DE202017103345U1 - Tasting light grid for detecting objects - Google Patents

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Abstract

Tastendes Lichtgitter (10) zur Erfassung von Objekten (20a-c) in einem Überwachungsbereich (12) mittels einer Vielzahl zueinander paralleler Überwachungsstrahlen (24a-c), das mindestens einen Lichtsender (14) zum Aussenden von Sendelicht (18), eine Vielzahl von Lichtempfängern (26) zum Empfangen des von den Objekten reflektierten Sendelichts als jeweils ein Überwachungsstrahl (24a-c) sowie eine Steuer- und Auswertungseinheit (28) aufweist, welche die Objekte (20a-c) anhand von jeweiligen Empfangssignalen der Lichtempfänger (26) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mehr Lichtempfänger (26) vorgesehen sind als Lichtsender (14) und dass mehrere Überwachungsstrahlen (24a-c) durch denselben Lichtsender (14) erzeugt sind.

Figure DE202017103345U1_0000
Tasting light grid (10) for detecting objects (20a-c) in a monitoring area (12) by means of a plurality of mutually parallel monitoring beams (24a-c), the at least one light transmitter (14) for emitting transmitted light (18), a plurality of Light receivers (26) for receiving the transmitted light reflected from the objects as a respective monitoring beam (24a-c) and a control and evaluation unit (28) which detects the objects (20a-c) based on respective received signals of the light receiver (26) , characterized in that more light receivers (26) are provided as light emitter (14) and that a plurality of monitoring beams (24a-c) are generated by the same light emitter (14).
Figure DE202017103345U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein tastendes Lichtgitter zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mittels einer Vielzahl zueinander paralleler Überwachungsstrahlen nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a momentary light grid for detecting objects in a surveillance area by means of a plurality of mutually parallel monitoring beams according to the preamble of claim 1.

Lichtgitter werden in der Automatisierungstechnik zur Vermessung von Objekten eingesetzt, um die Position und Ausdehnung von Objekten anhand der Position und Anzahl unterbrochener Strahlen zu messen. Beispielsweise kann auf diesem Weg die Höhe von auf einem Förderband bewegten Objekten bestimmt werden. In der Sicherheitstechnik dienen die parallelen Lichtstrahlen als eine Art virtuelle Wand, und bei Unterbrechung durch ein Objekt wird beispielsweise eine Gefahrenquelle abgesichert.Light grids are used in automation technology to measure objects in order to measure the position and extent of objects based on the position and number of intermittent beams. For example, the height of objects moved on a conveyor belt can be determined in this way. In safety engineering, the parallel light beams serve as a kind of virtual wall, and when interrupted by an object, for example, a source of danger is secured.

Die meisten Lichtgitter umfassen eine Vielzahl von Sendern und zugeordneten Empfängern, so dass jeweils ein Paar aus einem Sender und einem Empfänger eine Lichtschranke bildet, die erkennt, ob der zwischen dem Sender und dem Empfänger aufgespannte Lichtstrahl von einem Objekt unterbrochen ist oder nicht. Die Sender und Empfänger sind jeweils in einer Sendeeinheit und einer Empfangseinheit zusammengefasst, die einander gegenüber montiert werden.Most light curtains comprise a plurality of transmitters and associated receivers, so that a respective pair of transmitters and receivers forms a light barrier which detects whether the light beam spanned between the transmitter and the receiver is interrupted by an object or not. The transmitters and receivers are each combined in a transmitting unit and a receiving unit, which are mounted opposite each other.

Lichtgitter können mehrere hundert Lichtstrahlen umfassen, die auch als Überwachungsstrahlen oder Kanäle bezeichnet werden. Um die Justageanforderungen handhabbar zu halten, werden zwar strahlformende Optiken zur Begrenzung des jeweiligen Sende- und Empfangsstrahls genutzt. Sie sind aber so ausgelegt, dass bei üblichen Abständen zwischen Sendeeinheit und Empfangseinheit ein Empfänger Sendelicht nicht nur von dem zugeordneten Sender, sondern auch von dessen Nachbarn empfängt. Für eine eindeutige Kanalzuordnung werden dann Sender und Empfänger zyklisch und paarweise aktiviert. Dennoch ist zumindest in Winkelrichtung noch eine korrekte Justage erforderlich.Light grids can comprise several hundred light beams, which are also referred to as monitoring beams or channels. In order to keep the adjustment requirements manageable, although beam-shaping optics are used to limit the respective transmit and receive beam. However, they are designed so that at usual distances between transmitting unit and receiving unit a receiver receives transmitted light not only from the associated transmitter, but also from its neighbors. For a unique channel assignment, the sender and receiver are then activated cyclically and in pairs. Nevertheless, at least in the angular direction still a correct adjustment is required.

Sogenannte tastende Lichtgitter sind eine spezielle Bauform, bei der Sende- und Empfangseinheit zusammengefasst sind. Es wird also nicht überwacht, ob ein Lichtstrahl zwischen einem Sender und einem gegenüberliegenden Empfänger durch ein Objekt unterbrochen ist. Stattdessen wird nach dem Tastprinzip ein Lichtstrahl ausgesandt und am selben Ort wieder empfangen, sofern sich ein Objekt im Lichtstrahl befindet, das den Lichtstrahl reflektiert. Dabei wird in dieser Beschreibung vereinfachend zwischen gerichteter Reflexion und diffuser Remission nicht unterschieden.So-called momentary light grids are a special design in which the transmitting and receiving unit are combined. It is therefore not monitored whether a light beam between a transmitter and an opposite receiver is interrupted by an object. Instead, a light beam is emitted and received again at the same location, provided that an object is located in the light beam that reflects the light beam. In this description, a simplified distinction between directional reflection and diffuse remission is not made in this description.

