DE20022683U1 - Optoelectronic device - Google Patents
Optoelectronic deviceInfo
- Publication number
- DE20022683U1 DE20022683U1 DE20022683U DE20022683U DE20022683U1 DE 20022683 U1 DE20022683 U1 DE 20022683U1 DE 20022683 U DE20022683 U DE 20022683U DE 20022683 U DE20022683 U DE 20022683U DE 20022683 U1 DE20022683 U1 DE 20022683U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- transmitted light
- light pulse
- optoelectronic device
- received light
- received
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 title claims description 32
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims description 18
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 claims description 12
- 108010076504 Protein Sorting Signals Proteins 0.000 claims description 10
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 22
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 8
- 244000309464 bull Species 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S17/14—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance with the pulse transmission and echo reception respectively, e.g. using counters
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
Φ mΦ m ······
&Rgr;0131900&Rgr;0131900
Leuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/TeckLeuze electronic GmbH + Co.
73277 Owen/Teck
Optoelektronische VorrichtungOptoelectronic device
Die Erfindung betiifft 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 optoelektronische Vorrichtung ist aus der DE 43 41 080 Cl bekannt. Die optoelektronische Vorrichtung weist zur Ortung von Objekten in einem Überwachungsbereich einen Sendelichtstrahlen emittierenden Sender und einen als orts auflösenden Detektor ausgebildeten Empfangslichtstrahlen empfangenden Empfänger auf, welche in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sind. Die Sendelichtstrahlen werden über eine Ablenkeinheit abgelenkt und so periodisch innerhalb eines Überwachungsbereichs geführt. Die Distanzbestimmung von Objekten im Überwachungsbereich erfolgt mittels einer Phasenmessung. Anhend der Phasenmessung wird die Laufzeitdifferenz der von einem Objekt reflektierten Empfangslichtstrahlen bezüglich der vom Sender emittierten Sendelichtstrahlen ermittelt.Such an optoelectronic device is known from DE 43 41 080 Cl. To locate objects in a monitoring area, the optoelectronic device has a transmitter that emits transmitted light beams and a receiver designed as a spatially resolving detector that receives received light beams, which are integrated in a common housing. The transmitted light beams are deflected by a deflection unit and thus periodically guided within a monitoring area. The distance of objects in the monitoring area is determined using a phase measurement. Based on the phase measurement, the transit time difference of the received light beams reflected by an object with respect to the transmitted light beams emitted by the transmitter is determined.
Außerhalb des Überwachungsbereichs ist im Innern des Gehäuses ein Testobjekt angeordnet. Die vom Testobjekt als Empfangslichtstrahlen zum Empfänger zurückreflektierter L Sendelichtstrahlen werden in einer Auswerteeinheit zur Funktionsüberprüfung der optoelektronischen Vorrichtung hinsichtlich ihrer Amplitude ausgewertet.A test object is arranged inside the housing outside the monitoring area. The L transmitted light beams reflected back to the receiver from the test object as received light beams are evaluated in an evaluation unit for functional testing of the optoelectronic device with regard to their amplitude.
Damit ist beispielsweise überprüfbar ob der Sender oder der Empfänger funktionsfähig sind. Au:h können aufgrund von Alterungen oder Verschmutzungen von Bauteilen hervorgerufene Störungen mit der Testmessung gegen das Testobjekt erfasst werden.This can be used, for example, to check whether the transmitter or receiver is functioning properly. Faults caused by aging or contamination of components can also be detected using the test measurement against the test object.
• ··
&Rgr;0131900&Rgr;0131900
Jedoch gibt die Testmessung gegen das Testobjekt keinen Aufschluss darüber, ob die Distanzmessung zur Ortung der Objekte im Überwachungsbereich fehlerfrei erfolgt. Ersi; recht können eventuell auftretende Fehler bei der Distanzmessung durch die Testmessung nicht beseitigt werden.However, the test measurement against the test object does not provide any information about whether the distance measurement for locating the objects in the monitoring area is carried out correctly. In fact, any errors that may occur during the distance measurement cannot be eliminated by the test measurement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine optoelektronische Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, dass eine möglichst genaue und überprüfbare Erfassung von Objekten im Überwachungsbereich gewährleistet ist.The invention is based on the object of designing an optoelectronic device of the type mentioned at the outset in such a way that the most accurate and verifiable detection of objects in the surveillance area is ensured.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausfulirungsformen 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 further developments of the invention are described in the subclaims.
