DE19964539B4

DE19964539B4 - Opto-electronic device for detecting objects

Info

Publication number: DE19964539B4
Application number: DE1999164539
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Martin (FH) Argast; Kurt Bückle; Dipl.-Ing. Werner (FH) Euth; Dipl.-Phys. Dr. Quapil Gerald
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 1998-03-17
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2019-02-23
Also published as: DE19907547B4; DE19907547A1

Abstract

Optoelektronische Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich mit einem Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einem Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfangselement, wobei die Position des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen auf dem Empfangselement in Abhängigkeit des Abstands des Objekts zur optoelektronischen Vorrichtung variiert, dadurch gekennzeichnet, dass das Empfangselement (5) mehrere Segmente (6–10) aufweist, deren Segmentlängen auf die abstandsabhängige Fleckverschiebung der Empfangslichtstrahlen (4) auf dem Empfangselement (5) abgestimmt sind, dass in einer Auswerteeinheit in Abhängigkeit der Empfangssignale des Empfangselements (5) ein binäres Schaltsignal generiert und über einen an die Auswerteeinheit (12) angeschlossenen Schaltausgang (13) ausgegeben wird, dass bei einem in einer Tastweite befindlichen Objekt (11) der Schaltausgang (13) seinen Schaltzustand wechselt, und dass eine Tastweitenumschaltung vorgesehen ist.Optoelectronic device for detecting objects in a monitoring area with a transmitter light-emitting transmitter and a receiving element receiving receiving light rays, the position of the light spot of the receiving light rays on the receiving element depending on the distance of the object from the optoelectronic device, characterized in that the receiving element (5) has a plurality of segments (6-10), the segment lengths of which are matched to the distance-dependent spot shift of the received light beams (4) on the receiving element (5), that a binary switching signal is generated in an evaluation unit as a function of the received signals of the receiving element (5) and via one the switching unit (13) connected to the evaluation unit (12) is output, that in the case of an object (11) located in a scanning range, the switching output (13) changes its switching state, and that a scanning range changeover is provided.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an optoelectronic device according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Vorrichtung stellt der Lichttaster der Baureihe 46 der Firma Leuze electronic dar. Derartige Vorrichtungen werden typischerweise zur Objektdetektion bei der Überwachung von Maschinen oder Anlagen eingesetzt. Durch eine geeignete Auswertung der Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements werden unerwünschte Hintergrundeinflüsse eliminiert, welche die Objektdetektion verfälschen würden. Der Lichtfleck der Empfangslichtstrahlen wird auf das Empfangselement so fokussiert, daß ein Lichtanteil auf das Nahelement und ein Anteil auf das Fernelement fällt. Übersteigt die Differenz der Empfangssignale eine Schaltschwelle, so wird eine Objektmeldung generiert. Dabei entspricht das Empfangssignal der Höhe der Schaltschwelle, wenn sich ein Objekt in einem der Tastweite entsprechenden Abstand zur Vorrichtung befindet. Sobald sich das Objekt in geringeren Distanzen zur Vorrichtung befindet, liegt die Differenz der Empfangssignale oberhalb der Schaltschwelle, was einer Objektdetektion entspricht. Vom Hintergrund reflektiertes Licht fällt vorwiegend auf das Fernelement und führt deshalb nicht zu einer Objektmeldung.Such a device is the light sensor of the series 46 of Leuze electronic. Such devices are typically used for object detection in the monitoring of machinery or equipment. By a suitable evaluation of the received signals at the outputs of the near and far element unwanted background influences are eliminated, which would falsify the object detection. The light spot of the received light beams is focused on the receiving element so that a portion of light falls on the Nahelement and a proportion on the Fernelement. If the difference of the received signals exceeds a switching threshold, an object message is generated. In this case, the received signal corresponds to the height of the switching threshold when an object is in a distance corresponding to the distance to the device. As soon as the object is located at shorter distances to the device, the difference of the received signals is above the switching threshold, which corresponds to an object detection. Background reflected light falls mainly on the remote element and therefore does not lead to an object message.

Der Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass zur Detektion im Nahbereich eine gegenüber dem Fernelement wesentlich größere Nahelementsfläche benötigt wird, was unterschiedlich große Kapazitätswerte der als Fotodioden ausgebildeten Nah- und Fernelemente zur Folge hat. Die großen Kapazitätswerte des Nahelements begrenzen die Signalanstiegszeiten und durch die Kapazitätsunterschiede entstehen unerwünschte Signalüberschwinger bei der Differenzbildung.The disadvantage of this device is that for detection in the near range, a substantially larger Nahelementsfläche is required compared to the remote element, which has different sized capacitance values of formed as photodiodes Nah- and remote elements result. The large capacitance values of the near element limit the signal rise times, and the differences in capacitance give rise to unwanted signal overshoots in the difference formation.

Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass zur Einstellung der Tastweite eine mechanische Verschiebevorrichtung erforderlich ist, wobei der Verschiebeweg nichtlinear zur einzustellenden Tastweite verläuft. Bei größeren Tastweiten wird eine hohe Einstellgenauigkeit und bei kleinen Tastweiten ein großer Verschiebeweg gefordert.Another disadvantage is that a mechanical displacement device is required to set the scanning distance, wherein the displacement path is non-linear to the scanning distance to be set. For larger detection ranges, a high adjustment accuracy and for small detection ranges, a large displacement is required.

Andere Vorrichtungen nutzen eine CCD-Zeile als Empfangselement. Die Nachteile dabei sind, dass alle Einzelsignale seriell ausgelesen und bearbeitet werden müssen und dadurch Verarbeitungszeiten von mehr als 100 μs entstehen. Außerdem ist die Zeilenbreite wesentlich kleiner als 1 mm, wodurch nur ein Teil des Empfangslichtes detektiert werden kann.Other devices use a CCD line as the receiving element. The disadvantages are that all individual signals have to be read out and processed serially, resulting in processing times of more than 100 μs. In addition, the line width is much smaller than 1 mm, whereby only a part of the received light can be detected.

Die JP 06249649 A beschreibt einen photoelektrischen Sensor, der einen Lichtstrahlen emittierenden Sender in Form eines Projektors und mehrere ein Photodiodenfeld bildende Photodioden aufweist. Jeder Photodiode ist ein separater Ausgang zugeordnet. Die einzelnen Photodioden sind in Abständen zueinander und in Abstand zum Projektor so angeordnet, dass jeweils in einer bestimmten Distanz eines Objekts zum Sensor das vom Projekt emittierte und vom Objekt reflektierte Licht jeweils nur auf eine der Photodioden trifft und so nur an dem dieser Photodiode zugeordneten Ausgang ein Signal generiert wird.The JP 06249649 A describes a photoelectric sensor comprising a light emitting transmitter in the form of a projector and a plurality of photodiodes forming a photodiode array. Each photodiode is assigned a separate output. The individual photodiodes are arranged at distances from one another and at a distance from the projector such that the light emitted by the project and reflected by the object arrives only at one of the photodiodes at a certain distance of an object to the sensor, and thus only at the output assigned to this photodiode a signal is generated.

Die nachveröffentlichte DE 197 21 105 A1 betrifft einen optoelektronischen Sensor mit einem Lichtsender zum Aussenden eines Sendelichtbündels in einem Überwachungsbereich, mit einem Lichtempfänger zum Empfang eines Empfangslichtbündels, das durch das von einem Gegenstand im Überwachungsbereich in Richtung des Lichtempfängers reflektierte Sendelicht gebildet ist, wobei das Empfangslichtbündel in Abhängigkeit vom Abstand des Gegenstandes vom Sensor in einem veränderlichen Strahlenwinkel zum Sendelichtbündel steht, und mit einer Steuer- und Auswerteeinheit zur Verarbeitung des Ausgangssignals des Lichtempfängers. Der Lichtempfänger weist einen Mehrelement-Lichtsensor auf, der wenigstens vier einzelne Sensorelemente besitzt, die dergestalt benachbart angeordnet sind, dass in Abhängigkeit vom Strahlwinkel unterschiedliche Sensorelemente vom Empfangslichtbündel beaufschlagt sind.The post-published DE 197 21 105 A1 relates to an optoelectronic sensor with a light emitter for emitting a transmitted light beam in a surveillance area, with a light receiver for receiving a received light beam, which is formed by the reflected light from an object in the surveillance area in the direction of the light receiver transmitted light, the received light beam depending on the distance of the object from Sensor is in a variable beam angle to the transmitted light beam, and with a control and evaluation unit for processing the output signal of the light receiver. The light receiver has a multi-element light sensor which has at least four individual sensor elements which are arranged adjacent in such a way that different sensor elements are acted upon by the received light beam as a function of the beam angle.

In der DE 295 02 329 U1 ist eine optische Triangulationsvorrichtung für eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer sanitären Anlage beschrieben. Die Triangulationsvorrichtung weist einen Sendelicht emittierenden Sender und zwei nebeneinander liegende Empfänger auf, wobei ein Empfänger ein Nahelement und ein Empfänger ein Fernelement bildet. Durch Vergleich der auf die Empfänger auftreffenden Empfangslichtintensitäten wird eine Information über den Abstand eines Objekts zur Triangulationsvorrichtung gewonnen.In the DE 295 02 329 U1 An optical triangulation device for a control device for controlling a sanitary system is described. The triangulation device comprises a transmit-emitting transmitter and two adjacent receivers, with a receiver forming a proximity element and a receiver forming a remote element. By comparing the received light intensities incident on the receivers, information about the distance of an object to the triangulation device is obtained.