Ein tastendes Lichtgitter kann zusätzlich zur reinen Anwesenheitsfeststellung auch den Abstand des angetasteten Objekts in einem Lichtlaufzeitverfahren messen. Man unterscheidet hier Pulslaufzeitverfahren, in denen ein kurzer Lichtpuls ausgesandt und die Zeit bis zum Empfang des reflektierten Lichtpulses gemessen wird, und Phasenverfahren, in denen Sendelicht amplitudenmoduliert und eine Phasenverschiebung zwischen Sende- und Empfangslicht bestimmt wird, wobei die Phasenverschiebung ebenfalls ein Maß für die Lichtlaufzeit ist. Die Grenze zwischen den beiden Verfahren lässt sich aber nicht immer scharf ziehen, denn etwa bei komplexen Pulsmustern wird ein Pulslaufzeitverfahren einem Phasenverfahren ähnlicher als einer klassischen Einzelpulsmessung.A momentary light grid can also measure the distance of the touched object in a light transit time method in addition to the pure presence detection. Here, a distinction is made between pulse transit time methods in which a short light pulse is emitted and the time until reception of the reflected light pulse is measured, and phase methods in which transmitted light is amplitude modulated and a phase shift between transmitted and received light is determined, the phase shift also being a measure of the light transit time is. However, the boundary between the two methods can not always be drawn sharply, because, for example, in the case of complex pulse patterns, a pulse transit time method is more similar to a phase method than to a classical single pulse measurement.

Um auch geringe Empfangsintensitäten nachweisen zu können, können als Lichtempfänger Lawinenphotodioden (APD, Avalanche Photo Diode) eingesetzt werden. Das einfallende Licht löst hier einen kontrollierten Lawinendurchbruch (Avalanche Effect) aus. Dadurch werden die durch einfallende Photonen erzeugten Ladungsträger vervielfacht, und es entsteht ein Photostrom, der zu der Lichtempfangsintensität proportional, dabei aber wesentlich größer ist als bei einer einfachen PIN-Diode.In order to be able to detect even low reception intensities, avalanche photodiodes (APD, avalanche photo diode) can be used as the light receiver. The incident light triggers a controlled avalanche breakdown. As a result, the charge carriers generated by incident photons are multiplied, and there is a photocurrent, which is proportional to the light receiving intensity, but much larger than a simple PIN diode.

Eine noch größere Empfindlichkeit wird mit Lawinenphotodioden erreicht, die im sogenannten Geiger-Modus betrieben werden (SPAD, Single Photon Avalanche Diode). Hierbei wird die Lawinenphotodiode oberhalb der Durchbruchspannung vorgespannt, so dass bereits ein einziger, durch ein einzelnes Photon freigesetzter Ladungsträger eine nicht mehr kontrollierte Lawine auslösen kann, die dann aufgrund der hohen Feldstärke sämtliche verfügbaren Ladungsträger rekrutiert. Danach kommt die Lawine zum Erliegen (passive quenching) und steht für eine gewisse Totzeit nicht mehr zur Detektion zur Verfügung. Alternativ ist auch bekannt, die Lawine von außen zu erkennen und zu löschen (active quenching).An even greater sensitivity is achieved with avalanche photodiodes, which are operated in the so-called Geiger mode (SPAD, Single Photon Avalanche Diode). Here, the avalanche photodiode is biased above the breakdown voltage, so that even a single, released by a single photon charge carrier can trigger a no longer controlled avalanche, which then recruits all available charge carriers due to the high field strength. Then the avalanche comes to a standstill (passive quenching) and is no longer available for detection for a certain dead time. Alternatively, it is also known to detect and extinguish the avalanche from the outside (active quenching).

Eine SPAD zählt somit wie ein Geigerzähler Einzelereignisse. SPADs sind nicht nur hochempfindlich, sondern auch vergleichsweise kostengünstig und effizient in Silizium-Halbleitern zu integrieren. Weiter lassen sie sich dann mit wenig Aufwand auf einer Leiterkarte integrieren. Eine Besonderheit ist die Tatsache, dass auch ein minimales Störereignis, wie ein Fremdlichtphoton oder Dunkelrauschen, das gleiche maximale Empfangssignal erzeugt wie ein Nutzlichtsignal.A SPAD thus counts as a Geiger counter individual events. Not only are SPADs highly sensitive, but they are also comparatively inexpensive and efficient to integrate into silicon semiconductors. Next, they can then be integrated with little effort on a printed circuit board. A special feature is the fact that even a minimal disturbance event, such as an extraneous light photon or dark noise, generates the same maximum received signal as a useful light signal.

Aus der EP 3 091 272 A1 ist ein tastendes Lichtgitter bekannt, dessen Lichtempfänger eine Einzelphotonenlawinendiode aufweist. Dieses Lichtgitter nutzt aber weiterhin jeweils einen Lichtsender pro Lichtempfänger. In einer Ausführungsform mit einem Array von Einzelphotonenlawinendioden werden deren Signale kombiniert, ohne dabei aber zwischen Einzelphotonenlawinendioden mit Nutzlicht und ohne Nutzlicht zu unterscheiden.From the EP 3 091 272 A1 For example, a momentary light grid is known whose light receiver has a single photon avalanche diode. However, this light grid still uses one light transmitter per light receiver. In one embodiment, with an array of single photon avalanche diodes, their signals are combined but without intervening Single photon avalanche diodes with useful light and without useful light to distinguish.

In der EP 1 906 368 A1 ist ein Ausrichtverfahren für ein Lichtgitter beschrieben, das eine Lichtempfangseinheit mit einer Matrixanordnung von Photodioden aufweist. Es werden dann jeweils Photodioden zu einem gemeinsamen Verarbeitungsbereich zusammengefasst, beispielsweise diejenigen, die von einem Lichtsignal getroffen werden, sowie die übrigen Photodioden. Es handelt sich dabei nicht um ein tastendes, sondern ein klassisches Lichtgitter mit einander gegenüberliegenden Lichtsendern und Lichtempfängern.In the EP 1 906 368 A1 For example, an alignment method for a light grid having a light receiving unit with a matrix array of photodiodes is described. Photodiodes are then combined in each case to form a common processing region, for example those which are hit by a light signal, as well as the other photodiodes. It is not a groping, but a classic light grid with opposing light emitters and light receivers.

Die EP 1 947 481 B1 offenbart ein Lichtgitter, das eine strenge Begrenzung der Überwachungsstrahlen zur Vermeidung von Umspiegelungen allein durch Auslegung der Empfangsoptik erreicht. Auch dies ist ein klassisches Lichtgitter.The EP 1 947 481 B1 discloses a light grid which achieves a strict limitation of the surveillance beams to avoid reflections only by designing the receiving optics. This too is a classic light grid.