Die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung weist einen nach dem Impulslaufzeitverfahren arbeitenden Distanzsensor auf. Durch die Bestimmung der Laufzeit to der rom Sender emittierten und der von Objekten innerhalb des Überwachungsbere ichs auf den Empfänger des Distanzsensors als Empfangslichtimpuls zurückreflektierten Sendelichtimpulse werden die Distanzen der Objekte zur optoelektronischen Vorrichtung bestimmt.The optoelectronic device according to the invention has a distance sensor that operates according to the pulse transit time method. The distances of the objects to the optoelectronic device are determined by determining the transit time t of the transmitted light pulses emitted by the transmitter and the transmitted light pulses reflected back by objects within the monitoring area to the receiver of the distance sensor as received light pulses.
Erfindungsgemäß wird aus den Sendelichtimpulsen jeweils ein Teil der Lichtmenge als Referenz-Sendelichtimpuls ausgekoppelt und über eine Referenzstrecke zum Empfänger geführt.According to the invention, a portion of the light quantity is extracted from the transmitted light pulses as a reference transmitted light pulse and guided to the receiver via a reference path.
In der Auswerteeinheit der optoelektronischen Vorrichtung wird die Laufzeit tR des als Referenz-Empfangslichtimpuls auf den Empfänger geführten Referenz-Sendelichtimpuls bestimmt. Dann wird zur Distanzbestimmung eines Objektes die Laufzeitdifferenz to - tR herangezogen.The evaluation unit of the optoelectronic device determines the transit time tR of the reference transmitted light pulse that is sent to the receiver as a reference received light pulse. The transit time difference to - tR is then used to determine the distance of an object.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht somit darin, sämtliche mit den Sendelichtimpulsen durchgeführte Distanzmessungen auf jeweils eine mit demThe basic idea of the invention is therefore to transfer all distance measurements carried out with the transmitted light pulses to a
• •.I·· · ♦ · «••.I·· · ♦ · «
&Rgr;0131900&Rgr;0131900
Referenz-Sendelichtimpuls durchgeführte Referenzmessung zu beziehen, wobei die Länge der Referenzstrecke vorbekannt und vorteilhaft in der Auswerteeinheit abgespeichert ist.Reference measurement carried out on the reference transmitted light pulse, whereby the length of the reference path is known in advance and advantageously stored in the evaluation unit.
Durch die Auswertung der Laufzeitdifferenz to - tR werden interne, bei der Distanzmessung auftretende Messfehler weitgehend eliminiert. Eine Ursache für derartige Messf shler ist darin begründet, dass auf die Ansteuerung des Senders durch einen Triggerimpuls oder dergleichen nicht zeitgleich die Emission eines Sendelichtimpulses erfolgt. Vielmehr erfolgt die Emission des Sendelichtimpulses aufgrund der endlichen Laufzeiten der elektrischen Signale in den einzelnen Bauteileil etwas verzögert, wobei diese Laufzeiten Schwankungen infolge von Temperaturschwankungen, Betriebsspannungsschwankungen oder infolge von Alterurigen von Bauteilen aufweisen.By evaluating the transit time difference t0 - tR, internal measurement errors that occur during distance measurement are largely eliminated. One reason for such measurement errors is that the emission of a transmitted light pulse does not occur at the same time as the activation of the transmitter by a trigger pulse or the like. Rather, the emission of the transmitted light pulse occurs with a slight delay due to the finite transit times of the electrical signals in the individual components, whereby these transit times fluctuate as a result of temperature fluctuations, operating voltage fluctuations or as a result of aging of components.
Dasselbe gilt für die Registrierung der Empfangslichtimpulse am Empfänger. Deren Umsetzung in elektrische Empfangssignale sowie deren Verstärkung ist mit Verzögerungszeiten behaftet, die gleichermaßen durch Störeinflüsse bedingten Schwankungen unterworfen sind.The same applies to the registration of the received light pulses at the receiver. Their conversion into electrical reception signals and their amplification are subject to delay times, which are also subject to fluctuations caused by interference.
Bei der Ermittlung der Laufzeiten to zur Distanzbestimmung von Objekten im Überwachungsbereich sowie der Ermittlung der Laufzeiten tR bei der Referenzmessung sind den Distanzmesswerten dieselben schwankungsbehafteten Verzögerungszeiteii überlagert. Diese störbehafteten Verzögerungszeiten werden bei der Bildung der Laufzeitdifferenz ^ - tR eliminiert, wodurch die Genauigkeit und Re Droduzierbarkeit der Distanzmessung erheblich gesteigert wird.When determining the travel times to for determining the distance of objects in the monitoring area and when determining the travel times tR for the reference measurement, the same fluctuating delay times eii are superimposed on the distance measurement values. These interference-prone delay times are eliminated when the travel time difference ^ - tR is formed, which significantly increases the accuracy and reproducibility of the distance measurement.
Dabei ist insbesondere vorbildhaft, dass die Referenzierung der Distanzmessung fortlaufend für sämtliche in den Überwachungsbereich geführten Sendelichtimpulse durchgeführt wird.It is particularly exemplary that the referencing of the distance measurement is carried out continuously for all transmitted light pulses fed into the monitoring area.
