[发明专利]三角测量光传感器

说明书

本申请涉及三角测量光传感器，包括：第一光发射器，其用于将发射光发射到检测区域中，其中发射光学器件，特别是透镜布置在光发射器的前面；具有接收元件阵列的第一光接收器，其用于接收来自检测区域的被待检测的对象漫反射的光，其中接收元件产生相应的接收信号；布置在检测区域和第一光接收器之间的光路中的接收光学器件，其用于在第一光接收器上从漫反射的光产生光斑，其中在三角测量方向上，光斑在第一光接收器上的位置根据对象的距离产生；以及控制和评估单元，其用于基于光斑在第一光接收器的位置根据接收信号产生检测信号，其中设置了作为参考光发射器的另外的第二光发射器以进行安全相关的自测试。

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的三角测量光传感器。

已知利用光传感器来确定监测区域中的对象的存在和/或距离，该光传感器根据三角测量原理工作。这种三角测量传感器包括光发射器，例如发光二极管或激光器，以及必要时还包括发射光学器件，以便将发射光束发射到检测区域中到有可能位于那里的待检测的对象。发射光可以被这样的对象漫反射(remittieren)，即扩散式或镜面式反射，并被光接收器检测，该光接收器与接收光学器件一起构成接收单元。在已知的解决方案中，光接收器由至少一行光敏接收元件组成。

在所谓的三角测量方向上，由漫反射的光在光接收器上产生的光斑的位置根据三角测量传感器和漫反射的对象之间的距离而变化。在光接收器上的入射点和检测到的对象的距离之间存在明显的几何关系。因此，通过评估光接收器上的光分布可以确定对象和光传感器之间的距离。此外，还可以在对光接收器上的光分布进行适当的评估时确定对象是处于预定的极限(也被称为扫描范围)以内还是以外。

特别地，为了在确定距离时实现高精度，这种光接收器必须具有多个光敏接收元件，这些光敏接收元件在三角测量方向上并排布置。

在具有背景抑制的三角测量光传感器中，光接收器包括至少两个接收元件，其中所谓的邻近元件被布置成使得当光束被对象反射时，光束入射到该邻近元件上，该对象位于三角测量光传感器前面的近场内。在此，根据定义，远场比近场更远离三角测量传感器。为了进行信号评估，形成这两个场的光电二极管电流之间的差异。

下面将描述用于工业应用的根据现有技术的光栅的结构。任务是在监测空间或监测区域中识别对象。发射脉冲发生器为发射级产生周期性的数字控制信号。该控制信号例如可以由简单的或复杂的脉冲模式组成。发射级根据数字控制信号产生时变发射电流。该发射电流的幅度通常是可参数化的。通过发射二极管(Sendediode)将发射电流转换为光功率。发射光学器件包括发射镜筒(Tubus)、光阑、发射透镜和前板。监测空间包含在传感器前面的待监测的整个空间，并且可以包含待检测的对象、背景对象、反射器或其它，甚至是诸如反射镜、灯或外来光源的干扰对象。

接收器光学器件包括接收器镜筒、光阑、接收器透镜和前板。接收器元件是用于将光功率转换成电的多个光电二极管，并且例如被布置成行。评估电路根据接收器元件的信号的时间分布和对于发射级的控制信号的知识来计算对象检测信号。该对象检测信号通过物理的开关输出端输出。

如果在光传感器的布置中使用了该光栅，则应该识别对象是否在发射轴线上位于先前界定的间距内，即是否在监测区域中。该对象例如可以是人。如果此人在监测区域内可能由于机器的影响而受到伤害并且光栅应通过切断机器来减少该风险，那么必须对由机器、控制装置和光栅组成的整个系统的安全性加以考虑。如果光栅自身监测其功能并在发生故障时切换到安全状态，则可以简化这种考虑。

所指出的现有技术的缺点是整个信号流流经监测区域。因此，在没有已知的明确界定的监测区域的情况下，不可能测试块发射级、发射二极管、发射光学器件、接收光学器件和接收器元件。

该问题可以通过将参考对象循环地引入到光路中来解决，并且在该状态下，块监测空间被明确界定。然后，在这种运行条件下可以将接收器元件的输出信号和/或评估电路中的下游块与参考信号进行比较。在有偏差的情况下切换到安全状态。