Die EP 1 927 867 B1 befasst sich mit einem Mehrebenensensor. Dabei sind eine Vielzahl von Zeilenkameras mit jeweils eigener Beleuchtung in einem bestimmten Rasterabstand übereinander angeordnet. Das führt zu einem recht aufwändigen Aufbau.The EP 1 927 867 B1 deals with a multilevel sensor. In this case, a plurality of line scan cameras, each with its own illumination, are arranged one above the other at a certain grid spacing. This leads to a rather complex structure.

Weiterhin bekannt sind 3D-Kameras, die auf einem Lichtlaufzeitverfahren basieren, etwa aus der DE 197 57 595 C2 . 3D-Kameras und Lichtgitter unterscheiden sich aber erheblich in Aufbau und Anwendungsfeld.Also known are 3D cameras based on a light transit time method, such as the DE 197 57 595 C2 , However, 3D cameras and light grids differ considerably in structure and field of application.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein tastendes Lichtgitter zu verbessern.It is therefore an object of the invention to improve a momentary light grid.

Diese Aufgabe wird durch ein tastendes Lichtgitter zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich mittels einer Vielzahl zueinander paralleler Überwachungsstrahlen nach Anspruch 1 gelöst. Wie in einem tastenden Lichtgitter üblich, wird von mindestens einem Lichtsender Sendelicht ausgesandt und, falls es auf ein Objekt trifft, zu einem Lichtempfänger reflektiert, der sich bezüglich des Überwachungsbereichs auf derselben Seite befindet wie der Lichtsender. Eine Steuer- und Auswertungseinheit wertet das jeweilige Empfangssignal der Lichtempfänger aus. Je nach Ausführungsform wird dabei beispielsweise summarisch erkannt, ob sich ein Objekt im Überwachungsbereich befindet, oder es wird anhand der betroffenen Überwachungsstrahlen die Position beziehungsweise Größe des Objekts gemessen.This object is achieved by a momentary light grid for detecting objects in a surveillance area by means of a plurality of mutually parallel monitoring beams according to claim 1. As is common in a momentary light grid, at least one light transmitter transmits transmitted light and, if it encounters an object, reflects to a light receiver which is located on the same side as the light transmitter with respect to the surveillance area. A control and evaluation unit evaluates the respective received signal of the light receiver. Depending on the embodiment, it is, for example, summarily detected whether an object is located in the monitoring area, or the position or size of the object is measured on the basis of the monitoring beams concerned.

Die Erfindung geht nun von dem Grundgedanken aus, die übliche paarweise Anordnung von Lichtsender und Lichtempfänger für einen Überwachungsstrahl aufzugeben. Stattdessen werden mehrere Überwachungsstrahlen durch denselben Lichtsender erzeugt. Es wird dabei ein Lichtstrahl oder Lichtfächer ausgesandt, der einen größeren Winkelbereich ausleuchtet. Daraus schneiden sich gewissermaßen mehrere Lichtempfänger ihre jeweiligen Überwachungsstrahlen heraus. Dabei erzeugen mehrere Lichtempfänger ihr Empfangssignal aus dem reflektierten Sendelicht desselben Lichtsenders. Dementsprechend gibt es mehr Lichtempfänger als Lichtsender, insbesondere um einen ganzzahligen Faktor mehr, d.h. es ist jeweils ein Lichtsender zwei, drei oder noch mehr Lichtempfängern zugeordnet.The invention is based on the basic idea of abandoning the usual pairwise arrangement of light transmitter and light receiver for a monitoring beam. Instead, multiple monitor beams are generated by the same light emitter. In this case, a light beam or light fan is emitted, which illuminates a larger angular range. From this, as it were, several light receivers intersect their respective monitoring beams. Several light receivers generate their received signal from the reflected transmitted light of the same light transmitter. Accordingly, there are more light receivers than light emitters, in particular by an integer factor more, i. in each case one light transmitter is assigned to two, three or even more light receivers.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Aufbau des Lichtgitters deutlich vereinfacht wird. Es entfällt eine Vielzahl von Lichtsendern. Durch das Tastprinzip wird auch vor Ort deutlich weniger Bauraum benötigt, denn es muss keine Empfängereinheit montiert werden. Die Justage bei der Installation entfällt weitgehend, insbesondere eine gegenseitige Justage einer Sende- und Empfangseinheit. Das Lichtgitter muss lediglich in der richtigen Höhe und mit einer Ausrichtung angebracht werden, welche der gewünschten Überwachung entspricht. Auch die Justierung der Komponenten innerhalb des Lichtgitters kann in noch zu erläuternden besonderen Ausführungsformen erheblich vereinfacht werden.The invention has the advantage that the structure of the light grid is significantly simplified. It eliminates a variety of light emitters. The touch principle also requires significantly less installation space on site, as no receiver unit has to be mounted. The adjustment during installation largely eliminated, in particular a mutual adjustment of a transmitting and receiving unit. The light grid must only be mounted at the correct height and with an orientation that corresponds to the desired monitoring. Also, the adjustment of the components within the light grid can be considerably simplified in particular embodiments to be explained.

Vorzugsweise ist nur ein Lichtsender vorgesehen. In dieser Ausführungsform werden besonders viele Lichtsender eingespart. Das übliche Konzept von Paaren von Lichtsendern und Lichtempfängern ist gänzlich aufgehoben, ein und derselbe Lichtsender ist für alle Lichtempfänger zuständig. Die Überwachungsstrahlen entstehen erst empfangsseitig. Ein einziger Lichtsender schließt aber nicht mehrere Lichtquellen aus, um eine höhere optische Ausgangsleistung zu erzielen, beispielsweise durch ein Array von Lichtquellen wie ein VCSEL-Array. Auch ein solcher Lichtsender ist immer noch für alle praktischen Belange des Lichtgitters als weitgehend punktförmig anzusehen.Preferably, only one light transmitter is provided. In this embodiment, especially many light transmitters are saved. The usual concept of pairs of light emitters and light receivers is completely canceled, one and the same light emitter is responsible for all light receivers. The monitoring beams are produced only at the receiving end. However, a single light emitter does not exclude multiple light sources to achieve higher optical output power, such as through an array of light sources such as a VCSEL array. Even such a light transmitter is still considered to be largely punctiform for all practical purposes of the light grid.

