WO2009012886A1 - Optischer sensor - Google Patents

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WO2009012886A1
WO2009012886A1 PCT/EP2008/005573 EP2008005573W WO2009012886A1 WO 2009012886 A1 WO2009012886 A1 WO 2009012886A1 EP 2008005573 W EP2008005573 W EP 2008005573W WO 2009012886 A1 WO2009012886 A1 WO 2009012886A1
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optical sensor
transmitter
transmitted light
sensor according
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PCT/EP2008/005573
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Martin Argast
Original Assignee
Leuze Electronic Gmbh + Co. Kg
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Publication date
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    • G01S7/4816—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of receivers alone

Definitions

  • the invention relates to an optical sensor for detecting objects within a surveillance area.
  • Such an optical sensor is known from DE 198 08 215.
  • This optical sensor has in addition to two transmitting light beams emitting transmitters on a spatially resolving receiver with a near and far element.
  • this optical sensor forms a device operating according to the principle of triangulation, by means of which distance information about objects to be detected can be obtained.
  • an object can be detected against a background that was previously taught in a teach-in process.
  • the invention has for its object to provide an optical sensor of the type mentioned, which allows for low design effort an accurate and reliable object detection.
  • the optical sensor according to the invention is used to detect objects within a monitoring area.
  • the optical sensor comprises two transmitters which emit transmitted light beams in the form of alternating sequences of transmitted light pulses and a receiver on which the transmitted light pulses of the two transmitters reflected by an object impinge as receiving light beams.
  • the receiver is preceded by a receiver aperture for blanking a portion of the received light beams and an evaluation and control unit, by means of which the received light beams are scanned so that received at one or more sampling times receive level or their linear combinations characteristic of the object distance measure of the ratio of the emitted by two broadcasters and transmitted to the receiver.
  • the evaluation and control unit the reception levels or their linear combination are evaluated with a threshold value defined by a detection range, whereby a binary switching signal is generated whose switching states indicate whether or not an object is within the detection area delimited by the detection range.
  • An essential advantage of the optical sensor according to the invention is that it can be used to obtain location information in the case of object detection with this design, with a simple design and circuitry. so that in particular objects can be reliably detected against a background.
  • the receiver can be formed by a single receiving element, that is to say an element with a single photosensitive surface.
  • the optical sensor can be produced inexpensively.
  • the receiver of the optical sensor according to the invention is thus not a spatially resolving receiver, location information about objects to be detected can be obtained in the optical sensor according to the triangulation principle.
  • a transmitter forms a reference transmitter, which is arranged at a small distance from the receiver so that the transmitted light beams emitted by this independent of the object distance after reflection on an object at least substantially completely hit the receiver and the second transmitter forms a measuring transmitter, which is arranged at a greater distance than the first transmitter to the receiver, so that, depending on the object distance, a part of the transmitted light rays emitted by the measuring transmitter and reflected by the object is shielded from the diaphragm and does not hit the receiver.
  • the distance information is obtained by sampling the received signal present at the receiver at specific sampling times, wherein these sampling times are chosen such that the received signals determined thereby depend on the ratios of the proportions of the received light portions originating from the first and second transmitters is the amount of light of the transmitted light beams of both transmitters, which are guided over the object to the receiver.
  • the transmitters preferably emit periodically alternating transmission light pulses with a predetermined pulse-pause ratio, whereby the sampling of the reception signals also takes place periodically, ie within each period the received signal is sampled at the same sampling time or sampling times.
  • the received signals received at the receiver form a superimposition of the respective transmitted light pulse of the first transmitter and the transmitted light pulse of the second transmitter emitted during a period.
  • the reception signal is sampled at a sampling time, thereby obtaining a reception level which is evaluated with the threshold value.
  • the received signal at the receiver represents a superimposition of the transmitted light beams emitted by the two transmitters, in this case already one scan per period is sufficient in order to obtain the desired location information about the object.
  • the level of the received signal at this sampling time varies unambiguously as a function of the object distance, which is determined by the likewise distance-dependent portions of the transmitted light beams of both transmitters which strike the receiver.
  • the received signals present at the output of the receiver are sampled once each time during the emission of the transmitted light beams of the first and second transmitters and during the transmission pause. Furthermore, a linear combination of the received levels determined at this sampling instant is formed, this value being evaluated with a threshold value.
  • This variant is selected when the pulse-pause ratio of the transmitted light pulses is selected such that the received signals do not form a superposition of the transmitted light beams of both transmitters.
  • the location information about objects to be detected is obtained by sampling the received signal at a plurality of sampling times during a period of objects, in which case the linear combination of the sampled received levels is dependent on the ratio of the portions of the transmitted light beams of both transmitters and thus the desired location information supplies.
  • a binary switching signal is generated in the optical sensor as output variable, in which the location-dependent variables, namely the received level determined at the sampling times or their linear combination, are evaluated with a threshold value, which is preferably set to zero.
  • This threshold value corresponds to a detection range, that is to say the level value of the threshold value corresponds to a specific object distance with a defined degree of reflection.
  • optical sensor according to the invention Another advantage of the optical sensor according to the invention is that the scanning distance can be adjusted both mechanically and electronically.
  • the electronic scanning distance setting can in the first variant by adjusting the pulse lengths of the transmitted light pulses and / or the Transmission pauses between the transmitted light pulses.
  • the setting of the detection range is done by parameter change.
  • Figure 1 Block diagram of an embodiment of the optical sensor according to the invention.
  • FIG. 2 First example of the mechanical construction of the optical sensor according to FIG. 1.
  • FIG. 3 Construction of a first evaluation and control unit for the optical sensor according to FIG. 1.
  • FIG. 4 Time diagrams of signals of the optical sensor according to FIG. 4
  • Figure 5 Schematic representation of transmitted light spots of the transmitter of the optical sensor according to Figure 1 on the receiver.
  • FIG. 6 shows a distance-dependent profile of the reception level of the receiver of the optical sensor according to FIG. 1.
  • Figure 7a-c representations of transmitted light spots of the transmitter of the optical sensor according to Figure 1 on the receiver for different object distances.
  • FIG. 8 shows time diagrams of signals of the optical sensor according to FIG. 1 with the evaluation and control unit according to FIG. 8
  • FIG. 9 shows a time diagram of the reception level of the receiver of the optical sensor according to FIG. 1 with the evaluation and control unit according to FIG. 3 in the case of a scanning distance adjustment by transmission pause variation.
  • FIG. 10 Time diagrams of signals of the optical sensor according to FIG. 10
  • FIG. 11 Construction of a second evaluation and control unit for the optical sensor according to FIG. 1.
