(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を監視区域（１４）へと送信するための少なくとも１つの光送信器（１２）と、
前記光送信器（１２）により送信される光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器（１６）と、
前記光信号を生成して及び／又は前記光信号に影響を及ぼして、前記監視区域（１４）に物体が存在する場合に前記光受信器の出力信号に応じて物体検出信号を生成するための制御装置（１８）と、
を有する光電センサ（１０）において、
前記光送信器（１２）により前記監視区域（１４）へと送信される前記光信号が各々、スペクトラム拡散方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号により生成されること、
各光送信器に関連する前記出力信号（２６）を識別するために、前記各光送信器（１２）に関連する前記ランダム擬似雑音符号が、前記光受信器（１２）により受信される前記光信号に作用できること、
各光送信器（１２）に関連する前記出力信号（２６）を識別するために、前記制御装置（１８）が、前記受信光信号と前記各ランダム擬似雑音符号との間に自己相関関数を形成する手段を含むこと、
前記制御装置（１８）が、前記ランダム擬似雑音符号と前記ランダム擬似雑音符号が作用する前記受信光信号との間に、自己相関関数の最大値が生じるような可変の時間オフセットを設定する手段を含むこと、
を特徴とする光電センサ。
【請求項２】
請求項１に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が、いわゆる原始多項式を介して生成されることを特徴とする光電センサ。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が、Ｍ系列を含むことを特徴とする光電センサ。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が、ゴールド系列を含むことを特徴とする光電センサ。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が、カサミ系列を含むことを特徴とする光電センサ。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が、アダマール−ウォルシュ系列を含むことを特徴とする光電センサ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が、バーカー系列を含むことを特徴とする光電センサ。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記光送信器（１２）により前記監視区域（１４）へと送信される前記光信号（２８）が各々、ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）方式により前記ランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号によって生成されることを特徴とする光電センサ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記光送信器（１２）により前記監視区域（１４）へと送信される前記光信号（２８）が各々、前記ランダム擬似雑音符号を用いて混合された少なくとも１つの光パルスにより生成されることを特徴とする光電センサ。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、異なる光送信器（１２）に、異なるランダム擬似雑音符号が関連することを特徴とする光電センサ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、少なくとも２つの光送信器（１２）の各々に、共通の光受信器（１６）が関連することを特徴とする光電センサ。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、少なくとも３つの光送信器（１２）の各々に、共通の光受信器（１６）が関連することを特徴とする光電センサ。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、異なるランダム擬似雑音符号が関連する異なる光送信器（１２）に共通の光受信器（１６）が関連すること、及び、前記各光送信器（１２）に関連する前記出力信号（２６）を識別するために、前記共通の光受信器（１６）により受信される前記光信号、及び／又は、前記光信号から形成される信号に、前記各光送信器（１２）に関連する前記ランダム擬似雑音符号が作用することを特徴とする光電センサ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記光送信器（１２）と前記光受信器（１６）とが、前記監視区域（１４）の、互いに向かい合わせに設けられた側に配置されることを特徴とする光電センサ。
