DE202007015653U1

DE202007015653U1 - Optoelectronic sensor arrangement

Info

Publication number: DE202007015653U1
Application number: DE200720015653
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2007-11-09
Filing date: 2007-11-09
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2017-11-10

Abstract

Optoelektronische Sensoranordnung mit wenigstens zwei Lichtsendern (10, 101, 201, 301), wobei jeder Lichtsender (10, 101, 201, 301) in der Brennebene einer Sendeoptik (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Lichtsender (10, 101, 201, 301) als Matrix von Lichtsendeelementen (21, 22, 23) ausgebildet ist, wobei die Matrix als wenigstens 1×2-Matrix ausgebildet ist.Optoelectronic Sensor arrangement with at least two light transmitters (10, 101, 201, 301), each light emitter (10, 101, 201, 301) in the focal plane a transmission optics (15) is arranged, characterized in that each of the light emitters (10, 101, 201, 301) as a matrix of light emitting elements (21, 22, 23) is formed, wherein the matrix as at least 1 × 2 matrix is trained.

Description

Die Erfindung betrifft eine optoelektronische Sensoranordnung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.The The invention relates to an optoelectronic sensor arrangement according to the preamble of the protection claim 1.

Bekannt sind optoelektronische Sensoranordnungen mit wenigstens zwei Lichtsendern zum Aussenden von Licht in einen Überwachungsbereich, mit wenigstens zwei Lichtempfängern zum Empfang von Licht aus dem Überwachungsbereich und zur Erzeugung von Empfangssignalen und mit einer Auswerteeinheit zum Auswerten der Empfangssignale. Mit derartigen Lichtgittern, die sowohl als Einweglichtgitter als auch als Reflektionslichtgitter ausgebildet sein können, kann der Überwachungsbereich daraufhin überwacht werden, ob dieser von Objekten durchquert wird. Das Objekt unterbricht den Lichtweg zwischen Lichtsender und Lichtempfänger, sodass aus der Tatsache, dass der Lichtempfänger kein Empfangssignal erhält, darauf geschlossen werden kann, dass sich ein Objekt in dem Überwachungsbereich befindet, woraufhin ein entsprechendes Signal ausgegeben werden kann. Die Detektion des Objekts ist unabhängig davon, wo sich das Objekt in dem Überwachungsbereich befindet.Known are optoelectronic sensor arrangements with at least two light transmitters for emitting light into a surveillance area, with at least two light receivers to receive light from the surveillance area and for generating received signals and with an evaluation unit for evaluating the received signals. With such light grids, Both as a disposable light grid and as a reflection light grid can be trained can the surveillance area then monitored whether it is traversed by objects. The object interrupts the light path between light transmitter and light receiver, so from the fact that the light receiver receives no received signal, It can be concluded that there is an object in the surveillance area is located, whereupon a corresponding signal is output can. The detection of the object is independent of where the object is located in the surveillance area located.

Weiterhin bekannt sind Lichttaster, bei welchen das von dem Lichtsender ausgesandte Licht von dem Objekt selbst reflektiert, in dem Lichtempfänger detektiert und anschließend ausgewertet wird. Lichttaster beruhen auf dem Triangulationsverfahren, sodass Objekte in einer bestimmten Entfernung erkannt werden können.Farther Light sensors are known in which the light emitted by the light emitter Reflected light from the object itself, detected in the light receiver and subsequently is evaluated. Light sensors are based on the triangulation method, so Objects can be detected at a certain distance.

Grundsätzlich bekannt ist auch eine Anordnung von mehreren Lichttastern, die ein tastendes Lichtgitter bilden. Das Problem bei einer derartigen Anordnung besteht jedoch darin, dass die Lichtstrahlen der einzelnen Lichtsender mit hoher Präzision zueinander parallel ausgerichtet werden müssen, da durch die Parallelität und die Kollimation der Lichtstrahlen der Lichtsender die Auflösung des tastenden Lichtgitters, d. h. die Objektgröße, die mit dem tastenden Lichtgitter sicher erkannt werden kann, bestimmt ist. Die exakte Ausrichtung der einzelnen Lichtstrahlen der unterschiedlichen Lichtsender der einzelnen Lichttaster ist jedoch aufwändig und kostenintensiv.Basically known is also an arrangement of multiple light buttons that a groping light grid form. The problem with such an arrangement, however, is in that the light rays of the individual light emitters with high precision must be aligned parallel to each other, as by the parallelism and the Collimation of the light beams of the light transmitter the resolution of the groping light grid, d. H. the object size with the groping light grid can be reliably detected, is determined. The exact alignment the individual light beams of the different light emitter the individual light scanner is complex and costly.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine einfache und kostengünstige Möglichkeit zur parallelen Ausrichtung von von Lichtsendern ausgesendeten Lichtstrahlen zueinander bereitzustellen.The The object of the invention is therefore a simple and inexpensive way for the parallel alignment of light beams emitted by light emitters to provide each other.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine optoelektronische Sensoranordnung mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1.The Task is solved by an optoelectronic sensor arrangement having the features of the protection claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.advantageous Further developments and refinements of the invention are specified in the dependent claims.