P0131900P0131900
Dieser Vorteil ist insbesondere auch dann gegeben, wenn die Sendelichtimpulse mittels einer Ablenkeinheit periodisch innerhalb des Überwachungsbereichs geführt sind. Dann wird für jede Ablenkposition der Ablenkeinheit von einem in den Überwachungsbereich geführten Sendelichtimpuls ein Referenz-Sendelichtimpuls iür eine Referenzmessung ausgekoppelt.This advantage is particularly present when the transmitted light pulses are periodically guided within the monitoring area by means of a deflection unit. Then, for each deflection position of the deflection unit, a reference transmitted light pulse for a reference measurement is coupled out from a transmitted light pulse guided into the monitoring area.
Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass die Auskopplung des Referenz-Sendelichtimpulses den nutzbaren Überwachungsbereich nicht einschränkt.What is particularly advantageous here is that the decoupling of the reference transmitted light pulse does not limit the usable monitoring area.
Ist daher die Umlenkeinheit beispielsweise von einem Umlenkspiegel gebildet, der die Sendelichtimpulse periodisch innerhalb eines Vollkreises im Winkelbereich von 0° bis 360° führt, so braucht für die Referenzmessung kein separater Winkelbereich ausgespart werden. Vielmehr steht der volle von den Sendelichtimpulsen überutrichene Winkelbereich für eine Objekterfassung zur Verfügung. If the deflection unit is formed, for example, by a deflection mirror that periodically guides the transmitted light pulses within a full circle in the angular range from 0° to 360°, no separate angular range needs to be left out for the reference measurement. Instead, the full angular range covered by the transmitted light pulses is available for object detection.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist darin zu sehen, dass durch die kontinuierliche Referenzierung der Objekterfassung mittels der mit den Referenz-Sendelichtimpulsen durchgeführten Referenzmessungen die Distanzmessung innerhalb des gesamten Überwachungsbereichs kontinuierlich übei wacht wird.A further significant advantage of the device according to the invention is that the distance measurement within the entire monitoring area is continuously monitored by means of the continuous referencing of the object detection by means of the reference measurements carried out with the reference transmitted light pulses.
Damit können die Anforderungen für den Einsatz der optoelektronischen Vorrichtung für den Einsatz im Bereich der Sicherheitstechnik und des Personen-Schutzes auf einfache Weise erfüllt werden. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass durch die erfindungsgemäßen Referenzmessungen auf einen mehrkanaligen Aufbau der Komponenten zur Bestimmung der Laufzeitdifferenzen verzichtet werden kann.This makes it easy to meet the requirements for the use of the optoelectronic device in the field of security technology and personal protection. A particularly advantageous feature here is that the reference measurements according to the invention mean that a multi-channel structure of the components for determining the propagation time differences is not necessary.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. They show:
P0131900P0131900
Figur 1: Längsschnitt durch die erfindungsgemäße optoelektronische Vorrichtung. Figure 1: Longitudinal section through the optoelectronic device according to the invention.
Figur 2: Quersclmitt durch die optoelektronische Vorrichtung gemäß FigurFigure 2: Cross section through the optoelectronic device according to Figure
1.
5 1.
5
Figur 3: Längsschnitt durch das Austrittsfenster der Vorrichtung gemäß Figuren 1 und 2 mit einer Reflexionsfläche zur Auskopplung eines Refereriz-Sendelichtimpulses.Figure 3: Longitudinal section through the exit window of the device according to Figures 1 and 2 with a reflection surface for coupling out a reference transmitted light pulse.
Figur 4: Erstes Diagramm zur Auswertung der Laufzeiten der Sendelichtimpulse und Referenz-Sendelichtimpulse der Vorrichtung gemäß Figuren 1-3.Figure 4: First diagram for evaluating the propagation times of the transmitted light pulses and reference transmitted light pulses of the device according to Figures 1-3.
Figur 5: Zweites Diagramm zur Auswertung der Laufzeiten der Sendelichtim pulse und Referenz-Sendelichtimpulse der Vorrichtung geFigure 5: Second diagram for evaluating the runtimes of the transmitted light pulses and reference transmitted light pulses of the device
mäß Fi guren 1-3.according to figures 1-3.