【請求項１５】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記光送信器（１２）と前記光受信器（１６）とが、前記監視区域（１４）の片側に配置され、前記監視区域（１４）の向かい合わせに設けられた側に逆行反射器が配置されることを特徴とする光電センサ。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、複数の光送信器（１２）及び光受信器（１６）が、光格子配置で設けられることを特徴とする光電センサ。
【請求項１７】
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、複数の光送信器（１２）の各々に共通の光受信器（１６）が関連し、これに応じて光受信器（１６）の数が光送信器（１２）の数よりも少ないことを特徴とする光電センサ。
【請求項１８】
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記光電センサが、前記監視区域（１４）の有効照明のために、少なくとも１つの光送信器（１２）が関連している少なくとも１つのカメラ、特に、安定性のある及び／又は信頼性のあるカメラを含み、前記監視区域（１４）へと送信される前記光送信器の前記光信号が、スペクトラム拡散方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号によって生成されることを特徴とする光電センサ。
【請求項１９】
請求項１８に記載の光電センサにおいて、前記カメラに関連する前記光送信器（１２）及び／又は前記カメラが、有効照明が前記カメラの高感度表面の採光と同期して行われるよう、前記関連する制御装置（１８）により制御されることを特徴とする光電センサ。
【請求項２０】
請求項１８又は１９に記載の光電センサにおいて、前記カメラとして、３Ｄ立体カメラが設けられることを特徴とする光電センサ。
【請求項２１】
請求項１８〜２０のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記照明される監視区域（１４）において、前記カメラに関連する前記光送信器（１２）により、構造化されたパターン、特に、高コントラストのパターンが生成されることを特徴とする光電センサ。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記光受信器（１６）の出力信号の各々の少なくとも１つの倍数評価がそれぞれの物体検出信号を生成するために行われるよう、前記制御装置（１８）が設計されることを特徴とする光電センサ。
【請求項２３】
請求項２２に記載の光電センサにおいて、前記各光送信器（１８）に関連付けることのできる光信号が前記光受信器（１２）により受信されないことが、時間内に連続して少なくとも２度わかった場合のみにそれぞれの物体検出信号が生成されるよう、前記制御装置（１８）が作製されることを特徴とする光電センサ。
【請求項２４】
請求項２３に記載の光電センサにおいて、前記各光送信器（１２）に関連する各出力信号（２６）を識別するために、前記制御装置（１８）が、前記各受信光信号と前記各ランダム擬似雑音符号との間に自己相関関数を、時間内に連続して少なくとも２度形成するための手段を含むことを特徴とする光電センサ。
【請求項２５】
請求項２４に記載の光電センサにおいて、時間内に連続して少なくとも倍数評価するための、前記各光送信器（１２）により送信される前記少なくとも２つの光信号が、前記ランダム擬似雑音符号とこのランダム擬似雑音符号が作用する前記各受信光信号との間に、異なる時間オフセットが生じるよう、時間内にオフセットであることを特徴とする光電センサ。
【請求項２６】
請求項２２〜２５のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記少なくとも２つの評価用に、前記各ランダム擬似雑音符号用の異なるチップ周期が選択されることを特徴とする光電センサ。
【請求項２７】
請求項２２〜２６のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記受信側にて、前記光送信器（１２）により送信される各光信号に、所定の検出閾値が設けられることを特徴とする光電センサ。
