DE4134299A1

DE4134299A1 - Optischer sensor mit einer ausrichtvorrichtung

Info

Publication number: DE4134299A1
Application number: DE4134299A
Authority: DE
Inventors: David W Farchmin
Original assignee: Allen Bradley Co LLC
Current assignee: Allen Bradley Co LLC
Priority date: 1990-10-19
Filing date: 1991-10-17
Publication date: 1992-04-23
Also published as: FR2668261A1; US5142135A; JPH04260108A

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf einen optischen Sensor, wie er zur Überwachung industrieller Prozesse eingesetzt wird, und befaßt sich insbesondere mit einem optischen Sensor, der eine Vorrichtung zum Ausrichten des Gesichtsfelds des Sensors mit einem Bereich hat, der von Interesse ist.

2. Technologischer Hintergrund

Die Verwendung optischer Sensoren zur Steuerung industrieller Prozesse und zur Überwachung hergestellter Erzeugnisse und Produkte ist bekannt. Geräte dieser Art können beispielsweise ein Erzeugnis oder Produkt konti nuierlich abfühlen oder abtasten, die vollständige Füllung von Packungen bestätigen oder Fehler oder Defekte in einer Oberfläche erfassen.

Bei einem optischen Sensor kann es sich um eine einzelne Photozelle handeln. Anspruchsvollere Anwendun gen können einen optischen Sensor erfordern, der eine Anordnung aus mehreren photosensitiven Bauelementen enthält. Die photosensitiven Bauelemente können beispiels weise über einen rechteckförmigen Bereich verteilt oder längs einer Linie angeordnet sein. Man spricht dann von einer rechteckförmigen Anordnung bzw. einer linearen Anordnung. Die rechteckförmige Anordnung liefert eine rechteckförmige Matrix aus Bilddaten, die zur Bildung eines zweidimensionalen Bildes geeignet sind. Die lineare Anordnung kann auch eine rechteckförmige Matrix aus Bilddaten liefern, und zwar unter Anwendung der einfa chen Maßnahme, daß die lineare Anordnung über das abzutastende oder zu betrachtende Objekt streicht, wobei typischerweise das abzufühlende oder betrachtete Objekt auf einem Förderband oder dergleichen an der linearen Anordnung vorbeibewegt wird. Anstelle der Bewegung des Objekts kann aber auch der optische Sensor bewegt werden. Es kommt deshalb hier lediglich auf eine Relativbewegung an.

Eine präzise Ausrichtung des optischen Sensors ist im allgemeinen erwünscht, um sicherzustellen, daß die vollständige räumliche Auflösung der photosensitiven Bauelemente wirksam ausgenutzt wird. Im Idealfall über spannt das auf die photosensitiven Bauelemente proji zierte Bild die gesamte Bildoberfläche des optischen Sensors, und zwar in einer solchen Weise, daß kein Bildelement ungenutzt bleibt und kein Anteil des Bildes verlorengeht. Eine Grobausrichtung des optischen Sensors kann man durch Visieren längs des Gehäuses des Sensors erreichen oder auf der Grundlage von einfachen geometri schen Berechnungen. Ist eine präzise Ausrichtung er forderlich, dann sind diese Techniken nicht akzeptabel.

Das vom optischen Sensor erzeugte Bild könnte man für eine präzise Ausrichtung des Gesichtsfelds des op tischen Sensors heranziehen. Diese Bild ist jedoch nicht immer verfügbar. Sowohl die lineare als auch die recht eckförmige Anordnung können hinreichende Daten liefern, um ein Bild zu erzeugen. Diese Daten werden jedoch oft verarbeitet, ohne daß dabei eine Umwandlung in eine vom Menschen erkennbare Form erfolgt. So können die Daten direkt vom Prozeßsteuersystem verarbeitet oder interpretiert werden und für statistische Zwecke kom piliert werden, ohne dabei in eine Sichtanzeige einzu treten. Falls die Erzeugung eines Bildes erwünscht ist, ist das Bildanzeigegerät oft vom optischen Sensor ent fernt angeordnet, und zwar entweder um das Bildgerät von den nachteiligen Umgebungseinflüssen fernzuhalten, denen der optische Sensor ausgesetzt ist, oder aus Mangel an Raum oder wegen Bequemlichkeit. Ein entfernt erzeugtes Bild ist für die Ausrichtung von begrenztem Wert. Hinzu kommt noch, daß bei Verwendung einer linea ren Anordnung die Erzeugung eines für den Menschen sichtbaren Bildes die Forderung in sich trägt, daß das abgetastete oder betrachtete Objekt bewegt wird. Diese Bedingung kann während der anfänglichen Installation und Ausrichtung des optischen Sensors oft nicht erfüllt werden.

