hilfe der Regeln der Trigonometrie den Abstand des dritten Punkts zu berechnen.
Ein Nachteil dieser Abstandssensoren bei der Realisierung von Hintergrundausblendern ist allerdings deren recht mäßige Genauigkeit in den betroffenen Abstandsbereichen. Sensoren, die auf der Triangulation basieren, sind nämlich im Allgemeinen nur bei sehr kleinen Abständen genau.
Bei einem anderen Typ von Abstandssensoren erfolgt die Messung des Abstands eines Objekts durch die Messung der Zeit, die ein bestimmtes Signal benötigt, um das Objekt zu erreichen und zurückzukehren. Derartige Sensoren sind so genannte Laufzeitsensoren (oder TOF, vom Englischen ”Time of Flight”). Die Zeit, die das Licht benötigt, um ”zurückzukehren”, wird im Allgemeinen allerdings nicht direkt gemessen. Im Allgemeinen werden modulierte Lichtimpulse, zum Beispiel als Sinusform, gesendet, und die Phase des gesendeten Lichtsignals und die Phase des reflektierten und erkannten Lichtsignals werden beide gemessen.
Diese Sensoren können sehr präzise und genau sein. Im Allgemeinen werden sie nicht nur ausschließlich für Hintergrundausblender oder Lichtschranken, sondern auch für komplexere Messungen in 3D und zur Realisierung von Bildern verwendet. Ihre Komplexität und Genauigkeit schlägt sich jedoch häufig in relativ hohen Kosten nieder.
Beispiele für derartige Sensoren sind zum Beispiel der S85 von Datalogic Automation S.r.l. und der PMD PhotonICs^® 19k-S3 der Firma PMD Photonics GmbH, der eine Pixelmatrix von 160×120 aufweist.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Sensor mit Hintergrundausblendung, bei dem ein Lichtsender einen Impuls elektromagnetischer Strahlung emittiert, der, wenn er auf ein Objekt trifft, einen reflektierten Lichtimpuls erzeugt. Der Sensor mit Hintergrundausblendung umfasst ferner einen Empfänger, der angepasst ist, um den reflektierten Impuls zu empfangen und von diesem einen Wert für den Abstand zwischen dem Sensor mit Hintergrundausblendung und dem Objekt zu erhalten. Insbesondere wird bestimmt, ob das Objekt innerhalb eines Raumbereichs vorbestimmter Länge liegt oder nicht.
Um zu bestimmen, ob sich das Objekt in diesem Raumintervall befindet oder nicht, wird eine Vorrichtung verwendet, die angepasst ist, um den Abstand zwischen dem Sensor und dem Objekt zu messen. Der Anmelder hat die bekannten Vorrichtungen analysiert und bestimmt, dass diejenigen, die auf der Messung der Laufzeit basieren, Vorrichtungen sind, die sich für die vorliegende Anwendung am besten eignen, insbesondere aufgrund der Genauigkeit, die sie im Wertebereich der allgemein benötigten Abstände, in denen die Erkennung erfolgen soll, sicherstellen.
Allerdings hat der Anmelder die auf dem Markt vorhandenen Laufzeitvorrichtungen untersucht und begriffen, dass sie für die benötigte Anwendung im Allgemeinen zu kostspielig und ”überdimensioniert” sind.
Das der Erfindung zugrunde liegende Problem ist daher, einen Sensor mit Hintergrundausblendung bereitzustellen, der, zu einem relativ moderaten Preis, gute Leistungen im betroffenen Abstandsbereich sicherstellt.
Der Anmelder hat herausgefunden, dass, um einen derartigen Sensor mit Hintergrundausblendung zu erhalten, zweckmäßigerweise eine Abstandsmessvorrichtung verwendet wird, die auf der Laufzeit basiert und gleichzeitig eine begrenzte Pixelzahl hat, wie zum Beispiel eine Vorrichtung, die höchstens eine Pixelmatrix von 10×10 hat und gleichzeitig weiterhin das typische Merkmal der TOF-Sensoren hat, eine integrierte Messung auch in der zu der Oberfläche der Pixelmatrix orthogonalen Dimension aufzuweisen. Es ist darauf hinzuweisen, dass Sensoren, die auf der Triangulation basieren, diese Messung nur mit Hilfe von externen optischen Vorrichtungen erreichen, die ihrerseits eine komplexe Bauweise haben, während die TOF-Sensoren Optiken benötigen, die relativ einfach sind.
Des Weiteren werden in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung die Signale, die von den Pixeln der Matrix stammen, nicht verwendet, um ein dreidimensionales Bild zu erzeugen, sondern so ”gemittelt”, dass sich ein einziger Abstandswert ergibt, der als gemittelter Abstand bezeichnet wird und durch die verschiedenen von den Pixeln stammenden Signale bestimmt wird. Die von den Pixeln stammenden Signale sind Reaktionssignale, die durch die vom Objekt reflektierte Impulsfolge bestimmt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Sensor mit Hintergrundausblendung, der Folgendes umfasst:

– einen Sender elektromagnetischer Strahlung, der angepasst ist, um eine Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung in Richtung eines Objekts zu emittieren, das die emittierte Impulsfolge reflektiert, wodurch eine reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung erzeugt wird;
– einen Empfänger elektromagnetischer Strahlung, der eine Matrix von Pixeln umfasst, die gegenüber der elektromagnetischen Strahlung empfindlich sind, wobei die Matrix maximale Abmessungen von 10×10 Pixeln hat, wobei der Empfänger angepasst ist, um die reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung zu empfangen, und wobei jedes Pixel der Matrix angepasst ist, um ein Ausgangssignal auszugeben, das durch die erkannte reflektierte Impulsfolge bestimmt wird;
– einen ersten Prozessorschaltkreis, der angepasst ist, um die von den Pixeln der Matrix stammenden Ausgangssignale so zu verarbeiten, dass er einen gemittelten Abstand zu dem Objekt berechnet, der auf dem Mittelwert der von den Pixeln der Matrix stammenden Ausgangssignalen basiert, wobei der gemittelte Abstand auf Basis von Messungen der Laufzeit zwischen der emittierten Impulsfolge und der erkannten reflektierten Impulsfolge berechnet wird, wobei der erste Prozessorschaltkreis am Ausgang ein Abstandssignal ausgibt, das zu dem gemittelten Abstand proportional ist;
– einen zweiten Prozessorschaltkreis, der angepasst ist, um das Abstandssignal mit einem ersten Schwellenabstandswert zu vergleichen und um ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der Schwellenabstand anzeigt.

Der Sender elektromagnetischer Strahlung sendet in bestimmten Zeitintervallen eine Impulsfolge. Wenn diese Folge auf ein Objekt trifft, wird eine reflektierte Impulsfolge erzeugt, die auf den Sensor trifft.
Bei Verwendung der Technologie der Vorrichtungen zur Bestimmung des Abstands mit Hilfe der Berechnung der Laufzeit und bei Begrenzung der Größe der Vorrichtung auf eine maximale Pixelmatrix von 10×10, da es bei der vorliegenden Anwendung nicht erforderlich ist, ein Bild des Objekts zu erhalten, gegen das die Impulsfolge reflektiert wird, ergibt sich ein Sensor mit Hintergrundausblendung mit einem optimalen Preis/Leistungsverhältnis.
Insbesondere werden die Signale, die von den einzelnen Pixeln stammen, die, wie gesagt, wenig zahlreich sind, nicht einzeln verwendet, sondern gemittelt, um ein ”gemitteltes” Abstandssignal für den Abstand des Objekt zu erhalten. Dieser Abstandswert wird mit einem Schwellenabstandwert verglichen, der zum Beispiel in einem internen Speicher des Sensors mit Hintergrundausblendung gespeichert sein kann. Dieser Schwellenwert des Abstands kann ferner in Abhängigkeit der verschiedenen spezifischen Anwendungen und Situationen, in denen der Sensor montiert ist, auch modifiziert und neu festgelegt werden.
Der durchgeführte Vergleich bestimmt, ob sich das Objekt, das die Impulsfolge reflektiert hat, in einem Abstand zu Sensor befindet, der größer oder kleiner als der Schwellenwert d_{Schwellenwert} ist, mit anderen Worten, ob das Objekt, in einem Raumbereich 0–d_{Schwellenwert}, in dem der Sensor herkömmlicherweise bei 0 positioniert ist, anwesend oder abwesend ist.
Zum Beispiel befindet sich (ist) das Objekt innerhalb des Raumbereichs 0–d_{Schwellenwert} (anwesend), wenn der berechnete gemittelte Abstandswert kleiner als der Wert d_{Schwellenwert} ist, andernfalls ist es abwesend, wenn der berechnete gemittelte Abstandswert größer als der Wert d_{Schwellenwert} ist.