【請求項２８】
請求項２２〜２７のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号系列の長さが、同時に作動される重複しない送信光信号の数に応じて選択されることを特徴とする光電センサ。
【請求項２９】
請求項２２〜２８のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、前記ランダム擬似雑音符号が少なくとも２つのチップ系列に分割されて、ＴＤＭＡとＣＤＭＡとを組み合わせたシステムが実現されることを特徴とする光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光信号を監視区域へと送信するための少なくとも１つの光送信器と、前記光送信器により送信される光信号を受信するための少なくとも１つの光受信器と、光信号を生成及び／又は左右して、前記監視区域内に物体が存在する場合に前記光受信器の出力信号に応じて物体検出信号を生成するための制御装置とを有する光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなセンサは、例えば、建物内の特に危険な機器作業区域又は特定の空間を保護すべき場合、アクセス監視用の、単純な光障壁又は多重光線の光格子システムとして使用される。
【０００３】
物体が監視区域内に移動し、これによって、光送信器と光受信器との間の光路が、名を挙げた種類のセンサにより遮断される場合、例えば、機器を非作動化できる、及び／又は、音響的又は視覚的な警告信号をトリガできる物体検出信号が生成される。
【０００４】
現在通例の光格子によれば、光パルス又は光パルス系列が放射され、この光パルス又は光パルス系列は閾値検出器によって検出される。一方で、各光パルス上には干渉信号が重畳されるため、少なくとも、受信パルス又はパルス系列の検出は比較的困難とされる。DE 199 26 214 A1では、干渉信号を抑制するために、送信信号として、相互に良好に相関するいわゆるチャープ系列を使用することが提案されている。これについては、有用な信号がスペクトラム拡散を受けるため、狭帯域干渉又はパルス干渉に対して鈍感になる。
【特許文献１】DE 199 26 214 A1
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の基礎を成す目的は、極力単純な設計で極力大きな範囲の理想的な信号対雑音比が確保されるような、最初に名を挙げた種類の改良された光電センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、本発明によれば、前記光送信器により前記監視区域へと送信される前記光信号が各々、スペクトラム拡散方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号によって生成されるようにすることで満たされる。
【０００７】
この設計に起因して、範囲の大きくなった理想的な信号対雑音比も常に確保される。拡散符号の生成規則が既知であることから、前記出力信号は、相関により背景雑音からフィルタリングすることができる。前記相関は、本発明により、ランダム擬似雑音符号を拡散符号として使用することによって相当改良される。従って、特に、複数の光送信器に共通の光受信器を関連付け、前記各光送信器に、異なるランダム擬似雑音符号を使用することもできる。前記受信側では、前記異なるランダム擬似雑音符号によって前記信号を復号することができ、どの光送信器からどの信号が送信されたかを検出することができる。従って、光学系の有効受信面は、相応に低減することができる。従って、それぞれのＡＳＩＣは、前記監視区域にわたって、特に、より良好に分布することができる。従って、分解能によっては、例えば、前記受信側でＡＳＩＣの１５〜３０％を節約することができる。
【０００８】
前記ランダム擬似雑音符号は、好ましくは、いわゆる原始多項式を介して生成される。このような原始多項式は、特に、ソフトウェアにおけるガロア構造、又は、ハードウェアにおける二元構造を有することができる。
【０００９】
本発明による前記光電センサの好適で実際的な実施形態によれば、使用される前記ランダム擬似雑音符号は、以下の系列のうちの少なくとも１つを含む。
- Ｍ系列；
- ゴールド系列；
- カサミ系列；
- アダマール−ウォルシュ系列；
- バーカー系列。
【００１０】