Die Lichtempfänger sind bevorzugt zueinander um mindestens einen Millimeter beabstandet. Der Abstand der Lichtempfänger und damit der Überwachungsstrahlen bestimmt das Auflösungsvermögen des Lichtgitters, das demensprechend bei einem Millimeter liegt, in anderen Ausführungsformen auch einen Wert von einigen Millimetern oder sogar Zentimetern, umgekehrt auch von weniger als einem Millimeter. Aufgrund der parallelen Überwachungsstrahlen ist das Auflösungsvermögen innerhalb des Überwachungsbereichs des Lichtgitters überall gleich, ganz anders als beispielsweise bei einer Kamera. Bei in der Sicherheitstechnik eingesetzten Lichtgittern entsprechen die Abstände einer Vorgabe einer Sicherheitsnorm, etwa 7-10 mm für Fingerschutz, 10-20mm für Armschutz oder 30-38mm für Beinschutz.The light receivers are preferably spaced from each other by at least one millimeter. The distance of the light receiver and thus the monitoring beams determines the resolution of the light grid, which is demensprechend at one millimeter, in other embodiments, a value of a few millimeters or even centimeters, conversely, less than one millimeter. Due to the parallel monitoring beams, the resolution within the monitored area of the light grid is the same everywhere, unlike, for example, a camera. For light curtains used in safety technology, the distances correspond to the specification of a safety standard, for example 7-10 mm for finger protection, 10-20 mm for arm protection or 30-38 mm for leg protection.

Die Anordnung der Lichtempfänger weist bevorzugt eine Längserstreckung von mindestens einem halben Meter, einem Meter oder mehreren Metern auf. Die Länge eines tastenden Lichtgitters ist anders als die typische kleine Dimensionierung einer Kamera im Prinzip nicht beschränkt. Je nach Öffnungswinkel des Lichtsenders oder der Lichtsender kann sich ein gewisser Totbereich in der Nahzone ergeben. Das lässt sich durch große Öffnungswinkel oder einen versenkten Einbau des Lichtsenders in ein Lichtgittergehäuse auffangen, oder es wird bei Messanwendungen hingenommen. Die Längserstreckung entspricht der Ausdehnung des Überwachungsbereichs in Höhenrichtung, oder der entsprechenden Richtung bei nicht vertikaler Montage des Lichtgitters. In lateraler Richtung ist der Überwachungsbereich nicht scharf begrenzt, da auch aus großen Entfernungen noch gewisse Lichtanteile reflektiert werden können. Hier wird eine Reichweite spezifiziert, aus der Objekte noch zuverlässig erfasst werden. The arrangement of the light receiver preferably has a longitudinal extent of at least half a meter, one meter or several meters. The length of a grooving light grid, unlike the typical small dimensions of a camera, is not limited in principle. Depending on the opening angle of the light emitter or the light emitter, a certain dead zone in the near zone may result. This can be absorbed by large opening angles or a recessed mounting of the light emitter in a light curtain housing, or it is accepted in measurement applications. The longitudinal extent corresponds to the extent of the monitoring area in the height direction, or the corresponding direction in the case of non-vertical mounting of the light grid. In the lateral direction of the surveillance area is not sharply defined, as even from large distances still some light components can be reflected. Here, a range is specified from which objects are still reliably detected.

Den Lichtempfängern ist bevorzugt jeweils eine Empfangsoptik mit einem kleinen Empfangswinkel zugeordnet. Da ein Lichtsender für mehrere Lichtempfänger zuständig ist, trägt der Lichtsender wenig zur Abgrenzung von Überwachungsstrahlen bei. Eine stark begrenzende Empfangsoptik unterteilt das Sendelicht in die Überwachungsstrahlen. Damit es nicht zu unerwünschtem Übersprechen zwischen Kanälen kommt, d.h. einem Registrieren von Sendelicht in einem nicht zuständigen Lichtempfänger, werden die Lichtempfänger trotz Empfangsoptiken mit engem Empfangswinkel vorzugsweise zyklisch nacheinander aktiviert.The light receivers are preferably each associated with a receiving optical system with a small receiving angle. Since a light transmitter is responsible for several light receivers, the light emitter contributes little to the demarcation of surveillance beams. A strongly limiting receiving optics subdivides the transmitted light into the monitoring beams. To prevent unwanted crosstalk between channels, i. E. registering transmission light in a non-responsible light receiver, the light receivers are preferably cyclically activated one after the other despite receiving optics with a narrow reception angle.

Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, aus einer Lichtlaufzeit des Sendelichts einen Abstand erfasster Objekte zu bestimmen. Damit wird nicht nur die laterale Position und Ausdehnung erfasster Objekte anhand der betroffenen Überwachungsstrahlen, sondern auch die Kontur in Strahlrichtung vermessen. Das ausgesandte Lichtsignal weist dazu noch bevorzugter einen Lichtpuls auf. Der Sensor misst also Entfernungen nach dem Pulsverfahren. Dabei sind auch kompliziertere Formen wie Doppelpulse oder sogar Pulscodes denkbar. Es können auch mehrere Lichtpulse nacheinander ausgesandt, empfangen und die jeweiligen Einzelergebnisse gemeinsam statistisch ausgewertet werden, etwa in einem Pulsmittelungsverfahren. Alternativ ist ein Phasenverfahren denkbar.The control and evaluation unit is preferably designed to determine a distance of detected objects from a light transit time of the transmitted light. Thus, not only the lateral position and extent of detected objects is measured on the basis of the affected monitoring beams, but also the contour in the beam direction. The emitted light signal more preferably has a light pulse. The sensor thus measures distances according to the pulse method. Even more complicated forms such as double pulses or even pulse codes are conceivable. It is also possible for a plurality of light pulses to be transmitted one after the other, received, and the respective individual results jointly evaluated statistically, for example in a pulse averaging process. Alternatively, a phase method is conceivable.

Die Lichtempfänger weisen bevorzugt jeweils mindestens ein Lawinenphotodiodenelement auf, das mit einer Vorspannung oberhalb einer Durchbruchspannung vorgespannt und somit in einem Geiger-Modus betrieben ist. Die hohe Empfindlichkeit solcher Lawinenphotodiodenelemente im Geiger-Modus oder SPADs ist besonders vorteilhaft für ein tastendes Lichtgitter mit Distanzmessung.The light receivers preferably each have at least one avalanche photodiode element which is biased with a bias voltage above a breakdown voltage and thus operated in a Geiger mode. The high sensitivity of such avalanche photodiode elements in Geiger mode or SPADs is particularly advantageous for a momentum sensing grating with distance measurement.

