JP4219442B2 - 光電子センサ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被監視領域へ送信光ビームを送信する光送信器及び受信光ビームを受信する光受信器を有し、受信光ビームが被監視領域中にて品物から光受信器の方向に反射された送信光によって形成され、受信光ビームがセンサからの品物までの間隔に依存して送信光ビームに対し可変ビーム角にあり、光受信器の出力信号を処理する制御評価ユニットを有している光電子センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
送信光ビーム及び受信光ビーム間のビーム角のそれらの検出の結果、センサは、送信光を反射する品物のセンサからの距離を決定でき、及び／又は被監視領域の前景か背景中の品物からの電子的減衰による被監視領域の限界を定めることができる。この三角測量方法を実行するために形成されるセンサは様々な具体例で知られている。
【０００３】
対応するセンサは、例えばＰＳＤダイオードのような光センサとして空間的解像光学素子を有し、これらのセンサは２つの出力信号を生成し、これら信号から光センサを照らす受信光ビームの強度の中心が検出される。さらに、２つの近接したフォトダイオードから実質的に成る差動素子が知られている。差動素子を照らす受信光ビームの空間解像は、２つのフォトダイオードそれぞれの出力信号の比較及び評価を通して実行される。
【０００４】
受信光ビームがその中心でそれぞれの光センサを照らさず、光センサの２つの出力信号が対称でないビーム角に、これらのセンサを調節するために、差動素子を使用する場合、受信光ビームによる光センサの照明の対称化は、機械的な調節デバイスによって通常なされる。この機械的な調節デバイスは、例えば、交わる軸に関して枢動する鏡を含んでいる。機械的な調節デバイスの使用は複雑な設計、製造を要し、大きな体積構成で、さらにセンサの機械的支障によるなど不利になる。さらに、それは、実行されるには手動調節手続きを必要とする。
【０００５】
上記の種類の既知のセンサはさらに、欠点を有している。つまり、それらの２つの出力信号の照明の中心のアナログ形成は、ビーム角及び送信光を反射する品物のセンサからの距離の曖昧な決定を単に起こす場合がある。更に、それらの精度は、望ましくないが、使用される光センサの光感応場所に不利に依存する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、機械的高精度調節デバイスの使用なしで、被監視領域中の異なるゾ−ンに対応した参照距離に設定できるような上記種類のセンサを形成することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、光受信器は異なるセンサ素子がビーム角に依存して受信光ビームによって照らされるように互いに隣接して配置される少なくとも４つの独立したセンサ素子を有している多素子光センサを備えることにより解決される。本発明のセンサの光受信器は、個々に読み出され評価され得る少なくとも４つの個別のセンサ素子を有している。このように、光受信器を照らす受信光ビームの位置、構造及び強度は、個々のセンサ素子の信号に関して決定できる。本発明のセンサの複数の出力信号は２つの出力信号だけが存在する場合より正確な評価を可能にする。これらは、光センサの光感応表面全体の受信光信号を用いてアナログ積分を実質的に単に生成する。複数の個別のセンサ素子へ光センサの光感応表面を分割することは、本発明のセンサがより高い空間解像を達成することを支援できる。
【０００８】
本発明の配置の実質的な利点は、本発明の多素子光センサの相応して大きな構成、複数の個別センサ素子により、送信光学系の機械的結合又は調節、所望の調整又はゼロ点設定が制御評価ユニットへの個々のセンサ素子の可変結合によってもたらすことができる、事実から分かる。
多素子光センサを照らす受信光ビームの均質でない構造は本発明により解決され、さらにセンサの精度を増加させることができるので評価できる。例えば送信又は受信光ビームの望まれない反射のような妨害作用は、センサによって認識評価され、フィルタで分別される。被監視領域中にて検知されるべき品物以外の品物の送信光の反射は、センサが種々反射する品物への距離を識別するという能力があるので、特に認識される。その結果、品物検出信号の偽りの生成を抑えることができる。
【０００９】
被監視領域の品物で反射された受信光ビームの多素子光センサの表面に沿った幾何学的な範囲は検出でき、センサからの品物の距離の決定のためにさらに詳しい情報として使用できる。
光センサの複数の個別の独立素子の信号情報が利用可能なので、この情報は、非常に柔軟な方法で、ディジタル及び電子的デバイスの援助によって処理でき、それはセンサの個々の応用にそれぞれ適応される。この点について、格納され読み出される評価プログラムは特に使用され得る。いわゆる「ティーチイン」方法は、さらに有利に単純な方法で個々の適用の必要条件へのセンサの順応を可能にする。