Die DE 35 06 304 C1 betrifft einen optoelektronischen Messempfänger zum Bestimmen der relativen Lage des Messempfängers bezüglich einer durch einen optischen Sender erzeugten Strahlungsebene. Der Messempfänger hat eine Vielzahl von optoelektronischen Empfangseinheiten, die jeweils ein Ausgangssignal erzeugen, das ein Auftreffen auf die jeweilige Empfangseinheit darstellt. Jede Empfangseinheit ist an ein steuerbares Umschaltelement angeschlossen, welches mit einer Steuerschaltung in Verbindung steht. Zur Abdeckung eines großen Messbereichs kann bei dieser Anordnung die Zahl der Empfangseinheiten ohne großen Schaltungsaufwand erhöht werden.The DE 35 06 304 C1 relates to an optoelectronic measuring receiver for determining the relative position of the measuring receiver with respect to a radiation plane generated by an optical transmitter. The measuring receiver has a plurality of optoelectronic receiving units, each of which generates an output signal that represents an impact on the respective receiving unit. Each receiving unit is connected to a controllable switching element which is connected to a control circuit. To cover a large measuring range, the number of receiving units can be increased without much circuit complexity in this arrangement.

In der WO 93/00 568 A1 ist eine nach dem Triangulationsprinzip arbeitende Distanzmessvorrichtung beschrieben. Diese Distanzmessvorrichtung weist eine lineare Anordnung von mehreren Empfangselementen auf. Die Auswertung der Empfangssignale der Empfangselemente erfolgt im Zeitmultiplexbetrieb, wobei jeweils die Empfangssignale zweier Empfangselemente gleichzeitig ausgewertet werden. In the WO 93/00 568 A1 is a working on the triangulation principle distance measuring device described. This distance measuring device has a linear arrangement of a plurality of receiving elements. The evaluation of the received signals of the receiving elements takes place in time division multiplexing, wherein in each case the received signals of two receiving elements are evaluated simultaneously.

In der US 4 575 237 A ist eine Distanzmessvorrichtung beschrieben, welche einen Empfänger mit mehreren Empfangselementen aufweist. Aus den Ausgangssignalen der Empfangselemente wird die Lage des Signalspitzenwerts auf dem Empfänger berechnet.In the US 4 575 237 A a distance measuring device is described, which has a receiver with a plurality of receiving elements. From the output signals of the receiving elements, the position of the signal peak value is calculated on the receiver.

Die US 4 701 048 A betrifft einen Distanzsensor, der eine Empfängeranordnung mit mehreren identischen Photodioden aufweist. Zur Durchführung von Distanzmessungen können über einen Schaltwerk unterschiedliche Photodioden aktiviert werden.The US Pat. No. 4,701,048 relates to a distance sensor having a receiver arrangement with a plurality of identical photodiodes. To carry out distance measurements, different photodiodes can be activated via a switching mechanism.

Die EP 0 637 757 A2 betrifft einen Distanzsensor, der als Empfängeranordnung mehrere identisch ausgebildete Empfangselemente aufweist. Die Ausgangsströme aller Empfangselemente werden in vorgegebenen Verhältnissen aufgeteilt. So werden zwei unterschiedliche Teilströme generiert, die auf verschiedene Ausgänge geführt sind.The EP 0 637 757 A2 relates to a distance sensor which has a plurality of identically designed receiving elements as a receiver arrangement. The output currents of all receiving elements are divided in predetermined proportions. This generates two different substreams that are routed to different outputs.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine möglichst einfache, genaue und flexible Tastweiteneinstellung ermöglicht wird.The invention has the object of providing a device of the type mentioned in such a way that the simplest possible, accurate and flexible scanning distance setting is possible.

Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.To solve this problem, the features of claim 1 are provided. Advantageous embodiments and expedient developments of the invention are described in the subclaims.

Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung dient zum Erfassen von Objekten in einem Überwachungsbereich und umfasst einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und ein Empfangslichtstrahlen empfangendes Empfangselement. Die Position des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen auf dem Empfangselement variiert in Abhängigkeit des Abstands des Objekts zur optoelektronischen Vorrichtung. Das Empfangselement weist mehrere Segmente auf, deren Segmentlängen auf die abstandsabhängige Fleckverschiebung der Empfangslichtstrahlen auf dem Empfangselement abgestimmt sind. In einer Auswerteeinheit wird in Abhängigkeit der Empfangssignale des Empfangselements ein binäres Schaltsignal generiert und über einen an die Auswerteeinheit angeschlossenen Schaltausgang ausgegeben. Bei einem in einer Tastweite befindlichen Objekt wechselt der Schaltausgang seinen Schaltzustand. Weiterhin ist eine Tastweitenumschaltung vorgesehen.The optoelectronic device according to the invention is used for detecting objects in a surveillance area and comprises a transmitter emitting light-emitting beams and a receiving light receiving receiving element. The position of the light spot of the received light beams on the receiving element varies depending on the distance of the object to the optoelectronic device. The receiving element has a plurality of segments whose segment lengths are matched to the distance-dependent spot shift of the received light beams on the receiving element. In an evaluation unit, a binary switching signal is generated as a function of the received signals of the receiving element and output via a switching output connected to the evaluation unit. In the case of an object located in a detection range, the switching output changes its switching state. Furthermore, a scanning range switching is provided.

