JP3999609B2 - 監視法および光電子センサー - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電子センサーによって監視区域を監視する方法であって、照射光は、監視区域の方向に構造光パターンに従って照射され、監視区域において受容され、受容された光は受容信号に変換され、および、受信信号は、監視区域における対象物の存在に関して、または、対象物の移動に関して評価されることを特徴とする監視法に関する。本発明はさらに、対応する光電子センサーにも関する。
【0002】
【従来の技術】
上記のような監視法、および、上記のようなセンサーは、例えば、監視区域を、許可されない介入にたいして安全確保するために、対象物の存在、または、対象物の移動が監視区域で検出された場合に、スイッチ切断信号、または、警告信号が発せられるようにする。
【0003】
このために、監視区域は照射光によって積極的に照明され、かつ、監視区域から受容された照射光は、受信装置、例えば、CCDカメラによって記録される。この受信装置の、対応受信信号は、閾値、または、それ以前のある時点で確定・保存された受信信号と比較される。これらの信号から、介在期間において、監視区域内に変化が起こったか否かについて結論を引き出すことが可能になる。
【0004】
均一対象物の場合、これは、それ自体および背景にたいして低い視覚的対比しか持たない対象物のことであるが、下記の問題の生ずる可能性がある。すなわち、そのような対象物の監視区域への進入の認識は必ず誤差を伴うということである。この問題を回避するために、構造光パターンが工夫されている。すなわち、照射光が、ある明・暗パターンに従って照射され、および/または、同照射光は、その明・暗パターンに従って受信側に記録される。このような光パターンを、例えば、送信装置と受信装置の三角形配置と共に使用した場合、均一対象物の変位をも認識することが可能になる。しかしながら、今度は、この方法が、受信装置に関して、その機能性について十分なチェックができないという欠点をもたらす可能性がある(図3から5を参照)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
監視法、または、構造光パターンによって作動する光電子センサーにおいて、均一対象物の検出に関しても、および、受信装置の機能性のチェックに関しても信頼性を向上させることが本発明の目的である。
【0006】
この目的は、冒頭に名指した種類の方法において、照射光は、少なくとも二つの異なる光パターンに従って送信され、および/または、受信されることによって達成される。
【0007】
この目的は、光電子センサーにおいて、独立請求項23の構成によって達成される。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明では、複数の異なる光パターンが使用される。これにより、監視区域の観察を高い正確度の下に実施することが可能になる。すなわち、本発明によれば、最終的に受信装置の全ての領域または要素が、複数の異なる光パターンによって使用されることになるので、センサーを、対応するより高い空間的解像度で動作させることが可能となる。複数の光パターンについて受信信号を評価するに際して、これら受信画像または受信信号−またはそれらの特徴−を、下記に説明するように、この目的のために同じパターンについて記録されたものとそれぞれ相互に比較することが可能になる。
【0009】
同じ監視動作において複数の異なる光パターンを用いることによって、監視区域における均一対象物の認識が可能になるばかりではない(期待通りに)。むしろ、受信装置の機能性についても、複数の光パターンがテストの基礎として使用されるという点で完全に試験することが可能である。この目的のために、様々な光パターンを下記を実現するように選択することが可能となる。すなわち、最終的に受信装置の全ての領域または個別要素が受容された照射光の作用を受け、それによって、全ての領域または要素について、受信信号が何らかの量として出力されたか否かに関してテストすることが可能となるように選択することである。これに反して、既知の監視法では、このようなテストを同じ信頼性では実施することはできない。なぜなら、単一の構造化光パターンを使用しているために、受信装置のある領域または要素は、照射光の作用を受けることができず、従って、これらの領域または受信要素の機能性については何ら明言することが不可能だからである。
【0010】
光パターンとは、監視区域の対象物、または、センサーの受信装置が照射光の作用を受けるという程度に応じて、明・暗パターンである。このパターンの明領域と暗領域の間の移行部は、本発明では、実質的に連続的に延長することも可能であるし、あるいは、実質的に明確に区画することも可能である。