Die Erfindung beruht auf der Idee, die Lichtsender einer optoelektronischen Sensoranordnung als Matrix von Lichtsendeelementen auszubilden. Üblicherweise sind die Lichtsender in der Brennebene einer Sendeoptik angeordnet. Ist der Lichtsender als Matrix von Lichtsendeelementen ausgebildet, wird der Lichtstrahl eines einzelnen Lichtsendeelements durch die Sendeoptik in eine bestimmte Raumrichtung abgelenkt. Der Lichtstrahl des Lichtsendeelements, welches exakt auf der optischen Achse der Sendeoptik liegt, verläuft im Wesentlichen entlang der optischen Achse, während die Lichtstrahlen von Lichtsendeelementen, die seitlich versetzt zur optischen Achse angeordnet sind, im Winkel zur optischen Achse verlaufen. Sind die Lichtsender und die zugehörigen Sendeoptiken exakt zueinander ausgerichtet, ver laufen die Lichtstrahlen der Lichtsender dann parallel, wenn von jedem Lichtsender das auf der optischen Achse angeordnete Lichtsendeelement aktiviert wird. Sind jedoch die einzelnen Lichtsender und/oder Sendeoptiken nicht exakt zueinander ausgerichtet, kann eine Anordnung von parallelen Lichtstrahlen dadurch erzielt werden, dass für jeden Lichtsender ein geeignetes Lichtsendeelement ausgewählt wird, welches die entsprechende Ausrichtung zur optischen Achse der Sendeoptik aufweist. Die Matrix weist dazu wenigstens zwei Lichtsendeelemente aus, die in einer 1×2-Matrix angeordnet sind, wobei 1×2-Matrix bedeutet, dass die Matrix eine einzige Zeile aufweist, in welcher zwei Lichtsendeelemente angeordnet sind.The Invention is based on the idea of the light emitter of an optoelectronic Form sensor array as a matrix of light emitting elements. Usually the light emitters are arranged in the focal plane of a transmission optics. If the light emitter is formed as a matrix of light-emitting elements, is the light beam of a single light transmitting element through the transmitting optics distracted in a certain spatial direction. The light beam of the light-emitting element, which lies exactly on the optical axis of the transmission optics, runs substantially along the optical axis while the light rays of light emitting elements, laterally offset to the are arranged on the optical axis, extend at an angle to the optical axis. Are the light emitters and the associated transmission optics exactly aligned with each other, ver run the light rays of the light emitter then parallel, if from each light emitter, the light transmitting element arranged on the optical axis is activated. However, are the individual light emitter and / or transmitting optics not exactly aligned with each other, can be an array of parallel Rays of light are achieved by a suitable for each light emitter Light transmitting element selected which is the corresponding orientation to the optical axis the transmitting optics has. The matrix has for this purpose at least two light-emitting elements out, in a 1 × 2 matrix are arranged, with 1 × 2 matrix means that the matrix has a single line in which two light-emitting elements are arranged.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Lichtsender und die zugehörigen Lichtempfänger derart zueinander angeordnet, dass sie ein tastendes Lichtgitter bilden. Zur Erkennung eines Objekts in einem bestimmten Abstandsbereich unter Ausnutzung der Triangulation werden dazu die Lichtsender und die zugehörigen Lichtempfänger in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet.at a particularly preferred embodiment the invention, the light emitter and the associated light receiver are such arranged to each other that they form a groping light grid. to Detection of an object in a certain distance range below Utilization of the triangulation become the light emitter and the associated light receiver in arranged at a certain distance from each other.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die Matrix wenigstens als 3×4-Matrix ausgebildet, was bedeutet, dass insgesamt zwölf Lichtsendeelemente in drei Zeilen zu jeweils vier Lichtsendeelementen angeordnet sind. Die Matrix kann auch mehr Lichtsendeelemente aufweisen, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Matrix nicht zu groß ausfallen darf, um die optoelektronische Sensoranordnung weiterhin kompakt gestalten zu können.at According to an advantageous development of the invention, the matrix is at least as a 3 × 4 matrix formed, which means that a total of twelve light-emitting elements in three Lines are arranged in each case four light transmitting elements. The Matrix may also have more light emitting elements, taking into account is that the matrix should not be too large to the optoelectronic Sensor arrangement continues to be able to make compact.

Vorzugweise sind daher die Länge und die Breite der einzelnen Lichtsendeelemente kleiner als 100 μm, damit die Ausgestaltung der Lichtsender als Matrix nicht zu einer größer dimensionierten optoelektronischen Sensoranordnung führt. Zudem ist die Kollimation der einzelnen Lichtstrahlen bei gleichbleibender Brennweite der Sendeoptik umso besser, je kleiner die Matrix der Lichtsendeelemente ausgebildet ist.Preferably, therefore, the length and the width of the individual light emitting elements are smaller than 100 microns, so that the design of the light emitter as a matrix does not lead to a larger sized optoelectronic sensor array. In addition, the collimation of the individual light beams is the same Bender focal length of the transmitting optics the better, the smaller the matrix of the light emitting elements is formed.

Die Lichtsendeelemente sind je nach Anwendungszweck beispielsweise als LED (Light Emitting Diode), Laserdiode, VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) oder als OLED (Organic Light Emitting Diode) ausgebildet. Je nach Anforderung an die Auflösung und die Reichweite weisen die unterschiedlichen Lichtsendeelemente jeweils das günstigste Preis-Leistungsverhältnis auf.The Light-emitting elements are, depending on the application, for example as LED (Light Emitting Diode), Laser diode, VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) or OLED (Organic Light Emitting Diode) is formed. Depending on the requirements of the resolution and the range have the different light emitting elements each the cheapest Price-performance ratio on.