Die Lichtempfänger weisen bevorzugt eine Vielzahl von Lawinenphotodiodenelementen auf, und die Steuer- und Auswertungseinheit ist für einen Einlernmodus ausgebildet, in dem der zu aktivierende Bereich des Lichtempfängers anhand der Position eines Lichtflecks eingelernt wird. Dadurch werden die Anforderungen an eine gegenseitige Ausrichtung von Lichtsendern und Lichtempfängern geringer beziehungsweise entsprechende Toleranzen werden kompensiert. Außerdem erhöht sich das Signal-Rausch-Verhältnis erheblich, weil nur noch Lawinenphotodiodenelemente zum Empfangssignal beitragen, auf die tatsächlich reflektiertes Sendelicht trifft. Die Aktivierung kann tatsächlich die physische Aktivierung betreffen, indem beispielsweise nur aktive Lawinenphotodiodenelemente mit einer Vorspannung insbesondere oberhalb der Durchbruchspannung versorgt werden. Für die verbesserte Justierung und Messgenauigkeit genügt aber, wenn Lawinenphotodiodenelemente, die nicht vom Lichtfleck getroffen werden, zu der Messung nicht beitragen, beispielsweise indem ihr Empfangssignal nicht ausgewertet wird.The light receivers preferably have a multiplicity of avalanche photodiode elements, and the control and evaluation unit is designed for a learning mode in which the region of the light receiver to be activated is taught in using the position of a light spot. As a result, the requirements for a mutual alignment of light emitters and light receivers are lower or corresponding tolerances are compensated. In addition, the signal-to-noise ratio increases significantly because only avalanche photodiode elements contribute to the received signal that is actually reflected by the transmitted light. The activation may in fact relate to the physical activation, for example by supplying only active avalanche photodiode elements with a bias, in particular above the breakdown voltage. But for the improved adjustment and measurement accuracy is sufficient if avalanche photodiode elements that are not hit by the light spot, do not contribute to the measurement, for example, by their received signal is not evaluated.

Die Steuer- und Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die Lichtempfänger zyklisch durch Vorspannen von Lawinenphotodiodenelementen zu aktivieren. Der übliche Zyklus, mit dem die einzelnen Überwachungsstrahlen nacheinander auf die Erfassung von Objekten geprüft werden, ist somit auf besondere Weise über die Vorspannung gesteuert. Das verringert die Leistungsaufnahme und verhindert, dass sich SPADs schon vor der eigentlichen Messung innerhalb ihres Zyklus' in ihrer Totzeit befinden, beispielsweise aufgrund einer durch Dunkelrauschen ausgelösten Lawine.The control and evaluation unit is preferably designed to activate the light receivers cyclically by biasing avalanche photodiode elements. The usual cycle, with which the individual monitoring beams are checked successively for the detection of objects, is thus controlled in a special way via the bias voltage. This reduces power consumption and prevents SPADs from being dead in their cycle even before the actual measurement, for example due to an avalanche caused by dark noise.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in:

  • 1 eine schematische Schnittdarstellung eines Lichtgitters;
  • 2 ein vereinfachtes Ersatzschaltbild einer Lawinenphotodiode im Geiger-Modus; und
  • 3 eine schematische Draufsicht auf einen Lichtempfänger zur Erläuterung des Einlernens eines Empfangslichtflecks.
The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:
  • 1 a schematic sectional view of a light grid;
  • 2 a simplified equivalent circuit of an avalanche photodiode in Geiger mode; and
  • 3 a schematic plan view of a light receiver for explaining the learning of a received light spot.

1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung einer Ausführungsform eines tastenden Lichtgitters 10 zur Objekterfassung, Positionserkennung oder Vermessung. Entsprechend dem Tastprinzip ist das Lichtgitter 10 seitlich ohne ein gegenüberliegendes empfangendes Gegenstück an seinem Überwachungsbereich 12 angeordnet. Ein Lichtsender 14 mit einer Sendeoptik 16 erzeugt Sendelicht 18 im sichtbaren oder nicht sichtbaren, insbesondere infraroten Spektrum. In der dargestellten Ausführungsform ist der Öffnungswinkel groß genug, um schon nach kurzem Abstand den Überwachungsbereich 12 auszuleuchten. Ein noch größerer Öffnungswinkel mit entsprechend verkleinertem nicht ausgeleuchtetem Nahbereich wäre denkbar, führt aber zugleich zu stärkeren Lichtverlusten durch Beleuchten von Regionen außerhalb des Überwachungsbereichs 12. 1 shows a schematic cross-sectional view of an embodiment of a grooving light grid 10 for object detection, position detection or surveying. According to the scanning principle is the light grid 10 laterally without an opposite receiving counterpart at its surveillance area 12 arranged. A light transmitter 14 with a transmission optics 16 generates transmitted light 18 in the visible or invisible, especially infrared spectrum. In the illustrated Embodiment, the opening angle is large enough to the monitoring area after a short distance 12 illuminate. An even larger opening angle with a correspondingly reduced non-illuminated near area would be conceivable, but at the same time leads to greater light losses by illuminating regions outside the monitoring area 12 ,

Trifft das Sendelicht 18 in dem Überwachungsbereich 18 auf ein Objekt 20a-c, so wird ein Anteil zum Lichtgitter 10 reflektiert oder remittiert. Jeweilige Empfangsoptiken 22a-c leiten mittels geeigneter enger Empfangscharakteristik einen Ausschnitt des reflektierten Sendelichts als Überwachungsstrahl 24a-c auf einen zugehörigen Lichtempfänger 26. Die Empfangsoptiken 22a-c können entgegen der Darstellung weitere Elemente wie zusätzliche Linsen, Blenden und dergleichen umfassen und sorgen dafür, dass die Überwachungsstrahlen 22a-c ein gewünschtes Strahlprofil aufweisen. Es sind nur drei Empfangsoptiken 22a-c und Überwachungsstrahlen 24a-c dargestellt, tatsächlich soll vorzugsweise sämtlichen Lichtempfängern 26 eine gleiche Empfangsoptik 22a-c zugeordnet sein. Auch die Sendeoptik 16 kann komplizierter aufgebaut sein als gezeigt. Insbesondere sind zylindrische Eigenschaften der Abbildung sinnvoll, um das Sendelicht 12 auf den Überwachungsbereich zu konzentrieren.Meets the transmitted light 18 in the surveillance area 18 on an object 20a-c , so a share becomes a light grid 10 reflected or remitted. Respective receiver optics 22a-c direct a section of the reflected transmitted light as a monitoring beam by means of suitable narrow receiving characteristic 24a-c to an associated light receiver 26 , The receiving optics 22a-c may include other elements such as additional lenses, apertures and the like and ensure that the monitoring beams 22a-c have a desired beam profile. There are only three receiving optics 22a-c and surveillance beams 24a-c shown, in fact, should preferably all the light receivers 26 a same receiving optics 22a-c be assigned. Also the transmission optics 16 can be more complicated than shown. In particular, cylindrical properties of the image make sense to the transmitted light 12 to focus on the surveillance area.