  • FIG. 12 Time diagram of the reception level of the receiver of the optical sensor according to FIG. 1 with the evaluation and control unit according to FIG. 11.
  • FIG. 13 Distance dependence of reception levels and signals derived therefrom for the optical sensor according to FIG. 1 with the evaluation and control unit according to FIG. 11.
  • FIG. 14 shows a second example of the mechanical construction of the optical sensor according to FIG. 1.
  • FIG. 15 side view of the arrangement according to FIG. 14.
  • FIG. 16 beam path for the arrangement according to FIG. 14.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of an optical sensor 1 for object detection within a monitoring area.
  • the optical sensor 1 has two transmitters 2a, 2b.
  • Each transmitter 2a, 2b emits transmitted light beams 3a, 3b in the form of transmitted light pulses.
  • the transmitters 2a, 2b emit alternately and periodically transmission light pulses with a predetermined pulse-pause ratio.
  • a receiving light beams 4 receiving receiver 5 is provided.
  • the transmitted light beams 3 a, 3 b emitted by the transmitters 2 a, 2 b are reflected at an object 6 in the surveillance area and guided from there to the receiver 5.
  • the transmitters 2a, 2b are arranged at different distances to the receiver 5.
  • the receiver 5 consists of a single receiving element with a photosensitive surface. This is preceded by a receiver diaphragm 7, which shadows a predetermined part of the photosensitive surface, so that there no light can hit the receiver 5.
  • an evaluation and control unit 8 is provided, to which a Schaliausgang 9 and an interface IU for the parameterization of the optical sensor 1 is connected.
  • the received signals at the output of the Receiver 5 are supplied via an amplifier 11 of the evaluation and control unit 8.
  • the received signal of the receiver 5 is sampled periodically, that is to say with the period of emission of the transmitted light pulses, at defined sampling instants.
  • the received signals or linear combinations thereof obtained at the sampling times are evaluated in the evaluation and control unit 8 with a threshold value sl which corresponds to a specific detection range, that is to say a specific distance which defines the boundary of the monitoring area.
  • This threshold evaluation generates a binary switching signal that is output via the switching output.
  • the switching states of the switching signal indicate whether or not an object 6 is within the monitoring range limited by the detection range.
  • FIG. 2 shows a first example of an optical arrangement for the optical sensor 1 according to FIG. 1 with the beam path of the transmitted light beams 3a, 3b and received light beams 4 and the function of the receiver diaphragm 7.
  • the transmitter 2b serves as a reference transmitter whose reception light spot 14b is as complete as possible for each object position to meet the receiver 5.
  • the base distance dl is kept as small as possible and the transmitting lens 13b and the receiving lens 15 are arranged on one side so that their optical axes are as close as possible.
  • the receiving light spot moves only slightly in the y-direction with an object distance change.
  • the transmitter 2a serves as a measuring transmitter. This has the largest possible base distance d2, so that the speckle migration of the associated receiving light spot 14a moves quickly in the object approximation in the direction of the receiving aperture 7 and is partially covered by this. In a degree of coverage defined by the evaluation in the evaluation and control unit 8, a binary switching signal is generated. By shifting the receiver diaphragm 7, for example by shortening the distance d3, the switching point of the optical sensor 1 is shifted toward larger object distances, that is to say the scanning range is changed.
  • the two transmitted light beams 3a, 3b are preferably collimated and guided parallel to one another, so that two closely adjacent transmitted light spots are formed on the object 6.
  • FIG. 3 shows a first exemplary embodiment of the evaluation and control unit 8 with a comparator 19.
  • the photocurrent Ie in the receiver 5 generates a voltage drop in the working resistor 16 whose DC component is separated via the coupling capacitor 12 and amplified by the amplifier 11 as an amplified received signal Ue of the evaluation - And control unit 8 is provided.
  • the S & H element 17 samples the received signal Ue at the end of the transmission pulse of the transmitter 2a. The sampling time is specified by the clock 18.
  • the comparator 19 evaluates the signal by means of the threshold value sl, whereby the binary switching signal is generated, which is output via the switching output 9.
  • FIGS. 4a to 4d show the time profiles of the signals relevant for the evaluation with the evaluation and control unit 8 according to FIG.
  • the transmitters 2a, 2b emit periodically transmission pulses.
  • the pulse lengths t a , t b of the transmitted light pulses of both transmitters 2 a , 2 b are the same size.
  • the scanning range is selected such that, as shown in FIG. 5, the received light spot generated by the transmitted light beams 3a of the transmitter 2a is shaded approximately halfway through the receiver aperture 7, but the received light spot generated by the transmitted light beams 3b of the transmitter 2b is not reflected by the receiver aperture 7 is shaded. Therefore, the photocurrent in the time interval tb is about twice as large as in the time interval t a .
  • Figure 4d shows the time course of the received signal Ue, that is, the voltage at the output of the receiver 5. Since the DC component of the receiving component is eliminated by the coupling capacitor 12, the level of the received signal Ue at the sampling time U is dependent both on the proportion of the transmitted light of the transmitter 2b which arrives at the receiver 5 during t b , as well as the portion of the transmission light of the transmitter 2 a, which reaches the receiver 5 during t a . Accordingly, the received signal Ue varies at the sampling time ti, ie, Ue (U) depending on the current distance of the object 6.
  • Ua is the distance dependence of the received signal, if only the transmitter 2a were activated.
  • Ub denotes the distance dependence of the received signal if only the transmitter 2b were activated. Since the transmitted light beams 3a, 3b of the transmitters 2a, 2b reflected back from the object 6 and guided in the direction of the receiver 5 are shaded differently by the receiver diaphragm 7, the different distance dependencies result for Ua, Ub. This results in the dependency of Ue (ti), as shown in FIG.
  • the tmpfangssignal Ue (ti) is now evaluated to generate the binary switching signal as shown in Figure 6 with the threshold value Sl, which corresponds to the scanning distance s2. If the current object distance is smaller than the scanning distance s2, then the current value of Ue (ti) is below the threshold value s1, so that the object 6 is recognized, ie the binary switching signal assumes the switching state "object detected" current object distance greater than the scanning distance s2, the current value of Ue (ti) is above the threshold value s1, so that the binary switching signal assumes the switching state "free monitoring range".
  • FIG. 7 shows the position of the receiving light spot 14a as a function of the object distance ranges B1, B2, B3 in FIG. 6.
  • FIG. 7a stands for the distance range B1, where the receiving light spot 14a is completely covered by the receiving aperture 7.