In all diesen Fällen ist ein für den Menschen er kennbares oder sichtbares Bild nicht verfügbar, das sonst die Ausrichtung des Gesichtsfeldes des optischen Sensors mit dem interessierenden Bereich des betrachte ten Objekts unterstützen könnte.

Ein Verfahren zum Durchführen einer genauen Aus richtung eines optischen Sensors ohne Darstellung eines Bildes besteht darin, daß ein Lichtstrahl längs des Gesichtsfeldes des optischen Sensors in einer solchen Weise projiziert wird, daß ein Ausrichtbild erzeugt wird, das mit dem Gesichtsfeld des optischen Sensors zusammenfällt. Eine Realisierung dieses Verfahrens könnte darin bestehen, daß ein Strahlenteiler und -vereiniger zwischen den photosensitiven Bauelementen und dem abzutastenden oder betrachteten Objekt gebracht wird. Das Ausrichtbild wird in den Strahlenteiler und -vereiniger gerichtet, so daß es längs der Achse des Gesichtsfeldes des optischen Sensors projiziert wird. Die Ausrichtung des optischen Sensors kann dann dadurch vorgenommen werden, daß der optische Sensor so bewegt oder verschoben wird, daß dieses projizierte Ausricht bild dem interessierten Bereich des betrachteten Objekts überlagert wird. Sollte ein abzutastendes oder betrach tetes Objekt nicht zur Verfügung stehen, könnte man eine reflektierende Karte in dem interessierenden Be reich anordnen und das projizierte Bild dieser Karte überlagern.

Das Ausrichtbild könnte erzeugt werden durch einen speziell gestalteten oder geformten Faden einer Lampe, der so bemessen ist, daß er genau die Abmessungen der Bildoberfläche der photosensitiven Elemente darstellt.

Ein Vorteil eines solchen Systems bestände darin, daß das projizierte Ausrichtbild die gleiche Divergenz wie das Gesichtsfeld des optischen Sensors hat, so daß eine genaue Messung der Winkelposition als auch der Größe des Gesichtsfelds bei verschieden großen Abstän den möglich ist.

Andererseits hat jedoch dieses System zwei Nach teile. Der erste Nachteil besteht darin, daß die Ge nauigkeit der Ausrichtung vom präzisen Positionieren des Strahlenteilers und der projizierenden Quelle ab hängt. Irgendein Fehler in der Winkelposition des Strahlenteilers und -vereinigers wird durch die Länge der optischen Bahn gemessen zwischen den photosensi tiven Bauelementen und dem betrachteten Objekt "verstärkt". Dies gilt auch für die Fehler in der relativen Winkelposition der Projektionsquelle. Ein Ersatz oder Austausch der Projektionsquelle, wenn es sich beispielsweise um eine Lampe (Glühlampe) handelt, oder ein Stoß oder eine Erschütterung können Fehler verursachen. In jedem Falle wird der Wirksam keitsgrad des Ausrichtbildes vermindert, falls das projizierte Ausrichtbild mit dem Gesichtsfeld des op tischen Sensors nicht zusammenfällt.

Der zweite Nachteil des oben beschriebenen Systems besteht darin, daß die zusätzliche Vorsehung eines Strahlenteilers und -vereinigers und einer Projektions quelle die Komplexität des Lichtweges innerhalb des optischen Sensors erhöht.

Kurze Darlegung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, zur Verwendung in einem optischen Sensor Mittel vorzusehen, die ein Aus richtbild in einer solchen Weise erzeugen, daß die obigen Nachteile nicht auftreten und eine genaue Aus richtung ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe enthält ein optischer Sensor nach der Erfindung im wesentlichen: ein photo sensitives Bauelement, das so positioniert ist, daß es das Bild eines abzufühlenden oder betrachteten Ob jekts empfängt, wobei dieses Bild mit Hilfe einer Fokussiereinrichtung auf die Oberfläche des photosensi tiven Bauelements projiziert wird, und eine im wesent lichen in derselben Ebene wie das photosensitive Bau element angeordnete Oberfläche, die von einer Lichtquelle beleuchtet wird, wobei ein Ausrichtbild dieser Oberfläche von der Fokussiereinrichtung auf das abzufühlende oder betrachtete Objekt projiziert wird und dann herangezogen werden kann, um bei der Ausrichtung des optischen Sensors behilflich zu sein.

