DE10238075B4

DE10238075B4 - Optischer Sensor

Info

Publication number: DE10238075B4
Application number: DE2002138075
Authority: DE
Inventors: Jürgen Schönhaar
Original assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Current assignee: Leuze Electronic GmbH and Co KG
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: DE10238075A1

Abstract

Optischer Sensor zur Erfassung von Objekten (2) in einem Überwachungsbereich, mit zwei in einem Abstand d angeordneten Sendern (5, 5'), welche von zwei auf einem Chip (13) integrierten Laserdioden gebildet sind, mit einer Kollimationslinse, mittels derer die von den Sendern (5, 5') emittierten Sendelichtstrahlen (4, 4') kollimiert sind, so dass diese parallel und in Abstand zueinander verlaufen, mit zwei Empfängerzeilen (6, 6'), welche mit parallel verlaufenden Längsachsen in einem Abstand d' angeordnet sind, so dass die von einem im Überwachungsbereich angeordneten Objekt (2) zurückreflektierten Sendelichtstrahlen (4) des ersten Senders (5) auf die erste Empfängerzeile (6) zur Durchführung einer ersten Distanzmessung und die zurückreflektierten Sendelichtstrahlen (4') des zweiten Senders (5') auf die zweite Empfängerzeile (6') zur Durchführung einer zweiten Distanzmessung geführt sind, und mit einer Auswerteeinheit (8), in welcher aus den Ausgangssignalen der Empfängerzeilen (6, 6') ein Objektfeststellungssignal generiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Sensor.
Derartige optische Sensoren dienen zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich. Dabei sind diese optischen Sensoren vorzugsweise als Distanzsensoren ausgebildet, mittels derer die Distanzen eines Objektes im Überwachungsbereich bestimmt werden können.
Aus der DE 19850 270 A1 ist ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitender Distanzsensor bekannt. Dieser Distanzsensor weist wenigstens einen Sendelichtstrahlen emittierten Sender und einen an eine Auswerteeinheit angeschlossenen Empfangsichtstrahlen empfangenden Empfänger auf, welcher als CCD-Zeile mit mehreren linear angeordneten photoempfindlichen Elementen ausgebildet ist. Die durch von einem Objekt O zum Empfänger reflektierten Empfangslichtstrahlen an den Ausgängen der photoempfindlichen Elemente generierten Empfangssignale werden hinsichtlich ihrer Signalamplitude bewertet, wobei das photoempfindliche Element E_max bestimmt wird, welches die maximale Signalamplitude S_max liefert. Beidseits dieses photoempfindlichen Elements E_max wird eine vorgegebene Anzahl weiter photoempfindlicher Elemente bis zu einem unteren und oberen Grenzwert E_U, E_O zur Distanzbestimmung des Objekts O herangezogen, in dem der Flächeninhalt des Ausschnitts des Verlaufs der Signalamplitude entlang der CCD-Zeile zwischen dem unteren und oberen Grenzelement E_U, E_O und oberhalb eines aus der Signalamplitude des unteren und/oder oberen Grenzelements E_U, E_O abgeleiteten Schwellwerts S_min berechnet wird. Die Distanz ist durch die Lage des Flächenschwerpunkts innerhalb des durch E_U und E_O begrenzten Intervalls bestimmt.
Mit diesem optischen Sensor können die Distanzen von Objekten zwar äußerst genau bestimmt werden.
Jedoch ist die Distanzmessung in unerwünschter Wese abhängig von den Oberflächenstrukturen der Objekte. Durch Inhomogenitäten der Objektoberfläche, insbesondere durch hohe Kontrastunterschiede wie Kanten an Helldunkelübergängen wird die Triangulationsmessung in unerwünschter Weise beeinträchtigt, da die Lage und Form des auf die Empfangselemente des Empfängers abgebildeten Lichtflecks von dieser Oberflächenbeschaffenheit des Objekts abhängig ist.
Die DE 100 59 156 A1 betrifft einen nach dem Triangulationsprinzip arbeitenden optoelektronischen Sensor, welcher als Messkanal eine Abstandsstrahlen emittierende Sendeeinheit und eine Empfangseinheit in Form eines ortsauflösenden Empfängers aufweist. Zur Elimination von Fehlerquellen ist zusätzlich eine weitere Sendeeinheit und/oder eine Empfängereinheit vorgesehen. Die Verwendung einer zusätzlichen Sendeeinheit kommt in Frage, wenn neben einem zu detektierenden Objekt auch spiegelnde Objekte im Strahlengang sind. Dagegen werden mehrere Empfangseinheiten zum Ausschluss von Fehlern aufgrund starker Kontakte von Objekten eingesetzt.
Die DE 41 37 068 A1 betrifft einen Abstandssensor mit mehreren positionsempfindlichen Dioden in einer Zeile und mehreren Sende-LEDs. Die Sende-LEDs liegen hinter einem Sendeobjektiv und bilden so eine Sendereinheit zur Generierung eines ausgedehnten Sendelichtstrahls. Die positionsempfindlichen Dioden bilden einen Empfänger, da der Auftreffpunkt des Sendelichts auf einer der Dioden als Maß für die Objektdistanz ausgewertet wird.
Die DE 100 55 689 A1 betrifft ein Triangulationslichtgitter, welches nach einem Differenzbildverfahren arbeitet. Dieses weist wenigstens zwei Sendereinheiten und zwei Empfängerzeilen auf. Die Sendelichtstrahlen beider Sendereinheiten werden jeweils auf beide Empfängerzeilen abgebildet.
Die DE 39 15 627 C2 betrifft ein nach dem Laufzeitverfahren arbeitendes optisches Radar mit einer Sendezeile und einer Empfängerzeile, wobei jeweils ein Lichtimpuls einer Sendediode der Senderzeile auf einen Empfänger der Empfängerzeile aufgebildet wird.
Die DE 197 07 417 C2 betrifft eine Mehrfachanordnung von zwei Lichttastern, wobei einer der Lichttaster zusätzlich einen ortsauflösenden Empfänger aufweist.
Die 198 39 830 A1 betrifft einen Sensor mit einem Sender und einer mehrkanaligen CCD-Sensoranordnung.
Die DE 201 18 145 A1 betrifft einen Sensor mit zwei Sendern und einem Empfänger.
Die DE 197 52 145 betrifft einen Sensor mit einem flächigen Sender und einem flächigen Empfänger in Form eines CCD-Arrays zur Ermittlung von Bildern aus einem Fahrzeuginnenraum.
Die Druckschrift DE 199 18 921 A1 betrifft eine optische Schranke bestehend aus mehreren Sende- und Empfangselementen.
Die Druckschrift DE 197 30 341 betrifft eine Sensoranordnung mit einem Sender und einem zeilenförmigen Empfänger.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen optischen Sensor der eingangs genannten Art mit einer erweiterten Funktionalität, einer hohen Nachweisempfindlichkeit und hohen Störsicherheit bereitzustellen.