In Figur 1 ist schematisch der Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung 1 zur Erfassung von Objekten in einem Überwachungsbereich dargestellt. Als Objekte im Überwachungsbereich werden neben Gegenständen insbesondere auch in den Überwachungsbereich eindringende Personen erfasst.Figure 1 shows a schematic representation of the structure of an embodiment of the optoelectronic device 1 according to the invention for detecting objects in a surveillance area. In addition to objects, objects in the surveillance area also include people who enter the surveillance area.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 weist einen nach dem Impulslaufzeitverfahren arbeitenden Distanzsensor mit einem Sendelichtimpulse 2 emittierenden Sender 3 und einen Empfangslichtimpulse 4 empfangenden Empfänger 5 auf. Der Sender 3 ist beispielsweise von einer Laserdiode gebildet. Als Empfänger 5 ist eine Photodiode oder dergleichen vorgesehen.The optoelectronic device 1 has a distance sensor operating according to the pulse transit time method with a transmitter 3 emitting transmitted light pulses 2 and a receiver 5 receiving received light pulses 4. The transmitter 3 is formed, for example, by a laser diode. A photodiode or the like is provided as the receiver 5.
Dem Sender 3 ist zur Strahlformung der Sendelichtimpulse 2 eine Sendeoptik 6 nachgeordnet. Zur Fokussierung der Empfangslichtimpulse 4 auf den Empfänger 5 ist diesem eine Empfangsoptik 7 vorgeordnet. Der Sender 3 und der Emp-A transmitting optics 6 is arranged downstream of the transmitter 3 for beam shaping of the transmitted light pulses 2. A receiving optics 7 is arranged upstream of the receiver 5 for focusing the received light pulses 4 on the receiver. The transmitter 3 and the receiver
&Rgr;0131900&Rgr;0131900
fänger 5 sind an eire nicht dargestellte Auswerteeinheit angeschlossen, die von einem Mikroprozessor oder dergleichen gebildet ist.Receivers 5 are connected to an evaluation unit (not shown) which is formed by a microprocessor or the like.
Zur Bestimmung der Distanzen von Objekten im Überwachungsbereich wird die Laufzeit to der auf ein Objekt geführten und als Empfangslichtimpulse 4 zurück zum Empfänger 5 reflektierten Empfangslichtimpulsen 4 bestimmt. Aus den Laufzeiten werden in der Auswerteeinheit die entsprechenden Distanzwerte berechnet.To determine the distances of objects in the monitoring area, the transit time t of the received light pulses 4 directed to an object and reflected back to the receiver 5 as received light pulses 4 is determined. The corresponding distance values are calculated from the transit times in the evaluation unit.
Die Sendelichtimpulse 2 und die von einem Objekt zurück zur Vorrichtung 1 reflektierten Empfiingslichtimpulse 4 sind über eine Ablenkeinheit 8 geführt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Sendelichtimpulse 2 über einen stationären Spiegel 9 auf die Ablenkeinheit 8 geführt. Die Ablenkeinheit 8 besteht im vorliegenden Beispiel aus einem Umlenkspiegel 10, der auf einem um eine in vertikaler &iacgr;Lichtung verlaufende Drehachse D drehbaren Sockel 11 aufsitzt. Der Sockel 11 wird mittels eines nicht dargestellten Motors in eine Drehbewegung mit konstanter Drehzahl versetzt. Sowohl die vom Sender 3 emittierten Sendelichtimpulse 2 als auch die von einem Objekt reflektierten Empfangslichtimpulse 4 sind über den Umlenkspiegel 10 geführt. Prinzipiell kann die Ablenkeinheit 8 auch mehrere Umlenkspiegel 10 aufweisen, wobei insbesondere die Sendelichtimpulse 2 und Empfangslichtimpulse 4 über separate Umlenkspiegel 10 geführt sein können.The transmitted light pulses 2 and the received light pulses 4 reflected from an object back to the device 1 are guided via a deflection unit 8. In the present embodiment, the transmitted light pulses 2 are guided to the deflection unit 8 via a stationary mirror 9. In the present example, the deflection unit 8 consists of a deflection mirror 10 which sits on a base 11 which can rotate about an axis of rotation D running in a vertical direction. The base 11 is set in a rotary movement at a constant speed by means of a motor (not shown). Both the transmitted light pulses 2 emitted by the transmitter 3 and the received light pulses 4 reflected from an object are guided via the deflection mirror 10. In principle, the deflection unit 8 can also have several deflection mirrors 10, whereby in particular the transmitted light pulses 2 and received light pulses 4 can be guided via separate deflection mirrors 10.
Die optoelektronische Vorrichtung 1 ist in einem Gehäuse 12 integriert, welches an seiner Frontseite ein Austrittsfenster 13 aufweist, durch welches die Sendelichtimpulse 2 in den Überwachungsbereich geführt sind und durch welches die Empfangslichtimpulse 4 zurück zur Vorrichtung 1 geführt sind.The optoelectronic device 1 is integrated in a housing 12 which has an exit window 13 on its front side through which the transmitted light pulses 2 are guided into the monitoring area and through which the received light pulses 4 are guided back to the device 1.