Nach der Erfindung sind somit Mittel vorgesehen, die ein Ausrichtbild erzeugen, das Ungenauigkeiten bei der Fertigung und Erschütterungen besser widersteht. Beson ders vorteilhaft ist es, wenn man zum Projizieren des Bildes des betrachteten Objekts auf das photosensitive Bauelement und zum Projizieren des Ausrichtbildes auf das betrachtete Objekt dieselbe Fokussiereinrichtung verwendet. Auf diese Weise werden Ausrichtfehler ver mieden, die sonst auf die Verwendung von zwei separaten Fokussiereinrichtungen zurückzuführen wären. Das Aus richtbild ist ein Bild der beleuchteten Oberfläche, die vorteilhafterweise einstückig mit dem photosensitiven Bauelement ausgebildet ist oder starr an ihm angebracht ist. Dadurch wird sichergestellt, daß das Ausrichtbild und das Gesichtsfeld des optischen Sensors zusammen fallen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man das projizierte Ausrichtbild unter Verwendung eines einfachen optischen Systems erzeugen kann. Die beleuchtete Oberfläche, die vorzugsweise koplanar mit dem photosensitiven Bauelement ist, gestattet es, daß man auf einen Strahlenteiler und -vereiniger verzichten kann. Die Lichtquelle, die lediglich zur Beleuchtung der beleuchteten Oberfläche dient, muß keine hochgenauen Abmessungen haben oder mit hoher Genauigkeit positioniert werden.

Bei der beleuchteten Oberfläche kann es sich um eine nichtspiegelnde reflektierende Oberfläche bzw. eine nicht gerichtet reflektierende Reflexionsoberfläche handeln, und die Lichtquelle kann so positioniert sein, daß sie ihr Licht längs einer Beleuchtungsachse wirft, so daß die nichtspiegelnde reflektierte Oberfläche nahe bei ihrer Kante unter einem Einfallswinkel getroffen wird. Die Position der Lichtquelle wird so eingestellt, daß das längs eines Reflexionswinkels, der gleich dem Ein fallswinkel ist, reflektierte Licht vollständig von der Fokussiereinrichtung empfangen wird.

Vorteilhafterweise wird die Sichtbarkeit des pro jizierten Ausrichtbildes dadurch maximiert, daß die Beleuchtung auf die klar definierten Kanten der Re flexionsoberfläche fokussiert wird, und daß das von der Fokussiereinrichtung aufgenommene Licht maximiert wird.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Zeich nungen beispielshalber erläutert. Durch die dargestell ten Ausführungsbeispiele soll jedoch der Schutzumfang der Erfindung nicht beschränkt werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Es zeigt:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines optischen Sensors einschließlich der Darstellung eines projizierten Ausrichtbildes in bezug auf ein betrachtetes Objekt, das einen Zielbereich hat,

Fig. 2 einen Querschnitt durch eine Linsen anordnung des optischen Sensors nach Fig. 1 mit Darstellung der relativen räumlichen Anordnung von einer Bildoberfläche, Fokussierlinsen und Lichtquellen für die Bildoberfläche,

Fig. 3 eine perspektivische schematische Ansicht der Geometrie der Bildoberfläche, der Fokussierlinsen und einer Lichtquelle,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Bild oberfläche auf einem geschützten Träger, und

Fig. 5 eine Ansicht, die der nach Fig. 3 ähnlich ist, für eine andere Ausführungsform der Bildoberfläche.

Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung

Fig. 1 zeigt einen nach der Erfindung ausgebildeten optischen Sensor 10, der in bezug auf ein abzutastendes oder abzubildendes Objekt 12 so positioniert ist, daß er über eine Linsenanordnung 16 längs einer optischen Achse 18 Licht empfangen kann, das von einem Zielbereich 14 auf dem betrachteten Objekt 12 reflektiert wird. Typischerweise bewegt sich das betrachtete Objekt 12 an dem optischen Sensor 10 vorbei, so daß man eine Folge solcher Objekte 12 mit dem optischen Sensor 10 be trachten kann, obgleich es alternativ auch möglich ist, den optischen Sensor 10 selbst zu bewegen. Es handelt sich somit um eine Relativbewegung.

Bei dem Zielbereich 14 auf dem betrachteten Objekt 12 kann es sich um eine Oberfläche handeln, die bezüg lich gewisser oder bestimmter Produkteigenschaften über prüft wird, oder um eine codierte Markierung, beispiels weise einen Strichcode oder dergleichen. Als Quelle für das vom Zielbereich 14 reflektierte Licht kommt das Tageslicht der unmittelbaren Umgebung in Frage, oder man kann auch eine (nicht dargestellte) Beleuchtungs vorrichtung verwenden, die dem optischen Sensor 10 zu geordnet ist und auf den Zielbereich 14 ausgerichtet ist. Man kann auch stroboskopisches Licht (nicht dargestellt) in Verbindung mit dem optischen Sensor 10 verwenden, und zwar mit dem Ziel, sowohl den Zielbereich 14 zu beleuchten als auch die Betrachtungszeit des Zielberei ches 14 zu steuern.

Gemäß der Erfindung wird von der Linsenanordnung 16 des optischen Sensors 10 längs der optischen Achse 18 ein Ausrichtbild 20 so projiziert, daß der optische Sensor 10 in bezug auf bestes Empfangslicht vom Ziel bereich 14 ausgerichtet werden kann. In der Ausricht betriebsart wird das Ausrichtbild 20 auf das abzubil dende oder betrachtete Objekt 12 projiziert, und bei der Projektion wird der Bereich angegeben, über den Licht vom betrachteten Objekt 12 mit Hilfe des opti schen Sensors 10 erfaßt werden soll. Der allgemeine Bereich des Ausrichtbildes 20 gibt den Winkel der optischen Achse 18 an, der eine angenäherte Ausrich tung des optischen Sensors 10 mit dem betrachteten Objekt 12 gestattet. Das Ausrichtbild 20 wird durch Drehen der Linsenanordnung 16 fokussiert, und im fokussierten Zustand gibt der Bereich des Ausricht bildes 20 genau den Bereich auf dem betrachteten Objekt 12 an, von dem Licht mit dem optischen Sensor 10 empfan gen und erfaßt wird. Die Fokussierung des Ausrichtbil des 20 sieht auch eine angenäherte Führung an die geeig nete Fokussierung des optischen Sensors 10 für das so empfangene Licht vor, was nachstehend noch erläutert wird.

Der optische Sensor 10 wird von einer Dreh- oder Schwenkhalterung 22 getragen, die an einem Gehäuse 24 des optischen Sensors 10 angebracht ist und die es ge stattet, daß der optische Sensor 10 bezüglich seiner Position nachgestellt werden kann, wie es oben be schrieben ist.

Wie es aus Fig. 2 hervorgeht, enthält die Linsen anordnung 16 ein zylindrisches Rohr 26, dessen Zylinder achse parallel zur optischen Achse 18 verläuft. Das Rohr 26 ist an seinem vorderen Ende mit einem kreisför migen Kunststoffenster 28 abgedeckt, das für die inter ne optische Anordnung einen Schutz vorsieht und ausge tauscht werden kann, falls es beschädigt sein sollte. Das Kunststoffenster 28 wird im Rohr 26 dadurch ge halten, daß es mit einem auf seiner Außenoberfläche ausgebildeten Gewinde in ein auf der Innenfläche des Rohres 26 ausgebildetes Gewinde eingeschraubt ist. Das Kunststoffenster 28 ist gegenüber dem Rohr 26 mit Hilfe eines O-Ringes 30 abgedichtet.

Hinter dem Kunststoffenster 28 befinden sich inner halb des Rohres 26 eine vordere und hintere Linse 32 und 34. Die Linsen 32 und 34 werden von einem Flansch oder einer Fassung 36 getragen, die von der inneren Oberfläche des Rohres 26 nach innen ragt.