  • FIG. 7b shows the position of the receiving light spot 14a in the case of an object 6 in the scanning range, that is to say at the switching point in the region B2.
  • the area B3 is shown in FIG. 7c.
  • FIGS. 8a to 8d show an electronic scanning range setting for the optical sensor 1 according to FIG. 1 by means of a continuous interval variation.
  • the transmission pauses of the transmitters 2a, 2b are extended according to FIGS. 8a, 8b in relation to the basic setting shown in FIGS. 4a, b.
  • the mean value of the received signal Ue shifts downward, that is, towards smaller values.
  • the proportion of the reception level of transmitter 2a must be further reduced, so that the threshold value sl is undershot, that is, the scanning distance is shifted toward smaller object distances.
  • FIG. 9 shows an electronic detection range setting for the optical sensor 1 according to FIG. 1 by reference pulse duration variation. If the pulse duration of the transmitter 2b (FIG. 4a) is lengthened, the scanning distance shifts toward larger object distances.
  • FIGS. 10a to 10d show a further modification of the signals compared to the basic setting according to FIGS. 4a to 4d.
  • Here lies the transmission light pulse of the transmitter 2a exactly between two transmitted light pulses of the transmitter 2b.
  • the evaluation and control unit 8 consists of a microprocessor with an integrated analog-to-digital converter (A / D), via which the received signals Ue of the receiver 5, which in turn are passed through the coupling capacitor 12 and the amplifier 11, are read.
  • a / D analog-to-digital converter
  • FIG. 12 shows the principle of an evaluation method which can be carried out with the evaluation and control unit 8 according to FIG.
  • the reception signal Ue is sampled at three sampling instants.
  • the sampling of the received signal Ue at the sampling time t 2 takes place during the transmission of a transmitted light pulse by the transmitter 2b, the value Ut 2 being obtained.
  • the sampling at the sampling time t ⁇ takes place during the transmission of a transmitted light pulse by the transmitter 2a, the value Uti being obtained.
  • the sampling at the sampling time t 3 takes place during a transmission pause, whereby the value Ut 3 is obtained.
  • the scanning distance is also set in this example, analogous to the embodiment according to Figures 4 and 5, that at an object 6 in the scanning the back reflected thereon transmitted light beams 3b of the second transmitter 2b are not shadowed by the receiver aperture 7, while the transmitted light beams 3 a of the second transmitter 2a are shaded by the receiver panel 7 about halfway. Consequently, in the case of an object 6 in the detection range, the signal Ut 2 is twice as large as the signal Uti. The same is true for the data related to the values Ut 3 differences Ut 2 to Ut 3 and Uti to Ut. 3
  • a value K - X is added or subtracted from the curve W 1, the threshold value s 1 remaining unchanged.
  • K is a positive weighting factor
  • X Ut 2 - Ut 3 .
  • FIG. 14 shows a second exemplary embodiment of the optical arrangement for the optical sensor 1 according to FIG. 1.
  • the arrangement according to FIG. 14 uses an optical sensor 1 in the form of a round-sleeve device.
  • the components according to FIG. 14 largely correspond in their function to the embodiment according to FIG. 2 and are designated by corresponding reference numerals.
  • the optical axis of the transmitting lens 13b has a very small base distance dl to the optical axis of the receiving lens 15.
  • the receiving lens 15 surrounds the transmitting lens 13b partially laterally to the largest possible receiving surface to use.
  • the transmission lens 13a is mirrored to the transmission lens 13b, resulting in a large base distance d2.
  • the optical separation is effected by non-transparent dividers 20. All lenses are enclosed by the round sleeve housing 21.
  • FIG. 15 shows the side view of the optical arrangement according to FIG. 14. Due to the centric position of the optical axis of the receiving lens 15, the receiving element is also largely centric.
  • FIG. 16 shows the beam path of the optical arrangement according to FIG. 14.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor (1) zur Erfassung von Objekten (6) innerhalb eines Überwachungsbereichs. Der optische Sensor (1) umfasst zwei Sender (2a, 2b), welche Sendelichtstrahlen (3a, 3b) in Form von alternierenden Folgen von Sendelichtpulsen emittieren, sowie einen Empfanger (5), auf welchen die von einem Objekt (6) reflektierten Sendelichtpulse der beiden Sender (2a, 2b) als Empfangslichtstrahlen (4) auftreffen. Dem Empfänger (5) ist eine Empfängerblende (7) zur Ausblendung eines Teils der Empfangslichtstrahlen (4) vorgeordnet. Weiterhin ist eine Auswerte- und Steuereinheit (8) vorgesehen, mittels derer die Empfangssignale am Ausgang des Empfangers (5) so abgetastet werden, dass die bei einem oder mehreren Abtastzeitpunkten erhaltenen Empfangspegel oder deren Linearkombinationen ein für den Objektabstand charakteristisches Maß des Verhältnisses der von den beiden Sendern (2a, 2b) emittierten und auf den Empfänger (5) geführten Sendelichtstrahlen (3a, 3b) enthalten. In der Auswerte- und Steuereinheit (8) werden die Empfangspegel oder deren Linearkombination mit einem einer Tastweite definierten Schwellwert sl bewertet, wodurch ein binäres Schaltsignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt (6) innerhalb des von der Tastweite begrenzten Überwachungsbereichs befindet oder nicht.

Description

Optischer Sensor
Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor zur Erfassung von Objekten innerhalb eines Überwachungsbereichs.
Ein derartiger optischer Sensor ist aus der DE 198 08 215 bekannt.
Dieser optische Sensor weist neben zwei Sendelichtstrahlen emittierenden Sendern einen ortsauflösenden Empfänger mit einem Nah- und Fernelement auf.