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 einem Überwachungsbereich und weist zwei in einem Abstand d angeordnete Sender auf, welche von zwei auf einem Chip integrierten Laserdioden gebildet sind. Mit einer Kollimationslinse, werden die von den Sendern emittierten Sendelichtstrahlen kollimiert, so dass diese parallel und in Abstand zueinander verlaufen. Zwei Empfängerzeilen, sind mit parallel verlaufenden Längsachsen in einem Abstand d' angeordnet, so dass die von einem im Überwachungsbereich angeordneten Objekt zurückreflektierten Sendelichtstrahlen des ersten Senders auf die erste Empfängerzeile zur Durchführung einer ersten Distanzmessung und die zurückreflektierten Sendelichtstrahlen des zweiten Senders auf die zweite Empfängerzeile zur Durchführung einer zweiten Distanzmessung geführt sind. In einer Auswerteeinheit, wird aus den Ausgangssignalen der Empfängerzeilen ein Objektfeststellungssignal generiert.

Jeder Sender und die diesem zugeordneten Empfängerzeile bilden ein Distanzsensorelement. Mit diesen Distanzsensorelementen können gleichzeitig zwei Distanzwerte ermittelt werden. Dadurch wird eine erweiterte Funktionalität des erfindungsgemäßen optischen Sensors gegenüber herkömmlichen optischen Sensoren mit einem Distanzsensorelement erhalten.

Die Funktionalität des optischen Sensors kann durch geeignete Verknüpfungen der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen weiter erhöht werden. Beispielsweise kann durch Auswertung des zeitlichen Verlaufs der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen die Geschwindigkeit sowie die Bewegungsrichtung eines Objektes im Überwachungsbereich erfasst werden.

Besonders vorteilhaft erfolgt in der Auswerteeinheit einer Amplitudenbewertung der Ausgangssignale der Empfängerzeilen, wobei hierzu die Ausgangssignale insbesondere mit geeigneten Schwellwerten bewertet werden.

Mittels der Schwellwerte können insbesondere binäre Schaltsignale generiert werden, welche als Objektfeststellungssignale am optischen Sensor ausgegeben werden können.

Durch den Vergleich der Amplituden der Ausgangssignale der beiden Empfängerseiten können Inhomogenitäten der Objektoberfläche und insbesondere Kontrastschwankungen auf der Objektoberfläche erfasst werden.

Diese Informationen können seinerseits zur Eliminierung von Störfaktoren bei der Distanzmessung verwendet werden. Beispielsweise kann durch den Vergleich der Ausgangssignale der Empfängerzeilen erfasst werden, ob die Amplituden oder Ausgangssignale einer Empfängerzeile gegenüber der anderen erhöht oder reduziert sind. Typischerweise sind die Amplituden der Ausgangssignale durch Störeinflüsse wie Inhomogenitäten auf der Objektoberfläche reduziert. Zur Minimierung der Störeinflusse wird dann vorzugsweise nur die Empfängerzeile zur Distanzmessung herangezogen, welche die Ausgangssignale mit den höheren Amplitudenwerten liefert. Mit derartigen Auswerteverfahren können insbesondere auch sogenannte Schwarz-Weißfehler eliminiert werden. Hierbei handelt es sich um Verfälschungen der Distanzmessung, die dadurch bewirkt werden, dass der Lichtfleck der Sendelichtstrahlen eines Senders auf eine Kontrastkante trifft. Dadurch wird ein Teil des Lichtflecks stark, der andere Teil des Lichtflecks schwach zur Empfängerzeile zurückreflektiert, wodurch eine Verschiebung des auf die Empfängerzeile abgebildeten Lichtflecks bezüglich einer Detektion einer homogenen Oberfläche erhalten wird. Diese Verschiebung wiederum führt zu einem Fehler bei der Distanzmessung.

Prinzipiell ist zur Reduzierung von Störeinflüssen auch eine Mittelung der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen denkbar.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann der optische Sensor zur Kantendetektion, d.h. zur Erfassung von Kontrastkanten eines Objektes eingesetzt werden. Auch hier wird eine Amplitudenbewertung der Ausgangssignale der Empfängerzeilen vorgenommen. Dabei liegt eine Kante dann vor, wenn die Amplituden, vorzugsweise die Maximalamplitude, einer Empfängerzeile signifikant größer sind als die Amplituden der Ausgangssignale der jeweils anderen Empfängerzeile.

Dieses Auswerteverfahren kann auch zur Objektzählung, insbesondere zur Schuppenzählung bei übereinanderliegenden Papierbögen in Druckmaschinen oder dergleichen eingesetzt werden.