従って、例えば、光パルスを特定の時間間隔で受信しなければならない場合、前記光パルスは、ランダム擬似雑音符号と、つまり、ランダム雑音の静的特性を有するパルス系列と、混合することができる。このようなパルス系列は、特に、いわゆる原始多項式により、つまり、ソフトウェアにおけるガロア構造、又は、ハードウェアにおける二元構造を有する多項式により、特に生成することができ、これによって、直交パルス系列が生じ、自己相関関数は大きくなるのに対して、相互相関関数は小さくなる。重要なのは、ランダム擬似雑音符号が拡散符号として使用されることである。これに関連して、上で更に名を挙げた前記特定のランダム擬似雑音符号、つまり前記Ｍ系列、前記ゴールド系列、カサミ系列、アダマール−ウォルシュ系列、及び／又は、バーカー系列は好適であり、これらは光格子にとって特に更に適している。これらの符号は、干渉下で直交性により相違する。完全な同期化であれば、特に、前記アダマール−ウォルシュ符号は有利である。特に、今日の設計の光格子では、有利なことに、特にカサミ系列を使用することができ、ここで今日の設計の光格子には、閾値検出器によって検出されたパルス又はパルス系列が送信される。というのも、ここでは、光学的な同期化が存在し、しかも、非同期化の効果が生じ得るからである。前記カサミ系列にゴールド符号が匹敵するのに対して、光格子の前記同期化にはバーカー符号が特に適している。ただしゴールド符号は部分空間に亘る。
【００１１】
本発明による前記光電センサの好適で実際的な実施形態によれば、前記光送信器により前記監視区域へと送信される前記光信号は各々、ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）により前記ランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号によって生成される。
【００１２】
このＤＳＳＳ方式によれば、各出力信号は、予設定されたビット系列によって拡散することができる。このビット系列は、拡散符号又はチップ系列とも呼ばれる。
【００１３】
前記光送信器により前記監視区域へと送信される前記光信号は各々、便宜上、前記ランダム擬似雑音符号を用いて混合された少なくとも１つの光パルスにより生成される。従って、この場合、前記各出力信号は少なくとも１つの光パルスにより形成される。
【００１４】
各光送信器に関連する前記出力信号を識別又は復元するために、便宜上、前記各光送信器に関連する前記ランダム擬似雑音符号が、前記光受信器により受信される前記光信号に作用することができる。
【００１５】
これに関連して、各光送信器に関連する前記出力信号を識別又は復元するために、前記制御装置は、好ましくは、前記受信光信号と前記各ランダム擬似雑音符号との間に前記自己相関関数を形成する手段を含む。
【００１６】
前記制御装置が、前記ランダム擬似雑音符号と前記ランダム擬似雑音符号が作用する前記受信光信号との間に、前記自己相関関数の最大値が生じるような可変の一時的オフセットを設定する手段を含むのも特に有利である。
【００１７】
既に言及したように、有利には、異なる光送信器に、異なるランダム擬似雑音符号を関連付けることができる。
【００１８】
これに関連して、いずれの場合も少なくとも２つの光送信器に、好ましくはいずれの場合も少なくとも３つの光送信器に、共通の光受信器が関連する。
【００１９】
従って、本発明による前記光電センサの好適で実際的な実施形態によれば、異なるランダム擬似雑音符号が関連している異なる光送信器に、共通の光受信器を関連付けることができ、前記各光送信器に関連する前記出力信号を識別又は復元するために、前記共通の光受信器により受信される前記光信号、及び／又は、前記光信号から形成される信号に、前記各光送信器に関連する前記ランダム擬似雑音符号が作用することができる。
【００２０】
光送信器と光受信器とは、前記監視区域の、互いに向かい合わせに設けられた側に配置することができる。別法として、光送信器と光受信器とを前記監視区域の片側に配置し、前記監視区域の、向かい合わせに設けられた側に逆行反射器を配置することも可能である。前記第２の変形は、オートコリメーション配置に対応している。
【００２１】
本発明による前記光電センサは、とりわけ、複数の光送信器及び光受信器を光格子配置で含むこともでき、この場合、相互に隣接して配置される複数の光送信器の各々及び光受信器は、求められるそれぞれの構造で配置することができる。
【００２２】
いずれの場合も、複数の光送信器に共通の光受信器を関連付け、これに応じて光受信器の数を光送信器の数よりも少なくするのが特に有利である。
【００２３】