Durch eine Anpassung der Längen der einzelnen Segmente an die abstandsabhängige Verschiebung des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen kann die elektronische Tastweitenumschaltung weitgehend linearisiert werden.By adapting the lengths of the individual segments to the distance-dependent displacement of the light spot of the received light beams, the electronic scanning range switching can be extensively linearized.

Durch die Auswertung mehrerer Empfangssegmente können die Gültigkeit des Schaltsignals auf Plausibilität geprüft und Störungen erkannt werden.By evaluating several reception segments, the validity of the switching signal can be checked for plausibility and faults can be detected.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die einzelnen Segmente jeweils im wesentlichen flächengleich ausgebildet. Dabei ist jedem Segment ein separater Verstärker nachgeordnet, wobei die Ausgangssignale der Verstärker in einer Auswerteeinheit ausgewertet werden. Durch die Entkoppelung über die Verstärker weisen die flächengleichen Segmente im wesentlichen dieselben Kapazitätswerte auf, so dass diese jeweils dieselben geringen Signalanstiegszeiten aufweisen.In a particularly advantageous embodiment, the individual segments are each formed substantially equal in area. Each segment is followed by a separate amplifier, wherein the output signals of the amplifier are evaluated in an evaluation unit. Due to the decoupling via the amplifiers, the areal equal segments have substantially the same capacitance values, so that they each have the same small signal rise times.

Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention will be explained below with reference to the drawings. Show it:

1: Schematische Darstellung der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung. 1 : Schematic representation of the optoelectronic device according to the invention.

2: Erstes Ausführungsbeispiel der Segmentanordnung des Empfangselements. 2 : First exemplary embodiment of the segment arrangement of the receiving element.

3: Blockschaltbild der Vorrichtung gemäß 1. 3 : Block diagram of the device according to 1 ,

4: Empfangselement gemäß 2 mit einem nachgeordneten Additions- und Subtraktionsnetzwerk. 4 : Reception element according to 2 with a subordinate addition and subtraction network.

5: Wahrheitstabelle zur Tastweitenumschaltung für das Addition- und Subtraktionsnetzwerk gemäß 4. 5 : Truth table for scanning range switching for the addition and subtraction network according to 4 ,

6: Zweites Ausführungsbeispiel der Segmentanordnung des Empfangselementes. 6 Second embodiment of the segment arrangement of the receiving element.

7: Drittes Ausführungsbeispiel der Segmentanordnung des Empfangselementes. 7 Third embodiment of the segment arrangement of the receiving element.

1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer als Lichttaster ausgebildeten optoelektronischen Vorrichtung 1. Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist einen Sender 2 auf, welcher vorzugsweise von einer Leuchtdiode gebildet ist und welcher Sendelichtstrahlen 3 emittiert. Die Sendelichtstrahlen 3 werden mittels einer Sendeoptik 30 gebündelt. Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist zudem ein Empfangslichtstrahlen 4 empfangendes Empfangselement 5 auf, wobei die Empfangslichtstrahlen 4 mittels einer Empfangsoptik 40 auf das Empfangselement 5 fokussiert werden. 1 shows the basic structure of an optoelectronic device designed as a light scanner 1 , The optoelectronic device 1 has a transmitter 2 on, which is preferably formed by a light emitting diode and which transmitted light beams 3 emitted. The transmitted light rays 3 be by means of a transmission optics 30 bundled. The optoelectronic device 1 also has a receiving light beams 4 receiving receiving element 5 on, wherein the received light beams 4 by means of a receiving optics 40 on the receiving element 5 be focused.

Die von einem Objekt 11 zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen 4 treffen auf das Empfangselement 5, welches ein Nahelement 5a und ein Fernelement 5b aufweist. Dabei variiert die Position des Lichtflecks der Empfangslichtstrahlen 4 auf dem Empfangselement 5 in Abhängigkeit des Abstands des Objekts 11 zur Vorrichtung 1. Bei großen Abständen trifft das Empfangslicht nahezu vollständig auf das Fernelement 5b. Mit geringer werdendem Abstand trifft das Empfangslicht vermehrt auf das Nahelement 5a.The of an object 11 reflected back receive light beams 4 meet the receiving element 5 which is a near element 5a and a remote element 5b having. In this case, the position of the light spot of the received light beams varies 4 on the receiving element 5 depending on the distance of the object 11 to the device 1 , At large distances, the received light almost completely hits the remote element 5b , With decreasing distance, the received light increasingly hits the near element 5a ,