Der erfindungsgemäße Vergleich kann durchgeführt werden zwischen dem berechneten gemittelten Abstandswert und dem Wert des Schwellenabstands, oder mit einem Signal, das durch diesen berechneten gemittelten Abstand bestimmt wird, und einem Wert, der durch den Schwellenabstand bestimmt wird und aus Gründen der Einfachheit Schwellenabstandwert genannt wird.
Die kombinierte Verwendung einer Vorrichtung, welche die Laufzeit für die Messung der Abstände verwendet, und die reduzierte Größere der Matrix sowie die Berechnung eines Mittelwerts im Hinblick auf die Signale, die von den einzelnen Pixeln der Matrix stammen, gestattet es, das Ziel der Erfindung zu erreichen.
Gemäß einem zweiten Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Sensor mit Hintergrundausblendung, der Folgendes umfasst:

– einen Sender elektromagnetischer Strahlung, der angepasst ist, um eine Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung in Richtung eines Objekts zu emittieren, das die emittierte Impulsfolge reflektiert, wodurch eine reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung erzeugt wird;
– einen Empfänger elektromagnetischer Strahlung, der eine Matrix von Pixeln umfasst, die gegenüber der elektromagnetischen Strahlung empfindlich sind, wobei die Matrix maximale Abmessungen von 10×10 Pixeln hat, wobei der Empfänger angepasst ist, um die reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung zu empfangen, und wobei jedes Pixel der Matrix angepasst ist, um ein Ausgangssignal auszugeben, das durch die erkannte reflektierte Impulsfolge bestimmt wird;
– einen ersten Prozessorschaltkreis, der angepasst ist, um die von den Pixeln der Matrix stammenden Ausgangssignale so zu verarbeiten, dass er eine Vielzahl von Abständen zu dem Objekt berechnet, die auf den von den Pixeln der Matrix stammenden Ausgangssignalen basieren, wobei jeder der Abstände der Vielzahl auf Basis von Messungen der Laufzeit zwischen der emittierten Impulsfolge und der erkannten reflektierten Impulsfolge berechnet wird, wobei der erste Prozessorschaltkreis am Ausgang eine Vielzahl von Abstandssignalen ausgibt, wobei jedes Abstandssignal zu dem berechneten Abstand proportional ist;
– einen zweiten Prozessorschaltkreis, der angepasst ist, um mindestens eines der Abstandssignale mit einem ersten Schwellenabstandswert zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der erste Schwellenabstandswert anzeigt.

Im Unterschied zum ersten Aspekt bestimmt in diesem Fall jedes von jedem Pixel stammende Signal mit Hilfe einer Berechnung, die durch den ersten Prozessorschaltkreis, auf der Basis der Laufzeit, durchgeführt wird, einen Abstandswert zwischen dem Sensor und dem Objekt, das die Impulsfolge reflektiert. Demnach wird vom ersten Prozessorschaltkreis eine Anzahl von Abstandswerten zwischen Sensor und Objekt berechnet, die höchstens gleich der Anzahl von Pixeln ist, die in der Matrix vorhanden sind.
In diesem Fall wird mindestens eines dieser Abstandssignale mit einem Schwellenabstandswert d_{Schwellenwert} verglichen, um zu bestimmen, ob das reflektierende Objekt in einem Raumbereich 0–d_{Schwellenwert} anwesend oder abwesend ist oder nicht, in dem der Sensor herkömmlicherweise bei 0 positioniert ist.
Zum Beispiel befindet sich (ist) das Objekt innerhalb des Raumbereichs 0–d_{Schwellenwert} (anwesend), wenn der berechnete und für den Vergleich gewählte Abstandswert kleiner als der Wert d_{Schwellenwert} ist, andernfalls ist es abwesend, wenn der berechnete und für den Vergleich gewählte Abstandswert größer als der Wert d_{Schwellenwert} ist.
Das berechnete und für den Vergleich mit dem Schwellenwert gewählte Abstandssignal wird aus einer Vielzahl von verfügbaren Abstandssignalen auf Basis verschiedener Merkmale ausgewählt. Zum Beispiel kann das Signal mit der größten Genauigkeit oder eines aus den fehlerfreien gewählt werden, oder das Signal kann wie eine von dem Mittelwert verschiedene Funktion und für eine Pixelanzahl, die kleiner als die Gesamtanzahl ist, ausgebildet sein.
In einem oder in beiden Aspekten kann die Erfindung ferner, alternativ oder in Kombination, eines oder mehrere der folgenden Merkmale aufweisen.
Vorzugsweise ist der zweite Prozessorschaltkreis, gemäß einem ersten Aspekt, angepasst, um das gemittelte Abstandssignal mit einem ersten und einem zweiten Schwellenabstandswert zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie die Differenz zwischen dem ersten Schwellenabstand und dem zweiten Schwellenabstand anzeigt.
Demnach ist der erfindungsgemäße Sensor vorzugsweise angepasst, um ein Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit eines Objekts in einem Abstandsbereich zwischen d_{Schwellenwert1} und d_{Schwellenwert2} auszugeben, das heißt, er gibt ein Signal für die Anwesenheit aus, wenn der berechnete gemittelte Abstand d_berechnet des Objekts zu dem Sensor zum Beispiel einen Wert d_{Schwellenwert1} ≤ d_berechnet ≤ d_{Schwellenwert2} hat, und ein Abwesenheitssignal, wenn d_berechnet > d_{Schwellenwert2} oder d_berechnet < d_{Schwellenwert1} ist.
Die Gegenüberstellung erfolgt nicht notwendigerweise mit den Schwellenabstandswerten und den Werten des berechneten Abstands, sondern mit Signalen, die durch derartige Werte bestimmt werden, wie oben ausgeführt.
Vorzugsweise ist der zweite Prozessorschaltkreis, gemäß einem zweiten Aspekt, angepasst, um sämtliche Abstandssignale, die von dem ersten Prozessorschaltkreis stammen, mit dem ersten Schwellenabstandswert zu vergleichen und um das Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit nur dann auszugeben, wenn mindestens eine bestimmte Anzahl von Abstandssignalen die Anwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb des Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der erste Schwellenabstandswert anzeigt.
Da gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung eine Vielzahl von Abstandswerten berechnet wird, kann mehr als ein einziges Signal, das durch diese berechneten Werte bestimmt wird, für den Vergleich verwendet werden. In einem Beispiel werden sämtliche Abstandssignale mit dem Schwellenwert verglichen und nur dann, wenn eine Mindestanzahl von ihnen (zum Beispiel die Mehrheit) die Anwesenheit oder Abwesenheit des Objekts in dem Raumbereich 0–d_{Schwellenwert} anzeigt, wird das Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit entsprechend ausgegeben.
Ausgehend zum Beispiel von N berechneter Abstände und n als Mindestanzahl zueinander kongruenter Signale, damit die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts in dem Bereich 0–d_{Schwellenwert} angezeigt wird, wird der Vergleich zwischen d_berechnet1 ... d_berechnetN mit d_{Schwellenwert} durchgeführt und nur dann, wenn d_berechnet1, d_berechnet2 ... d_berechnetn allesamt kleiner als d_{Schwellenwert} sind, ist das Objekt innerhalb des Bereichs 0–d_{Schwellenwert}, und das Signal für die Anwesenheit wird somit ausgegeben.
In einem bevorzugten Beispiel ist der zweite Prozessorschaltkreis, gemäß einem zweiten Aspekt, angepasst ist, um mindestens eines der Abstandssignale mit einem ersten und einem zweiten Schwellenabstandswert zu vergleichen und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie die Differenz zwischen dem ersten Schwellenabstandswert und dem zweiten Schwellenabstandswert anzeigt.
Demnach ist, auch beim zweiten Aspekt, der erfindungsgemäße Sensor vorzugsweise angepasst, um ein Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit eines Objekts in einem Abstandsbereich zwischen d_{Schwellenwert1} und d_{Schwellenwert2} auszugeben, das heißt, er gibt ein Signal für die Anwesenheit aus, wenn ein gewähltes Signal, das durch einen berechneten Abstand (zum Beispiels der n-te Abstand) d_berechneti bestimmt wird, zum Beispiel einen Wert d_{Schwellenwert1} ≤ d_berechneti ≤ d_{Schwellenwert2} hat, und ein Abwesenheitssignal, wenn d_berechneti > d_{Schwellenwert2} oder d_berechneti < d_{Schwellenwert1} ist.