Bei derartigen Schuppenzählungen muss die Kante eines Papierbogens erfasst werden, welche auf einem darunter liegenden zweiten Papierbogen liegt. Die Erfassung einer derartigen Schuppung ist im Rahmen einer Distanzmessung aufgrund der geringen Dicken der Papierbögen oftmals nicht möglich. Jedoch liefert die Schuppung einen Kontrastunterschied in Form einer Kontrastkante, die mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor erfassbar ist. Werden die Papierbögen unter den optischen Sensor durchbewegt, so können die einzelnen Schuppungen im optischen Sensor einzeln nacheinander erfasst und gezählt werden.

Die Empfängerzeilen des optischen Sensors können prinzipiell von zwei diskreten CMOS-Zeilen oder CCD-Zeilen gebildet sein.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Empfängerzeilen Bestandteil eines flächigen CMOS- oder CCD-Arrays. Dabei werden von der Auswerteeinheit bevorzugt die Inhalte zweier einzelner parallel laufender Zeilen dieses Arrays ausgelesen, wobei diese Zeilen die Empfängerzeilen bilden.

Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass die Lage der Empfängerzeilen relativ zueinander allein über die Auswahl der Zeilen des Arrays in der Auswerteeinheit vorgebbar ist und somit keinerlei Justage bedarf. Zudem ist das CMOS- bzw. CCD-Array einfach bezüglich des Chips mit den beiden Laserdioden ausrichtbar.