Das Rohr 26 ist über eine Hülse 38 geschoben, die einen kleineren Durchmesser hat, so daß die Hülse in dem Rohr axial gleiten kann. Eine Schraube oder ein Gewindestift 40 erstreckt sich radial durch ein Loch 41 im Rohr 26 in einen schraubenförmigen Schlitz 42, der in der Außenwand der Hülse 38 verläuft. Der Stift 40 folgt dem schraubenförmigen Schlitz 42, um eine präzise Einstellung oder Steuerung der Axialbewegung des Rohres 26 bezüglich der Hülse 38 bei einer gegebenen Drehung des Rohres 26 um die Hülse 38 vorzusehen. Damit ist eine genaue Fokussierung des optischen Sensors 10 auf das betrachtete Objekt 12 möglich, wie es noch beschrieben wird. Das Loch 41 im Rohr 26 ist mit einem Gewinde ver sehen, so daß der Gewindestift 40 gegen den Boden des schraubenförmigen Schlitzes 42 festgezogen werden kann, um eine Verstellung des Rohres 26 gegenüber der Hülse 38 so lange zu verhindern, bis der Gewindestift wieder ge löst wird. Auf diese Weise ist es möglich, den Fokus des optischen Sensors 10 gegenüber einer unbeabsichtigten Verstellung oder Verschiebung zu schützen. Ein O-Ring 46 ist unter einen Kopf 48 des Schraubenbolzens oder Gewindestifts 40 gepaßt, um zu verhindern, daß über das Gewindeloch 41 Verunreinigungen eintreten können. Die Hülse 38 und das Rohr 26 sind an ihren Außenflächen mit Indexmarken 44 versehen, so daß die relative Ver drehung dieser beiden Teile genau festgelegt werden kann. Die Indexmarken 44 sind auf Entfernungsmessungen zwischen dem optischen Sensor 10 und dem betrachteten Objekt 12 abgestimmt oder bezogen, so daß ein Verfahren zum Fo kussieren des optischen Sensors 10 auf der Bestimmung des Abstands zwischen ihm und dem betrachteten Objekt 12 beruht.

Eine Blendenwand 50 erstreckt sich von der Innen wand der Hülse 38 hinter der vorderen und hinteren Linse 34 und 36 radial nach innen, um um die optische Achse 18 herum eine zentral angeordnete Öffnung 51 zu bilden. Eine Apertur 52, die an der Blendenwand 50 angebracht ist, blockiert das durch die Öffnung 51 tretende Licht, jedoch außerhalb der Apertur 52. Die Abmessungen und Orientierung der Apertur 52 werden noch beschrieben.

Eine scheibenförmige Lampenanordnung 54 ist in bezug auf das vordere Fenster 28 hinter der Apertur 52 innerhalb der Hülse 38 koaxial angeordnet, und zwar gehalten von der Innenwand der Hülse 38. Die Lampen anordnung 54 enthält ein tassenförmiges Lampengehäuse 55, dessen Öffnung der Vorderseite des Rohres 26 zu gewandt ist, jedoch mit einer scheibenförmigen ge druckten Schaltungsplatte 56 teilweise abgedeckt ist. Eine erste und eine zweite Halogenlampe 58 und 60 sind an der gedruckten Schaltungsplatte 56 befestigt und im Raum zwischen der gedruckten Schaltungsplatte 56 und dem Lampengehäuse 55 vorgesehen. Die Lampen 58 und 60 erstrecken sich durch Löcher im Gehäuse 55 und sind oberhalb bzw. unterhalb der optischen Achse 18 in einer solchen Weise vorgesehen, daß die Lampen 58 und 60 Licht in einer Richtung abstrahlen, die im wesentlichen vom vorderen Ende des Rohres 26, das das Kunststoffenster 28 trägt, wegführt. Mit der gedruckten Schaltungsplatte 56 ist eine (nicht dargestellte) Stromzufuhrleitung ver bunden, die zur Speisung der Lampen 58 und 60 mit elektrischer Energie dient. Die Energiezufuhr zu den Lampen 58 und 60 kann ein- und abgeschaltet werden, wie es noch beschrieben wird.

Die Lampenanordnung 54 hat eine im wesentlichen rechteckförmige Öffnung 63, die längs der optischen Achse 18 vorgesehen ist und größer als die Apertur 52 ist, so daß von der Apertur 52 durchgelassenes Licht auch durch die Öffnung 63 der Lampenanordnung 54 treten kann.