Vorzugsweise ist der zweite Prozessorschaltkreis angepasst, um sämtliche Abstandssignale, die von dem ersten Prozessorschaltkreis stammen, mit dem ersten Wert und dem zweiten Schwellenabstandswert zu vergleichen, und ist angepasst, um das Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit nur dann auszugeben, wenn mindestens eine bestimmte Anzahl von Abstandssignalen die Anwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb des Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenabstandswert anzeigt.
Mit anderen Worten wird das Signal für die Anwesenheit oder Abwesenheit vorzugsweise nur dann ausgegeben, wenn ein Teiler in einer Anzahl gleich n der berechneten Abstandssignale alternativ eine der zwei oben genannten Gleichungen erfüllt.
In einem bevorzugten Beispiel des zweiten Aspekts ist der zweite Prozessorschaltkreis angepasst, um ein Signal, das durch die Vielzahl von Abstandssignalen bestimmt wird, mit dem ersten Schwellenabstandswert zu vergleichen.
In dieser Ausführungsform werden die Abstandssignale nicht direkt mit den Schwellenwerten verglichen, sondern ein weiteres Signal, das durch die Abstandssignale bestimmt wird. Zum Beispiel können diese Abstandssignale in Abhängigkeit von ihrer unterschiedlichen Genauigkeit verschiedene Gewichtungen haben, und es ist demnach möglich, gemäß der Erfindung mit dem Schwellenabstandswert nicht das Signal oder die Signale zu vergleichen, sondern einen gewichteten Mittelwert von ihnen oder eine andere bessere statistische Funktion, um ein genaueres Ergebnis zu erzielen.
Vorzugweise umfasst der erfindungsgemäße Sensor einen Ansteuerschaltkreis, um den Sender elektromagnetischer Strahlung so anzusteuern, dass er die Impulsfolge emittiert.
Der Sensor umfasst einen Treiber, oder Ansteuerschaltkreis, um in der bevorzugten Form die vom Sender elektromagnetischer Strahlung emittierten Impulsfolgen zu modulieren.
Die Frequenz und die Dauer der Impulse kann je nach Anwendungstyp modifiziert werden.
In einem Ausführungsbeispiel sind die Pixelmatrix und der erste Prozessorschaltkreis in einem integrierten monolithischen Schaltkreis integriert.
Um die Kosten der Vorrichtung zu begrenzen, wird gemäß der Erfindung die größere Anzahl der Komponenten vorzugsweise in einen einzigen integrierten Schaltkreis integriert, noch weiter bevorzugt in einem einzigen ASIC (application specific integrated circuit).
In einem Ausführungsbeispiel sind der Ansteuerschaltkreis, die Pixelmatrix und der erste Prozessorschaltkreis in einem integrierten monolithischen Schaltkreis integriert.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Pixelmatrix eine lichtempfindliche Zone, wobei die lichtempfindliche Zone auf einer Seite des integrierten Schaltkreises angeordnet ist, die einer Seite gegenüberliegt, auf welcher der erste Prozessorschaltkreis und/oder der Ansteuerschaltkreis angeordnet sind.
”Hintergrundbeleuchtete” Pixelmatrizen sind im Allgemeinen empfindlicher als gleichwertige Matrizen, die auf der gegenüberliegenden Seite des integrierten Schaltkreises angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst die Pixelmatrix einen Bildsensor des CCD-Typs (Charge-Coupled Device).
Der Strahlungsempfänger kann einen Sensor des CCD-Typs (Abkürzung für Charge-Coupled Device, das heißt ladungsgekopptes Bauteil) umfassen und besteht aus einem integrierten Schaltkreis, der von einer Halbleiterelemente-Matrix gebildet ist, die in der Lage sind, eine elektrische Ladung (charge) proportional zu der Stärke der elektrischen Strahlung, die auf sie trifft, zu speichern. Diese Elemente sind derart gekoppelt (coupled), dass jedes von ihnen, das mit einem elektrischen Impuls beaufschlagt wird, die eigene Ladung an ein benachbartes Element übertragen kann. In diesem bevorzugten Beispiel sind die Pixel daher p-dotierte MOS-Kondensatoren.
Durch Senden der Impulsfolge an die Vorrichtung (device) wird am Ausgang ein elektrisches Signal erhalten. Die Pixelmatrix ist daher das lichtaktive Element: jedes Pixel speichert eine elektrische Ladung, die zu der Stromstärke der Impulsfolge in dem Pixel proportional ist. Wenn die Matrix der vom Objekt reflektierten Impulsfolge ausgesetzt war, wird die Ladung in ein Spannungssignal umgewandelt. Diese Information kann direkt in ihrer digitalen Form verwendet werden oder auch in ein digitales Format umgewandelt werden.
Alternativ umfasst die Pixelmatrix einen Bildsensor des CMOS-Typs.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst der Sender einen Bildsensor des CMOS-Typs (Complementary Metal Oxide Semiconductor): bei diesem Sensor wird ein Sensor mit aktiven Pixeln verwendet, das heißt, bei dem jedes Pixel einen eigenen Verstärker umfasst, der unter Verwendung der CMOS-Halbleitertechnologie ausgeführt ist.
Im Allgemeinen weisen die CCD-Vorrichtungen weniger Rauschen auf als die entsprechenden CMOS.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Sender elektromagnetischer Strahlung einen Laser.
Alternativ umfasst der Sender elektromagnetischer Strahlung eine LED (Light Emitting Diode).
Eine LED ist im Allgemeinen wirtschaftlicher als ein Laser, weshalb diese Verwendung der LEDs die Kosten des Endgeräts noch weiter verringert. Die Verwendung der LEDs ist dank der durch die Pixelmatrix erreichten höheren Empfindlichkeit und der Verwendung der Berechnung mittels Laufzeit möglich. Noch weiter bevorzugt wird eine LED als Sender verwendet, wenn der Empfänger eine Pixelmatrix des CCD-Typs ist, die auf der Rückseite des integrierten Schaltkreises positioniert ist.
Weiter bevorzugt umfasst der Sender elektromagnetischer Strahlung eine Vielzahl von LEDs.
In diesem bevorzugten Beispiel ermöglicht das Vorhandensein von mehreren LEDs, ein größeres Reaktionssignal zu haben, das in Folge dessen die Messung eines größeren Maximalabstands oder die Erreichung einer höheren Genauigkeit bei gleichem Abstand ermöglicht.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der Sender elektromagnetischer Strahlung angepasst, um eine elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts zu emittieren.
Alternativ ist der Sender elektromagnetischer Strahlung angepasst, um eine elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich des infraroten Lichts zu emittieren.
Der Wellenlängentyp der Impulsfolge wird in Abhängigkeit des Anwendungstyp und der Kosten gewählt.
Vorzugsweise umfasst der Sensor einen Träger, wobei der Sender und der Empfänger in demselben Träger angeordnet sind.
Bei einem Sensor mit Hintergrundausblendung sind der Sender und der Empfänger nebeneinander und nicht, wie bei einer Lichtschranke, einander gegenüber angeordnet. Mit anderen Worten sind der Sender und der Empfänger relativ zu einem Objekt, gegen das die Impulsfolge gesendet wird, auf derselben Seite und nicht auf relativ zu dem Objekt gegenüberliegenden Seiten angeordnet. Daher ist es einfacher und wirtschaftlicher, sie auch auf demselben Träger zu befestigen.
In einem Ausführungsbeispiel umfasst der Sensor einen Hilfs-Ansteuerschaltkreis, der angepasst ist, um den Sender elektromagnetischer Strahlung so anzusteuern, dass er die Impulsfolge emittiert, wobei der Hilfs-Ansteuerschaltkreis dem zweiten Prozessorschaltkreis zugeordnet ist.
Bei den meisten Anwendungen reicht der Ansteuerschaltkreis oder interne Treiber, der vorzugsweise in demselben integrierten Schaltkreis der Pixelmatrix angeordnet ist, aus, um die benötigte Beleuchtungsstärke bereitzustellen. Bei einigen Anwendungen, wo zum Beispiel eine höhere Beleuchtungsstärke benötigt wird, da zum Beispiel das Umgebungslicht besonders stark ist (hohe Umgebungslichtstärke) oder da die betroffenen Abstände hoch sind, kann sich allerdings ein externer Treiber als notwendig erweisen. Des Weiteren kann ein externer Treiber nützlich sein, wenn ein sehr ”schneller” Sensor benötigt wird und die Lichtimpulsfolge daher eine kurze Dauer haben muss und die Expositionszeit der Pixelmatrix analog von kurzer Dauer ist.