Wie aus Figur 2 ei-sichtlich verläuft das Austrittsfenster 13 in Umfangsrichtung des Gehäuses 12 längs eines Kreisbogens und erstreckt sich über einen Winkelbereich von &Dgr;&agr; = 180°. Die an der Ablenkeinheit 8 abgelenkten Sende-As can be seen from Figure 2, the exit window 13 runs in the circumferential direction of the housing 12 along a circular arc and extends over an angular range of Δα = 180°. The transmitting beams deflected at the deflection unit 8
P0131900P0131900
lichtimpulse 2 sind periodisch innerhalb des vollen Winkelbereichs von 360° geführt.light pulses 2 are guided periodically within the full angular range of 360°.
Dabei sind die Sendelichtimpulse 2 innerhalb des Winkelbereiches &Dgr;&agr; zwisehen 0° und 180° durch das Austrittsfenster 13 in den in einer horizontalen Ebene liegenden Überwachungsbereich gefuhrt. Innerhalb des Winkelbereichs zwischen 180° und 360° sind die Sendelichtimpulse 2 dagegen im Innern des Gehäuses 12 gefühlt.The transmitted light pulses 2 are guided through the exit window 13 into the monitoring area lying in a horizontal plane within the angular range Δα between 0° and 180°. Within the angular range between 180° and 360°, however, the transmitted light pulses 2 are sensed inside the housing 12.
Erfindungsgemäß wird von jedem Sendelichtimpuls 2 ein Teil der Lichtmenge als Referenz-Sendelichtimpuls 2' ausgekoppelt, der für eine Referenzmessung verwendet wird. Hierzu wird der Referenz-Sendelichtimpuls 2' als Referenz-Empfangslichtimpuls 4' zurück zum Empfänger 5 geführt.According to the invention, a portion of the light quantity is extracted from each transmitted light pulse 2 as a reference transmitted light pulse 2', which is used for a reference measurement. For this purpose, the reference transmitted light pulse 2' is fed back to the receiver 5 as a reference received light pulse 4'.
Ein Beispiel einer derartigen Auskopplung eines Referenz-Sendelichtimpulses ist in Figur 3 dargestellt. Hierzu ist im Zentrum des Austrittsfensters 13 eine Reflexionsfläche 14 vorgesehen. Die Breite der Reflexionsfläche 14 ist erheblich kleiner als der Strahldurchmesser der Sendelichtimpulse 2. Die Reflexionsfläche 14 erstreckt sich in Umfangsrichtung über die gesamte Länge des Austrittsfensters 13. Die Reflexionsfläche 14 ist beispielsweise von der Oberfläche einer auf die Innenseite des Austrittsfensters 13 aufgebrachten Beschichtung gebildet. Alternativ kann zur Herstellung der Reflexionsfläche 14 das Austrittsfenster 13 lokal aufgeraut sein. In jedem Fall wird der auf die Reflexionsfläche 14 auftreffende Teil eines Sendelichtimpulses 2 diffus reflektiert und über die Ablenkeinheit 8 rom Empfänger 5 geführt. Da sich die Reflexionsfläche 14 über die gesamte Länge des Austrittsfensters 13 erstreckt, wird in jeder Winkelposition der Ablenkeinheit 8 derselbe Anteil eines Sendelichtimpulses 2 durch Reflexion van der Reflexionsfläche 14 ausgekoppelt und als Referenz-Empfangslichtimpuls 4' zum Empfänger 5 geführt.An example of such a coupling out of a reference transmitted light pulse is shown in Figure 3. For this purpose, a reflection surface 14 is provided in the center of the exit window 13. The width of the reflection surface 14 is considerably smaller than the beam diameter of the transmitted light pulses 2. The reflection surface 14 extends in the circumferential direction over the entire length of the exit window 13. The reflection surface 14 is formed, for example, by the surface of a coating applied to the inside of the exit window 13. Alternatively, the exit window 13 can be locally roughened to produce the reflection surface 14. In any case, the part of a transmitted light pulse 2 striking the reflection surface 14 is diffusely reflected and guided via the deflection unit 8 to the receiver 5. Since the reflection surface 14 extends over the entire length of the exit window 13, in each angular position of the deflection unit 8 the same portion of a transmitted light pulse 2 is coupled out by reflection from the reflection surface 14 and guided to the receiver 5 as a reference received light pulse 4'.