Die Lampen 58 und 60 enthalten eingebaute Fokussier linsen 62, um das von ihnen abgestrahlte Licht längs der Beleuchtungsachsen 64 zu konzentrieren. Die Beleuchtungs achsen 64 der Lampen 58 und 60 sind leicht in Richtung auf die optische Achse 18 geneigt, so daß sie in Rich tung auf ein photosensitives Element 66 konvergieren, das hinter der Lampenanordnung 54 zentrisch angeordnet ist und so ausgerichtet ist, daß es Licht von der Lampenanordnung 54 und/oder das von dem betrachteten Objekt 12 projizierte Bild empfangen kann.

Bei dem photosensitiven Element 66 handelt es sich um einen linearen CCD-Bildwandler oder Bildsensor, der im Handel erhältlich ist und 1024 Photodioden aufweist, von denen jede 14 µm im Quadrat mißt und jede längs einer Geraden mit einem Abstand von 14 µm zwischen den Mitten der Photodioden angeordnet ist, wobei eine Bild oberfläche 68 gebildet wird. Wie es allgemein bekannt ist, kann man die Intensität des Lichts, das auf jede Photodiode trifft, separat dadurch bestimmen, daß die jeder Photodiode zugeordnete elektrische Ladung der Reihe nach in Abhängigkeit von einem Taktsignal aus dem Bauelement herausgeschoben wird.

Unter Bezugnahme auf Fig. 4 sei dargelegt, daß die Abbildungs- oder Bildoberfläche 68 Abmessungen von 14 µm× 14,34 mm hat. Die Bildoberfläche 68 ist auf einem Silicium-Chip 70 ausgebildet, das größer als die Bild oberfläche 68 ist und Abmessungen von etwa 16 mm× 1,3 mm hat. Die Oberfläche des Chip 70 außerhalb der Bildober fläche 68 ist mit einer dünnen metallisierten Schicht 72 überzogen, um zu verhindern, daß Licht, das über diesen Randbereich empfangen wird, die Abtastung oder das Er fassen bei der Bildoberfläche 68 beeinträchtigt. Diese Metallisationsschicht 72 ist im allgemeinen eine spie gelnde oder spiegelähnliche Oberfläche, es kann aber auch eine nichtspiegelnde Oberfläche angewendet werden. Der Chip 70 ist mit einem schützenden Glasüberzug 74 abgedeckt. Das Licht der Lampen 58 und 60, das von der durch Metallisieren erzeugten Schicht 72 reflektiert wird, gelangt durch die hintere und vordere Linse 36 und 34 und wird auf das betrachtete Objekt beim Aus richtbild 70 projiziert.

Wie es aus Fig. 3 hervorgeht, sind die Apertur 52 und die Bildoberfläche 68 in Ebenen angeordnet, die voneinander beabstandet senkrecht zur optischen Achse 18 verlaufen. Die Apertur 52 ist ein länglicher Schlitz, der sich rechtwinklig zur Längenausdehnung der Bild oberfläche 68 erstreckt. Für den Fachmann ist es ver ständlich, daß die Apertur 52 die Tiefenschärfe der Linsenanordnung 16 dadurch verbessert, daß außerhalb der Achse fallende Lichtstrahlen, die das auf der Bild oberfläche 68 ausgebildete Bild unscharf machen, zurück gehalten werden. Da aber die Bildoberfläche 68 eine eindimensionale Anordnung ist, ist diese Unschärfe nur dann ein Problem, wenn sie in der Längsrichtung der Bild oberfläche 68 auftritt. Deswegen müssen nur solche Licht strahlen, die längs der Erstreckung der Bildoberfläche 68 außerhalb der Achse fallen, ferngehalten werden. Deshalb ist in der Richtung rechtwinklig zur Längsausdehnung der Bildoberfläche 68 die Apertur 52 breit, so daß so viel Licht wie möglich durch die Apertur gelangt, um die Emp findlichkeit des optischen Sensors 10 ohne Verlust an Auflösung zu verbessern. Im allgemeinen definiert die Apertur 52 den Öffnungswinkel der Linsenanordnung 16, wobei dieser Winkel der maximale Abweichungswinkel ist, den ein Lichtstrahl von der optischen Achse 18 haben kann und dennoch von der Linsenanordnung 16 übertragen wird.