立体知覚に基づく、安定性のある及び／又は信頼性のある３Ｄカメラは、周辺光の大きな輝度力学に対処せねばならない。困難な採光条件下で、前記安定性のある及び／又は信頼性のある機能を確保できるようにするためには、光学的入力データを、有効照明により支援する可能性がある。レーザ保護及び費用の理由により、特定の極限電力を超える任意の更なる有効照明が許容されないことから、光学的出力を変えずに前記信号対雑音比を増加し、従って、困難な採光条件下であっても、前記センサの前記安定性のある及び／又は信頼性のある機能を確保する、新規の手法が求められている。従って、前記光電センサの好適で実際的な実施形態によれば、前記光電センサは、カメラ、特に、安定性のある及び／又は信頼性のあるカメラであって、前記監視区域へと送信される前記光送信器の前記光信号がそれぞれ、前記スペクトラム拡散方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号によって生成される、カメラを含む。ここで、カメラ、特に、安定性のある及び／又は信頼性のあるカメラには前記監視区域の有効照明のために、少なくとも１つの光送信器が関連している。
【００２４】
これに関連して、前記カメラに関連する前記光送信器、及び／又は、前記カメラは、便宜上、有効照明が、高感度表面の採光と同期して行われるように、前記関連する制御装置により制御される。
【００２５】
前記カメラとして、好ましくは、３Ｄ立体カメラが設けられる。
【００２６】
好適で実際的な実施形態において、前記照明される監視区域では、前記カメラに関連する前記光送信器によって、構造化されたパターン、特に、高コントラストのパターンが生成される。
【００２７】
従って、前記スペクトラム拡散技術は、例えば、光格子だけでなく、特に有利には、有効照明を有する画像提供センサシステムにおいても、予め説明したやり方で使用することができ、これによって、特に、有効照明に基づいて、前記安定性のある及び／又は信頼性のある３Ｄカメラの有効範囲を増加させることができる。これに関連して、前記照明光パルスはここでも、予め説明したやり方でランダム擬似雑音パルス系列と混合し、直交パルス系列を獲得することができる。
【００２８】
従って、予め全体的に説明した前記実施形態を、光電センサと組み合わせて、特に安定性のある及び／又は信頼性のあるカメラを用いて、本発明により具体的に実現することもできる。
【００２９】
前記照明は、前記カメラの高感度表面の採光と同期して行うことができる。これに関連して、前記照明は、特に、前記照明される空間において、構造化された高コントラストのパターンを生成する光学素子又は光送信器によって行うことができる。
【００３０】
前記照明用の前記光パルスは、ここでも、例えば、いわゆる原始多項式、例えば、ソフトウェアにおけるガロア構造、又は、ハードウェアにおける二元構造により生成された擬似雑音パルス系列と混合することができ、これによって、直交パルス系列が生じる。これに関連して、特に、ここでも以下の符号を使用することができる。Ｍ系列、バーカー符号、カサミ系列、ゴールド符号、及び／又は、アダマール−ウォルシュ符号。これに関連して、これらの符号は、干渉下で直交性により相違する。完全な同期化であれば、例えば、前記アダマール−ウォルシュ符号が最も適している。
【００３１】
記録された画像系列が前記パルス系列パターンと相関する場合、前記それぞれの格子は、実質、相関が使用されなかった場合よりも簡単に検出することができる。
【００３２】
この結果は、前記信号対雑音比の相当な改良である。３０ｍｍの光学系を用いて実行されたシミュレーションを参照すると、同様に安定性のある及び／又は信頼性のあるカメラにより、１００ｍを超える範囲を達成できることが示された。
【００３３】
光格子の場合、ランダム擬似雑音符号として、特に、カサミ系列、ゴールド符号、Ｍ系列、バーカー符号、アダマール−ウォルシュ符号、又はこれらの符号の組み合わせが有利である。
【００３４】
前記それぞれのパルス系列は、２Ｎ−１個のチップの長さを有して生成することのみできる（ここでＮは整数を表す）。前記光格子領域では高速な応答時間が重要であることから、実際に、所望する任意の高レベルのＮを選択することは不可能である。実際に、Ｎは、５から最大で８までの範囲で特に有利であることがわかった。このことは、前記パルス系列が実際に擬似直交できることを意味する。
【００３５】
従って、光格子は、外部の光送信器に対して、つまり特に、同様の構造の異なる符号に対して、やはり比較的敏感である。このことは特に重大である。というのも、ＬＥＤの光エネルギーの変動が、製造工程に起因して自然変動幅を受けるからである。従って、干渉レベルが、実際の有用な送信器よりも最大で２倍強力に、前記受信器へと放射し得ると想定することができ、このことは、前記有用な符号が、前記干渉符号よりもこのような倍率だけ弱くなり得ることを意味する。これは、前記受信器が時々、干渉符号を有用な信号として認識するので、信頼性のある非作動化がもはや確実ではないという結果を有する。