Die Erfindung wird im Nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1: Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen optischen Sensors.
2: Erstes Beispiel einer Sender-Empfängeranordnung des optischen Sensors gemäß 1.
3: Zweites Beispiel einer Sender-Empfängeranordnung des optischen Sensors gemäß 1.
4: Erstes Beispiel von Ausgangssignalen der Empfängerzeilen des optischen Sensors gemäß 1.
5: Zweites Beispiel von Ausgangssignalen der Empfängerzeilen des optischen Sensors gemäß 1.
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau des erfindungsgemäßen optischen Sensors 1 zur Erfassung von Objekten 2 in einem Überwachungsbereich.
Der optische Sensor 1 ist in einem Gehäuse 3 integriert und weist zwei Sendelichtstrahlen 4, 4' emittierende Sender 5, 5' auf, die vorzugsweise jeweils von einer Laserdiode gebildet ist. Zudem weist der optische Sensor 1 zwei Empfängerzeilen 6, 6' auf, wobei jedem Sender 5, 5' eine Empfängerzeile 6, 6' zugeordnet ist, so dass die von diesem Sender 5, 5' emittierten, und an einem Objekt 2 reflektierten Sendelichtstrahlen 4, 4' als Empfangslichtstrahlen 7, 7' auf die zugehörige Empfängerzeile 6, 6' geführt sind. Jeder Empfängerzeile 6, 6' besteht aus einer Linearanordnung von Empfangselementen, die bevorzugt als CCD- oder CMOS-Elemente ausgebildet sind. Die Längsachsen der Empfängerzeilen 6, 6' verlaufen bevorzugt in Abstand parallel zueinander.
Jeder Sender 5, 5' sowie die diesem zugeordnete Empfängerzeile 6, 6' bilden ein nach dem Triangulationsprinzip arbeitendes Distanzsensorelement. Demzufolge liegt jeder Sender 5, 5' in einem vorgegebenen Basisabstand zur zugeordneten Empfängerzeile 6, 6', wobei der Sender 5, 5' jeweils zumindest näherungsweise auf einer Geraden liegt, durch welche die Längsachse der Empfängerzeile 6, 6' verläuft.
Zur Durchführung der Distanzmessung wird in einer an die Empfängerzeilen 6, 6' angeschlossenen Auswerteeinheit 8 die Lage der Lichtflecke der Empfangslichtstrahlen 7, 7' auf den Empfängerzeilen 6, 6' ausgewertet. Die Auswerteeinheit 8 ist vorzugsweise von eine Signalprozessor gebildet. Weiterhin sind auch die Sender 5, 5' an die Auswerteeinheit 8 angeschlossen. Die Aus werteeinheit 8 steuert somit den Betrieb der Sender 5, 5'. Zur Unterdrückung von Fremdlichteinflüssen werden die Sendelichtstrahlen 4, 4' der Sender 5, 5' mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz moduliert. Alternativ können die Sender 5, 5' im Pulsbetrieb betrieben werden, so dass diese jeweils Sendelichtstrahlen 4, 4' in Form von Folgen von Sendelichtimpulsen emittieren.
Wie aus 1 ersichtlich werden die Sendelichtstrahlen 4, 4' und Empfangslichtstrahlen 7, 7' durch ein Fenster 9 in der Frontwand geführt.
Weiterhin ist den Sendern 5, 5' eine Kollimations-Linse 10 nachgeordnet. Mit der Kollimations-Linse 10 werden kollimierte Sendelichtstrahlen 4, 4' erzeugt, die auf die Oberfläche eines Objektes 2 abgebildet werden. Der Überwachungsbereich, innerhalb dessen Objekte 2 mit den Sendelichtstrahlen 4, 4' erfassbar sind, ist im wesentlichen durch die Kollimations-Linse 10 vorgegeben. Wesentlich hierbei ist, das mit den Sendelichtstrahlen 4, 4' innerhalb des Überwachungsbereichs auf einer Objektoberfläche zwei getrennte Sendelichtflecke generiert werden.