Wie bereits erwähnt enthalten die Halogenlampen 58 und 60 Linsen 62, die das Licht der Lampen im wesentli chen längs einer Beleuchtungsachse 64 fokussieren, die auf die Metallisierungsschicht 72 trifft. Obgleich diese Metallisierungsschicht 72 im allgemeinen spiegelnd ist, ist der Winkel 78 der Hauptachse der Lichtreflexion 76, selbst wenn diese Oberfläche nicht spiegelnd ist, gleich dem Einfallswinkel 80 der entsprechenden Beleuchtungs achsen 64. Eine nichtspiegelnde Oberfläche reflektiert zwar auch Licht unter anderen Winkeln, jedoch im allge meinen mit abnehmender Intensität bei zunehmender Ab weichung vom Reflexionswinkel 78.

Die relative örtliche Anordnung der Lampen 58 und 60, der Bildoberfläche 68 und der Apertur 52 ist in einer solchen Weise vorgesehen, daß die Beleuchtungs achse 64 die Metallisierungsschicht 72 nahe beim Ende der Bildoberfläche 68 schneidet und die Reflexionsachse 76 durch die Mitte der Apertur 52 geht, wodurch eine maximale Übermittlung von Lichtenergie sichergestellt wird. Eine der Lampen 58 und 60 beleuchtet jeweils ein Ende der Bildoberfläche 68, da die Enden die meiste Information über die Position der Bildoberfläche 68 übermitteln. Während der Ausrichtbetriebsart des opti schen Sensors 10 sind die Lampen 58 und 60 eingeschaltet, um das Ausrichtbild 20 zu projizieren. Sobald der opti sche Sensor 10 ausgerichtet ist, werden die Lampen 58 und 60 abgeschaltet, damit sie nicht die Erfassung von Licht vom betrachteten Objekt 12 stören.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines photosensitiven Detektors 66′, der eine zweidimensionale Bildoberfläche 68′ aufweist, die man anstelle der ein dimensionalen oder linearen Bildoberfläche 68 des photosensitiven Detektors 66 nach Fig. 3 verwenden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden vier Strahlen, von denen nur einer dargestellt ist, verwendet, um die vier Ecken der zweidimensionalen Bildoberfläche 68′ zu be leuchten. Die auf jeweils eine Ecke gerichtete Beleuch tungsachse 64′ von jedem der vier Strahlen ist so einge stellt, daß die Reflexionsachse 76′ durch die Mitte der Apertur 52′ geht. Die Apertur 52′ ist bei diesem Ausfüh rungsbeispiel eine kreisförmige Öffnung, was auf die zweite Dimension der Abbildungsoberfläche und die Not wendigkeit zurückzuführen ist, außerhalb der Achse fallende Strahlen fernzuhalten, wie es oben beschrieben worden ist.

Zahlreiche Modifikationen und Abwandlungen der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind für den Fachmann denkbar und fallen in den Rahmen der Erfindung. So braucht beispielsweise die nichtspiegelnde Oberfläche keine durch Metallisierung erzeugte Schicht zu sein, sondern es kann sich auch um ein koplanares nichtspiegelndes Material han deln, das an der Bildoberfläche starr angebracht worden ist.

Claims

1. Optischer Sensor zum Erfassen von Licht, das durch ein sich vorbeibewegendes Objekt moduliert ist, und zum Erzeugen eines Intensitätssignals, das von dieser Modu lation abhängig ist, welcher optische Sensor enthält:

a) ein photosensitives Element (66; 66′) zum Erzeugen des Intensitätssignals in Abhängigkeit von Licht, das auf eine Bildoberfläche (68; 68′) des photo sensitiven Elements fällt,
b) eine Fokussiereinrichtuug (16, 32, 34), die be züglich des photosensitiven Elements so positioniert ist, daß eine optische Achse (18) definiert wird, und die dazu dient, in einer Abbildungsbetriebsart ein Bild des Objekts auf das photosensitive Element (66; 66′) zu fokussieren, wenn das Objekt die optische Achse bei einem Brennpunkt abstand durchläuft, und
c) eine Lichtquelle (54), die dazu dient, in einer Ausrichtbetriebsart Licht in Richtung auf das photosensi tive Element zu richten, um ein Bild des photosensitiven Elements bei dem Brennpunktabstand zu projizieren.