Mit diesem Empfänger zusammen mit den in Abstand hierzu angeordneten Sendern bildet dieser optische Sensor eine nach dem Triangulationsprinzip arbeitende Vorrichtung, mittels derer Distanzinformationen über zu detektie- rende Objekte gewonnen werden können. Insbesondere kann mit einem solchen optischen Sensor ein Objekt vor einem Hintergrund erfasst werden, der zuvor in einem Einlernvorgang eingelernt wurde.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass ortsauflösende Empfanger relativ teuer sind und diese somit die Herstellkosten des optischen Sensors erhöhen. Weiterhin ist auch der schaltungstechnische Aufwand zur Auswertung der Empfangssignale des ortsauflösenden Empfangers groß, da die hierfür vorgesehene Schaltung mehrkanalig ausgelegt sein muss, um die einzelnen Empfangssignale der Empfangselemente, insbesondere des Nah- und Fernelements, auswerten zu können. Ein weiteres Problem derartiger ortsauflösender Empfanger mit diesen zugeordneten mehrkanaligen Schaltungen besteht darin, dass Messfehler dadurch entstehen können, dass die Empfangselemente in unterschiedlicher Weise mit Fremdlicht, insbesondere Gleichlicht, beaufschlagt werden, oder dass bedingt durch unterschiedliche Zeitkonstanten der beiden Empfängerkanäle Signaldifferenzen auftreten können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art bereitzustellen, welcher bei geringem konstruktiven Auf- wand eine genaue und zuverlässige Objektdetektion ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Der erfindungsgemäße optische Sensor dient zur Erfassung von Objekten in- nerhalb eines Überwachungsbereichs. Der optische Sensor umfasst zwei Sender, welche Sendelichtstrahlen in Form von alternierenden Folgen von Sende- lichtpulsen emittieren sowie einen Empfanger, auf welchen die von einem Objekt reflektierten Sendelichtpulse der beiden Sender als Empfangslichtstrahlen auftreffen. Dem Empfänger ist eine Empfangerblende zur Ausblendung eines Teils der Empfangslichtstrahlen vorgeordnet und eine Auswerte- und Steuereinheit, mittels derer die Empfangslichtstrahlen so abgetastet werden, dass die bei einem oder mehreren Abtastzeitpunkten erhaltenen Empfangspegel oder deren Linearkombinationen ein für den Objektabstand charakteristisches Maß des Verhältnisses der von den beiden Sendern emittierten und auf den Empfän- ger geführten Sendelichtstrahlen enthalten. In der Auswerte- und Steuereinheit werden die Empfangspegel oder deren Linearkombination mit einem einer Tastweite definierten Schwellwert bewertet, wodurch ein binäres Schaltsignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt innerhalb des von der Tastweite begrenzten Überwachungsbereichs befindet oder nicht.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass mit diesem bei konstruktiv und schaltungstechnisch einfachem Aufbau Ortsinformationen bei der Objektdetektion gewonnen werden können, so dass insbesondere Objekte vor einem Hintergrund sicher detektiert werden können.
Insbesondere ist hierbei vorteilhaft, dass der Empfanger von einem einzelnen Empfangselement, das heißt einem Element mit einer einzigen lichtempfindli- chen Fläche, gebildet sein kann. Der optische Sensor ist dadurch kostengünstig herstellbar.
Obwohl der Empfanger des erfindungsgemäßen optischen Sensors damit kein ortsauflösender Empfanger ist, können bei dem optischen Sensor nach dem Triangulationsprinzip Ortsinformationen über zu detektierende Objekte ge- wonnen werden.
Dies wird dadurch ermöglicht, dass die beiden Sender in unterschiedlichen Abständen zum Empfänger angeordnet sind.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Sender und der Empfänger längs einer Geraden angeordnet sind. Ein Sender bildet einen Referenz-Sender, welcher in geringem Abstand zum Empfänger so angeordnet ist, dass die von diesem emittierten Sendelichtstrahlen unabhängig von der Objektdistanz nach Reflektion an einem Objekt zumindest weitgehend vollständig auf den Empfänger treffen und der zweite Sender einen Mess-Sender bildet, welcher in größerem Abstand als der erste Sender zum Empfanger angeordnet wird, so dass abhängig von der Ob- jektdistanz ein Teil der vom Mess-Sender emittierten und vom Objekt reflektierten Sendelichtstrahlen von der Blende abgeschirmt wird und nicht auf den Empfänger trifft.
Die Distanzinformationen werden erfindungsgemäß dadurch gewonnen, dass das am Empfänger anstehende Empfangssignal zu bestimmten Abtastzeitpunk- ien abgetastet wird, wobei diese Abtastzeitpunkte so gewählt sind, dass die dabei ermittelten Empfangssignale abhängig von den Verhältnissen der Anteile der vom ersten und zweiten Sender stammenden Empfangslichtanteile, das heißt der Lichtmengen der Sendelichtstrahlen beider Sender, die über das Objekt auf den Empfänger geführt sind.
Bevorzugt emittieren die Sender dabei periodisch alternierend Sendelichtpulse mit einem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis, wobei die Abtastung der Emp- fangssignale ebenfalls periodisch erfolgt, das heißt innerhalb jeder Periode wird das Empfangssignal zu demselben Abtastzeitpunkt oder denselben Abtastzeitpunkten abgetastet.
Gemäß einer ersten Variante der Erfindung bilden die am Empfanger erhaltenen Empfangssignale eine Überlagerung des jeweils während einer Periode emittierten Sendelichtpulses des ersten Senders und des Sendelichtpulses des zweiten Senders. Während jeder Periode wird das Empfangssignal zu einem Abtastzeitpunkt abgetastet, wodurch ein Empfangspegel gewonnen wird, der mit dem Schwellwert bewertet wird.
Da in diesem Fall das Empfangssignal am Empfanger eine Überlagerung der von den beiden Sendern emittierten Sendelichtstrahlen darstellt, reicht in diesem Fall bereits eine Abtastung pro Periode aus, um die gewünschten Ortsinformationen über das Objekt zu erhalten. Der Pegel des Empfangssignals zu diesem Abtastzeitpunkt variiert dann nämlich in eindeutiger Weise in Abhängigkeit des Objektabstandes, der durch die ebenfalls distanzabhängigen Anteile der Sendelichtstrahlen beider Sender, die auf den Empfanger treffen, bestimmt ist.
Gemäß einer zweiten Variante der Erfindung werden während jeder Periode die am Ausgang des Empfangers anstehenden Empfangssignale jeweils einmal während der Emission der Sendelichtstrahlen des ersten und zweiten Senders sowie während der Sendepause abgetastet. Weiter wird eine Linearkombination der bei diesem Abtastzeitpunkt ermittelten Empfangspegel gebildet, wobei diese mit einem Schwellwert bewertet wird. Diese Variante wird dann gewählt, wenn das Puls-Pausen- Verhältnis der Sen- delichtpulse so gewählt ist, dass die Empfangssignale keine Überlagerung der Sendelichtstrahlen beider Sender bilden. In diesem Fall werden die Ortsinformationen über zu detektierende Objekte dadurch gewonnen, dass während ei- ner Periode Objekte das Empfangssignal an mehreren Abtastzeitpunkten abgetastet wird, wobei dann die Linearkombination der abgetasteten Empfangspegel abhängig vom Verhältnis der Anteile der Sendelichtstrahlen beider Sender ist und damit die gewünschten Ortsinformationen liefert.