Die Matrix von Lichtsendeelementen ist vorzugsweise in COB(Chip-on-Board)-Technologie gefertigt und insbesondere direkt auf einer Leiterplatte oder einem Flexprint angeordnet. Die COB-Technologie zeichnet sich durch die kostengünstige Herstellung aus und liefert insbesondere Komponenten geringer Größe.The Matrix of light-emitting elements is preferably manufactured in COB (chip-on-board) technology and especially directly on a printed circuit board or a flexprint arranged. The COB technology is characterized by the cost-effective production in particular provides components of small size.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die zur Aktivierung eines der Lichtsender der optoelektronischen Sensoranordnung jeweils ein Lichtsendeelement oder eine Gruppe von mehreren Lichtsendeelementen der Matrix des entsprechenden Lichtsenders aktiviert. Eine derartige Ansteuerung insbesondere von einzelnen Lichtsendeelementen dient dazu, das Lichtsendeelement zu ermitteln, welches einen Lichtstrahl emittiert, der parallel zu den von den anderen Lichtsendern ausgesandten Lichtstrahlen ist. Die Aktivierung einer Gruppe von Lichtsendeelementen kann nach Ermittlung des optimalen Lichtsendeelements dazu verwendet werden, die Strahlenintensität zu erhöhen, wenn zusätzlich zu dem optimalen Lichtsendeelement weitere benachbarte Lichtsendeelemente aktiviert werden.at a particularly preferred embodiment The invention provides a control unit for activation one of the light emitters of the optoelectronic sensor arrangement respectively a light-emitting element or a group of a plurality of light-transmitting elements the matrix of the corresponding light transmitter activated. Such Actuation in particular of individual light-emitting elements is used to determine the light-emitting element, which is a light beam emitted, which is parallel to the emitted light from the other light emitters is. The activation of a group of light-emitting elements can after Determining the optimal light-emitting element to be used, the ray intensity to increase, if in addition to the optimal light-emitting element further adjacent light-emitting elements to be activated.

Vorzugsweise weist die optoelektronische Sensoranordnung mehrere Lichtsender, beispielsweise etwa 100 bis 200 Lichtsender, auf, um ein Lichtgitter mit hoher Auflösung bilden zu können.Preferably the optoelectronic sensor arrangement has a plurality of light transmitters, For example, about 100 to 200 light emitters, up to a light grid with high resolution to be able to form.

Vorzugsweise ist zu jedem Lichtsender ein zugehöriger Lichtempfänger vorhanden, welcher vorzugsweise als ortsauflösender Lichtempfänger ausgebildet ist. Mit Hilfe des ortsauflösenden Lichtempfängers kann die Winkellage des Lichtstrahls eines Lichtsendeelements eines Lichtsenders relativ zu der optischen Achse ermittelt und überprüft werden, ob das optimale Lichtsendeelement ermittelt wurde. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dazu insbesondere eine Auswerteeinheit vorgesehen, die die relative Lage eines Lichtauftreffpunkts eines von einem der Lichtsender ausgesandten Lichtstrahls auf dem zugehörigen Lichtempfänger bestimmt.Preferably If there is an associated light receiver for each light transmitter, which is preferably designed as a spatially resolving light receiver is. With the help of the spatially resolving light receiver can the angular position of the light beam of a light-emitting element of a Light transmitter relative to the optical axis are determined and checked whether the optimal light-transmitting element has been determined. According to one preferred embodiment In particular, an evaluation unit is provided for this purpose according to the invention. which is the relative position of a point of incidence of light from one of the Light emitter emitted light beam on the associated light receiver determined.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die jeweils nur einen der Lichtsender aktiviert, um sicher zu stellen, dass der entsprechende Lichtempfänger das Licht des zugehörigen Lichtsenders und nicht das Licht eines benachbarten Lichtsenders detektiert. Insbesondere aktiviert die Steuereinheit dazu die Lichtsender zyklisch.at a preferred embodiment The invention provides a control unit, each only one of the light emitters is activated to make sure that the corresponding light receiver the light of the associated Light transmitter and not the light of a neighboring light transmitter detected. In particular, the control unit activates the light emitter for this purpose cyclically.

In Weiterbildung der Erfindung ist zu jedem Lichtsender ein zugehöriger Lichtempfänger vorhanden und eine Auswerteeinrichtung vorgesehen, wobei die Signale des Lichtempfängers durch die Auswerteeinrichtung nach dem Phasenmessverfahren oder Puls-Laufzeit-Verfahren auswertbar sind.In Further development of the invention, an associated light receiver is present for each light transmitter and an evaluation device, wherein the signals of the light receiver by the evaluation device according to the phase measurement method or pulse transit time method are evaluable.

Hierdurch wird vorteilhaft eine Distanzmessung nach einem Puls-Laufzeit-Verfahren durchgeführt. In diesem Fall wird der Lichtsender in einem Pulsbetrieb betrieben, so dass dieser eine Folge von Sendelichtimpulsen mit vorgegebenen Puls-Pausen-Verhältnissen emittiert. Die Distanzmessung erfolgt dann durch die Ermittlung der Laufzeiten einzelner Sendelichtimpulse zu einem Objekt und zurück.hereby Advantageously, a distance measurement according to a pulse-transit time method carried out. In this case, the light transmitter is operated in a pulsed mode, so that this predetermined sequence of transmission light pulses Pulse-pause ratios emitted. The distance measurement is then performed by the determination the transit times of individual transmitted light pulses to an object and back.

Die Distanzmessung kann auch nach einem Phasenmessverfahren erfolgen. In diesem Fall wird Sendelichtstrahlen von einer Auswerteeinrichtung eine Amplitudenmodulation mit einer vorgegebenen Modulationsfrequenz aufgeprägt. Zur Distanzbestimmung wird in der Auswerteeinrichtung die Phasenverschiebung der von einem Objekt zurückreflektierten Empfangslichtstrahlen bezüglich der Phase der Sendelichtstrahlen ausgewertet, welche proportional zur Laufzeit des Lichts zum Objekt ist und damit ein direktes Maß für die Objektdistanz liefert. Zur Erhöhung des Eindeutigkeitsbereichs der Phasenmessung und damit zur Erhöhung des Distanzbereichs, innerhalb dessen die Distanzen von Objekten bestimmbar sind, können den Sendelichtstrahlen Amplitudenmodulationen mit mehreren Modulationsfrequenzen aufgeprägt sein.The Distance measurement can also be done according to a phase measurement method. In this case, transmitted light beams from an evaluation a Amplitude modulation with a given modulation frequency impressed. For determining the distance, the phase shift in the evaluation device which reflected back from an object Reception light beams with respect to evaluated the phase of the transmitted light rays, which is proportional to Running time of the light to the object and thus a direct measure of the object distance supplies. To increase the uniqueness range of the phase measurement and thus to increase the Distance range within which the distances of objects can be determined are, can the transmitted light beams amplitude modulations with a plurality of modulation frequencies imprinted be.