【００１０】
特定の参照距離に対応するビーム角の設定は、本発明のセンサによって、１つ又は複数の個々のセンサ素子への、多素子光センサを照らす受信光ビームの最高光強度の結合によって、なされる。この点において、制御評価ユニットが多素子光センサのセンサ素子を複数のセンサ領域へ細分できることは特に有利である。このように、これらのセンサ領域は、その後、被監視領域の品物から反射された受信光ビームによってそれらが照らされるかどうかに関して識別できる。この場合、センサ領域は被監視領域の異なるゾーンに、それぞれのビーム角に従って、対応できる。
【００１１】
好ましい方法においては、センサ素子の分割は、２又は３のゾーンへの被監視領域の分割に対応して、２又は３のセンサ領域に特に行われる。その後、これらのゾーンは例えば、それぞれ目的ゾーン及び前景ゾーンそして背景ゾーンを形成し、これにおいては、品物が、品物検出信号の生成を引き起こし、又は品物検出信号の生成を故意に引き起こさない。しかしながら、この被監視領域の分割は、さらに例えば、前景ゾーン及び背景ゾーンに加えて目的ゾーンに減衰されるべき更なるゾーンを形成するために、本発明のセンサの高い空間解像の結果、同じ方法で３つを越えるゾーンに行われ得る。
【００１２】
センサ素子の分割は、一度おこなわれ、特別の適用に一致する較正調節に基づくことが好ましい。この目的のために、参照品物は、その被監視領域内のセンサからの特定の参照距離に位置できる。その後、センサ素子の対応する信号は検出でき、センサ素子が参照品物の参照距離に正確に対応するセンサ領域へ細分されるように評価され得る。相応して異なる被監視領域の複数のゾーンを定義するために、センサは参照距離を測定でき、上述された方法で評価され得る。多素子光センサ中のセンサ素子の配置は、一次元の列で実行できる。
【００１３】
センサ素子の数は数２の整数累乗であり、特に８と１０２４の間にあることが好ましい。これは、ディジタル電子的手段の援助でセンサ素子の信号の評価を特に単純化する。
その光感応表面の平面中の少なくとも１つの方向に沿ったセンサ素子の幾何学的な範囲がこの方向（図２）に沿った受信光ビームの幾何学的な範囲より実質的に小さい場合は、更に有利である。この場合、複数のセンサ素子は受信光ビームによって照らされ、また、受信光ビーム断面の幾何学的な範囲を決定する場合、より高い解像度が得られる。
【００１４】
更に、多素子光センサの光感応表面の平面中の少なくとも１つの方向に沿った複数のセンサ素子の配置の幾何学的な範囲がこの方向（図２）に沿った受信光ビームの幾何学的な範囲より大きな場合も、有利である。これは、光ビームが同時にセンサ素子をすべて照らすのを妨げる。したがって、受信光ビームの最も高い光強度に対応する最大の信号及びさらに残余の光及びバックグラウンドノイズに対応する最小の信号の両方が、多素子光センサの異なるセンサ素子から生成できる状況は、さらに達成でき、この中では、多素子光センサの信号のコントラストが最適化される。さらに、このセンサ素子の配置は、受信光ビームによってそれらの照明に対応する異なる領域へのそれらの分割部分に対応する。
【００１５】
本発明のセンサは、多素子光センサとしてフォトダイオード行列を有し、これは特に一体的に形成されている。かかるフォトダイオードアアレイ配列、例えばシリコンに製造され複数の個別のチャネルを備えたコスト的に好意な検出器を通常形成し、それらは、小さな体積構成で、不光感応面積に対する光感応面積の高い比率を有している。
【００１６】
それぞれのアンプ手段が多素子光センサの個々のセンサ素子と協働し、特に、アンプ手段が妨害作用を回避するためにそれぞれのセンサ素子に近接して空間的に設けられることは有利である。１つ以上のスイッチは各センサ素子ごとにも協働でき、これによりセンサ素子の信号の読み出しが制御できる。増幅手段及び／又はスイッチが、単一チップ内の多素子光センサに統合されることは特に有利である。
【００１７】
本発明のセンサは、制御評価ユニットがセンサ素子の信号を並列で読み出しする手段を含んでいる場合、特によく機能する。センサ素子がセンサ領域へ細分化される場合、制御評価ユニットがセンサ領域の信号の並列の読み出しする手段を含んでいるとき、それは有利である。かかる手段は複数の並列ラインによって形成でき、センサ領域のセンサ素子は並列ラインに協働する。
【００１８】