2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, bei dem das photo sensitive Element (66) eine lineare Anordnung dar stellt und die Lichtquelle (54) zwei Strahlen erzeugt, von denen der eine das eine und der andere das andere Ende der linearen Anordnung beleuchtet.

3. Optischer Sensor nach Anspruch 2, bei dem die beiden Strahlen von zwei Lampen (58, 60) erzeugt werden.

4. Optischer Sensor nach Anspruch 1, bei dem das photo sensitive Element (66′) eine rechteckförmige Anordnung darstellt und die Lichtquelle vier Strahlen erzeugt, von denen jeweils einer eine andere Ecke der rechteckförmigen Anordnung beleuchtet.

5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, bei dem die vier Strahlen von vier Lampen (58) erzeugt werden.

6. Optischer Sensor zum Erfassen von Licht, das durch ein sich vorbeibewegendes Objekt moduliert ist, und zum Erzeugen eines Intensitätssignals, das von dieser Modu lation abhängig ist, welcher optische Sensor enthält:

a) ein photosensitives Element (66; 66′) mit einer Bildoberfläche (68; 68′) im wesentlichen innerhalb einer Ebene zum Erzeugen des Intensitätssignals in Abhängigkeit von Licht, das auf die Bildoberfläche fällt;
b) eine Fokussiereinrichtung (16, 32, 34), die be züglich des photosensitiven Elements so positioniert ist, daß eine optische Achse (18) definiert wird, und die dazu dient, ein Bild des Objekts auf die Bildoberfläche zu fokussieren, wenn das Objekt bei einem Brennpunktabstand die optische Achse durchläuft;
c) eine Lichtquelle (54) zum Richten von Licht in Richtung auf das photosensitive Element; und
d) eine Beleuchtungsoberfläche (72) in im wesent lichen derselben Ebene wie die Bildoberfläche (68; 68′) zum Empfangen von Licht von der Lichtquelle und zum Über mitteln des Lichts längs der optischen Achse zu der Fokussiereinrichtung (16, 32, 34) zum Projizieren eines Bildes der beleuchteten Oberfläche bei dem Brennpunkt abstand.

7. Optischer Sensor nach Anspruch 6, bei dem die be leuchtete Oberfläche (72) eine spiegelnde Reflexions oberfläche zum Reflektieren des Lichts der beleuchteten Oberfläche längs der optischen Achse (18) zu der Fo kussiereinrichtung (16, 32, 34) ist, um ein Bild der beleuchteten Oberfläche beim Brennpunktabstand zu projizieren.

8. Optischer Sensor nach Anspruch 6 oder 7, bei dem das photosensitive Element (66; 66′) ein Halbleiterbauele ment (70) ist und die beleuchtete Oberfläche eine durch Metallisierung ausgebildete Maske auf dem Halbleiter bauelement ist.

9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem die Fokussiereinrichtung (16, 32, 34) einen Öffnungswinkel hat, die Lichtquelle (54) Licht längs einer Beleuchtungsachse (64; 64′) projiziert, die auf die beleuchtete Oberfläche (72) bei einer ersten Stelle unter einem ersten Winkel (80) auftrifft, der in bezug auf die Ebene der beleuchteten Oberfläche gemessen wird, und der erste Winkel gleich einem bezüglich der Ebene der beleuchteten Oberfläche (72) gemessenen zweiten Winkel eines Strahls zwischen der ersten Stelle und der Fokussiereinrichtung innerhalb des Öffnungswinkels ist.

10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das photosensitive Element (66) eine lineare Anordnung ist und die Lichtquelle (54) zwei Strahlen er zeugt, von denen einer das eine und der andere das andere Ende der linearen Anordnung beleuchtet.

11. Optischer Sensor nach Anspruch 10, bei dem die beiden Strahlen von zwei Lampen (58, 60) erzeugt werden.

12. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei dem das photosensitive Element eine rechteck förmige Anordnung ist und die Lichtquelle vier Strahlen erzeugt, von denen jeweils einer eine andere Ecke der rechteckförmigen Anordnung beleuchtet.

13. Optischer Sensor nach Anspruch 12, bei dem die vier Strahlen von vier Lampen (58) erzeugt werden.