【0011】
さらに本発明に関連して注意しなければならないのは、光は、可視光範囲の照射光には限定されず、動作は、赤外線または紫外線範囲においても可能であるということである。
【0012】
可能なかぎり完全で、かつ、解像度を向上させる受信装置テストの前述の利点について言うと、光パターンは相互に完全に相補的となるように構造化されていることが好ましい。言い換えると、光パターン−送信側、および/または、受信側において−は、全ての光パターンの連続的使用によって−特に、対象物が存在しない監視区域では−最終的に、受信装置の全ての領域または要素が、監視区域からの照射光の作用を受けるように使用される。
【0013】
光パターンは、規則的な構造を持っていても、不規則な構造を持っていてもよい。さらに、本光パターンにおいては、直線的形態、あるいは、マトリックス形態が可能である。さらに、本光パターンは、多角形によって画成されてもよいし、自由な形態を持つことも可能である。
【0014】
さらに、様々な光パターンを、交互に採用または使用することが好ましい。言い換えると、評価のために必要な記録された画像、または、受信された信号は一定の順序で確定されなければならない。これは、その記録画像または受信信号を、以前に記録された画像、または、以前に処理されたデータまたは受信信号と連続的に比較することを可能にするためである。さらに、様々な光パターンを交互に使用することによって、下記が実現される。すなわち、同じそれぞれの光パターンの使用の間の時間間隔は、全ての光パターンについて同じであるのだから、監視区域における対象物の動きは、それぞれの受信信号の評価の場合と実質的に同じやり方で自ずから注目されることになる。
【0015】
様々な光パターンの生成のために、それぞれ別々に関連する送信装置であって、交互に調節が可能な複数の送信装置を設けることが可能である。
【0016】
また別態様として、異なる光パターンにたいして、異なる光学的送信システム、および/または、光学的受信システムを設けることも可能である。これらは、それぞれ、交互に、監視区域への照射光を、または、監視区域からの照射光を画像化する。
【0017】
さらに、1個以上の光学的送信システム−および/または、1個以上の光学的受信システム−を、その各々が一つの光パターンに対応する、異なる位置に移動させることも可能である。例えば、それぞれの光学システムの変位または傾斜の使用が可能である。さらに、様々な光パターンの生成のために、送信側および/または受信側において、照射光ビームを、例えば傾斜可能な鏡を用いて、様々の光軸に向きを変える事も可能である。
【0018】
いずれの場合においても、異なる光パターンの実現のために、別々に関連する受信装置を設けることが可能である。
【0019】
既に説明したように、受信装置が、特に、受信装置の全ての領域または要素がエラー無く作動しているかどうかについてテストを行うことが可能である。このために、受信信号を、一方では活性化された送信装置によって、他方では非活性化送信装置によって確定し、次に、これらの受信信号を相互に比較する、または、適当なアルゴリスムによって処理することが可能である。もしもそのような比較が、前記受信信号は互いに違ってはいない、または、十分なほどに違ってはいないことを示す場合は、受信装置の対応領域または要素の欠陥を結論することが可能となる。既に説明したように、このようなテストが、複数の異なる光パターンに関して実行され、それによって、受信装置の全ての領域または要素が検出されるならば、それは特に有利である。
【0020】
本発明の、他の実施態様は従属請求項に記載される。
【0021】
【発明の実施の形態】
本発明は、下記に、図を参照しながら実施例に基づいて説明される。
【0022】
図3は、送信装置13、および、複数の受信要素を備えた受信装置15を有する公知の光電子センサー11を示す。送信装置13は、監視区域17の方向に、構造光パターンに従って照射光を発射する。
【0023】
監視区域17は、背景19によって区画される。対象物21が、監視区域17内に配置される。監視区域17から、すなわち、対象物21から、または、背景19から反射された照射光は、受信装置15によって検出される。
【0024】
図4は、受信装置15が、対象物が存在しない監視区域に関して記録し、対応する受信信号に変換する画像である。この画像の図示の走査は、送信装置13の対応する分割によって得られる。監視区域17に対象物21がない場合、受信装置15は、陰影形として描かれたパターン領域23から29を有する(図3から5において)構造化光パターンに従って反射光の作用を受ける。