Gemäß einem bevorzugten Merkmal ist der erste Prozessorschaltkreis angepasst, um, zusätzlich zu dem Abstandssignal, ein Signal für die Zuverlässigkeit des berechneten gemittelten Abstandswerts auszugeben.
Vorzugsweise berechnet der erste Prozessorschaltkreis, auf der Basis der Laufzeit und des von den Pixeln stammenden Signals, einen Abstandswert (der in Abhängigkeit vom betrachteten Aspekt der Erfindung gemittelt sein oder nicht gemittelt sein kann), dem ein Wert für die Zuverlässigkeit dieses Abstandswerts zugeordnet ist. Dieser Zuverlässigkeitswert ist im Wesentlichen eine Quantifizierung der Qualität des von den Pixeln erkannten Signals. In Abhängigkeit von dem Zuverlässigkeitswert können verschiedene Aktionen unternommen werden. Es kann zum Beispiel die Abstandsmessung unter anderen Bedingungen wiederholt werden oder diese akzeptiert werden. Vorzugsweise ist, je höher der Zuverlässigkeitswert ist, die Qualität des mit Hilfe der Pixel der Matrix empfangenen Signals umso höher, die Genauigkeit der Berechnung des Abstands umso höher und das Rauschen umso geringer.
Vorzugsweise ist der erste Prozessorschaltkreis angepasst, um eine Expositionszeit des Empfängers aufrechtzuerhalten, in der das von den Pixeln stammende Signal integriert ist, im Wesentlichen konstant ist und nicht höher als ein vorübergehender Schwellenwert ist, unabhängig von dem Zuverlässigkeitssignal.
In dem erfindungsgemäßen Sensor ist eine Integrationszeit festgelegt, welche die Zeit ist, über die der Sensor der reflektierten Impulsfolge vor der Berechnung des Abstands zu dem Objekt ausgesetzt wird. Im Wesentlichen ist es die Zeit, in der die Pixel, welche die Lichtzellen des Sensors sind, Lichtstrahlung speichern. Im Wesentlichen gilt: je kürzer die Integrationszeit ist, umso mehr rauscht das Signal, da die Pixel der Matrix wenig Lichtstrahlung relativ zu der reflektierten Impulsfolge empfangen haben. Auf der anderen Seite des Bereichs, bei einer langen Integrationszeit, ist die Reaktion des Sensors langsam, und es kommt in jedem Fall nach einer gewissen Zeit zu einer Sättigung. In Abhängigkeit von der Anwendung wird die bevorzugte Integrationszeit daher vorzugsweise in Abhängigkeit davon gewählt, ob die Schnelligkeit (und damit niedrige Integrationszeit) oder die Genauigkeit (hohe Integrationszeit) bevorzugt wird. Die Integrationszeit verändert ferner den messbaren Mindestabstand.
Wenn die Schnelligkeit bevorzugt wird, kann gewählt werden, dass die Integrationszeit konstant oder nicht höher als ein bestimmter eingestellter Schwellenwert gehalten wird, unabhängig von der Genauigkeitsmessung.
Alternativ ist der erste Prozessorschaltkreis angepasst, um eine Expositionszeit des Empfängers zu verändern, in der das von den Pixeln stammende Signal so integriert ist, dass das Zuverlässigkeitssignal konstant oder nicht unter einem Zuverlässigkeitsschwellenwert gehalten wird.
Wenn hingegen vorzugsweise immer die gleiche Genauigkeit oder eine ”Mindest”-Genauigkeit aufrechterhalten wird, kann die Integrationszeit so verändert werden, dass sich immer eine ähnliche Genauigkeit ergibt.
Vorzugsweise umfasst der Sensor mit Hintergrundausblendung einen Temperatursensor, und der erste Prozessorschaltkreis ist angepasst, um am Ausgang ein Signal auszugeben, das durch die Temperatur einer Umgebung um den Temperatursensor herum bestimmt wird.
Die Berechnung des Abstands hängt von der Außentemperatur des Sensors ab, mit anderen Worten hängt die Berechnung der Messung von der Temperatur ab, da die Bauteile des Sensors in Abhängigkeit von der Temperatur, der sie ausgesetzt sind, eine unterschiedliche Reaktion haben können. Vorzugsweise kann daher eine Kompensation der Temperatur vorgesehen werden, indem ein Datenelement in Bezug auf die Temperatur verwendet wird, das von einem Temperatursensor stammt, der in derselben Umgebung positioniert ist, in der sich der Sensor mit Hintergrundausblendung befindet. Das Temperaturdatenelement kann zum Beispiel verwendet werden, wenn der Sensor in einer Umgebung mit einer Temperatur ist, die nicht überwacht wird, sondern besonders variabel ist, zum Beispiel außerhalb eines Gebäudes.
Weiter bevorzugt ist der Temperatursensor in den integrierten Schaltkreis integriert.
Der Temperatursensor kann in dem Chip integriert sein, und dies ist ein großer Vorteil, da die Kosten und die Anzahl der Bauteile weiter reduziert werden.
Vorzugsweise ist der erste Prozessorschaltkreis angepasst, um am Ausgang ein Signal auszugeben, das durch den Helligkeitspegel einer Umgebung um den Sensor herum bestimmt wird.
Die Genauigkeit des vom ersten Prozessorschaltkreis berechneten Abstandswertes hängt auch von der Lichtstärke der Außenumgebung ab, in welcher der Sensor positioniert ist. Eine übermäßige Helligkeit wie eine zu geringe Helligkeit können zu Abstandsmessungen führen, die wenig genau sind. Insbesondere in Situationen, in denen der Sensor im Umgebungen verwendet wird, in denen die Helligkeit besonders variabel ist und nicht überwacht wird, zum Beispiel im Außenbereich, wird daher bevorzugt, ein Datenelement in Bezug auf die Helligkeit der Umgebung um den Sensor herum zu erhalten. Korrekturen des berechneten Abstandswertes können vorgenommen werden, wenn der Wert der Lichtstärke außerhalb des Sensors bekannt ist, das heißt die vom Sensor erkannte Stärke, die jedoch nicht von der vom Objekt reflektierten Impulsfolge abhängt, dessen Abstand zum Sensor berechnet werden soll.
Vorzugsweise ist der zweite Prozessorschaltkreis angepasst, um das Signal, das durch die Temperatur bestimmt wird, und/oder das Signal, das durch den Helligkeitspegel bestimmt wird, so zu verarbeiten, dass das Abstandssignal kompensiert wird.
Vorzugsweise ist der zweite Prozessorschaltkreis angepasst, um sowohl das vom dem ersten Prozessorschaltkreis stammende Abstandssignal als auch das Signal für die Temperatur und/oder den Helligkeitspegel der Außenumgebung des Sensors zu verarbeiten und diese zur Korrektur des berechneten Abstandswertes zu verwenden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der zweite Prozessorschaltkreis einen Speicher, wobei der Speicher eine Tabelle mit Kompensierungswerten umfasst, die angepasst sind, um Verzerrungen in dem Abstandssignal zu kompensieren, das von dem ersten Prozessorschaltkreis stammt.
Wie bereits erwähnt, kann das Abstandssignal mehr oder weniger genau sein, und mögliche Fehler hängen von der Temperatur und/oder der Helligkeit der Außenumgebung des Sensors ab. Um diesen Nachteil abzuhelfen, können lineare oder polynomiale Interpolationen der durchgeführten Messungen realisiert werden, so dass der mögliche Fehler ausgewertet wird, oder es können Tabellen vorhanden sein, die in einem Speicher des Sensors hinterlegt sind, in denen, anhand des gemessenen Abstandswertes und anderer Umgebungsdaten, wie Temperatur und/oder Helligkeit, die Korrektur ermittelt. wird, die an dem berechneten Abstandsdatenelement vor dessen Vergleich vorzunehmen ist.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Diese und weitere Vorteile der Erfindung gehen deutlicher aus ihrer detaillierten Beschreibung unter Einbeziehung der beigefügten Zeichnungen hervor, in denen:
1 ein beispielhaftes Diagramm eines bevorzugten Beispiels eines Sensors mit Hintergrundausblendung ist, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
2 eine vereinfachte Darstellung des Funktionsprinzips des Sensors gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine graphische Darstellung für einen Schritt des Verfahrens gemäß der Erfindung für die Berechnung eines Abstands ist;
4 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des Sensors gemäß der Erfindung aus 1 ist; und
5 ein Blockschaltbild eines Funktionsbeispiels des Sensors gemäß der Erfindung ist.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
Zunächst unter Einbeziehung von 1, 2 und 4 ist mit 1 insgesamt ein Sensor mit Hintergrundausblendung bezeichnet, der gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist.