並列ラインの数はセンサ領域の数に対応できる。しかしながら、並列ライン上の複数のセンサ領域を組み合わせることによって、それは、さらにセンサ領域の数より小さくなりうる。制御評価ユニットは、並列ライン上への個々のセンサ素子のスイッチングが制御されるスイッチ制御装置を好ましく有している。有利な実施例では、第１スイッチ及び第２スイッチは、それぞれ各センサ素子と協働し、すべての第１スイッチは第１並列ラインに接続され、すべての第２スイッチは第２並列ラインに接続されている。この場合、第３のスイッチが各センサ素子と協働し、すべてが第３の並列ラインに接続されている。センサ素子が第１、第２及び第３のスイッチを介して並列ラインを通って互いに接続され、各々は被監視領域の前景ゾーン、目的ゾーン及び背景ゾーンを表わすセンサ領域を形成することが、好ましい。
【００１９】
各センサ素子は、それぞれの並列ラインの１つに好ましく単に接続される。しかしながら、さらにセンサ素子は複数の並列ラインに同時に接続できる。これは、例えばセンサ素子が異なるセンサ領域のセンサ素子間に位置する場合、有利である。更なる好ましい実施例では、制御評価ユニットが、センサ素子の信号を連続してすなわち直列で読み出しする手段を含んでいる。これらの手段は、センサ領域へのセンサ素子の分割で、それらが直列でこれらのセンサ領域を読み取るように設計できる。かかる手段は多重データ送信端末装置で特に形成でき、これでは、センサ素子の信号又はセンサ領域のセンサ素子の信号又はセンサ領域の信号が、読み込まれ、時間方向に交代で送信される。
【００２０】
本発明のセンサに対する制御評価ユニットは、センサ素子の信号の合計を形成する手段を有する。このように、合計統合された信号は多素子光センサの光感応表面の特定の領域上に生成でき、この領域はセンサ素子のセンサ領域への分割に従って有利な方法で自由に選択可能である。合計形成は例えば、センサ領域のセンサ素子の信号を、これらのセンサ素子が共同で切り替えられる並列ライン上に切り替えることによって、又はマイクロプロセッサの援助によって、実行される。
【００２１】
制御評価ユニットが信号間の差分を形成する手段を有していることは有利である。これらの信号はセンサ素子の出力信号又は、特にセンサ領域のセンサ素子からの信号の合計である。異なるセンサ領域の全体の光信号の対照は例えば、これらの差分に関して検出することができ、センサ領域は順番に有利な方法により自由に選択可能でる。この場合、制御評価ユニットは、センサ素子の信号の合計間の差分が定義された閾値より小さい及び／又は同じ及び／又は大きい場合、品物認識信号を生成できる手段を有していることは好ましい。かかる品物検出信号の生成は、検出された差分が定義された閾値を囲んだ許容差の内部又は外部にあるときにも、実行される。
【００２２】
センサ領域へのセンサ素子の分割をなす場合において、制御評価ユニットがセンサ素子の信号又はセンサ領域のセンサ素子の信号をデジタル化する手段を含んでいる本発明のセンサの動作の方法はさらに好ましい。この場合、例えば、多素子光センサを照らす受信光ビームの位置、幅又は構造を分析するために、第１の前記手段に続くディジタル電子的な評価が使用できる。
【００２３】
制御評価ユニットは有利な方法でマイクロプロセッサを含むことができる。これは、例えば、多素子光センサのセンサ素子の信号の並列又は連続する読み出しに対する制御として役立つ。同じ方法で、それは、センサ素子の信号を処理し分析できる。このマイクロプロセッサは、さらに、格納された計算基礎に基づいたセンサ領域へのセンサ素子の分割を評価し指定できる。マイクロプロセッサは、評価及び環境上の条件を変化させるために、センサへの適応又はセンサ領域の分割を可能にする自己適合可能な論理回路又はプログラムを特に持つことができる。
【００２４】
本発明のセンサを調節する目的で、制御評価ユニットが手動及び／又は自動的な較正調節用手段を有していることは有利である。この較正調節は、被監視領域内に位置した参照品物のセンサからの参照間隔に関係がある。手動の較正調節は、さらに例えば手段の外部起動により実行され、すなわち、参照品物が被監視領域内にセンサからの参照距離で存在するとき、所望の出力信号又は品物検出信号がセンサによって生成されるように実行され、所望の出力信号すなわち品物検出信号がこの参照距離に対応する。
【００２５】
自動的較正設定は例えば、センサ素子又はセンサ領域の適切な信号が検出され格納されることにおいて実行される。これらの信号はセンサからの１つ以上の参照間隔に対応し、その各々において参照品物が被監視領域に設けられる。複数のセンサ領域への多素子光センサのセンサ素子の分割は、較正調節によって特に自動的な較正調節によって有利な方法で個々に指定できる。
【００２６】
較正調節は、センサの実際的な使用のために好ましく一度実行される。しかしながら、もし、変更された環境上条件に一致したセンサ領域へセンサ素子の分割の変更を実行するために要求されれば、さらに較正調節は実際的な使用中にて順番に繰り返すことができる。したがって、例えば、センサの経時に依存する変位の影響を償うことができる。
【００２７】