【0025】
この対象物が存在しない状態の監視区域17において受信装置15の機能性をテストする必要がある場合、そのテストは、最終的に、パターン領域23から29に基づいてのみ信頼性をもって実施することが可能である。このようにして、非活性化送信装置13によって確定される受信信号と、その配置において、パターン領域23から29に対応する、または、パターン領域23から29を画像化する受信装置15の受信要素に関して、比較の実施が可能である。問題の受信要素が曲がりなりにも受容光を、対応する受信信号に変換しているかどうかに関する情報は、これらの受信要素についてのみ獲得することが可能である。
【0026】
これに反して、図3に示すように、対象物21が監視区域17内に配置される場合、照明されるパターン領域、従って、受信装置15の対応受信要素の露光は変位される。これは、センサー11は三角法の原理に従って作動しているからであり、同法においては、照射光ビームの光軸と、受容光の光軸とは平行には延長せず、互いにある角度を持って延長するがために、反射性対象物21の距離における変化は、受信側において光点の変位をもたらす。
【0027】
このような状況のために、図3に示す、監視区域17内における対象物21の存在は、図5に示すような光パターンをもたらすことが可能である。この場合、隣接パターン領域31において、照射光の作用を受けるのは、パターン領域28ではなくて、背景19となる。この作用は一般的には望ましい。なぜなら、監視区域17における対象物21の存在は、この変化から、例えば、図4に示すような以前の画像と比較することによって検出可能となるからである。
【0028】
しかしながら、パターン領域31に一致し、それ故今度は光の作用を受ける受容要素は、対象物が存在しない監視区域17の場合には、前述のやり方では信頼度の高い機能性テストを実行することの不可能であった受信要素の内の一つである。言い換えると、今度光の作用を受ける、この受信要素は故障している可能性もあるのであるが、その場合、故障は、センサー11の実際の監視操作を実行するまでは認識不可能である。このことは次の結果をもたらす可能性がある。すなわち、図4および5に示す、パターン領域28からパターン領域31への露光変位が認識されず、従って、対象物21の存在が誤って無視される結果をもたらす可能性である。
【0029】
この欠陥は、下記に図1aおよび図2a・2bを参照しながら説明されるように、本発明によって除去される。
【0030】
図1に示す光電子センサー33は、2個の送信装置35、37を有し、これらにはそれぞれ、回折光学要素39、41が、光学的送信システムとして関連する。送信装置35、37は、例えば、レーザーダイオードによって形成される。
【0031】
センサー33はさらに、送信装置35、37とは隔壁43によって隔てられて、例えば、CCDカメラによって形成される受信装置45を有する。さらに、センサー33は、調節・評価装置47を含む。
【0032】
照射光は、送信装置35、37によって、背景51によって区画される監視区域49の方向に送信される。これに関して、それぞれに関連する回折光学要素39または41は、照射光が、光パターンに応じて構造化される作用を持つ。この照射光は、監視区域49内に位置づけられる背景51と対象物53によって反射され、光学的受容システム(図示せず)を介して、受信装置45によって検出される。
【0033】
受信装置45は、図4および5を参照しながら説明したように、光パターンの内の一つ一つ毎に、照射され、反射され、かつ、検出された照射光の構造を解明することが可能である。受信装置45は、受容光を−受信要素ごとに−受信信号に変換し、それらを、制御・評価装置47に進める。
【0034】
図2aと2bは、それぞれ、回折光学要素39と41によって創成される二つの光パターンであって、それらが、対象物が存在しない監視区域49の場合の背景51において呈する外見、または、反射後、受信装置45において呈する外見を示す。これらの光パターンは等距離的に交互交代する直線的なパターンである。この二つの光パターンは、図2aと2bによる比較が示すように、互いに180°の位相変位を示す。従って、それらは、正確に互いに相補的に構造化される。
【0035】
図1によるセンサー33は、下記の二つの機能を可能とする。
【0036】