Der Sensor mit Hintergrundausblendung 1 ist angepasst, um den Abstand eines Objekts O zu berechnen, das in das Innere einer Umgebung des Sensors 1 eintritt, wobei das Innere der ”Aktionsradius” des Sensors 1 ist. Die Berechnung des Abstands des Objekts O erfolgt mit Hilfe der Laufzeit-Technik (oder, im Englischen TOF) und basiert in diesem bevorzugten Beispiel auf einer Berechnung der Phasenverschiebung zwischen einer gesendeten Impulsfolge und einer vom Sensor 1 empfangenen Impulsfolge, wie im Folgenden detailliert ausgeführt.
Des Weiteren ist der Sensor 1 angepasst, um den berechneten Abstand, in dem sich das Objekt O befindet, mit einem oder mehreren Schwellenabständen zu vergleichen, mit anderen Worten festzustellen, ob das Objekt O sich innerhalb eines vorbestimmten Abstands zu dem Sensor 1 oder innerhalb eines Raumbereichs befindet, der durch einen Höchst- und einen Mindestabstand zu dem Sensor 1 begrenzt wird.
Der Sensor 1 umfasst daher einen Sender elektromagnetischer Strahlung 4, in dem bevorzugten Beispiel, wie insbesondere in 4 ersichtlich, zwei LEDs, jedoch können auch eine einzige LED, mehr als zwei LEDs oder ein oder mehrere Laser in der Erfindung verwendet werden.
Der Sender 4 ist angepasst, um eine Lichtimpulsfolge T1 (siehe 2) zu emittieren, bei der die Wellenlänge der emittierten Strahlung in Abhängigkeit vom Anwendungstyp vorzugsweise zu dem Spektrum des infraroten Lichts oder des sichtbaren Lichts gehört. Wenn sich das Objekt O entlang des optischen Pfads der emittierten Impulsfolge T1 befindet, wird ein Teil der Impulsfolge reflektiert und erzeugt eine reflektierte Impulsfolge T2, die in Richtung des Sensors 1 zurückgeleitet wird.
Um die Parameter der Impulsfolge T1 zu erzeugen und einzustellen, wie zum Beispiel die Dauer, die Frequenz der Impulsfolge oder die Leistung der emittierten Lichtstrahlung, umfasst der Sensor 1 einen Treiber oder Ansteuerschaltkreis 12, der für die Modulation der elektromagnetischen Strahlung, die von dem Sender 4 stammt, angepasst ist. Die Parameter der Impulsfolge T1 können vorzugsweise vor dem Beginn der Messungen verändert oder eingestellt werden und später auch während der Durchführung der Messungen verändert werden. Vorzugsweise wird das Signal des Senders 4 bei hoher Frequenz moduliert. Die Dauer der Impulsfolge wird auch Integrationszeit genannt.
Der Strahlungssender 4 kann auch durch einen weiteren Ansteuerschaltkreis oder externen Treiber, der in den Figuren nicht dargestellt ist, gesteuert werden, insbesondere wenn eine höhere Beleuchtungsleistung benötigt wird.
Vorzugsweise umfasst der Sensor 1 eine erste optische Einheit 5, die dem Sender 4 gegenüber angeordnet ist. Die optische Einheit 5 ist angepasst, um die von dem Sender 4 emittierte Impulsfolge T1 zu kollimieren oder zu fokussieren. Des Weiteren kann die optische Einheit 5 verwendet werden, um die Strahlung mehrerer Sender, falls vorhanden, gleichförmig zu machen oder eventuelle Verzerrungen der von dem Sender emittierten Strahlungen zu korrigieren.
Der Sensor 1 umfasst ferner einen Empfänger elektromagnetischer Strahlung 6, der angepasst ist, um die von dem Objekt O reflektierte Impulsfolge T2 zu empfangen.
Dem Strahlungsempfänger 6 gegenüber ist vorzugsweise eine weitere optische Einheit 3 positioniert, die angepasst ist, um die elektromagnetische Strahlung, die von dem Objekt reflektiert wird, zu bündeln und in Richtung des Empfängers 6 zu fokussieren.
Es können in dem Sensor 1 weitere nicht dargestellte Elemente vorhanden sein, um die vom Empfänger 6 empfangene Lichtstrahlung zu verändern, wie zum Beispiel ein Bandpassfilter, um aus der vom Empfänger empfangenen Strahlung die elektromagnetische Strahlung zu entfernen, die außerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs ist, wobei als akzeptierte Bandbreite der Wellenlängenbereich gewählt wird, der dem des Senders 4 entspricht.
Da Sensoren mit Hintergrundausblendung einen Sender und einen Empfänger ”auf der gleichen Seite” des Objekts O umfassen, das heißt, die das von einem Objekt reflektierte Licht auf der gleichen Seite erkennen, auf der es relativ zu dem Gegenstand emittiert wurde, umfasst der Sensor 1 eine Trägerstruktur 11 (siehe 2 und 4), auf der beide, Sender 4 und Empfänger 6, montiert sind.
Vorzugsweise umfasst der Sensor 1 einen integrierten Schaltkreis, vorzugsweise einen ASIC, 2, der seinerseits den Empfänger elektromagnetischer Strahlung 6, den Treiber 12 und einen ersten Prozessorschaltkreis für das Signal 8 umfasst, die auf diesem monolithisch montiert sind.
Des Weiteren umfasst der ASIC 2 vorzugsweise einen Analog/Digital-Wandler, eine serielle Schnittstelle für die Übertragung der Daten und eine Einheit zur Überwachung der Versorgungsspannung, die allesamt in den beigefügten Figuren nicht dargestellt sind und auf dem technischen Referenzgebiet an sich bekannt sind.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der integrierte Schaltkreis 2 hintergrundbeleuchtet, und der Empfänger 6 umfasst eine (nicht dargestellte) lichtempfindliche Zone, die auf der Rückseite des integrierten Schaltkreises 2 positioniert ist, das heißt auf der Seite des Schaltkreises, wo die Anschlüsse der verschiedenen Elemente des Schaltkreises nicht vorhanden sind, was die Empfindlichkeit des Empfängers 6 erhöht.
Der Empfänger 6 umfasst eine Pixelmatrix 13 (die nur in 2 schematisch dargestellt ist) mit einer maximalen Größe von 10×10 Pixel. Unter maximaler Größe ist zu verstehen, dass jede der Seiten der Matrix jeweils kleiner als 10 Pixel ist. Vorzugsweise hat die Pixelmatrix 13 die Größe 8×8, das heißt 8 Pixel pro Seite.
Die Pixel sind mit 14 bezeichnet.
Vorzugsweise ist die Pixelmatrix eine CCD-Matrix, bei der das Ausgangssignal in dem ASIC 2 durch den oben erwähnten A/D-Wandler von analog in digital umgewandelt wird.
Ein zweiter Prozessorschaltkreis, zum Beispiel ein Mikrocontroller oder Mikroprozessor 9, verarbeitet die vom ASIC 2 stammenden Ausgangssignale. Die Kommunikation zwischen ASIC und Mikroprozessor erfolgt zum Beispiel, jedoch nicht ausschließlich oder notwendigerweise, über eine serielle Zweidrahtschnittstelle.
Vorzugsweise umfasst der integrierte Schaltkreis 2 den Chip epc 600 oder den Chip epc 610, der von ESPROS Photonic Corporation hergestellt wird.
Nun wird die Funktionsweise des Sensors 1 unter Einbeziehung von 3 bis 5 ausführlich dargelegt.
Der Beginn der Messung und die Eingabe der Parameter erfolgt über Befehl des Mikroprozessors 9, der seinerseits mit einer Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung oder einem Eingabe-/Ausgabe-Peripheriegerät 10 verbunden ist, über die bzw. das der Benutzer oder ein anderer Computer die gewünschten Parameter für die Messung eingeben kann, die von der effektiven Lokalisierung und Verwendung des Sensors 1 abhängen. Mit Hilfe der Eingabe-/Ausgabe-Vorrichtung 10 wird zum Beispiel die Integrationszeit eingegeben, und der Mikroprozessor 9 sendet dieses Datenelement an den ASIC 2, so dass der Treiber 12 den Sender 4 entsprechend modulieren kann. Des Weiteren kann der Messungstyp ausgewählt werden, das heißt, eine Abstandsmessung oder eine Messung der Lichtstärke der Umgebung, in welcher der Sensor 1 positioniert ist. Die Pixelmatrix 13 kann nämlich beide Aufgaben erfüllen.