本発明のセンサのさらに有利な実施例は、被監視領域に位置した品物のセンサからの距離の量的測定を可能に、少なくともほぼ可能にする。この距離測定は、センサ素子の信号の評価を参照して実行される。センサに対する制御評価ユニットはこのための適切な手段及び検出された距離出力のための適切な手段を持つことができる。距離測量は、被監視領域内のセンサからの異なる距離で参照品物の存在で検出されたセンサ素子の信号の評価及び記憶を含んでいる較正調節に特に基づくことができる。
【００２８】
最後に、センサの光送信器がパルス状の光信号を送信するように設計されていることは好ましい。この場合、多素子光センサ及び／又は制御評価ユニットが適切な方法で、パルス状の光信号の周波数と同期されることは有利である。
本発明の更なる実施例は従属する請求項に開示され、また、従属する請求項で述べられたもの以外の個々の実施例の組合せは、さらに可能である。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
図１は、光電子センサ１の概略構成を示し、これはセンサ１のハウジングに設けられた送信光学系３の焦点面に実質的に位置する光送信器２を含んでいる。センサ１のハウジングは送信光学系３に隣接している受信光学系４を更に有している。
【００３０】
光センサ５は受信光学系４のセンサ１内に像平面の領域中に位置し、その光感応表面は受信光学系４の像平面に平行に実質的に設けられ、また、その光感応表面の中央点は光送信器２から離れた受信光学系４の主要な軸から横に変位して配置されている。光センサ５は、複数のセンサ信号出力６によってセンサ１内に同様に位置する制御評価ユニット７に接続され、出力の１つだけが図１中で示される。
【００３１】
更に、図１に示される送信光ビーム８は、光送信器２から送信され、送信光学系３を通り、センサ１外側のほぼ平行のコースをとる。
送信光ビーム８の光を反射する品物９は、センサ１から距離Ｄのセンサ１の被監視領域に位置する。受信光学系４を通りセンサ１内部の光センサ５上へ抜ける反射された光の一部は、受信光ビーム１０を形成する。光センサ５を照らす光スポットの中央点の距離は、光送信器２から離れた光センサ５の端部から測定され、ビーム偏向Ａとして指定される。
【００３２】
送信光ビーム８及び受信光ビーム１０は、センサ１の外において互いにビーム角αを実質的になしている。さらに、更なる品物は、図１のセンサ１の被監視領域の破線で示され、これは、センサ１からの参照距離Ｄ’で参照品物９’として配置される。光センサ５は空間解像をなし、つまり、その出力信号は、受信光ビームによって照らされるその光感応表面の領域に関する情報を伝える。センサ１からの品物９の距離Ｄが変化する場合、ビーム角αもさらに変わり、したがって光センサ５の光感応表面に沿って測定されるようなビーム偏向Ａも変わる。
【００３３】
光センサ５の出力信号はセンサ信号出力６によって制御評価ユニット７に供給される。これは、センサからの品物９の異なる距離Ｄに対する光センサ５の異なる出力信号を関連させるように設計されている。
したがって、図１に示されるセンサ１は、請求項１の前提部分で指定されたタイプの既知のセンサに相当する。しかしながら、請求項１の特徴部分に従って多素子光センサとしてセンサ１の光センサ５を設計することによって、図１で示される構成は、本発明に従って新規なセンサの構成に相当する。
【００３４】
図２は、本発明による多素子光センサ５の実施例の概略構成を示す。多素子光センサ５は互いに隣接して配置された直線状に８つのセンサ素子１１からなり、参照サインＹで記された２つのセンサ素子１１は、受信光ビーム１０によって少なくとも部分的に照らされる。この受信光ビームは円形断面１２を有している。図１に関して既に記述された光スポットの中央点は、光センサ５の１つの端部からのビーム偏向Ａによって一定間隔で配置される。図２中で示される横断面１２の中央点の位置は、ビーム偏向Ａ'によって特徴づけられる。
【００３５】
図２において、受信光ビームによって実質的に照らされないセンサ素子１１は受信光ビームに関する一方側でＸによって示されかつ、Ｚによって多素子光センサ５の他方側が示される。センサ素子１１のための指示Ｘ、Ｙ及びＺは、３つの異なるセンサ領域への多素子光センサ５の分割部分に相当する。
センサ素子１１の読み取りとセンサ領域の多素子光センサ５の細分化との２つの可能性は、図３、４及び５を参照して以下に説明される。かかる場合、図１で示されるセンサ１内の光センサとしての多素子光センサ５の使用が想定される。
【００３６】
図３は、図２による多素子光センサ５及び制御評価ユニット７の概略構成を示す。多素子光センサ５の各センサ素子１１は、第１スイッチ１３の１つの極に、第２スイッチ１４の１つの極にそれぞれ電気的に接続されるセンサ信号出力６を有している。第１スイッチ１３それぞれの他方の極は第１の並列ライン１５に接続される。また、第２スイッチ１４それぞれの他方の極は第２の並列ライン１６に接続される。スイッチ１３，１４はすべて、スイッチ制御装置１７に更に接続される。