In einer besonderen Ausführungsform sind die Lichtsender und die zugehörigen Lichtempfänger derart zueinander angeordnet, dass sie ein Lichtgitter nach dem Puls-Laufzeit-Verfahren oder dem Phasenmessverfahren bilden. Hierdurch können Objekte im Schutzfeld des Lichtgitters detektiert werden und abhängig von der detektierten Entfernung ein Schaltsignal ausgegeben werden.In a particular embodiment are the light emitter and the associated light receiver such arranged to each other, that they have a light grid according to the pulse transit time method or the phase measurement method. This allows objects in the protective field of the light grid and depending on the detected distance a switching signal is output.

Vorzugsweise ist eine Steuereinheit vorgesehen, die zur Aktivierung eines der Lichtsender jeweils ein Lichtsendeelement der Matrix des entsprechenden Lichtsenders aktiviert. Dabei sind die Steuereinheit und die Auswerteeinheit, welche die relative Lage eines Lichtauftreffpunkts eines von einem der Lichtsender ausgesandten Lichtstrahls auf dem zugehörigen Lichtempfänger bestimmt, derart ausgebildet, dass zur parallelen Ausrichtung von den Lichtsendern ausgesandter Lichtstrahlen die Lichtsendeelemente der einzelnen Lichtsender nacheinander aktiviert werden, die entsprechenden relativen Lagen der Lichtauftreffpunkte ermittelt werden und mit Solllagen, die einer parallelen Ausrichtung entsprechen, verglichen werden. Dies wird solange durchgeführt, bis die Kombination von Lichtsendeelementen der verschiedenen Lichtsender ermittelt wurde, die Lichtauftreffpunkte erzeugen, die den Solllagen am Nächsten kommen. Auf diese Art und Weise wird für jeden der Lichtsender ein optimales Lichtsendeelement ermittelt. Die optimalen Lichtsendeelemente der Lichtsender ermöglichen eine optimale parallele Ausrichtung der einzelnen Lichtstrahlen der Lichtsender zueinander.Preferably, a control unit is provided which activates one of the light emitters in each case a light transmitting element of the matrix of the corresponding light emitter. In this case, the control unit and the evaluation unit, which determines the relative position of a light incident point of a light beam emitted by one of the light emitters on the associated light receiver, are designed such that for the parallel alignment of the light senders emitted light beams, the light emitting elements of the individual light emitters are activated sequentially, the corresponding relative positions of the light impingement points are determined and compared with target positions corresponding to a parallel alignment. This is done until the combination of light emitting elements of the different light emitters has been determined, which produce light impinging points that are closest to the target positions. In this way, an optimal light-emitting element is determined for each of the light emitters. The optimal light-emitting elements of the light emitters allow an optimal parallel alignment of the individual light beams of the light emitter to each other.

Die Sendeoptik ist vorzugsweise refraktiv oder diffraktiv ausgebildet, je nach verwendeter Lichtwellenlänge und Anwendungszweck.The Transmitting optics is preferably formed refractive or diffractive, depending on the wavelength of light used and purpose of use.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigt:The The invention will be explained in detail with reference to the following figures. It shows:

1 eine schematische Draufsicht auf einen als Matrix von Lichtsendeelementen ausgebildeten Lichtsender, 1 FIG. 2 is a schematic top view of a light transmitter designed as a matrix of light-emitting elements, FIG.

2a eine schematische Seitenansicht der Lichtwege der Lichtstrahlen von einzelnen Lichtsendeelementen eines als Matrix ausgebildeten Lichtsenders, 2a FIG. 2 a schematic side view of the light paths of the light beams of individual light-transmitting elements of a matrixed light transmitter, FIG.

2b eine schematische Seitenansicht der Lichtwege der Lichtstrahlen von einzelnen Lichtsendeelementen zweier als Matrix ausgebildeten Lichtsender und 2 B a schematic side view of the light paths of the light beams of individual light emitting elements of two formed as a matrix light emitter and

3 eine schematische Darstellung eines tastenden Lichtgitters. 3 a schematic representation of a groping light grid.

In 1 ist ein Lichtsender 10 dargestellt, welcher als 3×4-Matrix von Lichtsendeelementen ausgebildet ist. Die Matrix weist dabei in drei Zeilen jeweils vier Lichtsendeelemente auf, wobei in der ersten Zeile vier Lichtsendeelemente 21, in der zweiten Zeile vier Lichtsendeelemente 22 und in der dritten Zeile vier Lichtsendeelemente 23 angeordnet sind. Jedes der zwölf Lichtsendeelemente 21, 22, 23 kann unabhängig von den anderen Lichtsendeelementen 21, 22, 23 einen Lichtstrahl emittieren und wird dazu von einer nicht dargestellten Steuereinheit aktiviert. Dazu sind die Lichtsendeelemente 21, 22, 23 beispielsweise als LEDs, Laserdioden, VCSEL oder OLEDs ausgebildet. Die schwarz ausgebildete Fläche des Lichtsendeelements 22, welche sich in der zweiten Zeile an der zweiten Position von links befindet, deutet an, dass dieses Lichtsendeelement 22 gerade aktiviert ist. Die Länge und die Breite der einzelnen Lichtsendeelemente 21, 22, 23 ist kleiner als 100 μm, um die Matrix und damit den Lichtsender 10 möglichst kleinflächig ausbilden zu können.In 1 is a light transmitter 10 which is formed as a 3 × 4 matrix of light-emitting elements. In this case, the matrix has in each case four light-emitting elements in three lines, four light-transmitting elements in the first line 21 , in the second line four light-emitting elements 22 and in the third line four light-emitting elements 23 are arranged. Each of the twelve light transmitting elements 21 . 22 . 23 can be independent of the other light-emitting elements 21 . 22 . 23 emit a light beam and is activated by a control unit, not shown. These are the light-emitting elements 21 . 22 . 23 For example, as LEDs, laser diodes, VCSEL or OLEDs formed. The black-formed surface of the light-emitting element 22 , which is in the second line from the left at the second position, indicates that this light-emitting element 22 is currently activated. The length and the width of the individual light-transmitting elements 21 . 22 . 23 is less than 100 μm around the matrix and thus the light emitter 10 to be able to train as small as possible.