Dieser Schritt der Eingabe der Parameter ist im Flussdiagramm in 5 mit 1F bezeichnet.
Wie oben erwähnt, kann zum Beispiel die Integrationszeit gegenüber einer zuvor verwendeten Zeit verändert werden, wie in der Frage 2F angegeben, die einen Schritt der Eingabe 3F dieser neuen Integrationszeit vorsehen kann, oder es kann die Messung (Phase 4F) vorgenommen werden, indem die Zeit unverändert belassen wird.
Der Sender 4 emittiert Impulsfolgen T1, welche die optische Einheit 5 durchqueren. Wenn sich ein Objekt O in deren optischem Pfad befindet, wird die reflektierte Impulsfolge T2 erzeugt und vom Sensor 6 erkannt, nachdem die zweite optische Einheit 3 durchquert wurde.
Ausgehend von dem Signal mit einer perfekten Sinusform ist das ausgesendete Signal T1 und das reflektierte Signal T2 in der Graphik in 3 dargestellt: während jeder Periode des Signals T1 (T2) werden 4 Messproben seitens jedes Pixels 14 der Matrix 13 genommen. Die 4 Proben werden mit einem Phasenversatz von 90° zueinander genommen, was die dargestellten Messungen DC1, DC2, DC3, DC4 ergibt.
Der Abstand d_berechnet des Objekts O zum Sensor 1, ausgehend von diesen Messungen, ergibt sich aus der folgenden Formel: d_berechnet = c / 2 1 / 2πfarctan( DC1–DC3 / DC4–DC2) (1)
Jedes Pixel 14 gibt daher ein Ausgangssignal aus, das von dem empfangenen Signal (= Impulsfolge T2) abhängt, wie in 3 dargestellt, und aus diesen Ausgangssignalen kann der erste Prozessorschaltkreis 8 aus der obigen Formel (1) den Abstand des Objekts O berechnen, von dem die Impulsfolge T2 abhängt.
In einem ersten bevorzugten Beispiel verarbeitet der Prozessorschaltkreis 8 daher die von den Pixeln 14 stammenden Signale (vier Werte pro Pixel DC1–DC4) und erhält eine Anzahl von Werten für den Abstand Sensor 1 – Objekt O, die gleich der Pixelanzahl (oder, wie im Folgenden beispielhaft dargestellt, niedriger) ist.
In einem zweiten Ausführungsbeispiel wird vom Prozessorschaltkreis 8 am Ausgang keine Vielzahl von Abstandssignalen ausgegeben, sondern nur ein einziges gemitteltes Abstandssignal. Der erste Prozessorschaltkreis 8 berechnet einen Mittelwert der von den Pixeln 14 stammenden Signale, das heißt, die Formel (1) wird statt für jede Vierheit von Werten DC1, DC2, DC3, DC4, die von jedem Pixel 14 stammen, für eine Vierheit von ”gemittelten Werten” über die gesamte Matrix 13 der Pixel 14 berechnet, mit anderen Worten werden die Variablen in der Formel (1): Formel (2).
Vp ist die Anzahl gültiger Pixel, das heißt Pixel, bei denen das von jedem Pixel ausgegebene Signal sich als glaubwürdig erweist. Ein Pixel ist gültig, wenn das von ihm ausgegebene Signal nicht im Sättigungsbetrieb ist, oberhalb des Rauschsignalpegels liegt und in der Messzeit in der Weite eine gewisse Wiederholbarkeit hat.
Diese vier gemittelten Werte der Formel (2) werden in der Formel (1) verwendet, um einen einzigen Wert für den gemittelten Abstand zu berechnen.
Die Berechnung des Abstands, gleich ob dieser der gemittelte Abstand oder eine Vielzahl von Abständen ist, die vom ersten Prozessorschaltkreis 8 durchgeführt wird, ist in 5 mit Schritt 4F bezeichnet.
Jeder Abstandswert bzw. gemittelte Abstandswert des Objekts O zu dem Sensor 1 wird vorzugsweise mit einem Zuverlässigkeits- oder Glaubwürdigkeitswert versehen, der die Glaubwürdigkeit der durchgeführten Abstandsmessung angibt.
Der Zuverlässigkeitswert gibt die ”Güte der Messung” an, die durchgeführt wurde. Wenn diese Qualität nicht gut ist oder es wenig gültige Pixel gibt, wird die Messung wiederholt (Schritt 5F), oder das erfindungsgemäße Verfahren wird fortgesetzt.
Vorzugsweise werden Abstand und Zuverlässigkeitswert vom ersten Prozessorschaltkreis 8 als ein einziges Wort (word) ausgegeben, wovon die Zuverlässigkeit die letzten vier Stellen bildet. Der Zuverlässigkeitswert hängt von der Helligkeit, vom Abstand des Objekts usw. ab, und in Abhängigkeit von seinem Wert können unterschiedliche Maßnahmen getroffen werden. Wenn die Zuverlässigkeit hoch ist, wird die Messung akzeptiert. Wie oben erwähnt, wird die Messung wiederholt, wenn die Zuverlässigkeit niedrig ist, zum Beispiel indem die Integrationszeit verändert wird.
Es gibt weitere mögliche Fehlerquellen, die kompensiert werden können, um eine Abstandsmessung durchzuführen, die gegenüber der vom Sensor 1 anfänglich bereitgestellten Messung genauer ist. Diese Möglichkeit sieht die Erfassung einiger Parameter der Umgebung vor, in welcher der Sensor 1 angeordnet ist (Schritt 6F).
Im Mikroprozessor 9 können Kompensationsroutinen implementiert sein, um eine höhere Genauigkeit bei der Messung des Abstands des Objekts O zu erreichen. Der Kompensationstyp hängt vom Anwendungstyp des Sensors 1 ab.
Die Typen der Kompensation über Routinen oder Algorithmen, die in dem Mikroprozessor 9 vorhanden sind, sind einer oder mehrere aus den folgenden (Auflistung nicht erschöpfend):

– Aufgrund des Abstands des Objekts ist das von diesem zurückkehrende Signal zu schwach.

In diesem Fall ist es möglich, die Integrationszeit der Impulsfolge zu erhöhen, das heißt, die Dauer der vom Sender 4 emittierten Impulse, indem auf den Treiber 12 eingewirkt wird. Des Weiteren kann ein Treiberschaltkreis außerhalb des Senders 4 verwendet werden, um die Leistung des ausgegebenen Signals zu erhöhen.

– Das Reflexionsvermögen des Objekts O ist nicht optimal.

In diesem Fall können die gleichen Maßnahmen für das fehlende oder zu schwache Signal unternommen werden, wie oben erörtert.

– Umgebungslicht.

Der Sensor 1 misst die Differenz zwischen zwei Signalen T1 und T2, die eine Phasenverschiebung zueinander haben. Das Umgebungslicht wird als konstant (DC und nicht AC) angenommen und dürfte somit keine Auswirkung auf die Messung haben; allerdings kann aus zahlreichen Gründen eine lineare Auswirkung auf die Messung bestehen. Da die Pixelmatrix 13 auch als ein Lichtstärkesensor verwendet werden kann, kann die Messung der Lichtstärke der Umgebung durch diese Matrix 3 durchgeführt werden, wobei dieser Messungstyp über das Eingabe-/Ausgabe-Peripheriegerät 10 angefordert wird und anschließend verwendet wird, um die durchgeführte Abstandsmessung zu kompensieren.

– Temperatur

Die Temperatur verändert die Messung von sich aus nicht, aber sie kann die Funktionsweise des Sensors 1 insgesamt verändern, zum Beispiel kann sie die Kennlinie des Senders 4 verändern. Daher wird vorzugsweise eine Messung der Temperatur mit Hilfe eines Temperatursensors, der in den Zeichnungen nicht dargestellt ist, durchgeführt und/oder die Kennlinie des Sensors 1 wird über den gesamten Betriebstemperaturbereich berechnet. Die Temperaturmessung oder die Kennlinie können somit für eine Korrektur/Kompensation der durchgeführten Abstandsmessung verwendet werden.
Kalibrierungsfehler und eine mangelnde Linearität des Sensors 1 können ihrerseits ebenfalls auf die Art und Weise kompensiert werden, die auf dem Referenzgebiet bekannt sind.
Mit den weiteren durchgeführten Messungen, wie zum Beispiel der Temperatur und/oder der Lichtstärke, können die an der Abstandsmessung vorgenommenen Korrekturen zum Beispiel über lineare oder polynomiale Interpolationen durchgeführt werden, oder der Sensor 1 kann einen Sensorspeicher umfassen, in dem eine Datenbanktabelle vorhanden ist, in der die an dem Abstandssignal in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder der Helligkeit vorzunehmenden Änderungen tabellarisch erfasst sind und bei Bedarf verwendet werden.