Prinzipiell können die Referenz-Sendelichtimpulse 2' auch über einen nicht dargestellten Licht wellenleiter oder dergleichen vom Sender 3 zum EmpfängerIn principle, the reference transmitted light pulses 2' can also be transmitted via a not shown optical waveguide or the like from the transmitter 3 to the receiver
P0131900P0131900
5 geführt sein. Der beispielsweise als Lichtleitfaser ausgebildete Lichtwellenleiter weist hierzu eine dem Sender 3 nachgeordnete Lichteintrittsfläche auf, über welche ein definierter Teil der Lichtmenge eines Sendelichtimpulses 2 in der Lichtwellenleiter eingekoppelt wird. Vorteilhaft hierbei ist, dass der Referenz-Sendelichtimpuls 2' nicht über die Ablenkeinheit 8 geführt werden muss und direkt vom Sender 3 zum Empfänger 5 geführt wird.5. The optical waveguide, which is designed as an optical fiber, for example, has a light entry surface arranged downstream of the transmitter 3, via which a defined part of the amount of light of a transmitted light pulse 2 is coupled into the optical waveguide. The advantage here is that the reference transmitted light pulse 2' does not have to be guided via the deflection unit 8 and is guided directly from the transmitter 3 to the receiver 5.
In jedem Fall sind die Referenz-Sendelichtimpulse 2' vollständig innerhalb des Gehäuses 12 geiührt, wobei die Referenzstrecke, die ein Referenz-Sendelichtimpuls 2' vom Sender 3 bis zum Empfänger 5 zurücklegt, bekannt ist und als Parameter in der Auswerteeinheit abgespeichert ist.In any case, the reference transmitted light pulses 2' are guided completely within the housing 12, whereby the reference distance that a reference transmitted light pulse 2' travels from the transmitter 3 to the receiver 5 is known and stored as a parameter in the evaluation unit.
Erfindungsgemäß wird zur Distanzbestimmung von Objekten im Überwachungsbereich nicht unmittelbar die Laufzeit to der Sendelichtimpulse 2 sondem die Laufzeitdi iferenz to - tR eines Sendelichtimpulses 2 sowie des jeweils zugehörigen Referenz-Sendelichtimpulses 2' ausgewertet. Bei bekanntem Lichtweg des Referenz-Sendelichtimpulses 2' kann dann aus dieser Laufzeitdifferenz in der Auswerteeinheit die Objektdistanz bestimmt werden.According to the invention, to determine the distance of objects in the surveillance area, it is not the transit time to of the transmitted light pulses 2 that is evaluated directly, but rather the transit time difference to - tR of a transmitted light pulse 2 and the respective associated reference transmitted light pulse 2'. If the light path of the reference transmitted light pulse 2' is known, the object distance can then be determined from this transit time difference in the evaluation unit.
In den Figuren 4 und 5 sind zwei Ausführungsbeispiele zur Auswertung der Laufzeitdifferenzen to - tR in jeweils einem Diagramm schematisch dargestellt.Figures 4 and 5 show schematically two embodiments for evaluating the runtime differences to - tR, each in a diagram.
In beiden Fällen werden die durch die am Empfänger 5 auftreffenden Empfangslichtimpulse 4 bzw. Referenz-Empfangslichtimpulse 4' generierten analogen Empfangssignal quantisiert. Die dem zeitlichen Verlauf des Empfangssignals entsprechende quantisierte Empfangssignalfolge E wird dann in die einzelnen Register R eines nicht dargestellten Speicherelements eingelesen. Das Speicherelement kiinn von einem Halbleiterspeicher oder einem CCD Array gebildet sein.In both cases, the analogue reception signals generated by the reception light pulses 4 or reference reception light pulses 4' arriving at the receiver 5 are quantized. The quantized reception signal sequence E corresponding to the temporal progression of the reception signal is then read into the individual registers R of a memory element (not shown). The memory element can be formed by a semiconductor memory or a CCD array.
Wie in den Figuren 4 und 5 dargestellt wird jeweils die einen Empfangslichtimpuls 4 und den zagehörigen Referenz-Empfangslichtimpulsen 4' enthaltendeAs shown in Figures 4 and 5, the receiving light pulse 4 and the associated reference receiving light pulses 4' are each
&Rgr;0131900&Rgr;0131900
Empfangssignalfolj;;e E in die Register R des Speicherelementes eingelesen. Die in den einzelne a Registern R abgespeicherten Signalwerte der quantisierten Empfangssignalfolge E werden mittels eines Oszillatortakts taktweise ausgelesen und in der Auswerteeinheit ausgewertet. Zur Bestimmung der Laufzeitdifferenz to -tR werden die die Lagen des Empfangslichtimpulses 4 bzw. des Referenz-Empfangslichiimpulses 4' definierenden Registerpositionen bestimmt. Die Differenz der Registerpositionen des Empfangslichtimpulses 4 sowie des zugehörigen Refercnz-Empfangslichtimpulses 4' ergeben bei bekannter Taktrate, mit der die Empfangssignalfolge E in die Register R eingelesen werden, die Laufzeitdifferei iz to - tR.Received signal sequence E is read into the registers R of the memory element. The signal values of the quantized received signal sequence E stored in the individual registers R are read out in cycles using an oscillator clock and evaluated in the evaluation unit. To determine the propagation time difference t0 - tR, the register positions defining the positions of the received light pulse 4 or the reference received light pulse 4' are determined. The difference between the register positions of the received light pulse 4 and the associated reference received light pulse 4' results in the propagation time difference t0 - t R when the clock rate at which the received signal sequence E is read into the registers R is known.