先ず、監視区域49内の対象物53の存在の検出が可能である。このために、照射光が、二つの送信装置35、37の内の一つによって、対応する光パターンに従って監視区域49内に照射され、反射後、受信装置45によって検出される。ここで確定された受信信号、または、その処理データは、調節・評価装置47によって、同じ送信装置35または37によって−従って、同じ光パターンを用いて−以前のある時点で、それぞれ送信され保存されていた受信信号またはそのデータと比較される。この比較値は、較正操作時に−センサー33の実際の監視動作の前に−まだ監視区域49内部に対象物53が配置されていない時点で確定が可能である。対象物53の存在はこのようにして検出が可能である。
【0037】
別態様として、前記以前のある時点は、問題の送信装置35または37が−従って、対応する光パターンが−対応する受信信号を確定するのに活性化された最後の時点であってもよい。この方法では、その介在期間に起こった、監視区域49内における対象物53の移動を認識することが可能である。
【0038】
いずれの場合も、調節・評価装置47による、受信信号の、較正値または前回確定値との比較の基礎として、それぞれの閾値の使用が可能であり、それによって、十分に大きな変化があった場合には、警告信号、スイッチ切断信号、または、品目検出信号が出力される。
【0039】
センサー33の、この監視操作は、送信装置35によって照射される照射光と、送信装置37によって照射される照射光の両方に基づいて実行され、いずれの場合も、同じ光パターンに関して、以前の受信信号との前述の比較が行われる。
【0040】
第二に、受信装置45の全ての関連受信要素の完全テストを、図1に従って、センサー33について実行することが可能である。このために、受信装置45の受信信号は、一方では、照射光が、送信装置35、37の内の一つによって照射され、反射後、受信装置45に作用する際に、確定される。これは、特に−といって必ずしもこれに限定されるわけではない−対象物が存在しない監視区域49の場合に行われる。他方、受信装置45の受信信号は、さらに、送信装置35、37のいずれも照射光を発射していない間も、確定が可能である。相互に対応するそれぞれ受信された信号は、すなわち、いずれの場合も受信装置45の同じ受信要素によって受信された信号は相互に比較される。もしも十分な違いがあるならば、問題の受信要素は機能的であるという結論を引き出すことが可能である。
【0041】
互いに相補的な、図2a、2bによる光パターン設計のお陰で、受信装置45の全ての受信要素が、その機能性に関してテストされ、その結果はさらに、センサー33の実際の監視操作にも使用される。
【0042】
下記の行程は、例えば、センサー33の二つの前述の機能(監視動作とテスト)について可能である。
a)先ず、テスト相では、受信装置45の受信要素が、その機能性に関してテストされる。これは、対象物が存在しない監視区域49について、受信信号を、活性化送信装置35、または、非活性化装置35と37によって確定し、それらを互いに前述のやり方で比較することによって行う。従って、送信装置35と37−従って、図2aと2bによる異なる光パターン−が交互に活性化され、かつ、送信装置35,37の各活性化後に、この確定受信信号と、それぞれ同じ送信装置35または37の以前の活性化によって確定された受信信号との比較が行われる、実際の監視操作が実施される。
b)または、受信信号は、監視操作時を通じて、活性化送信装置35、活性化送信装置37、および、非活性化送信装置35と37によって、連続的に確定される。活性化送信装置35によって確定された受信信号は、同じ送信装置35の最終活性化時に確定された受信信号と比較される。同様の比較を、他方の送信装置37の各活性化後にも実施する。非活性化送信装置35と37による、その受信信号の各検出後に、受信要素に関する前述のテストを行う。すなわち、制御・評価装置37は、これらの受信信号を、それぞれ、活性化送信装置35、または、活性化送信装置37によって確定された受信信号と比較する。
【0043】
従って、この例示のために挙げる二つのルーチンでは、連続データが画像内容について生成され、それによって、有意な差においては、品目検出信号、警告またはスイッチ切断信号が生成される。
【0044】
いずれの場合も、照射光は、好ましくは、送信パルスとして送信され、受信装置45による受信信号の発生は、この送信パルスの送信と同期する。この制御は、制御・評価装置47が担当する。
【0045】
図2cは、同様に可能な、光パターンの2次元的実現を示す。従って、本発明はさらに、前述したように、3次元領域の監視についても同様の利点において使用することが可能である。このためには、相補的な2次元光パターンが供給されることが好ましい(図示せず)。
【0046】