All diese etwaigen Änderungen sind in 5 als Schritt 7F bezeichnet.
Am Ende dieses Schritts 7F können akzeptable Abstandswerte vorhanden sein, und die Messung wird somit beendet (Schritt 8F bis 10F) oder wiederholt, sofern mehr Datenelemente benötigt werden.
Die hier beschriebenen Abstandsmessungen können in verschiedenen Modalitäten durchgeführt werden. In Abhängigkeit vom Anwendungstyp kann die Messgeschwindigkeit bevorzugt werden und ihr Vorrang gegeben werden, zum Beispiel bei einem System, in dem der Sensor 1 in einer Maschine verwendet wird, in welcher der Schutz des Arbeiters notwendig ist, damit er sich schneidenden oder gefährlichen, in Bewegung befindlichen Teilen nicht zu stark nähert, in der die Genauigkeit der Messung daher nicht so relevant oder mit Sicherheit gegenüber der Geschwindigkeit, die für die Emission eines Signals zur Wamung vor einem zu geringen und damit gefährlich gewordenen Abstand benötigt wird, nicht vorrangig ist.
Alternativ kann der Präzision der Messung Vorrang gegeben werden, zum Beispiel bei der Berechnung des Abstands von einem elektrischen Tor, damit sich dieses letzte nicht ständig öffnet oder schließt.
Daher ist es möglich, den Sensor 1 so zu betreiben, dass die Integrationszeit immer gleich bleibt oder zumindest zu keiner Zeit eine bestimmte Zeitschwelle übersteigt, so dass die Reaktion des Sensors 1 immer unterhalb einer bestimmten Wunschzeit erhalten wird. Dies erfolgt zum Nachteil der Genauigkeit der Messung, da das Zuverlässigkeitssignal nicht berücksichtigt wird. Mit anderen Worten wird die Integrationszeit für den Fall, dass diese letzte den möglichen festgelegten Schwellenwert überstiegen hat, nicht verändert, um die Genauigkeit der Messung zu verbessern.
Alternativ wird der Wert für die Zuverlässigkeit des Messwerts im Wesentlichen konstant oder nicht unter einer bestimmten Zuverlässigkeitsschwelle gehalten, die als tolerierbare Zuverlässigkeitsschwelle erachtet wird. Daher wird die Integrationszeit kontinuierlich so verändert, dass diese Anforderung erfüllt wird.
Im Allgemeinen gilt: je höher die Integrationszeit, desto höher auch die Genauigkeit und die Glaubwürdigkeit der Abstandsmessung.
Vorzugsweise werden die Abstandsmessung und deren Glaubwürdigkeit vom ersten Prozessorschaltkreis 8 ausgegeben und, zum Beispiel über die serielle Schnittstelle des ASIC 2, an den Prozessor 9 gesendet, wo die oben angegebenen Algorithmen aktiviert werden.
Unter erneuter Einbeziehung auf 2 wird bzw. werden die Abstandsmessung oder die Abstandsmessungen in Form von Signalen, die vom Prozessorschaltkreis 8 stammen, in jedem Fall, unabhängig davon, ob die oben erwähnten Kompensationen von Temperatur/Helligkeit usw. vorgenommen werden, vom Prozessor 9 verarbeitet und mit einem Abstandsschwellenwert verglichen.
In einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, in dem nur ein vom Prozessorschaltkreis ausgegebener gemittelter Abstandswert vorhanden ist, wird dieser Wert mit einem Schwellenabstandswert d_{Schwellenwert2} verglichen.
Mit anderen Worten wird festgestellt, ob das Objekt O in einem Raumbereich mit einer Länge d_{Schwellenwert2} zu dem Sensor 1 anwesend ist. Wenn in dem Vergleich d_berechnet und d_{Schwellenwert2} d_berechnet ≤ d_{Schwellenwert2}, so ist das Objekt in dem festgelegten Raumbereich anwesend, andernfalls ist es abwesend.
Die Anwesenheit des Objekts in dem vorbestimmten Raumbereich kann zum Beispiel zur Folge haben, dass sich ein automatisches Tor öffnet, ein Alarmsignal ausgegeben wird, eine Bearbeitungsmaschine angehalten wird, usw., in Abhängigkeit von dem Anwendungstyp des Sensors 1, der einen anderen vom Prozessor ausgegebenen Befehlstyp 9 voraussetzt.
In einer Variante erfolgt statt eines Vergleichs mit einem einzelnen Abstandsschwellenwert ein Vergleich mit zwei Werten, einem Mindestwert und einem Höchstwert; es wird daher festgestellt, ob sich das Objekt O innerhalb eines Raumbereichs zwischen d_{Schwellenwert1} und d_{Schwellenwert2} zu dem Sensor 1 befindet oder nicht. Daher wird davon ausgegangen, dass ein Objekt in dem angegebenen Raumbereich anwesend ist, wenn d_{Schwellenwert1} ≤ d_berechnet ≤ d_{Schwellenwert2}.
In der bevorzugten Ausführungsform, in der vom ersten Prozessorschaltkreis 8 eine Vielzahl von Abstandswerten d_berechnet ausgegeben wird, die in ihrer Anzahl kleiner oder gleich der Anzahl der Pixel 14 der Matrix 13 sind, wird mindestens einer dieser Werte mit einem oder zwei der oben genannten Schwellenwerte verglichen.
Zum Beispiel kann der verglichene Wert der Vielzahl derjenige sein, der das höchste Zuverlässigkeitssignal hat. In diesem Fall wird der vorgewählte gemessene Abstandswert wie oben vom Prozessor 9 mit dem Wert d_{Schwellenwert1} und/oder d_{Schwellenwert2} verglichen, so dass die Anwesenheit oder die Abwesenheit des Objekts O in dem Raumbereich mit vorgewählter Länge festgestellt wird.
In einer Variante werden sämtliche Abstandswerte d_berechneti mit i von 1 bis k mit dem Abstandsschwellenwert oder den Abstandsschwellenwerten verglichen. Das Objekt O gilt als anwesend, wenn mindestens eine Anzahl n ≤ k berechneter Abstände in dem festgelegten Raumbereich liegt; andernfalls gilt es als abwesend.

Claims

Sensor (1) mit Hintergrundausblendung, umfassend: – einen Sender elektromagnetischer Strahlung (4), der angepasst ist, um eine Impulsfolge (T1) elektromagnetischer Strahlung in Richtung eines Objekts (O) zu emittieren, das die emittierte Impulsfolge reflektiert, wodurch eine reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung (T2) erzeugt wird; – einen Empfänger elektromagnetischer Strahlung (6), der eine Matrix (13) von Pixeln (14) umfasst, die gegenüber der elektromagnetischen Strahlung empfindlich sind, wobei die Matrix maximale Abmessungen von 10×10 Pixeln hat, wobei der Empfänger (6) angepasst ist, um die reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung (T2) zu empfangen, und wobei jedes Pixel der Matrix angepasst ist, um ein Ausgangssignal auszugeben, das durch die erkannte reflektierte Impulsfolge bestimmt wird; – einen ersten Prozessorschaltkreis (8), der angepasst ist, um die von den Pixeln der Matrix (13) stammenden Ausgangssignale so zu verarbeiten, dass er einen gemittelten Abstand (d_berechnet) zu dem Objekt (O) berechnet, der auf dem Mittelwert der von den Pixeln (14) stammenden Ausgangssignale basiert, wobei der gemittelte Abstand auf Basis von Messungen der Laufzeit (TOF) zwischen der emittierten Impulsfolge (T1) und der erkannten reflektierten Impulsfolge (T2) berechnet wird, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) am Ausgang ein gemitteltes Abstandssignal ausgibt, das zu dem gemittelten Abstand (d_berechnet) proportional ist; – einen zweiten Prozessorschaltkreis (9), der angepasst ist, um das gemittelte Abstandssignal (d_berechnet), oder eine Funktion davon, mit einem ersten Schwellenabstandswert (d_{Schwellenwert1}, d_{Schwellenwert2}) zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts (O) innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der erste Schwellenabstandswert anzeigt.