【００３６】
これを防止し、又は、いわゆる他者受入率を最小にするために、本発明による前記光電センサの好適で実際的な実施形態は、前記光受信器の出力信号の少なくとも１つの倍数評価をそれぞれ行ってそれぞれの物体検出信号を生成するように、前記制御装置が作製されることを特徴としている。
【００３７】
従って、特に、前記有用な符号と同様の符号を使用する干渉送信器に関して、干渉感度が低減され、これによって、複数のシステムの、リスクのない並列処理が可能となる。
【００３８】
これに関連して、前記制御装置は、好ましくは、前記各光送信器に関連付けることのできる光信号が前記光受信器により受信されないことが、時間内に連続して少なくとも２度わかった場合のみにそれぞれの物体検出信号が生成されるように、作製される。
【００３９】
これに関連して、前記各光送信器に関連する各出力信号を識別するために、前記制御装置が、前記各光信号と前記各ランダム擬似雑音符号との間に前記自己相関関数を、時間内に連続して少なくとも２度形成するための手段を含むことが特に有利である。
【００４０】
時間内に連続して少なくとも倍数評価するための、前記各光送信器により送信される前記少なくとも２つの光信号は、好ましくは、時間内にオフセットであるので、前記ランダム擬似雑音符号とこのランダム擬似雑音符号が作用する前記各受信光信号との間に、異なる時間オフセットが生じる。
【００４１】
前記少なくとも２つの評価用に、特に、前記各ランダム擬似雑音符号用の異なるチップ周期を選択することができる。
【００４２】
前記受信側にて、前記光送信器により送信される各光信号に、所定の検出閾値を設けることも特に有利である。
【００４３】
前記ランダム擬似雑音符号系列の長さは、好ましくは、同時に作動される、重複しない送信光信号の数に応じて選択される。
【００４４】
本発明による前記光電センサの更なる好適な実施形態によれば、前記ランダム擬似雑音符号は少なくとも２つのチップ系列に分割されて、ＴＤＭＡとＣＤＭＡとを組み合わせたシステム（ＴＤＭＡ＝時分割多元接続方式、ＣＤＭＡ＝符号分割多元接続方式）が実現される。従って、特に、以下の戦略を使用して、前記干渉符号が有用な符号として認識されないことを確実にすることができる。
- 二重評価が実行される；
- 前記所望の信号が、相互の後に例えば２回現れない場合、赤色への切替のみが行われる；
- 前記符号に応じて、光線間の前記時間間隔が例えば数μ秒だけ変化する。これによって、前記相関評価における前記光線は、前記第２評価ではもはや同じ位置には現れない；
- 前記チップ周期が、前記符号に応じて少し変更される。これによって、前記相関評価における前記光線は、前記第２評価ではもはや同じ位置には現れない。このような解決法は、特に、ハードウェアにおいて単純なやり方で実施することができる；
- ＬＥＤの製造工程に起因して、光線間でエネルギーが２倍まで変動し得ることから、光線ごとに検出閾値を導入することができ、これによって、それぞれの信号の受入のために、より良い判定基準を得ることができる；  −前記符号系列が長くなるほど、前記符号は「より直交」となる。重複しない複数の光線が同時に作動する場合、応答時間が全体的に同じであることにより、より長い符号を選択することができ、これによって、信号対雑音比が高くなる；
- 前記符号は２つのチップ系列に分割され、これによって、ＴＤＭＡとＣＤＭＡとの組み合わせを実現することができる。一方で、これに関連して、前記応答時間も増加する。
【００４５】
主として、本発明によれば、前記二重評価により前記信号対雑音比が改良される。実行されたシミュレーションは、３０ｍｍの光学系を使用する場合、例えば、対応する二重評価により、１００ｍを超える範囲を達成できることを示した。
【００４６】
例えば、Ｎ＝６のとき、合計で２４１の有用なカサミ符号がある。例えば、前記要求された直交性に関して要求を満たす６つの符号を使用する場合、実際に、前記有用な信号より２倍大きな干渉信号を有する干渉は生じない。このことは前記予め知られている光電センサに関して、相当の改良を表す。
【００４７】
以下で、実施形態及び図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
図１は、光電センサ１０の例示的な実施形態を略部分図で示しており、この光電センサは、光信号を監視区域１４へと送信するための少なくとも１つの光送信器１２と、光送信器１２により送信される光信号８２を受信するための少なくとも１つの光受信器１６と、光送信器１２及び光受信器１６に関連する制御装置１８とを有する。