Figur 4 zeigt eine erste Ausführungsform einer derartigen Auswertung. In diesem Fall wird das analoge Empfangssignal mittels einer nicht dargestellten Schwellwerteinheil in eine binäre Signalfolge gewandelt. Bei Vorhandensein eines Empfangslichtimpulses 4 oder eines Referenz-Empfangslichtimpulses 4' nimmt die auf dies 3 Weise quantisierte Empfangssignalfolge E den Wert 1 ein, während dieses ansonsten den Wert 0 annimmt. Die die Lage des Empfangslichtimpulses 4 oder Referenz-Empfangslichtimpulses 4' definierende Registerposition ist vorzugsweise jeweils durch das Zentrum des jeweiligen Empfangslichtimpulses 4 oder Referenz-Empfangslichtimpulses 4' vorgegeben.Figure 4 shows a first embodiment of such an evaluation. In this case, the analogue received signal is converted into a binary signal sequence by means of a threshold value unit (not shown). If a received light pulse 4 or a reference received light pulse 4' is present, the received signal sequence E quantized in this way takes on the value 1, while otherwise it takes on the value 0. The register position defining the position of the received light pulse 4 or reference received light pulse 4' is preferably predetermined by the center of the respective received light pulse 4 or reference received light pulse 4'.
Figur 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer derartigen Auswertung. In diesem Fall wird das analoge Empfangssignal mittels eines ebenfalls nicht dargestellten Analog-Digital-Wandlers quantisiert. Entsprechend der Wortbreite &eegr; des Analog-Digital-Wandlers wird die Amplitude des analogen Empfangssignals auf 2n diskret; Amplitudenwerte der quantisierten Empfangssignalfolge E abgebildet. Vorzugsweise wird ein Analog-Digital-Wandler mit einer Wortbreite von &eegr; = 8 verwendet.Figure 5 shows a second embodiment of such an evaluation. In this case, the analogue received signal is quantized by means of an analogue-digital converter (also not shown). In accordance with the word width η of the analogue-digital converter, the amplitude of the analogue received signal is mapped to 2 n discrete amplitude values of the quantized received signal sequence E. Preferably, an analogue-digital converter with a word width of η = 8 is used.
Figur 5 zeigt schematisch die mit dem Analog-Digital-Wandler erzeugten, in diskreten Stufen verlaufenden Amplitudenverläufe der Empfangssignalfolge EFigure 5 shows schematically the amplitude curves of the received signal sequence E generated by the analog-digital converter and running in discrete steps.
&phgr; &phgr; &phgr;&phgr; Φ &phgr;φ φ φφ ? φ
■ &phgr;&phgr;&phgr;.&phgr; &phgr; &phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr;■ &phgr;&phgr;&phgr;.&phgr; φ φ &phgr;&phgr;&phgr;&phgr; φ
• &phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr; &phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;•&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; φ φ &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;
·*·&phgr; ·&phgr; &phgr;&phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr;&phgr;&phgr;&phgr; &phgr;· ♦· ···*·φ ·φ φφ &phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr;&phgr; φ· ∆diams;· ··
P0131900P0131900
&iacgr;&ogr;&iacgr;&ogr;
mit einem Empfangslichtimpuls 4 und einem zugehörigen Referenz-Empfangslichtimpuls 4'.with a received light pulse 4 and an associated reference received light pulse 4'.
Zur Bestimmung dsr Laufzeitdifferenzen to - tR werden entweder die Lagen der Maxima oder die Lagen der Schwerpunkte des Empfangslichtimpulses 4 und des Referenz-Empfangslichtimpulses 4' bestimmt. Die Differenzen der entsprechenden Regisierpositionen liefern wiederum die Laufzeitdifferenz to - tR.To determine the transit time differences t0 - tR, either the positions of the maxima or the positions of the centers of gravity of the received light pulse 4 and the reference received light pulse 4' are determined. The differences between the corresponding registration positions in turn provide the transit time difference t0 - tR.
Da durch die Quartisierung des analogen Empfangssignals mittels eines Analog-Digital-Wandlers mit hinreichend großer Wortbreite ein weitaus detaillierterer Verlauf der Amplituden der Empfangslichtimpulse 4 und Referenz-Empfangslichtimpilse 4' erhalten wird, als dies bei Verwendung einer Schwellwerteinheit möglich ist, ist diese Art der Bestimmung der Laufzeitdifferenz erheblich genauer.
15 Since the quartization of the analogue received signal by means of an analogue-digital converter with a sufficiently large word width results in a far more detailed profile of the amplitudes of the received light pulses 4 and reference received light pulses 4' than is possible when using a threshold unit, this type of determination of the propagation time difference is considerably more accurate.