Die Empfangssignale an den Ausgängen des Nah- und Fernelements 5a, 5b werden in einer Auswerteeinheit 12 ausgewertet, an welche der Sender 2 und das Empfangselement 5 angeschlossen sind. Dabei wird in Abhängigkeit der Empfangssignale ein binäres Schaltsignal generiert und über einen Schaltausgang 13 ausgegeben. Das binäre Schaltsignal wird mittels einer Schaltschwelle generiert, wobei der Schaltausgang 13 dann den Schaltzustand wechselt, wenn sich das Objekt 11 in einem der Tastweite entsprechenden Abstand zur Vorrichtung 1 befindet.The received signals at the outputs of the near and far elements 5a . 5b be in an evaluation unit 12 evaluated, to which the transmitter 2 and the receiving element 5 are connected. In this case, a binary switching signal is generated in response to the received signals and via a switching output 13 output. The binary switching signal is generated by means of a switching threshold, wherein the switching output 13 then the switching state changes when the object 11 in a distance corresponding to the distance to the device 1 located.

In einer ersten Ausführungsform wird in der Auswerteeinheit die Differenz der Empfangssignale des Nah- und Fernelements 5a. 5b gebildet. Diese Differenz wird dann mit einem die Schaltschwelle bildenden Schwellwert S1 bewertet. Das Objekt 11 befindet sich in der Tastweite zur Vorrichtung 1, wenn die Differenz dem Schwellwert S1 entspricht.In a first embodiment, the difference in the received signals of the near and far element in the evaluation unit 5a , 5b educated. This difference is then evaluated with a threshold value S1 forming the switching threshold. The object 11 is within the range of the device 1 if the difference corresponds to the threshold value S1.

In einer zweiten Ausführungsform wird der Quotient der Empfangssignale gebildet. Dieser Quotient wird mit einem die Schaltschwelle bildenden Schwellwert S2 bewertet. Das Objekt 11 befindet sich in der Tastweite zur Vorrichtung 1, wenn der Quotient dem Schwellwert S2 entspricht.In a second embodiment, the quotient of the received signals is formed. This quotient is evaluated with a threshold value S2 forming the switching threshold. The object 11 is within the range of the device 1 if the quotient corresponds to the threshold value S2.

Zweckmäßigerweise wird der Quotient aus der Differenz und der Summe der Empfangssignale des Nah- und Fernelements 5a, 5b gebildet. Alternativ kann mittels einer Senderegelung die Summe der Empfangssignale auf einen konstanten Wert geregelt werden. Durch diese Signalauswertung wird ein von der Objektreflexion unabhängiges Schaltsignal erhalten. Zudem wird die Quotientenbildung durch die Rückführung auf eine Differenzbildung erheblich vereinfacht.Conveniently, the quotient of the difference and the sum of the received signals of the near and far element 5a . 5b educated. Alternatively, the sum of the received signals can be regulated to a constant value by means of a transmission control. By this signal evaluation, a signal independent of the object reflection switching signal is obtained. In addition, the quotient formation is considerably simplified by the return to a difference formation.

Erfindungsgemäß ist die lichtempfindliche Fläche des Empfangselements 5 in mehrere Segmente 6 bis 10 unterteilt. Die Segmente 6 bis 10 sind jeweils von Fotodioden gebildet. Jedem Segment 6 bis 10 ist ein Verstärker 16 zur Verstärkung der jeweiligen Ausgangssignale nachgeordnet. Diese Ausgangssignale werden in der Auswerteeinheit 12 logisch verknüpft, so dass eine vorgegebene Anzahl von Segmenten 6 bis 10 das Nahelement 5a bildet und die übrigen Segmente 6 bis 10 das Fernelement 5b bilden.According to the invention, the photosensitive surface of the receiving element 5 into several segments 6 to 10 divided. The segments 6 to 10 are each formed by photodiodes. Every segment 6 to 10 is an amplifier 16 arranged downstream to amplify the respective output signals. These output signals are in the evaluation unit 12 logically linked, so that a given number of segments 6 to 10 the near element 5a forms and the remaining segments 6 to 10 the remote element 5b form.