【００４９】
図１では、１つのみの光送信器１２、ならびに１つのみの光受信器１６と、相応に１つのみのチャネル３０を示す。一方で、光電センサ１２は、特に光格子配置で設けることができる複数の光送信器と光受信器とをも特に含むことができる。従って、光電センサ１０は、特に、複数のチャネルをも有することができる。これに関連して、以下で更に、より詳細に説明するように、特に、複数の光送信器１２の各々に、共通の光受信器１６を関連付けることもできる。
【００５０】
制御装置１８は、光信号２８を生成及び／又は左右して、監視区域１４内に物体が存在する場合、光受信器１６の出力信号に応じて、物体検出信号を生成するための手段を含む。
【００５１】
光送信器１２により監視区域へと送信される光信号２８は各々、スペクトラム拡散方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号２６により生成される。
【００５２】
図１を参照して認識することができるように、光送信器１２は特に、チャネルエンコーダ２０、変調器２２、及びランダム擬似雑音発生器２４を含むことができる。
【００５３】
これに関連して、光送信器１２に関連する出力信号２６がチャネルエンコーダ２０を介して生成され、この出力信号は、ランダム擬似雑音発生器２４が作用する変調器２２により、スペクトラム拡散方式によって、ランダム擬似雑音符号により形成される拡散符号を用いて変調される。その後、これに応じて変調された出力信号は、光信号２８として監視区域１４へと送信されるか、又は、監視区域１４内に物体が存在していることにより各光路が遮断されるのでなければ、それぞれの通路３０を介して光受信器１６により受信される。
【００５４】
光受信器１６は、復調器３２と、対応する拡散符号又はランダム擬似雑音符号により前記復調器に作用するランダム擬似雑音発生器３４とを含み、チャネルエンコーダ３６をも含む。これに関連して、光送信器１２に関連する出力信号２６を、光送信器１２に関連するランダム擬似雑音符号を用いて識別又は復元するために、ランダム擬似雑音発生器３４が復調器３２に作用する。
【００５５】
従って、光送信器１２のチャネルエンコーダ２０に入力信号３８を供給し、例えば、低帯域幅のアナログ出力信号３６を生成することができる。出力信号２６は、特に、ランダム擬似雑音符号の形態の数列又は二値数列を用いて変調される。出力信号２６のスペクトルは、このランダム擬似雑音符号を介して拡散し、これによって、帯域幅が相応に増加する。対応するランダム擬似雑音符号が使用されて、受信済み信号が復調され、これに光受信器１６の側にてスペクトラム拡散が設けられる。続いて、復調された信号はチャネル復号器３６に供給されて、データが復元されるか、又はデータが識別される。
【００５６】
ランダム擬似雑音符号は特に、いわゆる原始多項式を介して生成することができる。これに関連して、このランダム擬似雑音符号は、好ましくは、以下の系列のうちの少なくとも１つを含む。
- Ｍ系列；
- ゴールド系列；
- カサミ系列；
- アダマール−ウォルシュ系列；
- バーカー系列。
【００５７】
光送信器１２により監視区域１４へと送信される光信号２８は各々、特に、ＤＳＳＳ（直接系列スペクトラム拡散）方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号によって生成することができる。これに関連して、光送信器１２により監視区域１４へと送信される光信号２８は各々、特に、ランダム擬似雑音符号により混合又は乗算された少なくとも１つの光パルスによって生成することができる。出力信号として、それぞれの光パルスを設けることができる。
【００５８】
図２には、スペクトラム拡散に使用できるＤＳＳＳ方式の原理を示す。
【００５９】
従って、入来するそれぞれのデータストリームの各ビットは、拡散符号としてランダム擬似雑音符号を用いて生成された、監視区域１４へと送信される光信号２８内の、複数のビットで表すことができる。
【００６０】
時間領域内で観察すると、監視区域１４へと送信される光信号２８を形成するために、出力信号２６（図１も参照のこと）のビットが拡散する拡散速度は、出力信号２６のビット速度のＮ倍に等しいということが当てはまる。ここで、Ｎは、出力信号２６のそれぞれのビットが符号化されるランダム擬似雑音符号のビット数を示す。
【００６１】
図３は、図２に示す出力信号２６の周波数スペクトル、及び、ＤＳＳＳ方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された、図２に示す出力信号、つまり光信号２８の周波数スペクトルを示す。これに関連して、周波数範囲について、監視区域１４へと送信される光信号２８の帯域幅が、出力信号２６のデータ帯域幅のＮ倍に等しいことが当てはまる。
