[发明专利]光电传感器

说明书

技术领域

本发明涉及分别根据权利要求1和13的前序部分所述的光电传感器和用于确定物体的高度和/或厚度的方法。

背景技术

光栅，有时也被称为光幕，包括多个发射元件和对应的接收元件，使得每一对发射元件和相应接收元件形成挡光板，所述挡光板检测形成于发射元件和接收元件之间的光束是否被中断。发射元件和接收元件分别结合在发射单元和接收单元中，所述发射单元和接收单元被彼此相对地安装。还存在发射元件和接收元件同时被容纳在两个相对的混合发射单元和接收单元的光栅。

各个发射元件的光束的概念被理想化为单一光射线。事实上，取决于光束整形光学设备的光圈角度产生具有有限的横截面的光束。为了在管理电平上保持调整的需求，接收元件在发射单元和接收单元之间通常的距离下不仅接收来自于对应发射元件的发射光，而且由于发射光束的发散而还要接收来自于其相邻发射元件的发射光。因此，为了避免评价误差，发射元件被循环地激活。各个光脉冲或光包(lightpacket)通过每个发射元件被依次发射，并且在一定的时间窗口期间只有对应的接收元件被激活以确定在对应的光束中是否有物体。在本文下，光束也被称为通道(channel)。

为此，接收单元需要知道各个发射元件在哪个时间窗口期间是激活的，并且也需要知道在该时间窗口期间哪个发射元件是激活的。因此发射单元和接收单元相互同步。优选地，使用光同步以避免发射单元和接收单元之间的电缆连接。

光栅应用的一个重要的领域是安全技术。在安全技术中，平行的光束被作为一种虚拟墙被使用，并且例如在被物体中断的情况下，免受危险源的威胁。在自动化技术中，光栅被用于物体测量，以根据被中断的光束的位置和数量来测量物体的位置和尺寸。例如，利用这种方法能够确定在传送带上被移动的物体的高度。

在这种测量任务中，相比较于其它光电传感器，例如扫描仪或光条纹传感器，光栅的一个优势是：所有的光束是平行的，因此没有阴影和所引起的物体的几何形状畸变。缺点是有限的分辨率，这是因为对于小物体而言光栅的检测性能受到相邻两个光束的相互距离限制。同样，确定较大物体的物体边缘的位置的精确性受到限制。对这样的物体进行检测，但是是在不高于光束间距的分辨率的情况下来测量。一旦物体位于两个光束之间的间隙中，该物体不能被检测到。待检测的物体越小，光束间距必须越小。

因此，为了分别提高光栅的分辨率以及其用于小物体的检测性能，明显的可能性是光束间距的减小，以减小相邻光束之间的间隙。因此，对于相同的测量场，额外的发射元件和接收元件是必要的。这增加成本并且由于被延长的评价周期而增加反应时间，在该评价周期中光束被相继地激活以避免不明确的接收信号。

另一种方式被称为交叉光束技术(cross-beam technology)。这里，接收元件不仅评价对应的相对的发射元件的光束，还评价相邻的发射光束。因此结果使用额外的斜光束以检测在原来直线的对准的光束之间的物体。然而，对整个监测区域而言分辨率的增加是不可能的，并且分辨率的增加也是不规则的，这是因为分辨率依赖于从物体分别到发射元件和接收元件的距离。出于相同的原因，通过交叉光束的物体检测不允许物体到监测高度的几何映射。因此，二进制形式的物体存在检测结果(binary object presence detection)在原来直线的对准的光束之间的间隙中是可能的，但是没有测量值。此外，反应时间被增加，这是因为评价周期被交叉光束的激活时间窗口延长。

如果光束的直径足够大以致于在给定的光栅图案中两个光束毗连，则基于能量的评价是能够适用的。然后，与通常的用阈值比较对于光束中断的二进制形式评价结果相比，各个光束的物体覆盖的定量程度被确定。因此，比光束直径更小的物体也能够被检测到。与使用交叉光束技术一样，没有物体到监测高度的几何映射是可能的。光栅检测小的物体并且还能够根据覆盖的程度而得到厚度信息，但是没有物体位于光束直径中的位置任何信息。因此，位置分辨率没有被提高。另外，光栅不能够分辨信号的减少是一方面由于被物体或部分透明的物体部分地覆盖还是另一方面由于环境条件，例如光束整形光学设备的污染。

发明内容

因此本发明的目的是提高光栅的分辨率。