Die Segmente 6 bis 10 sind im wesentlichen flächengleich ausgebildet und nebeneinanderliegend, unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet, so dass diese sich zu einer lückenlosen lichtempfindlichen Fläche ergänzen. Die Längsachse dieser Anordnung verläuft im wesentlichen quer zur optischen Achse der Empfangslichtstrahlen 4.The segments 6 to 10 are substantially coextensive and juxtaposed, arranged directly adjacent to each other, so that they complement each other to a seamless photosensitive surface. The longitudinal axis of this arrangement is substantially transverse to the optical axis of the received light beams 4 ,

2 zeigt ein Empfangselement 5, dessen lichtempfindliche Fläche in fünf flächengleiche rechteckige Segmente 6 bis 10 aufgeteilt ist. Das Segment 6 bildet das Fernelement 5b, die übrigen Segmente 7 bis 10 bilden das Nahelement 5a. Bei kürzer werdendem Objektabstand wandert der Lichtfleck der Empfangslichtstrahlen 4 vom Segment 6 über die Segmente 7 bis 10. 2 shows a receiving element 5 , the photosensitive surface in five equal-area rectangular segments 6 to 10 is divided. The segment 6 forms the remote element 5b , the remaining segments 7 to 10 form the near element 5a , As the object distance becomes shorter, the light spot of the received light beams moves 4 from the segment 6 over the segments 7 to 10 ,

Die abstandsabhängige Fleckposition wird dazu ausgenutzt, das zu detektierende Objekt 11 von einem Hintergrund zu unterscheiden. Dazu wird das Fern-Empfangssignal des Segmentes 6 mit der Summe der Nah-Empfangssignale der Segmente 7 bis 10 verglichen. Überwiegt das Nahsignal der Segmente 7 bis 10, gilt das Objekt 11 als erkannt.The distance-dependent spot position is exploited to the object to be detected 11 to distinguish from a background. This is the remote receive signal of the segment 6 with the sum of the near-receive signals of the segments 7 to 10 compared. Outweighs the near signal of the segments 7 to 10 , the object is valid 11 as recognized.

Durch eine Änderung der Verknüpfung der einzelnen Segmente 6 bis 10, kann ein unterschiedlicher Nah- und Fernbereich definiert und damit die Tastweite auf einfache Weise geändert werden.By changing the linkage of the individual segments 6 to 10 , a different near and far range can be defined and thus the range can be easily changed.

3 zeigt das Blockschaltbild der Vorrichtung 1 gemäß 1 mit dem Empfangselement 5. 3 shows the block diagram of the device 1 according to 1 with the receiving element 5 ,

Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht die Auswerteeinheit 12 aus einem Prozessor mit Analog-Digital-Wandler. Als Ergebnis wird am Schaltausgang 13 das Schaltsignal ausgegeben. Die Auswerteeinheit 12 weist einen Parametriereingang 14 auf, über welchen die Tastweite, Schaltschwelle und Schalthysterese eingegeben werden. Diese Parameter erlauben eine applikationsbedingte Anpassung der Vorrichtung 1. Der Parametriereingang 14 ist dabei vorzugsweise als serielle Schnittstelle ausgebildet. Insbesondere wird durch die Parameter auch die Art der logischen Verknüpfung der Segmente 6 bis 10 des Empfangselements 5 vorgegeben. Die Parameterwerte werden schließlich in einem Parameterspeicher 15 abgelegt.In this embodiment, the evaluation unit 12 from a processor with analog-to-digital converter. As a result, at the switching output 13 the switching signal is output. The evaluation unit 12 has a parameter input 14 via which the scanning distance, switching threshold and switching hysteresis are entered. These parameters allow an application-related adaptation of the device 1 , The parameter input 14 is preferably designed as a serial interface. In particular, the parameters also determine the type of logical linkage of the segments 6 to 10 of the receiving element 5 specified. The parameter values are finally stored in a parameter memory 15 stored.

Der Prozessor mit Analog-Ditigal-Wandler erlaubt außerdem die Erkennung von Messwertfehlern oder Störungen durch Analyse der Pegelverteilung über den einzelnen Segmenten 6 bis 10.The analog-to-digital converter also allows the detection of measurement errors or disturbances by analyzing the level distribution across each segment 6 to 10 ,

4 zeigt eine weitere Ausführung des Empfangselementes 5, wobei den Verstärkern 16 an den Ausgängen der Segmente 6 bis 10 ein Additions- und Subtraktionsnetzwerk nachgeordnet ist. Die Anordnung der Segmente 6 bis 10 des Empfangselements 5 entspricht dabei der Anordnung gemäß 2. Zur Auswertung der Empfangssignale ist es vorteilhaft eine analoge Vorverarbeitung im Subtraktions- und Additionsnetzwerk in Form einer Summen- und Differenzbildung der digitalen Auswertung in der Auswerteeinheit 12 vorzuschalten. Insbesondere wird eine Übersteuerung durch hohe Empfangssignalpegel bei stark reflektierendem Objekt 11 durch die Differenzbildung in der Nähe der Tastweite unterdrückt. 4 shows a further embodiment of the receiving element 5 , where the amplifiers 16 at the outputs of the segments 6 to 10 an addition and subtraction network is arranged downstream. The arrangement of the segments 6 to 10 of the receiving element 5 corresponds to the arrangement according to 2 , To evaluate the received signals, it is advantageous analog preprocessing in the subtraction and addition network in the form of a sum and difference of the digital evaluation in the evaluation 12 upstream. In particular, an overload by high received signal level at highly reflective object 11 suppressed by the difference formation near the detection distance.