【００３７】
第１の並列ライン１５は差動アンプ１８の負入力へ、第２の並列ライン１６がその正入力へ供給される。差動アンプ１８のアナログ出力信号Ｓはアナログ／ディジタルコンバータ１９に供給される。Ａ／Ｄコンバータ１９の出力及びさらにスイッチ制御装置１７は、出力２１を有するマイクロプロセッサ２０に接続される。
【００３８】
センサ素子１１の各信号出力６は、スイッチ１３，１４によりスイッチ制御装置１７によって選択的に切り替えられ、正確に２つの並列ライン１５，１６の１つ切り替えられる。このように、各場合に、２つの並列ライン１５，１６の一方に切り替えられるセンサ素子の信号は合計され、合計された信号を形成する。多素子光センサ５は、指示Ｘ、Ｙ及びＺとのセンサ素子１１の印によって、図２に従って図３で特徴づけられる３つのセンサ領域をそれぞれ有しているので、３つのセンサ領域の異なる２つのセンサ素子の出力信号は、２つのライン１５，１６の少なくとも１つに供給されなければならない。
【００３９】
図３で示されたスイッチ１３，１４の位置において、センサ領域Ｘ及びＺのセンサ素子１１の信号が並列ライン１５に供給され、センサ領域Ｙのセンサ素子１１の信号は、並列ライン１６に供給される。
差動アンプ１８の負入力は、このように両方のセンサ領域Ｘ及びＺのセンサ素子１１の信号の合計を表わす信号を受け取る。対応して、センサ領域Ｙのセンサ素子１１の信号が並列ライン１６を介して差動アンプ１８の正入力に供給され、合計信号が形成される。
【００４０】
図２に示されるように、例えばセンサ領域Ｙ中でのみ多素子光センサ５が受信光ビーム１０によって照らされる場合、差動アンプ１８は正出力信号ＳをＡ／Ｄコンバータ１９に供給する。Ａ／Ｄコンバータ１９によるデジタル化の後に、この信号は、例えば、マイクロプロセッサ２０でさらに処理され、閾値を備えた信号の比較の後にその出力２１で品物検出信号を生成する。
【００４１】
そこで、今、被監視領域内における品物のセンサ１からの参照間隔Ｄ’に図１の配置に従って図３で示されるセンサ１を較正することができるようになる。すなわち、被監視領域の前景及び背景ゾーンの間に位置する目的ゾーン内の品物に、センサが単に反応するように、測定中、前景及び背景ゾーンを電子的に減衰されることになっている。この目的のために、参照品物９’は、センサ１からの所望の参照距離で被監視領域中にて設けられている。参照品物９’が例えば、図２で示される受信光ビーム１０での多素子光センサの照明に帰着するビーム角αで、受信光ビーム１０として送信光ビーム８を反射する場合、図２及び３に示すように、多素子の光センサ５のセンサ素子１１をセンサ領域Ｘ、Ｙ及びＺへ分割することができる。したがって、この分割部分は制御評価ユニット７によって認識され、較正設定として保持されなければならない。
【００４２】
この目的のために、マイクロプロセッサ２０は、スイッチ制御装置１７によって引き起こされたスイッチ１３，１４の異なる位置で、Ａ／Ｄコンバータ１９によってディジタル化された差動アンプ１８の出力信号を見つけて評価することにおいて、最初に、各センサ素子１１の出力信号を検出する。評価が起こった後、マイクロプロセッサ２０は、測定のための３つのセンサ領域Ｘ、Ｙ及びＺへのセンサ素子１１の同様に示された分割部分に相当する図３で示された位置にスイッチ１３，１４を設定するように、スイッチ制御装置１７に正確に命じる。したがって、多素子光センサ５のこの分割部分は、測定のための較正設定を形成する。
【００４３】
較正設定はセンサ１から基準となる参照間隔Ｄ’において品物９’が被監視領域の目的ゾーン（センサ領域Ｙ）内に位置するように行われこの場合、有効とされたスイッチ１３，１４の設定結果として差動アンプ１８で、最大の可能な正出力信号Ｓが読み出される。対照的に、品物９が被監視領域内のセンサ１からの異なる距離Ｄに位置する場合、センサ１の較正設定の基準値と異なるビーム角α及びビーム偏向Ａ（図２）は発生する。この場合もはや多素子光センサ５の照明がセンサ領域Ｙ中で実質的に起こらないので、差動アンプ１８はスイッチ１３，１４の位置が保持されるので負出力信号Ｓを供給する。
【００４４】
被監視領域に位置した品物９のセンサ１からの距離Ｄに関する差動アンプ１８の出力信号Ｓの依存性は、図３に示すスイッチ１３，１４の位置に対し図４（ａ）で示されるプロット２２によって与えられる。品物９が参照間隔Ｄ'に位置する場合、つまり多素子光センサ５が受信光ビーム１０によってセンサ領域Ｙ中で照らされる場合、出力信号Ｓが最大の値を伝えるという事実は、この信号プロット２２から推定できる。
【００４５】