Das Lichtgitter 10 in 1 weist nur einen einzigen Lichtsender 14 auf, beispielsweise eine LED oder eine Laserdiode. Die Überwachungsstrahlen 24a-c entstehen daraus erst empfangsseitig. Das ist eine bevorzugte Ausführungsform mit besonders wenigen Bauteilen. Um ausreichend Lichtleistung zu erhalten, kann der Lichtsender 14 mehrere LEDs oder Laserdioden aufweisen, beispielsweise ein VCSEL-Array. Es ist aber auch denkbar, abweichend von 1 mehrere Lichtsender 14 samt Sendeoptik 16 vorzusehen, die dann zueinander beabstandet längs der Anordnung der Lichtempfänger 26 verteilt werden, beispielsweise alle zwei, drei oder noch mehr Lichtempfänger 26 ein Lichtsender 14. Dadurch lassen sich dann auch sehr große Reichweiten des Lichtgitters 10 erzielen.The light grid 10 in 1 has only a single light transmitter 14 on, for example, an LED or a laser diode. The surveillance beams 24a-c arise from it only at the receiving end. This is a preferred embodiment with very few components. To get enough light output, the light transmitter can 14 have multiple LEDs or laser diodes, such as a VCSEL array. But it is also conceivable, deviating from 1 several light transmitters 14 including transmission optics 16 provide, which then spaced from each other along the arrangement of the light receiver 26 distributed, for example, every two, three or even more light receivers 26 a light transmitter 14 , As a result, very large ranges of the light grid can be achieved 10 achieve.

Wegen deren hoher Empfindlichkeit und Dynamikkompression weisen die Lichtempfänger 26 vorzugsweise ein Lawinenphotodiodenelement im Geiger-Modus (SPAD, Single Photon Avalanche Diode) auf. In 1 ist symbolisch jeweils eine Matrix als Lichtempfänger 26 dargestellt, weil in bevorzugter Ausführungsform eine SPAD-Matrix vorgesehen ist. Eine Vielzahl von SPADs ist wegen deren besonderen Eigenschaften zur statistischen Auswertung vorteilhaft. Außerdem ermöglicht dies ein Einlernen des Empfangslichtflecks, das später unter Bezugnahme auf 3 noch erläutert wird.Because of their high sensitivity and dynamic compression, the light receivers have 26 preferably avalanche photodiode element in Geiger mode (SPAD, Single Photon Avalanche Diode). In 1 is symbolically each a matrix as a light receiver 26 shown because in a preferred embodiment, a SPAD matrix is provided. A large number of SPADs is advantageous for statistical evaluation because of their special properties. In addition, this allows learning of the receiving light spot, which will be described later with reference to FIG 3 will be explained.

Eine Steuer- und Auswertungseinheit 28 ist mit dem Lichtsender 14 und den Lichtempfängern 26 verbunden. Dadurch kann das Sendelicht 18 gesteuert werden, beispielsweise in Form von kurzen Pulsen zu bestimmten Sendezeitpunkten. Außerdem kann die Steuer- und Auswertungseinheit 28 Lichtempfänger 26 zyklisch aktivieren, damit die Überwachungsstrahlen 24a-c voneinander getrennt bleiben, und auf die Empfangssignale der Lichtempfänger 26 zugreifen. Zumindest Teile der Steuer- und Auswertungseinheit 28 können auch mit den Lichtempfängern 26 auf einem gemeinsamen Chip integriert werden, dessen Fläche sich dann lichtempfindliche Bereiche der Lawinenphotodiodenelemente und einzelnen oder Gruppen von Lawinenphotodiodenelemente zugeordnete Schaltkreise zu deren Auswertung und Ansteuerung teilen.A control and evaluation unit 28 is with the light transmitter 14 and the light receivers 26 connected. This allows the transmitted light 18 be controlled, for example in the form of short pulses at certain transmission times. In addition, the control and evaluation unit 28 light receiver 26 cyclically activate, so that the monitoring beams 24a-c remain separated from each other, and on the received signals of the light receiver 26 access. At least parts of the control and evaluation unit 28 can also use the light receivers 26 integrated on a common chip whose area then share photosensitive areas of avalanche photodiode elements and individual or groups of avalanche photodiode elements associated circuits for their evaluation and control.

Eine sehr einfache Auswertung sieht lediglich einen Schwellwertvergleich der Empfangspegel vor, um binär zu erkennen, ob ein Objekt 20a-c erfasst wurde. Vorzugsweise wird aber auch der Abstand des jeweiligen Objekts 20a-c mit einem Lichtlaufzeitverfahren bestimmt. Dann wird in einer Situation wie in 1 erkannt, dass es mehrere Objekte 20a-c in unterschiedlichen Abständen gibt, beziehungsweise davon für das Lichtgitter ununterscheidbar ein gemeinsames Objekt mit entsprechender Kontur vermessen.A very simple evaluation provides only a threshold value comparison of the reception levels to detect in binary whether an object 20a-c was recorded. But preferably also the distance of the respective object 20a-c determined by a light transit time method. Then in a situation like in 1 recognized that there are several objects 20a-c at different distances, or indefinitely measure a common object with a corresponding contour for the light grid.