Mit Hilfe der Schalter s1 bis s5 können Empfangssignale verschiedener Segmente 6 bis 10 kombiniert werden.By means of the switches s1 to s5, receive signals of different segments 6 to 10 be combined.

5 zeigt die Wahrheitstabelle für die Tastweitenumschaltung. Damit bei gleichzeitiger Überstrahlung der Nah- und Fernelementfläche durch die Empfangslichtstrahlen 4 ein Objekt 11 sicher detektiert wird, muss die Nahelementfläche größer als die Fernelementfläche sein. Aus diesem Grund wird für die Erzeugung des Fernsignals immer nur ein Segment 6, 7 oder 8 ausgewählt, was mit den Schaltern s3 bis s5 erfolgt. Für den Nahbereich werden mindestens die Signale der beiden Segmente 9 und 10 im Summierer 17 zusammengefasst. Zusätzlich werden vorteilhaft die zwischen dem als Fernelement 5b gewählten Segment 6, 7 und dem Segment 9 liegenden Segmente 7, 8 mit Hilfe der Schalter s1 und s2 dem Nahelement 5a zugeordnet. Durch Differenzbildung von Nah- und Fernsignal im Subtrahierer 19 entsteht das am Differenzsignal-Ausgang 20 anstehende Differenzsignal, von dem der Schaltzustand des Sensors abgeleitet wird. 5 shows the truth table for the scanning distance switching. Thus, with simultaneous over-irradiation of the Nah- and Fernelementfläche by the received light beams 4 an object 11 is safely detected, the Nahelementfläche must be larger than the Fernelementfläche. For this reason, the generation of the remote signal is always only one segment 6 . 7 or 8th selected, which is done with the switches s3 to s5. For the near range, at least the signals of the two segments 9 and 10 in the summer 17 summarized. In addition, the advantage between the as a remote element 5b selected segment 6 . 7 and the segment 9 lying segments 7 . 8th with the help of the switches s1 and s2 the Nahelement 5a assigned. By subtraction of near and far signal in the subtractor 19 this occurs at the differential signal output 20 pending difference signal from which the switching state of the sensor is derived.

Zusätzlich wird über den Summierer 18 ein Summensignal am Summensignal-Ausgang 21 zur Verfügung gestellt, das die gesamte Empfangsleistung repräsentiert und zur Senderegelung oder Quotientenbildung herangezogen werden kann.In addition, via the summer 18 a sum signal at the sum signal output 21 provided that represents the total received power and can be used for transmitter control or quotient formation.

Die an dem Differenzsignal-Ausgang 20 und dem Summensignal-Ausgang 21 anstehenden Signale werden zur weiteren Auswertung in die nicht dargestellte Auswerteeinheit 12 eingelesen, welche zweckmäßigerweise wieder als Prozessor ausgebildet sein kann. Von der Auswerteeinheit 12 führt ein Steuereingang 22 zu dem Additions- und Subtraktionsnetzwerk. Über diesen Steuereingang 22 wird im Schaltwerk 23 zur Bestätigung der Schalter angesteuert. Auf diese Weise wird wiederum über die Auswerteeinheit 12 die logische Verknüpfung der Ausgangssignale der Segmente 6 bis 10 vorgegeben.The at the difference signal output 20 and the sum signal output 21 Pending signals are for further evaluation in the evaluation unit, not shown 12 read, which can be suitably formed again as a processor. From the evaluation unit 12 leads a control input 22 to the addition and subtraction network. About this control input 22 will be in the rear derailleur 23 activated to confirm the switch. In this way, in turn, via the evaluation unit 12 the logical combination of the output signals of the segments 6 to 10 specified.

Ein weitere Ausführungsform des Empfangselementes 5 ist in 6 gezeigt, wo die Segmentlänge auf die abstandsabhängige Fleckverschiebung abgestimmt ist. Dadurch werden beim Umschalten der Tastweite nahezu äquidistante Tastweitenschritte erzielt.Another embodiment of the receiving element 5 is in 6 shown where the segment length is matched to the distance-dependent patch shift. As a result, almost equidistant scanning distance steps are achieved when switching the scanning distance.

Eine weitere Ausführungsform ist in 7 gezeigt, wo das Empfangselement 5 längs geteilt ist, so dass spiegelsymmetrisch zu den Segmenten 6 bis 10 jeweils weitere Segmente 6' bis 10' angeordnet sind und dadurch auch die seitliche Fleckverschiebung erfasst werden kann.Another embodiment is in 7 shown where the receiving element 5 is split longitudinally, so that mirror-symmetrical to the segments 6 to 10 each further segments 6 ' to 10 ' are arranged and thereby the lateral displacement of the spot can be detected.