15
Alternativ kann zur Ermittlung der Laufzeitdifferenz to - tR ein nicht dargestellter Zeitmessbaustein verwendet werden. Dabei werden im Empfangslichtimpuls 4 und ein diesem zugeordneter Referenz-Empfangslichtimpuls 4' über separate Eingänge dieses Zeitmessbausteins eingelesen. Vorzugsweise sind diese beiden Eingänge von dem Start- und Stop-Eingang dieses Zeitmessbausteins gebildet.Alternatively, a time measuring module (not shown) can be used to determine the transit time difference t0 - tR. The received light pulse 4 and a reference received light pulse 4' assigned to it are read in via separate inputs of this time measuring module. These two inputs are preferably formed by the start and stop inputs of this time measuring module.
• ··
P0131900P0131900
Leuze electronic GmbH + Co. 73277 Owen/TeckLeuze electronic GmbH + Co. 73277 Owen/Teck
BezugszeichenlisteList of reference symbols
(1) Optoelektronische Vorrichtung(1) Optoelectronic device
(2) Sendelichtimpuls(2) Transmitted light pulse
(2') Referenz-Sendelichtimpuls(2') Reference transmitted light pulse
(3) Sender(3) Sender
(4) Empfangslichtimpuls(4) Received light pulse
(4') Referenz-Ei npfangslichtimpuls(4') Reference received light pulse
(5) Empfänger(5) Recipient
(6) Sendeoptik(6) Transmission optics
(7) Empfangsoptik(7) Receiving optics
(8) Ablenkeinheit(8) Deflection unit
(9) Spiegel(9) Mirror
(10) Umlenkspiegel(10) Deflecting mirror
(11) Sockel (12) Gehäuse(11) Base (12) Housing
(13) Austrittsfer ster(13) Exit window
(14) ReflexionsJläche(14) Reflection surface
• t · ·• t · ·
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE20022683U DE20022683U1 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Optoelectronic device |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE10036538 | 2000-07-27 | ||
DE20022683U DE20022683U1 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Optoelectronic device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE20022683U1 true DE20022683U1 (en) | 2002-02-14 |
Family
ID=26006524
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE20022683U Expired - Lifetime DE20022683U1 (en) | 2000-07-27 | 2000-07-27 | Optoelectronic device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE20022683U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3904826A4 (en) * | 2018-12-27 | 2022-02-23 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Distance measuring device and distance measuring method |
-
2000
- 2000-07-27 DE DE20022683U patent/DE20022683U1/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3904826A4 (en) * | 2018-12-27 | 2022-02-23 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Distance measuring device and distance measuring method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1176430B1 (en) | Optoelectronic device | |
EP2899565B1 (en) | Distance measuring sensor and method for recording and determining the distance of an object | |
DE4341080C1 (en) | Photoelectric device having a test object | |
EP1405037B1 (en) | Device for optical measurement of distance over a large measuring range | |
EP1972961B1 (en) | Optoelectronic sensor and method for measuring distance or a change in distance | |
DE4411713B4 (en) | Optical distance measuring device and use thereof | |
DE4412044A1 (en) | Opto-electronic system for detecting objects in monitoring region | |
EP0785883A1 (en) | Sensor for determining visual range and rain cover | |
WO2006024566A1 (en) | Device and method for optically measuring distance | |
WO2019197242A1 (en) | Lidar measuring system with wavelength conversion | |
EP1527321A1 (en) | Device and method for distance measurement | |
EP0312524A1 (en) | Procedure and installation for measuring a distance by processing of a pulsating optical signal. | |
EP1845334A1 (en) | Optical sensor | |
CH670895A5 (en) | ||
DE102004031024B4 (en) | Optical sensor | |
EP1382959B1 (en) | Analysis device for reflectance photometry | |
EP1695109A1 (en) | Device for measuring the distance to far-off objects and close objects | |
DE19831534C1 (en) | Optoelectronic device for object detection within surveillance zone | |
DE20022683U1 (en) | Optoelectronic device | |
DE10021590C2 (en) | Optoelectronic device | |
DE102007054961A1 (en) | measuring device | |
EP2179301B1 (en) | Optical sensor | |
EP3361282B1 (en) | Optical sensor with limiter circuit | |
DE10236486A1 (en) | Contactless remote measurement device with laser emitter, uses number of fixed gain amplifiers with signal selection module for further processing of amplifier signal | |
DE102005045280B3 (en) | Distance sensor has receiver with light sensitive surface enclosed by frame with normal vector inclined to optical axis by defined angle so received light beams incident on frame are deflected to side, no longer pass into monitored region |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20020321 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20030918 |
|
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20060830 |
|
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20080903 |
|
R071 | Expiry of right |