Sensor (1) mit Hintergrundausblendung, umfassend: – einen Sender elektromagnetischer Strahlung (4), der angepasst ist, um eine Impulsfolge (T1) elektromagnetischer Strahlung in Richtung eines Objekts (O) zu emittieren, das die emittierte Impulsfolge reflektiert, wodurch eine reflektierte Impulsfolge elektromagnetischer Strahlung (T2) erzeugt wird; – einen Empfänger elektromagnetischer Strahlung (6), der eine Matrix (13) von Pixeln (14) umfasst, die gegenüber der elektromagnetischen Strahlung empfindlich sind, wobei die Matrix maximale Abmessungen von 10×10 Pixeln hat, wobei der Empfänger (6) angepasst ist, um die reflektierte Impulsfolge (T2) zu empfangen, und wobei jedes Pixel (14) der Matrix angepasst ist, um ein Ausgangssignal auszugeben, das durch die erkannte reflektierte Impulsfolge bestimmt wird; – einen ersten Prozessorschaltkreis (8), der angepasst ist, um die von den Pixeln (14) der Matrix stammenden Ausgangssignale so zu verarbeiten, dass er eine Vielzahl von Abständen (d_berechneti) zu dem Objekt (O) berechnet, die auf den von den Pixeln stammenden Ausgangssignalen basiert, wobei jeder der Abstände der Vielzahl auf Basis von Messungen der Laufzeit (TOF) zwischen der emittierten Impulsfolge (T1) und der erkannten reflektierten Impulsfolge (T2) berechnet wird, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) am Ausgang eine Vielzahl von Abstandssignalen ausgibt, wobei jedes Abstandssignal zu dem berechneten Abstand (d_berechneti) proportional ist; – einen zweiten Prozessorschaltkreis (9), der angepasst ist, um mindestens eines der Abstandssignale, oder eine Funktion davon, mit einem ersten Schwellenabstandswert (d_{Schwellenwert1}, d_{Schwellenwert2}) zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts (O) innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der erste Schwellenabstandswert anzeigt.
Sensor (1) nach Anspruch 1, wobei ein zweiter Prozessorschaltkreis (9) angepasst ist, um das gemittelte Abstandssignal (d_berechnet) mit einem ersten und einem zweiten Schwellenabstandswert (d_{Schwellenwert1}, d_{Schwellenwert2}) zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie die Differenz zwischen dem ersten Schwellenabstandswert und dem zweiten Schwellenwert anzeigt.
Sensor (1) nach Anspruch 2, wobei der zweite Prozessorschaltkreis (9) angepasst ist, um sämtliche Abstandssignale (d_berechneti), die von dem ersten Prozessorschaltkreis (8) stammen, mit dem ersten Schwellenabstandswert (d_{Schwellenwert1}, d_{Schwellenwert2}) zu vergleichen, und angepasst ist, um das Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit nur dann auszugeben, wenn mindestens eine bestimmte Anzahl von Abstandssignalen die Anwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb des Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie der erste Schwellenabstandswert anzeigt.
Sensor (1) nach Anspruch 2 oder 4, wobei der zweite Prozessorschaltkreis (9) angepasst ist, um mindestens eines der Abstandssignale (d_berechneti) mit einem ersten und einem zweiten Schwellenabstandswert (d_{Schwellenwert1}, d_{Schwellenwert2}) zu vergleichen und um in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs ein Signal auszugeben, das die Anwesenheit/Abwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb eines Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie die Differenz zwischen dem ersten Schwellenabstandswert und dem zweiten Schwellenabstandswert anzeigt.
Sensor (1) nach Anspruch 5, wobei der zweite Prozessorschaltkreis (9) angepasst ist, um sämtliche Abstandssignale (d_berechneti), die von dem ersten Prozessorschaltkreis stammen, mit dem ersten Wert und dem zweiten Schwellenabstandswert (d_{Schwellenwert1}, d_{Schwellenwert2}) zu vergleichen, und angepasst ist, um das Signal für die Anwesenheit/Abwesenheit nur dann auszugeben, wenn mindestens eine bestimmte Anzahl von Abstandssignalen die Anwesenheit des Objekts innerhalb oder außerhalb des Raumbereichs mit gleicher Ausdehnung wie die Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Schwellenabstandswert anzeigt.
Sensor (1) nach Anspruch 2 und 4 bis 6, wobei der zweite Prozessorschaltkreis (9) angepasst ist, um ein Signal, das durch die Vielzahl von Abstandssignalen bestimmt wird, mit dem ersten Schwellenabstandswert zu vergleichen.
Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Ansteuerschaltkreis (12), um den Sender elektromagnetischer Strahlung (4) so anzusteuern, dass er die Impulsfolge (T1) emittiert.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (13) der Pixel (14) und der erste Prozessorschaltkreis (8) in einem integrierten monolithischen Schaltkreis (2) integriert sind.
Sensor (1) nach Anspruch 8, wobei der Ansteuerschaltkreis (12), die Pixelmatrix (13) und der erste Prozessorschaltkreis (8) in einem integrierten monolithischen Schaltkreis (2) integriert sind.
Sensor (1) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Matrix (13) der Pixel (14) eine lichtempfindliche Zone umfasst, wobei die lichtempfindliche Zone auf einer Seite des integrierten Schaltkreises (2) angeordnet ist, die einer Seite gegenüberliegt, auf welcher der erste Prozessorschaltkreis (8) und/oder der Ansteuerschaltkreis (12) angeordnet sind.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Matrix (13) der Pixel (14) einen Bildsensor des CCD-Typs (Charge-Coupled Device) umfasst.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, wobei die Matrix (13) der Pixel (14) einen Bildsensor des CMOS-Typs umfasst.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sender elektromagnetischer Strahlung (4) einen Laser umfasst.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 13, wobei der Sender elektromagnetischer Strahlung (4) eine LED (Light Emitting Diode) umfasst.
Sensor (1) nach Anspruch 15, wobei der Sender elektromagnetischer Strahlung (4) eine Vielzahl von LEDs umfasst.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sender elektromagnetischer Strahlung (4) angepasst ist, um eine elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich des sichtbaren Lichts zu emittieren.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 16, wobei der Sender elektromagnetischer Strahlung (4) angepasst ist, um eine elektromagnetische Strahlung in einem Wellenlängenbereich des infraroten Lichts (IR) zu emittieren.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sensor einen Träger (11 umfasst, wobei der Sender und der Empfänger elektromagnetischer Strahlung (4, 6) auf demselben Träger (11) angeordnet sind.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Hilfs-Ansteuerschaltkreis, der angepasst ist, um den Sender elektromagnetischer Strahlung (4) so anzusteuern, dass er die Impulsfolge (T2) emittiert, wobei der Hilfs-Ansteuerschaltkreis dem zweiten Prozessorschaltkreis (9) zugeordnet ist.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) angepasst ist, um, zusätzlich zu dem Abstandssignal, ein Signal für die Zuverlässigkeit des berechneten Abstandswerts auszugeben.
Sensor (1) nach Anspruch 21, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) angepasst ist, um eine Expositionszeit des Empfängers elektromagnetischer Strahlung (6) aufrechtzuerhalten, in der das von den Pixeln stammende Signal integriert ist, im Wesentlichen konstant ist und nicht höher als ein vorübergehender Schwellenwert ist, unabhängig von dem Zuverlässigkeitssignal.
Sensor (1) nach Anspruch 21, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) angepasst ist, um eine Expositionszeit des Empfängers elektromagnetischer Strahlung (6) zu verändern, in der das von den Pixeln stammende Signal so integriert ist, dass das Zuverlässigkeitssignal konstant oder nicht unter einem Zuverlässigkeitsschwellenwert gehalten wird.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, umfassend einen Temperatursensor und wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) angepasst ist, um am Ausgang ein Signal auszugeben, das durch die Temperatur einer Umgebung um den Temperatursensor herum bestimmt wird.
Sensor (1) nach Anspruch 24, der von Anspruch 9 abhängt, wobei der Temperatursensor in dem integrierten Schaltkreis enthalten ist.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Prozessorschaltkreis (8) angepasst ist, um am Ausgang ein Signal auszugeben, das durch den Helligkeitspegel einer Umgebung um den Sensor (1) herum bestimmt wird.
Sensor (1) nach Anspruch 24, 25 oder 26, wobei der zweite Prozessorschaltkreis (9) angepasst ist, um das Signal, das durch die Temperatur bestimmt wird, und/oder das Signal, das durch den Helligkeitspegel bestimmt wird, so zu verarbeiten, dass das Abstandssignal kompensiert wird.
Sensor (1) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Prozessorschaltkreis (9) einen Speicher umfasst, wobei der Speicher eine Tabelle mit Kompensierungswerten umfasst, die angepasst sind, um Verzerrungen in dem Abstandssignal zu kompensieren, das von dem ersten Prozessorschaltkreis (8) stammt.