Erfindungsgemäß wird in dem optischen Sensor als Ausgangsgröße ein binäres Schaltsignal generiert, in dem die ortsabhängigen Größen, nämlich die an den Abtastzeitpunkten ermittelten Empfangspegel beziehungsweise deren Linearkombination, mit einem Schwellwert, der vorzugsweise auf den Wert Null gesetzt wird, bewertet werden.
Dieser Schwellwert entspricht einer Tastweite, das heißt der Pegelwert des Schwellwerts entspricht bei einem definierten Reflexionsgrad einer bestimmten Objektdistanz.
Durch diese Schwellwertbewertung können selektiv nur Objekte detektiert werden, die innerhalb eines von der Tastweite begrenzten Überwachungsbereichs angeordnet sind, das heißt nur Objekte, die in Distanzen innerhalb der Tastweite angeordnet sind, fuhren zu einer Objektmeldung, nicht jedoch Objekte in größeren Distanzen.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen optischen Sensors besteht darin, dass die Tastweite sowohl mechanisch als auch elektronisch eingestellt werden kann.
Zur mechanischen Einstellung der Tastweite wird die Blende vor dem Empfanger verschoben. Die elektronische Tastweiten-Einstellung kann bei der ersten Variante durch Einstellung der Pulslängen der Sendelichtpulse und/oder der Sendepausen zwischen den Sendelichtpulsen erfolgen. Bei der zweiten Variante erfolgt die Einstellung der Tastweite durch Parameteränderung.
Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
Figur 2: Erstes Beispiel des mechanischen Aufbaus des optischen Sensors gemäß Figur 1.
Figur 3: Aufbau einer ersten Auswerte- und Steuereinheit für den opti- sehen Sensor gemäß Figur 1.
Figur 4: Zeitdiagramme von Signalen des optischen Sensors gemäß Figur
1 mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß Figur 3
a) Sendelichtpuls des ersten Senders
b) Sendelichtstrahlen des zweiten Senders
c) Fotostrom des Empfängers
d) Empfangspegel des Empfängers.
Figur 5: Schematische Darstellung von Sendelichtflecken der Sender des optischen Sensors gemäß Figur 1 auf dem Empfänger.
Figur 6: Abstandsabhängiger Verlauf des Empfangspegels des Empfän- gers des optischen Sensors gemäß Figur 1. Figur 7a-c: Darstellungen von Sendelichtflecken des Senders des optischen Sensors gemäß Figur 1 auf dem Empfänger für verschiedene Objektdistanzen.
Figur 8: Zeitdiagramme von Signalen des optischen Sensors gemäß Figur 1 mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß Figur 3 bei der
Tastweiten-Einstellung durch Sendepausenvariation
a) Sendelichtpuls des ersten Senders
b) Sendelichtpuls des zweiten Sender
c) Fotostrom des Empfangers
d) Empfangspegel des Empfängers.
Figur 9: Zeitdiagramm des Empfangspegels des Empfängers des optischen Sensors gemäß Figur 1 mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß Figur 3 bei einer Tastweiten-Einstellung durch Sendepausenvariation.
Figur 10: Zeitdiagramme von Signalen des optischen Sensors gemäß Figur
1 mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß Figur 3 bei einer Tastweiten-Einstellung durch Sendepausenvariation.
Figur 11 : Aufbau einer zweiten Auswerte- und Steuereinheit für den optischen Sensor gemäß Figur 1.
Figur 12: Zeitdiagramm des Empfangspegels des Empfängers des optischen Sensors gemäß Figur 1 mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß Figur 11. Figur 13: Abstandsabhängigkeit von Empfangspegeln und daraus abgeleiteter Signale für den optischen Sensor gemäß Figur 1 mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß Figur 11.
Figur 14: Zweites Beispiel des mechanischen Aufbaus des optischen Sen- sors gemäß Figur 1.
Figur 15: Seitenansicht der Anordnung gemäß Figur 14.
Figur 16: Strahlengang für die Anordnung gemäß Figur 14.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines optischen Sensors 1 zur Objekterfassung innerhalb eines Überwachungsbereichs. Der optische Sensor 1 weist zwei Sender 2a, 2b auf. Jeder Sender 2a, 2b emittiert Sendelichtstrahlen 3a, 3b in Form von Sendelichtpulsen. Dabei emittieren die Sender 2a, 2b alternierend und periodisch Sendelichtpulse mit einem vorgegebenen Puls-Pausen- Verhältnis. Weiterhin ist ein Empfangslichtstrahlen 4 empfangender Empfänger 5 vorgesehen. Die von den Sendern 2a, 2b emittierten Sendelichtstrahlen 3 a, 3b werden an einem Objekt 6 im Überwachungsbereich reflektiert und von dort zum Empfänger 5 geführt. Die Sender 2a, 2b sind in unterschiedlichen Abständen zum Empfänger 5 angeordnet. Dadurch variieren die Auftreffpunkte der Sendelichtstrahlen 3 a, 3b der Sender 2a, 2b auf dem Empfänger 5 in Abhängigkeit des Objektabstands in unterschiedlicher Weise. Der Empfänger 5 besteht aus einem einzelnen Empfangselement mit einer lichtempfindlichen Fläche. Dieser ist eine Empfängerblende 7 vorgeordnet, die einen vorgegebenen Teil der lichtempfindlichen Fläche abschattet, so dass dort kein Licht auf den Empfanger 5 treffen kann.
Zur Signalauswertung ist eine Auswerte- und Steuereinheit 8 vorgesehen, an welche ein Schaliausgang 9 und eine Schnittstelle IU zur Parametrierung des optischen Sensors 1 angeschlossen ist. Die Empfangssignale am Ausgang des Empfängers 5 werden über einen Verstärker 11 der Auswerte- und Steuereinheit 8 zugeführt.
In der Auswerte- und Steuereinheit 8 wird das Empfangssignal des Empfängers 5 periodisch, das heißt mit der Periode der Emission der Sendelichtpulse, zu definierten Abtastzeitpunkten abgetastet.
Die bei den Abtastzeitpunkten erhaltenen Empfangssignale oder Linearkombinationen hiervon werden in der Auswerte- und Steuereinheit 8 mit einem Schwellwert sl bewertet, der einer bestimmten Tastweite, das heißt einer bestimmten Distanz, die die Grenze des Überwachungsbereichs definiert, ent- spricht. Durch diese Schwellwertbewertung wird ein binäres Schaltsignal generiert, das über den Schaltausgang ausgegeben wird. Die Schaltzustände des Schaltsignals geben an, ob sich ein Objekt 6 innerhalb des durch die Tastweite begrenzten Überwachungsbereichs befindet oder nicht.