2a zeigt den Lichtsender 10 gemäß 1 in einer Seitenansicht, sodass von jeder Zeile der Matrix jeweils nur ein Lichtsendeelement 21, 22, 23 erkennbar ist. Der Lichtsender 10 ist hinter einer als Linse ausgebildeten Sendeoptik 15 angeordnet, welche eine optische Achse A aufweist. Die Sendeoptik 15 kann dabei refraktiv, insbesondere stetig in der Kontur oder als Fresneloptik, oder auch diffraktiv ausgebildet werden, je nach Lichtwellenlänge des verwendeten Lichts. Das Lichtsendeelement 22 der zweiten Zeile der Matrix liegt dabei auf der optischen Achse A, sodass ein nicht dargestellter Lichtstrahl, der von dem Lichtsendeelement 22 ausgesendet wird, durch die Sendeoptik 15 in einen Lichtstrahl gebündelt wird, dessen Achse mit der optischen Achse A zusammenfällt. Das von dem in der ersten Zeile der Matrix angeordneten Lichtsendeelement 21 ausgesendete Licht wird durch die Sendeoptik 15 in einen ersten Lichtstrahl 31 gebündelt, welcher eine Achse a₁ aufweist, die im Winkel zur optischen Achse A verläuft. Insbesondere ist der erste Lichtstrahl 31, wenn die optische Achse A horizontal verläuft, gegen die optische Achse A nach oben geneigt. Das von dem in der unteren Reihe der Matrix angeordneten Lichtsendeelement 23 ausgesandte Licht wird durch die Sendeoptik 15 in einen zweiten Lichtstrahl 32 gebündelt, der eine Achse a₂ aufweist, die im Winkel gegen die optische Achse A derart geneigt ist, dass der zweite Lichtstrahl 32 bei horizontal verlaufender optischer Achse A leicht nach unten geneigt ist. 2a shows the light transmitter 10 according to 1 in a side view, so that only one light-emitting element of each row of the matrix 21 . 22 . 23 is recognizable. The light transmitter 10 is behind a transmission lens designed as a lens 15 arranged, which has an optical axis A. The transmission optics 15 can be refractive, in particular continuous in the contour or Fresnel optics, or diffractive, depending on the light wavelength of the light used. The light-emitting element 22 The second line of the matrix lies on the optical axis A, so that a light beam, not shown, of the light-emitting element 22 is transmitted through the transmission optics 15 is focused into a light beam whose axis coincides with the optical axis A. That of the light-emitting element arranged in the first row of the matrix 21 emitted light is transmitted through the transmission optics 15 in a first light beam 31 bundled, which has an axis a ₁ , which extends at an angle to the optical axis A. In particular, the first light beam 31 when the optical axis A is horizontal, inclined upward toward the optical axis A. The light-emitting element arranged in the lower row of the matrix 23 emitted light is transmitted through the transmission optics 15 in a second light beam 32 bundled having an axis a ₂ , which is inclined at an angle to the optical axis A such that the second light beam 32 is slightly inclined downwards with horizontal optical axis A.

Werden in einer in 2b dargestellten optoelektronischen Sensoranordnung zwei der Lichtsender 10 gemäß 2a verwendet, bei welchen beispielsweise die Lichtsender 10 und die zugehörigen Sendeoptiken 15 derart zueinander ausgerichtet sind, dass die jeweiligen optischen Achsen A nicht parallel zueinander verlaufen, kann durch geeignete Auswahl eines der Lichtsendeelemente 21, 22, 23 eines jeden Lichtsenders 10 erreicht werden, dass die von dem Lichtsender 10 ausgesandten Lichtstrahlen parallel zueinander verlaufen. Dazu wird von einer Steuereinheit jedes einzelne der Lichtsendeelemente 21, 22, 23 des Lichtsenders 10 nacheinander aktiviert und der Lichtauftreffpunkt des zugehörigen Lichtstrahls auf einem nicht dargestellten Lichtempfänger, welcher als ortsauflösender Lichtempfänger ausgebildet ist, ermittelt. Eine Auswerteeinheit überprüft, welcher der ermittelten Lichtauftreffpunkte am nächsten an einer vorgegebenen Solllage, welche mit parallel zueinander ausgerichteten Lichtstrahlen korrespondiert, liegt, und wählt das zugehörige Lichtsendeelement 21, 22, 23 aus. Somit ist auch bei nicht exakt ausgerichteten Lichtsendern 10 und/oder nicht korrekt justierten Linsen 15 eine parallele Ausrichtung der von den jeweiligen Lichtsendern 10 emittierten Lichtstrahlen möglich. Bei der in 2b dargestellten Anordnung werden nach Überprüfung der relativen Winkellagen aller Lichtsendeelemente 21, 22, 23 schließlich für den in 2b oberen Lichtsender 10 das Lichtsendeelement 23 und für den in 2b unteren Lichtsender 10 das Lichtsendeelement 21 ausgewählt, da die Achse a₂ des zweiten Lichtstrahls 32 des Lichtsendeelemente 23 des oberen Lichtsenders 10 im Wesentlichen parallel zu der Achse a₁ des ersten Lichtstrahls 31 des Lichtsendeelements 21 des unteren Lichtsenders 10 verläuft.Become an in 2 B illustrated optoelectronic sensor arrangement two of the light emitter 10 according to 2a used in which, for example, the light emitter 10 and the associated transmission optics 15 are aligned with each other so that the respective optical axes A are not parallel to each other, by suitable selection of one of the light-emitting elements 21 . 22 . 23 of every light transmitter 10 to be achieved by the light emitter 10 emitted light rays parallel to each other. For this purpose, each of the light transmitting elements is controlled by a control unit 21 . 22 . 23 the light transmitter 10 activated one after the other and the light incident point of the associated light beam on a light receiver, not shown, which is designed as a spatially resolving light receiver determined. An evaluation unit checks which of the determined light impingement points lies closest to a predetermined desired position which corresponds to light beams aligned parallel to one another, and selects the associated light transmission element 21 . 22 . 23 out. Thus, even with not exactly aligned light emitters 10 and / or improperly adjusted lenses 15 a parallel alignment of the respective light emitters 10 emitted light rays possible. At the in 2 B arrangement shown are after checking the relati ven angular positions of all light transmitting elements 21 . 22 . 23 finally for the in 2 B upper light transmitter 10 the light-emitting element 23 and for the in 2 B lower light transmitter 10 the light-emitting element 21 selected because the axis a _{2 of} the second light beam 32 of the light transmitting elements 23 the upper light transmitter 10 substantially parallel to the axis a _{1 of} the first light beam 31 the light-emitting element 21 of the lower light transmitter 10 runs.