更に、多素子光センサ５が、参照ビーム偏向Ａ’の１つの側に受信光ビームによって明白に照らされる場合、差動アンプ１８の出力が負の値Ｓを伝えることは信号プロット２２から分かる。この関係を示すために、センサ領域ＸＹ及びＺの近似の位置は図４（ａ）で示される。図４（ａ）は図３で示される、それに信号プロット２２が基づいたスイッチ１３，１４の位置がセンサ領域Ｘ及びＺに従って被監視領域の前景及び背景ゾーンをそれぞれ電子的に減衰する単純な方法で使用できることを明らかにする。この目的のために、差動アンプ１８の出力信号Ｓが図４（ａ）に示された閾値２３を越える場合、マイクロプロセッサ２０はその出力２１で例えば単に品物検出信号を生成する。したがって、センサ領域Ｙに対応する被監視領域の目的ゾーンに位置する品物だけが、品物検出信号のトリガを引き起こすことができる。
【００４６】
センサ領域Ｘ及びＹのセンサ素子１１が第１の並列ライン１５の上に切り替えられ、センサ領域Ｚのセンサ素子１１が第２の並列ライン１６の上に切り替えられるように、図３に示されるスイッチ１３，１４の位置が変更される場合、センサ領域Ｘ及びＹは単一の共通のセンサ領域を単に形成する。この場合、多素子光センサＳのセンサ素子１１は、２つの識別可能なセンサ領域、すなわちセンサ領域Ｘ、Ｙ、センサ領域Ｚへ細分されるだけである。
【００４７】
上述されたスイッチ位置に対応する被監視領域に位置した品物９のセンサ１からの距離Ｄの差動アンプ１８の出力信号Ｓの依存性、すなわち距離Ｄに対応するビーム偏向Ａの依存性は、図４（ｂ）の概略的プロット２４から分かる。ビーム偏向Ａが２つのセンサ領域Ｘ及びＹ内に実質的に位置する限り、差動アンプ１８は負出力信号Ｓを伝える。対照的に、ビーム偏向Ａがセンサ領域Ｚ内に実質的に位置する場合、差動アンプ１８は正出力信号Ｓを供給する。従って、このスイッチ位置で、閾値の信号Ｓの比較を参照して、被監視領域の前景、背景ゾーンは非常に単純な方法で減衰され得る。
【００４８】
図４（ａ）と４（ｂ）によって示された減衰の可能性は、単独でマイクロプロセッサ２０によるスイッチ制御装置１７への命令に関係がある。スイッチ制御装置１７への様々なスキーム及び命令はマイクロプロセッサ２０に格納でき、要求された時読み出される。したがって、図３に示される制御評価ユニットは、品物９の認識に関して、及び被監視領域内の異なるゾーンからの電子的に減衰することに関して非常に柔軟である。異なる較正によって、センサは被監視領域の可変ゾーンに反応する。特別の応用に合った較正は機械的な影響を及ぼさずに、自動的に純粋に電子的に実行できる。
【００４９】
センサ素子１１からの読み出し及び様々なセンサ領域へそれらの分割のために図３に示される制御評価ユニット７の配置は、さらに、図５で概略的に示される構成に従って実行できる。この配置では、多素子光センサ５のセンサ素子１１はすべてそれらのセンサ信号出力６によって多重データ送信端末装置２５に接続されている。多重データ送信端末装置２５は、Ａ／Ｄコンバータ１９に接続され、それはマイクロプロセッサ２０に順番に接続されている。
【００５０】
多素子光センサ５のセンサ素子１１のうちのセンサ信号出力６に印加された信号は多重データ送信端末装置２５によって、適切な周波数で一度に時間順に交代で読み込まれ、それらをＡ／Ｄコンバータ１９に渡される。これは、信号の各々をディジタル化し、マイクロプロセッサ２０にディジタル化された形式でそれらを渡す。
【００５１】
したがって、すべてのセンサ素子の十分な読み出しの後に、マイクロプロセッサ２０は、この時に起こった図３に関して記述された方法に類似する異なる信号の合計なしで、個々に利用可能な信号を生成している。マイクロプロセッサ２０は個々に又は集団的にのいずれかの信号を評価できる。センサ１の較正調節が実行される場合、マイクロプロセッサによる個々の信号の評価は特に検出可能である。その後、異なるセンサ領域へのセンサ素子１１の分割が存在するように、図３に関して記述された方法に類似して評価は実行される。この配置では、センサ領域は、品物は検知でき又は故意に検知できない被監視領域内のゾーンに再び対応する。
【００５２】
その後、特に、被監視領域のゾーンに対応するセンサ領域へのセンサ素子１１の分割が既に実行された場合、マイクロプロセッサ２０でセンサ素子の信号の集合的な評価は実行される。この場合、センサ領域のセンサ素子１１の信号は、例えば、得られた合計値間の差分が形成され、閾値と比較できるように図３に関して記述されたそれと類似した方法で加算される。したがって、マイクロプロセッサは、その出力２１で信号を生成でき、それは、センサ１の被監視領域に品物が位置するかどうかに関する記述又はこの品物が位置する被監視領域のゾーンの記述に関係する。
【００５３】
各場合では、マイクロプロセッサ２０は、信号の評価において順番に非常に柔軟である。それは、自己適合論理を単純な方法で供給され、これは例えば自動的較正設定を支援し、望まれない結果に関係のある時間方向の信号の遅い変更を認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明によるセンサの原理を示す図。