Figur 2 zeigt ein erstes Beispiel einer Optikanordnung für den optischen Sensor 1 gemäß Figur 1 mit dem Strahlengang der Sendelichtstrahlen 3a, 3b und Empfangslichtstrahlen 4 und der Funktion der Empfängerblende 7. Der Sender 2b dient als Referenzsender, dessen Empfangslichtfleck 14b für jede Objektposition möglichst vollständig auf den Empfänger 5 treffen soll. Dazu wird der Basisabstand dl so klein wie möglich gehalten und die Sendelinse 13b und die Empfangslinse 15 einseitig so zueinander angeordnet, dass deren optische Achsen möglichst dicht benachbart liegen. Dadurch wandert der Empfangslichtfleck bei einer Objektabstandsänderung nur geringfügig in y-Richtung.
Der Sender 2a dient als Mess-Sender. Dieser hat einen möglichst großen Basisabstand d2, damit die Fleckwanderung des zugehörigen Empfangslichtfleckes 14a bei Objektannäherung schnell in Richtung der Empfangsblende 7 wandert und durch diese teilweise abgedeckt wird. Bei einem durch die Auswertung in der Auswerte- und Steuereinheit 8 definierten Abdeckungsgrad wird ein binäres Schaltsignal generiert. Durch Verschiebung der Empfängerblende 7, z.B. Verkürzung des Abstandes d3, wird der Schaltpunkt des optischen Sensors 1 zu größeren Objektabständen hin verschoben, das heißt die Tastweite wird verändert. Die beiden Sendelichtstrahlen 3a, 3b werden vorzugsweise kollimiert und parallel zueinander ge- führt, so dass auf dem Objekt 6 zwei dicht benachbarte Sendelichtflecke entstehen.
Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Auswerte- und Steuereinheit 8 mit einem Komparator 19. Der Fotostrom Ie im Empfanger 5 erzeugt im Arbeitswiderstand 16 einen Spannungsabfall, dessen Gleichanteil über den Kop- pelkondensator 12 abgetrennt und durch den Verstärker 11 als verstärktes Empfangssignal Ue der Auswerte- und Steuereinheit 8 zur Verfügung gestellt wird. Das S&H-Glied 17 (Sample&Hold-Glied) tastet am Ende des Sendepulses des Senders 2a das Empfangssignal Ue ab. Der Abtastzeitpunkt wird durch den Taktgeber 18 vorgegeben. Der Komparator 19 bewertet das Signal mit Hilfe des Schwell wertes sl, wodurch das binäre Schaltsignal generiert wird, das über den Schaltausgang 9 ausgegeben wird.
Die Figuren 4a bis 4d zeigen die zeitlichen Verläufe der für die Auswertung mit der Auswerte- und Steuereinheit 8 gemäß Figur 3 relevanten Signale. Die Sender 2a, 2b emittieren, wie in den Figuren 4a, 4b dargestellt, periodisch Sen- delichtpulse. Die Pulslängen ta, tb der Sendelichtpulse beider Sender 2a, 2b sind gleich groß. Die Sendepausen zwischen den Sendelichtpulsen der Sender 2a, 2b sind ebenfalls gleich groß und betragen tς = ta = tb. Dementsprechend folgt unmittelbar auf einen Sendelichtpuls des zweiten Senders 2b ein Sendelichtpuls des ersten Senders 2a und dann eine Pause der Länge tc. Dementsprechend er- gibt sich der in Figur 4c dargestellte Fotostrom Ie im Empfänger 5. Da nach Reflexion an einem Objekt 6, das sich im vorliegenden Fall in einem der Tastweite entsprechenden Abstand zum Objekt 6 befindet, durch die Empfängerblende 7 nur die Sendelichtstrahlen 3a des Senders 2a, nicht jedoch die Sende- lichtstrahlen 3b des Senders 2b, abgeschattet werden, ist der Fotostrom Ie im Zeitintervall tb größer als im Zeitintervall ta.
Die Tastweite ist so gewählt, dass wie in Figur 5 dargestellt, der durch die Sendelichtstrahlen 3a des Senders 2a generierte Empfangslichtfleck etwa zur Hälf- te durch die Empfängerblende 7 abgeschattet wird, jedoch der durch die Sendelichtstrahlen 3b des Senders 2b generierte Empfangslichtfleck nicht durch die Empfangerblende 7 abgeschattet wird. Daher ist der Fotostrom im Zeitintervall tb etwa doppelt so groß wie im Zeitintervall ta.
Figur 4d zeigt den Zeitverlauf des Empfangssignals Ue, das heißt der Spannung am Ausgang des Empfangers 5. Da durch den Koppelkondensator 12 der Gleichanteil des Empfangsanteils eliminiert wird, ist der Pegel des Empfangssignals Ue zum Abtastzeitpunkt U abhängig sowohl von dem Anteil des Sendelichts des Senders 2b, das während tb auf den Empfänger 5 gelangt, als auch von dem Anteil des Sendelichts des Senders 2a, das während ta auf den Emp- fänger 5 gelangt. Dementsprechend variiert das Empfangssignal Ue zum Abtastzeitpunkt ti, das heißt Ue (U) abhängig von der aktuellen Distanz des Objekts 6.
Dies ist in Figur 6 dargestellt. Mit Ua ist die Abstandsabhängigkeit des Empfangssignals bezeichnet, wenn nur der Sender 2a aktiviert wäre. Mit Ub ist die Abstandsabhängigkeit des Empfangssignals bezeichnet, wenn nur der Sender 2b aktiviert wäre. Da die vom Objekt 6 zurückreflektierten und in Richtung des Empfängers 5 geführten Sendelichtstrahlen 3a, 3b der Sender 2a, 2b durch die Empfängerblende 7 unterschiedlich abgeschattet werden, ergeben sich die unterschiedlichen Abstandsabhängigkeiten für Ua, Ub. Daraus resultiert die Ab- Standsabhängigkeit von Ue (ti), wie in Figur 6 dargestellt.
Das tmpfangssignal Ue (ti) wird nun zur Generierung des binären Schaltsignals wie in Figur 6 dargestellt mit dem Schwellwert Sl bewertet, welcher der Tastweite s2 entspricht. Ist die aktuelle Objektdistanz kleiner als die Tastweite s2, so liegt der aktuelle Wert von Ue (ti) unterhalb des Schwellwerts sl, so dass das Objekt 6 als erkannt gilt, das heißt das binäre Schaltsignal nimmt den Schaltzustand „Objekt erkannt" ein. Ist die aktuelle Objektdistanz größer als die Tastweite s2, so liegt der aktuelle Wert von Ue (ti) oberhalb des Schwellwerts sl, so dass das binäre Schaltsignal den Schaltzustand „freier Überwachungsbereich" einnimmt.