3 zeigt eine optoelektronische Sensoranordnung mit drei Lichtsendern 101, 201, 301 und jeweils zu den Lichtsendern gehörigen Lichtempfängern 102, 202, 302, welche ein tastendes Lichtgitter bilden. Von dem ersten Lichtsender 101 wird ein erster Lichtstrahl 104, von dem zweiten Lichtsender 201 ein zweiter Lichtstrahl 204 und dem dritten Lichtsender 301 ein dritter Lichtstrahl 304 emittiert. Vor den Lichtsendern 101, 201, 301 ist eine nicht dargestellte Sendeoptik, vor den Lichtempfängern 102, 202, 302 jeweils eine Empfangsoptik 103, 203, 303 angeordnet. Die Lichtsender 101, 201, 301 können dabei beispielsweise wie der Lichtsender 10 gemäß 1 ausgebildet sein. Durch entsprechende Auswahl eines der Lichtsendeelemente 21, 22, 23 analog dem anhand von 2b dargestellten Ausführungsbeispiel wurde erreicht, dass die von den Lichtsendern 101, 201, 301 emittierten Lichtstrahlen 104, 204, 304 exakt parallel zueinander verlaufen. 3 shows an optoelectronic sensor arrangement with three light emitters 101 . 201 . 301 and in each case belonging to the light emitters light receivers 102 . 202 . 302 , which form a momentary light grid. From the first light transmitter 101 becomes a first ray of light 104 , from the second light transmitter 201 a second beam of light 204 and the third light emitter 301 a third beam of light 304 emitted. In front of the light transmitters 101 . 201 . 301 is a transmitting optics, not shown, in front of the light receivers 102 . 202 . 302 each one receiving optics 103 . 203 . 303 arranged. The light emitter 101 . 201 . 301 can, for example, like the light emitter 10 according to 1 be educated. By selecting one of the light-emitting elements 21 . 22 . 23 analogous to that of 2 B illustrated embodiment has been achieved that of the light emitters 101 . 201 . 301 emitted light rays 104 . 204 . 304 exactly parallel to each other.

Das Lichtsender-/Lichtempfängerpaar 101, 102 bildet einen Lichttaster, wozu der Lichtsender 101 und der Lichtempfänger 102 in einem ersten Abstand 107 zueinander angeordnet sind, welcher derart ausgebildet ist, dass der Lichtstrahl 104 nach Reflexion an einem Objekt 100, welches sich in einem ersten Messbereich 108 vor dem Lichtsender 101 befindet, in den zugehörigen Lichtempfänger 102 reflektiert wird. Dabei wird das Triangulationsprinzip ausgenutzt. Der Abstand zwischen dem zweiten Lichtsender 201 und dem zweiten Lichtempfänger 202 sowie dem dritten Lichtsender 301 und dem dritten Lichtempfänger 302 entspricht dabei dem ersten Abstand 107, sodass das Objekt 100 in dem ersten Messbereich 108 von jedem der Lichtsender-/Lichtempfängerpaare 101, 102; 201, 202; 301, 302 erfasst wird.The light transmitter / receiver pair 101 . 102 forms a light sensor, including the light transmitter 101 and the light receiver 102 at a first distance 107 are arranged to each other, which is designed such that the light beam 104 after reflection on an object 100 , which is in a first measuring range 108 in front of the light transmitter 101 located in the associated light receiver 102 is reflected. Here, the triangulation principle is exploited. The distance between the second light transmitter 201 and the second light receiver 202 as well as the third light emitter 301 and the third light receiver 302 corresponds to the first distance 107 so that the object 100 in the first measuring range 108 from each of the light transmitter / receiver pairs 101 . 102 ; 201 . 202 ; 301 . 302 is detected.