【図２】 本発明による受信光ビームによって照らされた多素子光センサのセンサ素子の好ましい配置の概要を示す図。
【図３】 本発明によるセンサ素子の並列の読み出しを備えたセンサを示す図。
【図４】 センサ素子の信号を処理する本発明によるセンサの制御評価ユニットの手段の出力信号の主要な形を示すグラフ。
【図５】 本発明によるセンサ素子の連続する読み出しを備えたセンサの原理を示す図。
【符号の説明】
１ センサ
２ 光送信器
３ 送信光学系
４ 受信光学系
５ 光センサ又は多素子光センサ
６ センサ信号出力
７ 制御評価ユニット
８ 送信光ビーム
９ 品物
９' 参照品物
１０ 受信光ビーム
１１ センサ素子
１２ 受信光ビームの断面
１３ 第１スイッチ
１４ 第２スイッチ
１５ 第１の並列ライン
１６ 第２の並列ライン
１７ スイッチ制御装置
１８ 差動アンプ
１９ アナログ／ディジタルコンバータ
２０ マイクロプロセッサ
２１ マイクロプロセッサの出力
２２ 信号プロット
２３ 閾値
２４ 信号プロット
２５ 多重データ送信端末装置
Ａ ビーム偏向
Ａ' 参照ビーム偏向
α ビ−ム角
Ｄ センサ１からの品物９の距離
Ｄ' 参照間隔
Ｓ 差動アンプ１８の出力信号
ｘ、ｙ、ｚ センサ範囲

Claims (23)

1. 被監視領域へ送信光ビーム（８）を送信する光送信器（２）と、受信光ビーム（１０）を受信する光受信器と、光受信器の出力信号を処理する制御評価ユニット（７）と、を有する光電子センサ（１）であって、
   受信光ビーム（１０）は、光電子センサ（１）から品物（９、９’）までの距離に依存した送信光ビーム（８）に対する可変のビーム角（α）で、被監視領域中の品物（９、９’）から光受信器の方向に反射された送信光ビームによって形成されること、
   光受信器は、各々が個別にビーム角に依存して受信光ビーム（１０）によって照らされるように互いに隣接して配置される少なくとも４つの独立したセンサ素子（１１）からなる多素子光センサ（５）を有すること、
   制御評価ユニット（７）は、多素子光センサ（５）のセンサ素子（１１）を、複数のセンサ領域へ可変に分割する手段を有し、複数のセンサ領域が被監視領域の異なるゾーンに対応していること、
   制御評価ユニット（７）は、被監視領域の異なるゾーンにおける品物が、品物検出信号の生成を引き起こし又は品物検出信号の生成を故意に引き起こさないように、光受信器の出力信号を処理すること、
   センサ素子（１１）の各々はセンサ領域の１つと関連すること、
   前記多素子光センサ（５）のセンサ素子（１１）を複数のセンサ領域へ可変に分割する手段は複数のセンサ素子（１１）のそれぞれに協働した複数の独立したスイッチ（１３、１４）を含むことを特徴とする光電子センサ。
2. 前記分割する手段は、２又は３のセンサ領域へ分割することを特徴とする請求項１記載の光電子センサ。
3. 多素子光センサ（５）は、センサ素子（１１）の一次元の列配置を有することを特徴とする請求項１又は２記載の光電子センサ。
4. センサ素子（１１）の数は数２の整数累乗であり、かつ８と１０２４の間にあることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の光電子センサ。
5. その光感応表面の平面中の少なくとも１つの方向に沿ったセンサ素子（１１）の幾何学的な範囲は、この方向に沿った受信光ビーム（１０）の幾何学的な範囲より小さいことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１に記載の光電子センサ。
6. 多素子光センサ（５）の光感応表面の平面中の少なくとも１つの方向に沿ったセンサ素子（１１）の配置の幾何学的な範囲は、この方向に沿った受信光ビーム（１０）の幾何学的な範囲より大きいことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の光電子センサ。
7. 多素子光センサ（５）は、一体的にフォトダイオード行列を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の光電子センサ。
8. 光電子センサ（１）はアンプを含み、アンプは多素子光センサ（５）へ統合されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１に記載の光電子センサ。
9. 制御評価ユニット（７）は、センサ領域へ分割されたセンサ素子（１１）の信号を並列に読み出す手段を含み、該手段は複数の並列ライン（１５、１６）と、センサ素子（１１）の信号を前記スイッチを介して該並列ラインへ選択的に切り替えるスイッチ制御装置（１７）と、によって形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の光電子センサ。