Diese Möglichkeit kann ausgenutzt werden, um Plausibilitätskontrollen, wie z. B.:

– Umspiegelung durch seitliche Objekte 11,
– seitlich einfallendes Fremdlicht,
– Verzerrungen durch Objekt-Oberflächenstrukturen

durchzuführen.This possibility can be exploited to make plausibility checks, such. B .:

- Reflection by lateral objects 11 .
Lateral incident light,
- Distortions by object surface structures

perform.

Die Längsteilung der Segmente 6 bis 10 kann auch dazu genutzt werden die seitliche Objekteintauchrichtung zu detektieren, wobei während des Eintauchens die Signalpegel der einen Segmentseite z. B. 6 bis 10 wesentlich größer sind als die der Segmente 6' bis 10'.The longitudinal division of the segments 6 to 10 can also be used to detect the lateral object immersion direction, wherein during the immersion, the signal level of a segment side z. B. 6 to 10 are much larger than those of the segments 6 ' to 10 ' ,

Claims

An optoelectronic device for detecting objects in a surveillance area with a transmitting light beam emitting transmitter and a receiving light beam receiving receiving element, wherein the position of the light spot of the received light beams on the receiving element varies in dependence of the distance of the object to the optoelectronic device, characterized in that the receiving element ( 5 ) several segments ( 6 - 10 ) whose segment lengths are dependent on the distance-dependent patch shift of the received light beams ( 4 ) on the receiving element ( 5 ) are tuned in that in an evaluation unit depending on the received signals of the receiving element ( 5 ) generates a binary switching signal and via a to the evaluation unit ( 12 ) connected switching output ( 13 ) is issued, that in an object located within a range ( 11 ) the switching output ( 13 ) changes its switching state, and that a scanning distance is provided.

Optoelectronic device according to claim 1, characterized in that an electronic detection range switching is provided.

Optoelectronic device according to one of claims 1 or 2, characterized in that by adapting the lengths of the segments to the distance-dependent displacement of the light spot of the received light beams, the scanning distance switching is largely linearized.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 3, characterized in that a predeterminable number of segments ( 7 to 10 ) to a near element ( 5a ) and a predeterminable number of remaining segments ( 6 to 8th ) to a remote element ( 5b ) are linked.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the segments ( 6 to 10 ) of the receiving element ( 5 ) are substantially equal in area.

Optoelectronic device according to claim 1 to 5, characterized in that the segments ( 6 to 10 ) are arranged side by side and the longitudinal axis of the arrangement substantially transverse to the optical axis of the incident receiving light beams ( 4 ) runs.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 6, characterized in that the segments ( 6 - 10 ) are formed by photodiodes.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 7, characterized in that each segment ( 6 to 10 ) a separate amplifier ( 16 ) is subordinate.

Optoelectronic device according to claim 8, characterized in that the output signals of the amplifiers ( 16 ) via an analog-to-digital converter into an evaluation unit ( 12 ) are read in, and that in the processor, the output signals to the received signals of the Nah- and Fernelements ( 5a . 5b ) are logically linked.

Optoelectronic device according to claim 8, characterized in that the output signals of the amplifiers ( 16 ) are fed to an analog addition and subtraction network, in which a predeterminable number of output signals can be linked by additions and / or subtractions, and in that the output signals thus obtained are fed into an evaluation unit ( 12 ) forming processor are read.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the evaluation unit ( 12 ) a configured as a serial interface parameter input ( 14 ) for specifying the type of linking of the segments ( 6 to 10 ) having.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the evaluation unit ( 12 ) the difference of the received signals of the near and far element ( 5a . 5b ), and this difference is evaluated with a threshold value S1 forming the switching threshold.

Optoelectronic device according to claim 12, characterized in that the difference of the received signals of the near and far element ( 5a . 5b ) corresponds to the height of the threshold S1 if the object ( 11 ) in a distance corresponding to the distance to the device ( 1 ) is located.

Optoelectronic device according to one of claims 1 to 11, characterized in that in the evaluation unit ( 12 ) the quotient of the received signals of the near and far element ( 5a . 5b ) is formed and this quotient is evaluated with a threshold value S2 forming the switching threshold.

Optoelectronic device according to claim 14, characterized in that the quotient of the received signals of the near and far element ( 5a . 5b ) corresponds to the height of the threshold, if the object ( 11 ) in a distance corresponding to the distance to the device ( 1 ) is located.

Optoelectronic device according to claim 14 or 15, characterized in that the quotient of the difference and the sum of the received signals of the near and far element ( 5a . 5b ) is formed.

Optoelectronic device according to claim 16, characterized in that by means of a transmission control the sum of the received signals of the near and far element ( 5a . 5b ) is regulated to a constant value.