本発明に関してはさらに次のことを銘記しなければならない。すなわち、受信信号はさらに、監視区域49内に検出された対象物53の距離に関しても評価され、それによって、対応する距離情報を出力することが可能であることである。この距離情報は、受信光点パターンの、それぞれの発射光パターンとの差に基づいて、送信装置35,37および受信装置45の三角形配置から入手することが可能である。背景51のセンサー33からの距離を確定し、かつ、考慮するならば、それは、ある対応的に符号化される背景をセンサー33の近くに配備し、それによって、この「偽りの」背景の背後で不許可行為を、それは、実際、センサー33を免れる筈のものであるが、そのような行為を可能とする悪戯を回避するのに役立つ。
【0047】
最後に注意しなければならないことは、図1に示す反射配置の代わりに、一方では送信装置35,37の、他方では受信装置45の照射光配置は、照射光が、監視区域49を、直線で、実質的に貫通するように供給することも可能であることである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による光電子センサーの概略斜視図である。
【図2】2a、2bおよび2cは異なる光パターンを示す図である。
【図3】従来技術によるセンサーを示す図である。
【図4】本センサーの光パターンを示す図である。
【図5】本センサーの光パターンを示す図である。
【符号の説明】
11 光電子センサー
13 送信装置
15 受信装置
17 監視区域
19 背景
21 対象物
23 パターン領域
24 パターン領域
25 パターン領域
26 パターン領域
27 パターン領域
28 パターン領域
29 パターン領域
31 パターン領域
33 光電子センサー
35 送信装置
37 送信装置
39 回折光学要素
41 回折光学要素
43 隔壁
45 受信装置
47 調節・評価装置
49 監視区域
51 背景
53 対象物

Claims (27)

  1. 光電子センサー(33)によって監視区域(49)を監視する方法であって、構造光パターンに従って、照射光が、監視区域(49)の方向に送信され、かつ、監視区域で受容され、受容された光は受信装置によって受信信号に変換され、かつ、受信信号は、監視区域(49)における、対象物(53)の存在に関して、または、対象物(53)の移動に関して評価される監視法であって、前記照射光は、少なくとも二つの異なる光パターンに従って送信、および受信され、前記光パターンは、対象物が存在しない監視区域のときは最終的に、受信装置の全ての領域または要素が、受容された照射光の作用を受けるように使用されるような態様で相互に相補的やり方で構造化されることを特徴とする監視法。
  2. 前記光パターンは規則的な構造であり光パターンは等距離的に交互に交代するパターンを持つことを特徴とする請求項1に記載の監視法。
  3. 前記光パターンは、互いに180°位相変位していることを特徴とする請求項1または2に記載の監視法。
  4. 前記光パターンは、直線的か、または、マトリックス型であることを特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  5. 前記光パターンは、明・暗パターンであることを特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  6. 前記照射光は、少なくとも二つの異なる光パターンに従って交互に交代して送信、および/または、受信されることを特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  7. 前記異なる光パターンは、それぞれ、関連送信装置(35、37)によって生成されること特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  8. 前記異なる光パターンは、異なる光学的送信システム(39、41)によって生成されることを特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  9. 前記送信光ビーム、および/または、受信光光束は偏向され、変位され、または、傾斜されて前記異なる光パターンを生成することを特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  10. 少なくとも一つの光パターンは、回折光学要素(39、41)によって生成されることを特徴とする請求項1乃至のいづれか一項に記載の監視法。
  11. 監視区域(49)から反射または反転された、または、監視区域を直線状に実質的に通過した照射光が受容され、かつ、評価されることを特徴とする請求項1乃至10のいづれか一項に記載の監視法。