Den Empfängerzeilen 6, 6' ist eine gemeinsame Empfänger-Linse 11 vorgeordnet, mittels derer die Empfangslichtstrahlen 7, 7' auf die jeweilige Empfängerzeile 6, 6' abgebildet werden.
Aus den in der Auswerteeinheit 8 ermittelten Distanzwerte für die beiden Distanzsensorelemente wird ein Objektfeststellungssignal generiert, welches über einen Sensorausgang 12 ausgebbar ist. Über den Sensorausgang 12 sind digitale und/oder analoge Objektfeststellungssignale ausgebbar. Auch eine Mehrfachanordnung von Sensorausgängen ist möglich.
2 zeigt ein erstes Beispiel einer Sender-Empfängeranordnung des optischen Sensors 1 gemäß 1. Diese weist zwei diskrete Sender 5, 5' auf, welche in einem Abstand d nebeneinander liegend angeordnet sind. Weiterhin weist die Anordnung gemäß 2 zwei diskrete Empfängerzeilen 6, 6' auf, welche bevorzugt von CCD- oder CMOS-Zeilen gebildet sind. Die Längsachsen der Empfängerzeilen 6, 6' verlaufen parallel zueinander, wobei die Empfängerzeilen 6, 6' in einem Abstand d' zueinander liegen. Das Verhältnis der Abstände d und d', ist im Wesentlichen durch die Ausbildungen der Kollimations-Linse 10 und der Empfängeroptik vorgegeben und so gewählt, dass die von einem Sender 5, 5' emittierten und als Empfangslichtstrahlen 7, 7' vom Objekt 2 reflektierten Sendelichtstrahlen 4, 4' auf die zugeordneten Empfängerzeile 6, 6' des jeweiligen Distanzsensorelements geführt sind.
3 zeigt ein zweites Beispiel einer Sender-Empfängeranordnung des optischen Sensors 1 gemäß 1. In diesem Fall sind die Sender 5, 5' von zwei Laserdioden gebildet, die auf einem Chip 13 integriert sind. Die Sender 5, 5' liegen wiederum in einem Abstand d zueinander. In diesem Fall weisen die von den Sendern 5, 5' emittierten Sendelichtstrahlen 4, 4', wie in 3 angedeutet, jeweils ein elliptischen Strahlenquerschnitt auf.
Dabei verlaufen die großen Halbachsen der Ellipsen der Strahlquerschnitte der Sendelichtstrahlen 4, 4' parallel zueinander und in Richtung der Längsachsen der zugeordneten Empfängerzeilen 6, 6'.
Die Empfängerzeilen 6, 6' sind im vorliegenden Fall Bestandteil eines flächigen Empfängerarrays 14, insbesondere eines CCD- oder CMOS-Arrays. Jede Empfängerzeile 6, 6' ist in diesem Fall von einer Zeile des Empfängerarrays 14 gebildet. Diese Zeilen sind über die Auswerteeinheit 8 auswählbar. Nur die Inhalte dieser Zeilen werden in der Auswerteeinheit 8 zur Durchführung der Distanzbestimmungen eingelesen. Die Auswahl der Zeilen des Empfängerarrays 14 erfolgt in der Auswerteeinheit 8 derart, dass die Empfängerzeilen 6, 6' wieder analog zu dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 in einem Abstand d' zueinander liegen. Da die Empfängerzeilen 6, 6' von verschiedenen Zeilen eines Empfängerarrays 14 gebildet sind, entfällt in diesem Fall eine Ausrichtung der Empfängerzeilen 6, 6'.
Mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor 1 werden zeitgleich zwei Distanzmessungen an dicht nebeneinander liegenden Messstellen auf der Oberfläche eines Objektes 2 im Überwachungsbereich durchgeführt.