Figur 7 zeigt die Position des Empfangslichtflecks 14a in Abhängigkeit er Objektdistanzbereiche Bl, B2, B3 in Figur 6. Figur 7a steht für den Distanzbereich Bl, wo der Empfangslichtfleck 14a vollständig durch die Empfangsblen- de 7 abgedeckt ist.
Die Figur 7b zeigt die Position des Empfangslichtflecks 14a bei einem Objekt 6 in der Tastweite, das heißt am Schaltpunkt im Bereich B2. Der Bereich B3 wird in Figur 7c gezeigt.
Die Figuren 8a bis 8d zeigen eine elektronische Tastweiten-Einstellung für den optischen Sensor 1 gemäß Figur 1 durch eine S endepausen Variation. Die Sendepausen der Sender 2a, 2b sind gemäß Figuren 8a, 8b gegenüber der in den Figuren 4a, b gezeigten Grundeinstellung verlängert. Dadurch verschiebt sich der Mittelwert des Empfangssignals Ue nach unten, das heißt zu kleineren Werten hin. Damit muss der Anteil des Empfangspegels von Sender 2a weiter reduziert werden, damit der Schwellwert sl unterschritten wird, das heißt die Tastweite wird zu kleineren Objektabständen hin verschoben.
Figur 9 zeigt eine elektronische Tastweiteneinstellung für den optischen Sensor 1 gemäß Figur 1 durch Referenzpulsdauervariation. Wird die Pulsdauer des Senders 2b (Figur 4a) verlängert, verschiebt sich die Tastweite zu größeren Objektabständen hin.
Die Figuren 10a bis 10d zeigen eine weitere Modifikation der Signale gegenüber der Grundeinstellung gemäß Figuren 4a bis 4d. Hier liegt der Sendelicht- puls des Senders 2a genau zwischen zwei Sendelichtpulsen des Senders 2b. Durch diese Pulsfolgen werden Mess-Fehler durch Einschwingvorgänge vermieden.
Figur 11 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Auswerte- und Steuerein- heit 8 für den optischen Sensor 1 gemäß Figur 1. Die Auswerte- und Steuereinheit 8 besteht aus einem Mikroprozessor mit integriertem Analog-Digital- Wandler (A/D), über welchen die Empfangssignale Ue des Empfängers 5, die wiederum über den Koppelkondensator 12 und den Verstärker 11 geführt werden, eingelesen werden.
Figur 12 zeigt das Prinzip eines Auswerteverfahrens, welches mit der Auswerte- und Steuereinheit 8 gemäß Figur 11 durchführbar ist. In diesem Fall wird innerhalb jeder Periode, innerhalb derer die Sender 2a, 2b jeweils einen Sende- lichtpuls emittieren, das Empfangssignal Ue zu drei Abtastzeitpunkten abgetastet. Die Abtastung des Empfangssignals Ue zum Abtastzeitpunkt t2 erfolgt während der Aussendung eines Sendelichtpulses durch den Sender 2b, wobei der Wert Ut2 erhalten wird. Die Abtastung zum Abtastzeitpunkt tι erfolgt während der Aussendung eines Sendelichtpulses durch den Sender 2a, wobei der Wert Uti erhalten wird. Die Abtastung zum Abtastzeitpunkt t3 erfolgt während einer Sendepause wobei der Wert Ut3 erhalten wird.
Die Tastweite wird auch bei diesem Beispiel analog zu der Ausführungsform gemäß den Figuren 4 und 5 so eingestellt, dass bei einem Objekt 6 in der Tastweite die daran rückreflektierten Sendelichtstrahlen 3b des zweiten Senders 2b durch die Empfangerblende 7 nicht abgeschattet werden, während die Sendelichtstrahlen 3 a des zweiten Senders 2a von der Empfangerblende 7 etwa zur Hälfte abgeschattet werden. Demzufolge ist bei einem Objekt 6 in der Tastweite das Signal Ut2 doppelt so groß wie das Signal Uti. Dasselbe gilt auch für die auf die Werte Ut3 bezogenen Differenzen Ut2 bis Ut3 und Uti bis Ut3.
Zur Bildung des binären Schaltsignals wird demzufolge die Linearkombination Wl = Ut2 + Ut3 - 2 - Uti
gebildet. Der Verlauf von Wl sowie der Werte Utj, Ut2, Ut3 ist in Figur 13 dargestellt.
Diese Linearkombination Wl wird zur Generierung des binären Schaltsignals mit dem Schwell wert sl = 0 bewertet.
Bei einem Objekt 6 in der Tastweite wird der Wert Wl = 0 erhalten. Bei einem Objekt 6 in einem Abstand, der kleiner ist als die Tastweite, liegt Wl oberhalb von sl, so dass ein Objekt 6 als erkannt gilt.
Zur elektrischen Einstellung der Tastweite wird zu der Kurve Wl ein Wert K - X addiert oder subtrahiert, wobei der Schwellwert sl unverändert bleibt. Dabei ist K ein positiver Gewichtungsfaktor und X = Ut2 - Ut3.
Zur Erhöhung der Tastweite wird die Linearkombination
W3 = Wl + K • X
gebildet und mit dem Schwellwert sl = 0 bewertet (Figur 13).
Figur 14 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Optikanordnung für den optischen Sensor 1 gemäß Figur 1. Durch die Anordnung gemäß Figur 14 wird ein optischer Sensor 1 in Form eines Rundhülsengerätes verwendet. Die Komponenten gemäß Figur 14 entsprechen in ihrer Funktion weitgehend der Aus- führungsform gemäß Figur 2 und sind mit entsprechenden Bezugsziffern be- zeichnet.
Die optische Achse der Sendelinse 13b hat einen sehr kleinen Basisabstand dl zur optischen Achse der Empfangslinse 15. Die Empfangslinse 15 umschließt die Sendelinse 13b seitlich teilweise, um eine möglichst große Empfangsfläche zu nutzen. Die Sendelinse 13a liegt zur Sendelinse 13b gespiegelt, wodurch sich ein großer Basisabstand d2 ergibt. Die optische Trennung erfolgt durch nichttransparente Trennstege 20. Alle Linsen werden durch das Rundhülsengehäuse 21 umschlossen.