  12. 照射光は送信パルスとして送信され、かつ、監視区域(49)からの光の受容は、前記送信パルスの発射と同期して行われることを特徴とする請求項1乃至11のいづれか一項に記載の監視法。
  13. 前記受容光の評価のために、特定の光パターンについて確定した受信信号、または、それら受信信号を処理して得たデータを、以前のある時点で同じ光パターンについて確定した受信信号またはデータと比較することを特徴とする請求項1乃至12のいづれか一項に記載の監視法。
  14. 前記監視区域(49)は、前記以前のある時点において較正状態−特に、対象物が存在しない較正状態−にあり、あるいは、前記以前のある時点は、同じ光パターンの、直前の、照射および/または受容時点であることを特徴とする請求項13に記載の監視法。
  15. 前記監視区域(49)を不許可介入にたいして安全確保する監視法が実行され、かつ、監視区域(49)における対象物(53)の存在、または、対象物(53)の移動が、前記受信信号の評価の結果検出された場合、スイッチ切断信号または警告信号が生成されることを特徴とする請求項1乃至14のいづれか一項に記載の監視法。
  16. 前記受信信号はさらに、監視区域(49)内に配置された対象物(53)の距離に関して、特に、三角形配置によって偏向するビーム通路を考慮することによって評価されることを特徴とする請求項1乃至15のいづれか一項に記載の監視法。
  17. 監視区域(49)の監視用光電子センサー(33)であって、監視区域(49)の方向に照射光を照射するための、少なくとも1個の送信装置(35,37)、監視区域(49)から受容された光を受信信号に変換するための、少なくとも1個の受信装置(45)、および、監視区域(49)における対象物(53)の存在に関して、または、対象物(53)の移動に関して、受信信号を評価するための評価装置(47)を含み、前記送信装置(35、37)および/または受信装置(45)は、構造光パターンの送信または受信のために形成され、
    かつ、前記少なくとも1個の送信装置(35、37)、および前記少なくとも1個の受信装置(45)は、少なくとも2個の異なって構造光パターンの送信または受信のために形成され、
    かつ、対象物が存在しない監視区域のときは最終的に、受信装置の全ての領域または要素が、受容された照射光の作用を受けるように使用されるような態様で相互に相補的やり方で構造化されることを特徴とする光電子センサー。
  18. 前記送信装置(35、37)および/または受信装置(45)は、異なる光パターンを、それぞれ、交互に送信または受信するために形成されることを特徴とする請求項17に記載の光電子センサー。
  19. それぞれ個別の送信装置(35、37)が、異なる光パターンの送信のために備えられていることを特徴とする請求項17または18に記載の光電子センサー。
  20. それぞれ個別の光学的送信システム(39、41)が、異なる光パターンの送信のために備えられていることを特徴とする請求項17乃至19いづれか一項記載の光電子センサー。
  21. 前記受信装置(45)は、複数の受信要素を有することを特徴とする請求項17乃至20いづれか一項記載の光電子センサー。
  22. それぞれ個別の光学的受信システムが、異なる光パターンの受信のために備えられていることを特徴とする請求項17乃至21いづれか一項記載の光電子センサー。
  23. 移動可能な、特に変位可能なまたは傾斜可能な、光学的送信装置および/または光学的受信装置が備えられていることを特徴とする請求項17乃至22のいづれか一項記載の光電子センサー。
  24. 請求項17乃至23のいずれか一項によるセンサーであって、光学的送信システム、および/または、光学的受信システムは、少なくとも1個の回折光学要素(39,41)を有することを特徴とする光電子センサー。
  25. 送信装置(35,37)および受信装置(47)は、反射配置または透過配置に配置されることを特徴と請求項17乃至24のいずれか一項に記載の光電子センサー。
  26. ある特定の光パターンについて確定された受信信号は、その同じ光パターンについて以前のある時点で確定された受信信号と、評価装置(47)によって比較されることが可能であることを特徴とする請求項17乃至25のいずれか一項に記載の光電子センサー。
  27. 光の無謬性受容診断テストのために、発射された照射光によって確定される受信信号は、照射光が照射されていない時に確定された受信信号と、評価装置(47)によって比較されることが可能であることを特徴とする請求項17乃至26のいずれか一項に記載の光電子センサー。
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