Im einfachsten Fall werden beide Distanzmesswerte als Objektfeststellungssignal nacheinander oder parallel über einen oder mehrere Sensorausgänge ausgegeben.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform erfolgt in der Auswerteeinheit 8 eine Verknüpfung der Ausgangssignale der beiden Empfängerzeilen 6, 6' um daraus ein geeignetes Objektfeststellungssignal abzuleiten.
Dabei können einerseits die ermittelten Distanzwerte in der Auswerteeinheit 8 verknüpft werden. Besonders vorteilhaft erfolgt in der Auswerteeinheit 8 einer Amplitudenbewertung der Ausgangssignale der Empfängerzeile 6, 6', wobei hierzu die Ausgangssignale mit geeigneten Schwellwerten bewertet werden. Anschließend erfolgt in der Auswerteeinheit 8 eine Verknüpfung der so bewerteten Amplitudenverläufe auf den einzelnen Empfängerzeilen 6, 6'.
Mittels der Verknüpfung der Ausgangssignale der Empfängerzeilen 6, 6' können als Objektfeststellungssignal beispielsweise Geschwindigkeitssignale oder allgemein Bewegungsfeststellungssignale generiert werden.
Dabei wird bei Eindringen eines Objektes 2 in den Überwachungsbereich der zeitliche Verlauf der Ausgangssignale registriert. Insbesondere wird registriert, für welches Distanzsensorelement zuerst ein Distanzmesswert registriert wird und in welchen darauffolgenden Zeitintervall am zweiten Distanzsensorelement ein Distanzmesswert registriert wird.
Durch einen geeigneten Vergleich der Amplitudenverläufe der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen 6, 6' können Störeinflüsse bei der Distanzmes sung kompensiert werden. Derartige Störeinflüsse können beispielsweise durch Inhomogenitäten der Objektoberfläche verursacht sein.
Derartige Inhomogenitäten können von lokalen Aufrauhungen einer ansonsten glatten Objektoberfläche gebildet sein.
4 zeigt schematisch die Verläufe der Amplituden der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen 6, 6' des optischen Sensors 1 bei der Detektion einer derartigen Objektstruktur. Die Sendelichtstrahlen 4 des ersten Senders 5 treffen auf den Bereich der glatten Objektoberfläche, so dass die dort reflektierten Empfangslichtstrahlen 7 ein schmales Strahlenbündel bilden und dementsprechend einen kleinen Lichtfleck auf der ersten Empfängerzeile 6 bilden. Dementsprechend werden an den Ausgängen der ersten Empfängerzeile 6 die in oberen Diagrammen der 4 dargestellten Amplituden erhalten. Der Amplitudenverlauf der ersten Empfängerzeile 6 weist beim Empfangselement n₀ ein Maximum mit der Amplitude U_max1 auf.
Die Sendelichtstrahlen 4' des zweiten Senders 5' treffen auf den inhomogenen, aufgerauhten Bereich der Objektoberfläche. Die davon reflektierten Empfangslichtstrahlen 7' werden dementsprechend aufgestreut, so dass dadurch ein deutlich breiterer Lichtfleck auf die zweite Empfängerzeile 6' abgebildet wird. Demzufolge wird an der zweiten Empfängerzeile 6' ein deutlich verbreiterter Signalpeak erhalten, dessen Maximalwert U_max2 unterhalb des Maximalwerts U_max1 des Signalpeaks an der ersten Empfängerzeile 6 ist. Zudem ist das die Lage n₀ des Maximums des Signalpeaks an der ersten Empfängerzeile 6 verschoben.