Figur 15 zeigt die Seitenansicht der Optikanordnung nach Figur 14. Durch die zentrische Lage der optischen Achse der Empfangslinse 15 liegt auch das Empfangselement weitgehend zentrisch.
Figur 16 zeigt den Strahlengang der Optikanordnung nach Figur 14.
Leuze electronic GmbH + Co. KG 73277 Owen/Teck, DE
Bezugszeichenliste
(1) Optischer Sensor
(2a) Sender
(2b) Sender
(3a) Sendelichtstrahl
(3b) Sendelichtstrahl
(4) Empfangslichtstrahl
(5) Empfanger
(6) Objekt
(7) Empfängerblende
(8) Auswerte- und Steuereinheit
(9) Schaltausgang
(10) Schnittstelle
(H) Verstärker
(12) Koppelkondensator
(13a) Sendelinse
(13b) Sendelinse
(14a) Empfangslichtfleck
(14b) Empfangslichtfleck
(15) Empfangslinse
(16) Arbeitswiderstand
(17) S&H-Glied
(18) Taktgeber
(19) Komparator
(20) Trennsteg
(21) Rundhülsengehäuse dl: Basisabstand Empfänger zum Referenzsender d2: Basisabstand Empfanger zum Messsender d3 : Abstand Empfangerblende zur Empfangsachse sl: Schwellwert tl : Abtastzeitpunkt am Ende des Messpulses t2: Abtastzeitpunkt am Endes des Referenzpulses t3: Abtastzeitpunkt am Ende der Sendepulspause ta: Messpulsdauer tb: Referenzpulsdauer tc: Sendepausendauer Ie: Fotostrom im Empfangselement
Ue: verstärktes Empfangssignal
Ua: Empfangsmesspegel
Ub: Empfangsreferenzpegel
Udif: Pegel zum Abtastzeitpunkt tl Bl : Objektdistanzbereich bei vollständig abgedecktem Mess- Empfangslichtfleck
B2: Objektdistanzbereich bei teilweise abgedecktem Mess- Empfangslichtfleck
B3: Objektdistanzbereich bei nicht abgedecktem Mess-Empfangslichtfleck B4: Tastweiteneinstellbereich
Wl: berechnete Differenzkurve
W2: Differenzkurve für kleinere Tastweite
W3 : Differenzkurve für größere Tastweite

Claims

Leuze electronic GmbH + Co. KG 73277 Owen/Teck, DEPatentansprüche
1. Optischer Sensor (1) zur Erfassung von Objekten (6) innerhalb eines Überwachungsbereichs mit zwei Sendern (2a, 2b), welche Sendelichtstrahlen (3 a, 3b) in Form von alternierenden Folgen von Sendelichtpulsen emittieren, mit einem Empfanger (5), auf weichen die von einem Objekt
(6) reflektierten Sendelichtpulse der beiden Sender (2a, 2b) als Empfangslichtstrahlen (4) auftreffen, wobei dem Empfänger (5) eine Empfangerblende (7) zur Ausblendung eines Teils der Empfangslichtstrahlen (4) vorgeordnet ist und mit einer Auswerte- und Steuereinheit (8), mittels de- rer die Empfangssignale am Ausgang des Empfangers (5) so abgetastet werden, dass die bei einem oder mehreren Abtastzeitpunkten erhaltenen Empfangspegel oder deren Linearkombinationen ein für den Objektabstand charakteristisches Maß des Verhältnisses der von den beiden Sendern (2a, 2b) emittierten und auf den Empfänger (5) geführten Sende- lichtstrahlen (3 a, 3b) enthalten, und dass in der Auswerte- und Steuereinheit (8) die Empfangspegel oder deren Linearkombination mit einem einer Tastweite definierten Schwellwert (sl) bewertet werden, wodurch ein binäres Schaltsignal generiert wird, dessen Schaltzustände angeben, ob sich ein Objekt (6) innerhalb des von der Tastweite begrenzten Überwa- chungsbereichs befindet oder nicht.
2. Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (2a, 2b) und der Empfänger (5) längs einer Geraden angeordnet sind, wobei ein Sender (2b) einen Referenz-Sender bildet, welcher in geringem Abstand zum Empfänger (5) sυ angeordnet ist, dass die von die- sem emittierten Sendelichtstrahlen (3b) unabhängig von der Objektdistanz nach Reflektion an einem Objekt (6) zumindest weitgehend voll- ständig auf den Empfanger (5) treffen, und wobei der zweite Sender (2a) einen Mess-Sender bildet, welcher in größerem Abstand als der erste Sender (2b) zum Empfänger (5) angeordnet wird, so dass abhängig von der Objektdistanz ein Teil der vom Mess-Sender emittierten und vom Objekt (6) reflektierten Sendelichtstrahlen (3 a) von der Blende abgeschirmt wird und nicht auf den Empfänger (5) trifft.
3. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger (5) nur eine lichtempfindliche Fläche aufweist, welcher die Blende zugeordnet ist.
4. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (2a, 2b) periodisch Folgen von alternierenden Sendelichtpulsen mit einem vorgegebenen Puls-Pausenverhältnis emittieren.
5. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfangsignale des Empfängers (5) eine Überlagerung des jeweils während einer Periode emittierten Sendelichtpulses des ersten Senders (2a) und des Sendelichtpulses des zweiten Senders (2b) bilden, und dass während jeder Periode das Empfangssignal zu einem Abtastzeitpunkt abgetastet wird, wodurch ein Empfangspegel gewonnen wird, der mit dem Schwellwert (s 1 ) bewertet wird.
6. Optischer Sensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (8) einen Signalverstärker (11), ein Sam- ple&Hold-Glied (17) sowie einen Komparator (19) aufweist.
7. Optischer Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass wäh- rer.u jeύcr Periode die am Ausgang des Empfängers (5) anstehenden
Empfangssignale jeweils einmal während der Emission der Sendelichtstrahlen (3 a, 3b) des ersten und zweiten Senders (2a, 2b) sowie während der Sendepause abgetastet werden, und dass eine Linearkombination der bei diesem Abtastzeitpunkt ermittelten Empfangspegel gebildet wird, wobei diese mit dem Schwellwert (sl) bewertet wird.
8. Optischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (8) eine Rechnereinheit aufweist, wobei in diese die Empfangssignale über einen Analog-Digital-Wandler einlesbar sind.
9. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einstellung der Tastweite die Empfangerblende (7) verstellbar ist.
10. Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastweite elektronisch einstellbar ist.
11. Optischer Sensor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Tastweite durch Variation der Pulslängen der Sendelichtpulse und/oder der Längen der Sendepausen zwischen den Sendelichtpulsen einstellbar ist.
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