10. 前記スイッチは第１及び第２スイッチ（１３、１４）の群に分けられ、該群の内の第１及び第２スイッチ（１３、１４）の一対はそれぞれ各センサ素子（１１）に並列に接続され、すべての第１スイッチ（１３）は前記並列ラインの内の第１並列ライン（１５）に接続され、すべての第２スイッチ（１４）は前記並列ラインの内の第２並列ライン（１６）に接続されていることを特徴とする請求項９記載の光電子センサ。
11. 前記スイッチは、さらに第３スイッチの群にも分けられ、各第３スイッチが各センサ素子（１１）と並列に協働し、第３スイッチすべてが前記並列ラインの内の第３の並列ラインに接続されていることを特徴とする請求項１０記載の光電子センサ。
12. 前記スイッチによって接続されたセンサ素子（１１）の各々はセンサ領域を形成することを特徴とする請求項１０または１１記載の光電子センサ。
13. 制御評価ユニット（７）は、センサ素子（１１）の信号の連続読み出しする多重データ送信端末装置（２５）を含んでいることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の光電子センサ。
14. 制御評価ユニット（７）はセンサ素子（１１）の信号の合計を成形する手段を有し、合計形成はセンサ領域のセンサ素子（１１）の信号を前記スイッチを介して切り替えることによって、実行されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１に記載の光電子センサ。
15. 制御評価ユニット（７）は、センサ素子（１１）の信号間の、又はセンサ素子（１１）の信号の合計間の差分を形成する手段（１８）を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の光電子センサ。
16. 制御評価ユニット（７）はセンサ素子（１１）の信号の合計間の差分が定義された閾値（２３）より小さい及び／又は同じ及び／又は大きい場合、品物認識信号を生成できる手段を有し、合計形成はセンサ領域のセンサ素子（１１）の信号を用いて実行されることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１に記載の光電子センサ。
17. 制御評価ユニット（７）は、センサ素子（１１）の信号の合計間の差分が定義された閾値（２３）の許容差の外部にある場合、品物認識信号を生成できる手段を有し、合計形成はセンサ領域のセンサ素子（１１）の信号を用いて実行されることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１に記載の光電子センサ。
18. 制御評価ユニット（７）は、センサ素子（１１）の信号及び／又はセンサ素子（１１）の信号の合計又は差分をデジタル化する手段（１９）を含んでいることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１に記載の光電子センサ。
19. 制御評価ユニット（７）は、センサ領域へのセンサ素子（１１）の分割部分の特定をなすマイクロプロセッサ（２０）を含むことを特徴とする請求項１〜１８のいずれか１に記載の光電子センサ。
20. 制御評価ユニット（７）は、被監視領域内に位置した参照品物（９’）の光電子センサ（１）からの参照距離の手動及び／又は自動的な較正設定をなす手段を有し、複数のセンサ領域への多素子光センサ（５）のセンサ素子（１１）の分割が較正を設定することによって実行されることを特徴とする請求項１〜１９のいずれか１に記載の光電子センサ。
21. 多素子光センサ（５）の異なるセンサ領域のセンサ素子（１１）の信号が被監視領域内に位置した品物（９、９’）の光電子センサ（１）からの一定の参照距離からゆっくり時間に沿って変化する場合、制御評価ユニット（７）は、閾値（２３）の特定、及び／又はセンサ領域への多素子光センサ（５）のセンサ素子（１１）の分割が自動的に適応できる手段を含んでいることを特徴とする請求項１〜２０のいずれか１に記載の光電子センサ。
22. 光送信器（２）はパルス状の光信号の送信のために形成され、光電子センサ（１）はパルス状の光信号でセンサ素子（１１）の信号の読み出しの同期をなす手段を有することを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１に記載の光電子センサ。
23. 制御評価ユニット（７）はセンサ素子（１１）の信号の合計を成形する手段を有し、合計形成はセンサ領域のセンサ素子（１１）の信号を用いて、マイクロプロセッサ（２０）によって、実行されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１に記載の光電子センサ。

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