In der Auswerteeinheit 8 erfolgt fortlaufend ein Vergleich der Amplitudenverläufe der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen 6, 6'. Wird bei dem Vergleich ein durch Störeinflüsse beeinträchtigter Signalverlauf erhalten, wie dies im vorliegenden Ausführungsbeispiel bei den Ausgangssignalen der zweiten Empfängerzeile 6' der Fall ist, so werden diese Ergebnisse verworfen und nur die Ausgangssignale der ersten Empfängerzeile 6 zur Distanzbestimmung und zur Generierung der Objektfeststellungssignal herangezogen.
5 zeigt ein weiteres Beispiel eine Objektdetektion mit dem erfindungsgemäßen optischen Sensor 1. In diesem Fall wird eine Objektoberfläche mit mehreren Flächen unterschiedlicher Reflektivität detektiert. 5 zeigt die Amplitudenverläufe der Ausgangssignale der Empfängerzeilen 6, 6' des optischen Sensors 1 für den Fall, dass die Sendelichtstrahlen 4 des ersten Senders 5 auf eine helle Fläche der Objektoberfläche treffen, wogegen die Sendelichtstrahlen 4' des zweiten Senders 5' auf eine Kontrastkante, d.h. den Übergang dieser hellen Fläche auf eine dunkle Fläche treffen. Dementsprechend weisen die Ausgangssignale der ersten Empfängerzeile 6 einen Signalpeak bei n₀ und mit der Maximalamplitude U_max1 auf. Da die Sendelichtstrahlen 4' des zweiten Senders 5' auf die Kontrastkante treffen, wird der auf die helle Fläche treffende Teil der Sendelichtstrahlen 4' stärker an der Objektoberfläche zurückreflektiert als der Teil der Sendelichtstrahlen 4', welcher auf die dunkle Fläche trifft. Dementsprechend ergibt sich ein Signalpeak für die zweite Empfängerzeile 6', dessen Lage n_0' gegenüber der Lage des Signals n₀ der ersten Empfängerzeile 6 verschoben ist und dessen Maximalwert U_max2 kleiner ist als der Maximalwert U_max1 des Signalpeaks der zweiten Empfängerzeile 6'. Diese Verschiebung der Lage des Lichtflecks auf der zweiten Empfängerzeile 6' sowie der dadurch erhaltene Distanzmessfehler wird auch als Schwarz-Weiß-Fehler bezeichnet.
Durch fortlaufende Registrierung mehrerer aufeinanderfolgenden Messungen mit beiden Empfängerzeilen 6, 6' können die mit einem Schwarz-Weiß-Fehler behafteten Einzelmessungen eliminiert werden.
Die Auswertung gemäß dem Ausführungsbeispiel gemäß 5 kann auch derart abgewandelt sein, dass mit dem optischen Sensor 1 die Lage von Kontrastkanten auf Objektoberflächen vermessen wird. Die Detektion einer Kante ist in Abwandlung zum Ausführungsbeispiel gemäß 5 dann gegeben, wenn beispielsweise die Sendelichtstrahlen 4 des ersten Senders 5 vollständig auf eine helle Fläche und die Sendelichtstrahlen 4' des zweiten Senders 5' vollständig auf eine angrenzende dunkle Fläche treffen. In diesem Fall wird für die Empfängerzeilen 6, 6' jeweils ein Signalpeak erhalten, deren Maxima dieselbe Lage n₀ aufweisen. Jedoch weist der Signalpeak der ersten Empfängerzeile 6 eine höhere Maximal-Signalamplitude U_max1 auf als das Maximum der zweiten Empfängerzeile 6'. Durch die Auswertung der Lage und Höhe beider Signalpeaks kann die Lage der Kontrastkante erfasst werden.
Schließlich können in der Auswerteeinheit 8 auch mehrere Kontrastkanten gewählt werden, so dass über den Sensorausgang 12 ein entsprechendes Zählsignal ausgebbar ist.