Für die Lichtlaufzeitmessung wird beispielsweise der Lichtsender 14 gepulst betrieben und mit einem TDCs (Time-to-Digital-Converter) die Zeitspanne bis zum Registrieren des reflektierten Sendelichts in dem Lichtempfänger 26 bestimmt. Je nach Ausführungsform werden die TDCs unmittelbar durch Signale zum Sende- und Empfangszeitpunkt gestartet und gestoppt, oder sie messen Zeitintervalle ab einem Referenzzeitpunkt beziehungsweise bis zu einem Referenzzeitpunkt, aus dem sich die eigentliche Lichtlaufzeit durch Differenzbildung ebenso ergibt. Sind SPAD-Matrizen als Lichtempfänger 26 vorgesehen, so kann die Lichtlaufzeit für einzelne SPADs, Gruppen von SPADs oder alle SPADs gemeinsam bestimmt werden. Die statistische Verrechnung ist aber nicht nur auf Ebene von Empfangssignalen durch Zusammenfassen von SPADs, sondern auch später auf Ebene von Lichtlaufzeiten denkbar. Die Messgenauigkeit kann zusätzlich zu der soeben erläuterten örtlichen statistischen Auswertung durch Messwiederholung und damit zeitliche statistische Auswertung weiter verbessert werden.For the time of flight measurement, for example, the light transmitter 14 pulsed operated and with a TDCs (Time-to-Digital Converter), the time to register the reflected transmitted light in the light receiver 26 certainly. Depending on the embodiment, the TDCs are started and stopped directly by signals at the time of transmission and reception, or they measure time intervals from a reference time point or up to a reference time point, from which the actual light transit time through subtraction also results. Are SPAD matrices as light receivers 26 provided, the light propagation time for individual SPADs, groups of SPADs or all SPADs can be determined together. However, statistical billing is conceivable not only on the level of received signals by combining SPADs, but also later on the level of light transit times. The measurement accuracy can be further improved in addition to the just described local statistical evaluation by repeated measurement and thus temporal statistical evaluation.

2 zeigt ein beispielhaftes vereinfachtes Ersatzschaltbild einer einzelnen Lawinenphotodiode im Geiger-Modus. In dem Lichtempfänger 26 eingesetzte Lawinenphotodioden im Geiger-Modus oder SPADs müssen keineswegs gerade in dieser Weise aufgebaut sein, folgen aber zumindest einem ähnlichen Grundprinzip. Weiterhin handelt es sich in der Praxis um ein Halbleiterbauteil, dessen nicht dargestellter Aufbau hier als bekannt vorausgesetzt wird. Die Lawinenphotodiode zeigt zum einen das Verhalten einer Diode 30. Sie hat eine Kapazität, die durch einen parallel geschalteten Kondensator 32 repräsentiert wird. Der mögliche Lawinendurchbruch erzeugt Ladungsträger, deren Ursprung in dem Ersatzschaltbild als Stromquelle 34 dargestellt wird. Der Lawinendurchbruch wird durch ein auftreffendes Photon 36 ausgelöst, wobei dieser Vorgang wie ein Schalter 38 wirkt. Es gibt dann verschiedene Möglichkeiten, das Ausgangssignal 40 zu betrachten, auf die hier nicht näher eingegangen wird. 2 shows an exemplary simplified equivalent circuit diagram of a single avalanche photodiode in Geiger mode. In the light receiver 26 avalanche photodiodes used in Geiger mode or SPADs do not necessarily have to be constructed in this way, but at least follow a similar basic principle. Furthermore, it is in the Practice around a semiconductor device, whose construction not shown here is assumed to be known. The avalanche photodiode shows the behavior of a diode on the one hand 30 , It has a capacity through a parallel-connected capacitor 32 is represented. The possible avalanche breakdown generates charge carriers whose origin in the equivalent circuit as a current source 34 is pictured. The avalanche breakdown is caused by an incident photon 36 triggered, this process as a switch 38 acts. There are then different possibilities, the output signal 40 to look at, which will not be discussed here.

Im Bereitschaftszustand liegt über der Diode 30 eine Spannung oberhalb der Durchbruchspannung an. Erzeugt dann ein einfallendes Photon 36 ein Ladungsträgerpaar, so schließt dies gleichsam den Schalter 38, so dass die Lawinenphotodiode über die Stromquelle 34 mit Ladungsträgern geflutet wird. Neue Ladungsträger entstehen aber nur, solange das elektrische Feld stark genug bleibt. Wird durch die Stromquelle 34 der Kondensator 32 so weit entladen, dass die Durchbruchspannung unterschritten ist, so kommt die Lawine von selbst zum Erliegen („passive quenching“). Danach lädt sich der Kondensator 32 wieder auf, bis wieder eine Spannung über der Durchbruchspannung an der Diode 30 anliegt. Es gibt alternative Ausgestaltungen, in denen die Lawine von außen erkannt und daraufhin eine Entladung unter die Durchbruchspannung ausgelöst wird („active quenching“).In standby mode is above the diode 30 a voltage above the breakdown voltage. Then creates an incident photon 36 a pair of charge carriers, this closes the switch as it were 38 so that the avalanche photodiode via the power source 34 flooded with charge carriers. However, new charge carriers only arise as long as the electric field remains strong enough. Is caused by the power source 34 the capacitor 32 discharged so far that the breakdown voltage is exceeded, the avalanche comes to a standstill by itself to a standstill ("passive quenching"). Then the capacitor charges 32 again, until again a voltage above the breakdown voltage at the diode 30 is applied. There are alternative embodiments in which the avalanche is detected from the outside and then a discharge below the breakdown voltage is triggered ("active quenching").

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Lichtempfänger 26 mit einer Matrixanordnung von SPADs. In einer bevorzugten Ausführungsform sind nicht alle SPADs aktiv, sondern es wird nur ein Teil davon aktiviert, insbesondere diejenigen, die von einem Empfangslichtfleck 42 getroffen werden, den das reflektierte Sendelicht auf dem Lichtempfänger 26 erzeugt. Damit tragen Empfangssignale von SPADs, die gar kein Nutzlicht treffen kann, nicht zu der Messung bei, und das Signal-zu-RauschVerhältnis wird deutlich verbessert. Außerdem kann auf diese Weise der Empfangslichtfleck in einer Endprüfung bei der Herstellung oder auch später am Betriebsort eingelernt werden, um durch eine solche Kalibration Produktionstoleranzen von Lichtempfänger 26 zu Lichtempfänger 26 auszugleichen. 3 shows a schematic plan view of a light receiver 26 with a matrix arrangement of SPADs. In a preferred embodiment, not all SPADs are active, but only a part of them are activated, in particular those that are from a receiving light spot 42 are taken, the reflected transmitted light on the light receiver 26 generated. Thus, receive signals from SPADs, which can not hit any useful light, do not contribute to the measurement, and the signal-to-noise ratio is significantly improved. In addition, in this way, the receiving light spot can be taught in a final test in the production or even later on the site, by such a calibration production tolerances of light receiver 26 to light receiver 26 compensate.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 3091272 A1 [0010]EP 3091272 A1 [0010]
  • EP 1906368 A1 [0011]EP 1906368 A1 [0011]
  • EP 1947481 B1 [0012]EP 1947481 B1 [0012]
  • EP 1927867 B1 [0013]EP 1927867 B1 [0013]
  • DE 19757595 C2 [0014]DE 19757595 C2 [0014]