Wie in 3 dargestellt, kann sich das Objekt 100 jedoch auch in einem größeren Abstand relativ zu der optoelektronischen Sensoranordnung befinden, beispielsweise in einem zweiten Messbereich 208, der sich an den ersten Messbereich 108 anschließt, oder einem dritten Messbereich 308, der sich an den zweiten Messbereich 208 anschließt. Um das Triangulationsprinzip ausnutzen zu können, muss jedoch bei diesem Abstand des Objekts 100 zu dem Lichtsender 101 der Abstand zwischen dem Lichtsender 101 und dem detektierenden Lichtempfänger größer gewählt werden, sodass in diesem Fall der zweite Lichtempfänger 202 das an dem Objekt 100, welches sich in dem zweiten Messbereich 208 befindet, reflektierte Licht des von dem ersten Lichtsenders 101 ausgesandten Lichtstrahls 104 detektiert. Dazu wird ein zweiter Abstand 207 zwischen dem zweiten Lichtempfänger 102 und dem ersten Lichtsender 101 entsprechend gewählt, dass die Triangulationsbedingung erfüllt ist. Zur Erfassung des Objekts 100 in dem dritten Messbereich 308 muss ein dritter Abstand 307 zwischen dem ersten Lichtsender 101 und dem dritten Lichtempfänger 302 entsprechend gewählt werden.As in 3 represented, the object can 100 However, also located at a greater distance relative to the optoelectronic sensor array, for example in a second measuring range 208 that is at the first measuring range 108 or a third measuring range 308 , which is the second measuring range 208 followed. In order to exploit the triangulation principle, however, this distance of the object must be used 100 to the light emitter 101 the distance between the light transmitter 101 and the detecting light receiver are made larger, so that in this case the second light receiver 202 that on the object 100 which is in the second measuring range 208 is reflected light from the first light emitter 101 emitted light beam 104 detected. This is a second distance 207 between the second light receiver 102 and the first light emitter 101 selected accordingly, that the triangulation condition is fulfilled. To capture the object 100 in the third measuring range 308 must be a third distance 307 between the first light transmitter 101 and the third light receiver 302 be selected accordingly.

Wie an dieser Schilderung ersichtlich, ist es jedoch für ein derartig tastendes Lichtgitter von größter Bedeutung, dass die Lichtstrahlen 104, 204, 304 der Lichtsender 101, 201, 301 exakt parallel zueinander ausgerichtet sind, sodass sich der große Vorteil der Ausgestaltung der Lichtsender 101, 201, 301 als Matrix von Lichtsendeelementen unmittelbar erschließt. Durch die Verwendung von Lichtsendern 101, 201, 301, die als Matrix aus Lichtsendeelementen ausgebildet sind, wird es insbesondere ermöglicht, die Montage weniger exakt und somit mit geringeren Kosten durchzuführen und weiterhin auch kostengünstigere, weniger stabile Gehäuse für die optoelektronische Sensoranordnung zu verwenden, die ebenfalls kostengünstiger sind, da Montagefehler durch entsprechende Auswahl eines geeigneten Lichtsendeelements der Lichtsender 101, 201, 301 ausgeglichen werden können.As can be seen in this description, however, it is of the utmost importance for such a groping light grid that the light rays 104 . 204 . 304 the light transmitter 101 . 201 . 301 are aligned exactly parallel to each other, so that the great advantage of the design of the light emitter 101 . 201 . 301 opens directly as a matrix of light-emitting elements. Through the use of light transmitters 101 . 201 . 301 , which are formed as a matrix of light-emitting elements, it is in particular possible to perform the assembly less accurate and thus with lower costs and continue to use more cost-effective, less stable housing for the optoelectronic sensor assembly, which are also cheaper, since assembly errors by appropriate selection of a suitable light-emitting element of the light emitter 101 . 201 . 301 can be compensated.

1010: Lichtsenderlight source
1515: Sendeoptiktransmission optics
2121: LichtsendeelementLight emitting element
2222: LichtsendeelementLight emitting element
2323: LichtsendeelementLight emitting element
3131: erster Lichtstrahlfirst beam of light
3232: zweiter Lichtstrahlsecond beam of light
AA: optische Achseoptical axis
a1a1: Achseaxis
a2a2: Achseaxis
100100: Objektobject
101101: erster Lichtsenderfirst light source
102102: erster Lichtempfängerfirst light receiver
103103: Empfangsoptikreceiving optics
104104: erster Lichtstrahlfirst beam of light
107107: erster Abstandfirst distance
108108: erster Messbereichfirst measuring range
201201: zweiter Lichtsendersecond light source
202202: zweiter Lichtempfängersecond light receiver
203203: Empfangsoptikreceiving optics
204204: zweiter Lichtstrahlsecond beam of light
207207: zweiter Abstandsecond distance
208208: zweiter Messbereichsecond measuring range
301301: dritter Lichtsenderthird light source
302302: dritter Lichtempfängerthird light receiver
303303: Empfangsoptikreceiving optics
304304: dritter Lichtstrahlthird beam of light
307307: dritter Abstandthird distance
308308: dritter Messbereichthird measuring range

Claims

Optoelektronische Sensoranordnung mit wenigstens zwei Lichtsendern (10, 101, 201, 301), wobei jeder Lichtsender (10, 101, 201, 301) in der Brennebene einer Sendeoptik (15) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Lichtsender (10, 101, 201, 301) als Matrix von Lichtsendeelementen (21, 22, 23) ausgebildet ist, wobei die Matrix als wenigstens 1×2-Matrix ausgebildet ist.Optoelectronic sensor arrangement with at least two light transmitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ), each light transmitter ( 10 . 101 . 201 . 301 ) in the focal plane of a transmission optics ( 15 ), characterized in that each of the light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ) as a matrix of light-emitting elements ( 21 . 22 . 23 ) is formed, wherein the matrix is formed as at least 1 × 2 matrix.

Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsender (101, 201, 301) und die zugehörigen Lichtempfänger (102, 202, 302) derart zueinander angeordnet sind, dass sie ein tastendes Lichtgitter bilden.Optoelectronic sensor arrangement according to claim 1, characterized in that the light emitters ( 101 . 201 . 301 ) and the associated light receivers ( 102 . 202 . 302 ) are arranged to each other such that they form a momentary light grid.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix wenigstens als 3×4-Matrix ausgebildet ist.Optoelectronic sensor arrangement according to one of previous claims, characterized in that the matrix at least as a 3 × 4 matrix is trained.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsendeelemente (21, 22, 23) als LEDs, Laserdioden, VCSEL oder OLEDs ausgebildet sind.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the light-emitting elements ( 21 . 22 . 23 ) are formed as LEDs, laser diodes, VCSEL or OLEDs.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge und die Breite der Lichtsendeelemente (21, 22, 23) kleiner als 100 μm sind.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the length and the width of the light-emitting elements ( 21 . 22 . 23 ) are smaller than 100 microns.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrix in COB-Technologie gefertigt ist und insbesondere direkt auf einer Leiterplatte oder einem Flexprint angeordnet ist.Optoelectronic sensor arrangement according to one of previous claims, characterized in that the matrix is manufactured in COB technology is and in particular directly on a printed circuit board or a flexprint is arranged.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die zur Aktivierung eines der Lichtsender (10, 101, 201, 301) jeweils ein Lichtsendeelement (21, 22, 23) oder mehrere Lichtsendeelemente (21, 22, 23) der Matrix des entsprechenden Lichtsenders (10, 101, 201, 301) aktiviert.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a control unit is provided, which is used for activating one of the light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ) each have a light-transmitting element ( 21 . 22 . 23 ) or several light-transmitting elements ( 21 . 22 . 23 ) of the matrix of the corresponding light emitter ( 10 . 101 . 201 . 301 ) is activated.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lichtsender (10, 101, 201, 301), vorzugsweise etwa 100 bis 200 Lichtsender (10, 101, 201, 301), vorhanden sind.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a plurality of light transmitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ), preferably about 100 to 200 light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ), available.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die jeweils nur einen der Lichtsender (10, 101, 201, 301) aktiviert, und die insbesondere die Lichtsender (10, 101, 201, 301) zyklisch aktiviert.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a control unit is provided which in each case only one of the light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ), and in particular the light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ) cyclically activated.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Lichtsender (101, 201, 301) ein zugehöriger Lichtempfänger (101, 202, 302) vorhanden ist, welcher vorzugsweise als ortsauflösender Lichtempfänger (102, 202, 302) ausgebildet ist.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that to each light transmitter ( 101 . 201 . 301 ) an associated light receiver ( 101 . 202 . 302 ), which is preferably used as a spatially resolving light receiver ( 102 . 202 . 302 ) is trained.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Auswerteeinheit vorgesehen ist, die die relative Lage eines Lichtauftreffpunkts eines von einem der Lichtsender (101, 201, 301) ausgesandten Lichtstrahls auf dem zugehörigen Lichtempfänger (102, 202, 302) bestimmt.Optoelectronic sensor arrangement according to one of claims 9 to 10, characterized in that an evaluation unit is provided which determines the relative position of a light impingement point of one of the light emitters ( 101 . 201 . 301 ) emitted light beam on the associated light receiver ( 102 . 202 . 302 ) certainly.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zu jedem Lichtsender (101, 201, 301) ein zugehöriger Lichtempfänger (101, 202, 302) vorhanden ist und eine Auswerteeinrichtung vorgesehen ist, wobei die Signale des Lichtempfängers durch die Auswer teeinrichtung nach dem Phasenmessverfahren oder Puls-Laufzeit-Verfahren auswertbar sind.Optoelectronic sensor arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that to each light emitter ( 101 . 201 . 301 ) an associated light receiver ( 101 . 202 . 302 ) Is provided and an evaluation device is provided, wherein the signals of the light receiver by the Auswer teeinrichtung after the phase measurement method or pulse transit time method are evaluated.

Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtsender (101, 201, 301) und die zugehörigen Lichtempfänger (102, 202, 302) derart zueinander angeordnet sind, dass sie ein Lichtgitter bilden.Optoelectronic sensor arrangement according to claim 12, characterized in that the light emitters ( 101 . 201 . 301 ) and the associated light receivers ( 102 . 202 . 302 ) are arranged to each other such that they form a light grid.

Optoelektronische Sensoranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit vorgesehen ist, die zur Aktivierung eines der Lichtsender (10, 101, 201, 301) jeweils ein Lichtsendeelement (21, 22, 23) der Matrix des entsprechenden Lichtsenders (10, 101, 201, 301) aktiviert und dass die Steuereinheit und die Auswerteeinheit geeignet sind, zur parallelen Ausrichtung von den Lichtsendern (10, 101, 201, 301) ausgesandter Lichtstrahlen die Lichtsendeelemente (21, 22, 23) der Lichtsender (10, 101, 201, 301) nacheinander zu aktivieren, die entsprechenden relativen Lagen des Lichtauftreffpunkts jedes Lichtsendeelements (21, 22, 23) zu ermitteln und mit Solllagen, die einer parallelen Ausrichtung entsprechen, zu vergleichen, bis die Kombination von Lichtsendeelementen (21, 22, 23) der verschiedenen Lichtsender (10, 101, 201, 301) ermittelt wurde, die Lichtauftreffpunkte erzeugen, die den Solllagen am nächsten kommen.Optoelectronic sensor arrangement according to claim 11, characterized in that a control unit is provided, which is used to activate one of the light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ) each have a light-transmitting element ( 21 . 22 . 23 ) of the matrix of the corresponding light emitter ( 10 . 101 . 201 . 301 ) and that the control unit and the evaluation unit are suitable for parallel alignment of the light emitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ) emitted light beams the light emitting elements ( 21 . 22 . 23 ) the light transmitter ( 10 . 101 . 201 . 301 ) successively activate the respective relative positions of the light impingement point of each light-emitting element ( 21 . 22 . 23 ) and compare with target positions corresponding to parallel alignment until the combination of light emitting elements ( 21 . 22 . 23 ) of the various light transmitters ( 10 . 101 . 201 . 301 ), which produce light incident points that come closest to the target positions.

Optoelektronische Sensoranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sendeoptik (15) refraktiv oder diffraktiv ausgebildet ist.Optoelectronic sensor arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting optics ( 15 ) is formed refractive or diffractive.