Claims

Optischer Sensor zur Erfassung von Objekten (2) in einem Überwachungsbereich, mit zwei in einem Abstand d angeordneten Sendern (5, 5'), welche von zwei auf einem Chip (13) integrierten Laserdioden gebildet sind, mit einer Kollimationslinse, mittels derer die von den Sendern (5, 5') emittierten Sendelichtstrahlen (4, 4') kollimiert sind, so dass diese parallel und in Abstand zueinander verlaufen, mit zwei Empfängerzeilen (6, 6'), welche mit parallel verlaufenden Längsachsen in einem Abstand d' angeordnet sind, so dass die von einem im Überwachungsbereich angeordneten Objekt (2) zurückreflektierten Sendelichtstrahlen (4) des ersten Senders (5) auf die erste Empfängerzeile (6) zur Durchführung einer ersten Distanzmessung und die zurückreflektierten Sendelichtstrahlen (4') des zweiten Senders (5') auf die zweite Empfängerzeile (6') zur Durchführung einer zweiten Distanzmessung geführt sind, und mit einer Auswerteeinheit (8), in welcher aus den Ausgangssignalen der Empfängerzeilen (6, 6') ein Objektfeststellungssignal generiert wird.
Optischer Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von den Sendern (5, 5') emittierten Sendelichtstrahlen (4, 4') jeweils einen elliptischen Strahlquerschnitt aufweisen, wobei die großen Halbachsen der Ellipsen parallel zueinander verlaufen.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (5, 5') mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz modulierte Sendelichtstrahlen (4, 4') emittieren.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (5, 5') Sendelichtimpulse emittieren.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede Empfängerzeile (6, 6') eine Linearanordnung von CMOS- oder CCD-Elementen aufweist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfängerzeilen (6, 6') Bestandteil eines flächigen Empfängerarrays (14) sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Empfängerarray (14) die Inhalte einzelner Zeilen in die Auswerteeinheit (8) auslesbar sind, wobei jeweils eine Zeile eine Empfängerzeile (6, 6') bildet.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Empfängerzeilen (6, 6') eine Empfänger-Linse (11) vorgeordnet ist.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Generierung der Objektfeststellungssignale die Ausgangssignale der Empfängerzeilen (6, 6') verknüpft werden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinheit (8) die Ausgangssignale einer Empfängerzeile (6, 6') zur Generierung des Objektfeststellungssignals herangezogen werden, wobei die Auswahl der jeweiligen Empfängerzeile (6, 6') durch Vergleich der Ausgangssignale beider Empfängerzeilen (6, 6') erfolgt.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplituden der Ausgangssignale der Empfängerzeilen (6, 6') in der Auswerteeinheit (8) jeweils mit wenigstens einem Schwellwert bewertet werden.
Optischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Objektfeststellungssignal über einen an die Auswerteeinheit (8) angeschlossenen Sensorausgang (12) ausgebbar ist.
Optischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Objektfeststellungssignal analoge Distanzwerte über den Sensorausgang (12) ausgebbar sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Objektfeststellungssignal analoge Geschwindigkeitssignale über den Sensorausgang (12) ausgebbar sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Objektfeststellungssignal Zählsignale über den Sensorausgang (12) ausgebbar sind.
Optischer Sensor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass als Objektfeststellungssignal digitale Schaltsignale über den Sensorausgang (12) ausgebbar sind.