Claims (9)

Tastendes Lichtgitter (10) zur Erfassung von Objekten (20a-c) in einem Überwachungsbereich (12) mittels einer Vielzahl zueinander paralleler Überwachungsstrahlen (24a-c), das mindestens einen Lichtsender (14) zum Aussenden von Sendelicht (18), eine Vielzahl von Lichtempfängern (26) zum Empfangen des von den Objekten reflektierten Sendelichts als jeweils ein Überwachungsstrahl (24a-c) sowie eine Steuer- und Auswertungseinheit (28) aufweist, welche die Objekte (20a-c) anhand von jeweiligen Empfangssignalen der Lichtempfänger (26) erfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mehr Lichtempfänger (26) vorgesehen sind als Lichtsender (14) und dass mehrere Überwachungsstrahlen (24a-c) durch denselben Lichtsender (14) erzeugt sind.Tasting light grid (10) for detecting objects (20a-c) in a monitoring area (12) by means of a plurality of mutually parallel monitoring beams (24a-c), the at least one light transmitter (14) for emitting transmitted light (18), a plurality of Light receivers (26) for receiving the transmitted light reflected from the objects as a respective monitoring beam (24a-c) and a control and evaluation unit (28) which detects the objects (20a-c) based on respective received signals of the light receiver (26) , characterized in that more light receivers (26) are provided as light emitter (14) and that a plurality of monitoring beams (24a-c) are generated by the same light emitter (14). Lichtgitter (10) nach Anspruch 1, wobei nur ein Lichtsender (14) vorgesehen ist.Light grid (10) after Claim 1 , wherein only one light transmitter (14) is provided. Lichtgitter (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Lichtempfänger (26) zueinander um mindestens einen Millimeter beabstandet sind.Light grid (10) after Claim 1 or 2 wherein the light receivers (26) are spaced from one another by at least one millimeter. Lichtgitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anordnung der Lichtempfänger (26) eine Längserstreckung von mindestens einem halben Meter, einem Meter oder mehreren Metern aufweist.A light grid (10) according to any preceding claim, wherein the array of light receivers (26) has a longitudinal extent of at least one-half meter, one meter or several meters. Lichtgitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei den Lichtempfängern (26) jeweils eine Empfangsoptik (22a-c) mit einem kleinen Empfangswinkel zugeordnet ist.Light grid (10) according to one of the preceding claims, wherein the light receivers (26) each have a receiving optics (22a-c) is associated with a small receiving angle. Lichtgitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuer- und Auswertungseinheit (28) dafür ausgebildet ist, aus einer Lichtlaufzeit des Sendelichts (18) einen Abstand erfasster Objekte (20a-c) zu bestimmen.A light grid (10) according to any one of the preceding claims, wherein the control and evaluation unit (28) is adapted to determine a distance of detected objects (20a-c) from a light transit time of the transmitted light (18). Lichtgitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtempfänger (26) jeweils mindestens ein Lawinenphotodiodenelement aufweisen, das mit einer Vorspannung oberhalb einer Durchbruchspannung vorgespannt und somit in einem Geiger-Modus betrieben ist.A light grid (10) according to any one of the preceding claims, wherein the light receivers (26) each comprise at least one avalanche photodiode element biased with a bias voltage above a breakdown voltage and thus operated in a Geiger mode. Lichtgitter (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Lichtempfänger (26) eine Vielzahl von Lawinenphotodiodenelementen aufweisen und die Steuer- und Auswertungseinheit (28) für einen Einlernmodus ausgebildet ist, in dem der zu aktivierende Bereich des Lichtempfängers (26) anhand der Position eines Lichtflecks (42) eingelernt wird.The light grid (10) according to one of the preceding claims, wherein the light receivers (26) comprise a plurality of avalanche photodiode elements and the control and evaluation unit (28) is designed for a teach-in mode in which the region of the light receiver (26) to be activated is determined by the position a light spot (42) is learned. Lichtgitter (10) nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Steuer- und Auswertungseinheit (28) dafür ausgebildet ist, die Lichtempfänger (26) zyklisch durch Vorspannen von Lawinenphotodiodenelementen zu aktivieren.Light grid (10) after Claim 7 or 8th wherein the control and evaluation unit (28) is adapted to cyclically activate the light receivers (26) by biasing avalanche photodiode elements.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020105037A1 (en) 2020-02-26 2021-08-26 Sick Ag Device for monitoring a protected area

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757595C2 (en) 1997-12-23 2000-05-11 Siemens Ag Method and device for recording a three-dimensional distance image
EP1906368A1 (en) 2006-09-29 2008-04-02 Sick Ag Optoelectronic security system
EP1947481B1 (en) 2007-01-20 2011-10-26 Sick Ag Optoelectronic sensor and method for recording objects in a monitoring area
EP1927867B1 (en) 2006-12-02 2012-04-04 Sick Ag Optoelectronic multiple plane sensor and method for detecting objects
EP3091272A1 (en) 2015-05-05 2016-11-09 Sick Ag Light grid

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19757595C2 (en) 1997-12-23 2000-05-11 Siemens Ag Method and device for recording a three-dimensional distance image
EP1906368A1 (en) 2006-09-29 2008-04-02 Sick Ag Optoelectronic security system
EP1927867B1 (en) 2006-12-02 2012-04-04 Sick Ag Optoelectronic multiple plane sensor and method for detecting objects
EP1947481B1 (en) 2007-01-20 2011-10-26 Sick Ag Optoelectronic sensor and method for recording objects in a monitoring area
EP3091272A1 (en) 2015-05-05 2016-11-09 Sick Ag Light grid

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020105037A1 (en) 2020-02-26 2021-08-26 Sick Ag Device for monitoring a protected area

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