【００６２】
図４は、出力信号２６のエネルギースペクトル、ランダム擬似雑音符号４０のエネルギースペクトル、及び、ＤＳＳＳ方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力符号、つまり、監視区域１４へと送信される光信号２８のエネルギースペクトルを示す。
【００６３】
各光送信器１２に関連する出力信号を識別又は復元するために、制御装置１８（図１を参照のこと）は、受信光信号と各ランダム擬似雑音符号との間に自己相関関数を形成する手段を含むことができる。
【００６４】
既に言及したように、異なる光送信器１２に、異なるランダム擬似雑音符号を関連付けることができる。これに関連して、特に、いずれの場合も、少なくとも２つの光送信器１２の各々に、好ましくは少なくとも３つの光送信器の各々に、共通の光受信器１６を関連付けることができる。
【００６５】
異なるランダム擬似雑音符号が関連している異なる光送信器１２に、共通の光受信器１６が関連する場合、各光送信器１２に関連する出力信号２６を識別又は復元するために、共通の光受信器１６により受信される光信号、及び／又は、この光信号から形成される信号に、各光送信器１２に関連するランダム擬似雑音符号が作用する。  
【００６６】
図５には、この目的のために使用できるＣＤＭＡ（符号分割多元接続）方式の原理を示す。
【００６７】
この原理によれば、異なる光送信器１２Ａ、１２Ｂ〜１２Ｎは、それぞれのチャネル１４を用いて同時に光信号を送信することができる。これに関連して、異なる送信器１２Ａ〜１２Ｎには、異なるランダム擬似雑音符号が関連している。異なるエンコーダ又は変調器２２により、異なる直交拡散信号が相応に生成され、その後、この直交拡散信号は監視区域１４へと送信され、それぞれのチャネル３０を介して共通の光受信器１６へ移動し、この光受信器は、送信される信号全ての和を受信する。各光送信器１２Ａ 〜１２Ｎのデータ又は出力信号は、その後、それぞれの相関器又は復調器３２を介して復元又は識別することができ、この目的で、復調器３２には、説明したやり方で、各光送信器に関連するランダム擬似雑音符号が作用する。本事例において、相関器又は復調器３２には、光送信器１２Ａに関連するランダム擬似雑音符号が作用し、その出力信号が識別又は復元される。
【００６８】
従って、スペクトラム拡散をもたらすこのＣＤＭＡ方式と共に、多重化技術が使用される。
【００６９】
これに関連して、各出力信号の各ビットを、特定のパターンに応じてｋ個のいわゆるチャープ又はチップに分割し、これらのチャープ又はチップは、各光送信器１２用に予設定することができる。その関係は、
新規のチャネルのチップデータ速度  ＝  ｋ・Ｄ・チップ／秒
となり、ここで、
ｋ＝チップ数；
Ｄ＝データ信号又は出力信号の速度
である。
【００７０】
図６は、例えば、３つの各光送信器１２Ａ、１２Ｂに、共通の光受信器が関連している光電センサに関する、このようなＣＤＭＡ方式の例示的な使用を示す。
【００７１】
これに関連して、図６ａ）によれば、光送信器１２Ａ、１２Ｂ、及び１２Ｃに、異なるランダム擬似雑音符号が関連している。これらの光送信器は各々、例えば６つのビットを含む。
【００７２】
図６ｂ）では、光送信器１２Ａが、この光送信器１２Ａに関連するランダム擬似雑音符号により乗算されたデータビットを送信する場合の、送信される光信号、及び、受信側で復元された信号を示す。これに関連して、データビットは、ランダム擬似符号のビット、ここでは例えば６つのビットにより個々に乗算され、これによって、送信されるべき、６つのビットを含む光信号が変調される結果となる。
【００７３】
データビットが１に等しい場合、乗算の後に送信されるべき光信号のビットは各々、ランダム擬似符号に対応するビットの値を有する。受信側にて、復調用受信光信号は、同じランダム擬似符号により、ビットに関して乗算される。同様に復調された信号はやはり同じように本事例では各々が値１を有する６つのビットを有し、これにより、要するに値６が生じるので、送信されるデータビット１が識別される。
【００７４】
対照的に、データビットが０に等しい場合、ランダム擬似符号のビットの記号はそれぞれ変換されて、送信されるべき光信号が形成される。受信側にて、復調用受信光信号はここでも、同じランダム擬似符号により、ビットに関して乗算される。同様に復調された信号はやはり同じように本事例では各々が値−１を有する６つのビットを有し、これにより、要するに値−６が生じるので、送信されるデータビット０が識別される。
【００７５】
図６ｃ）は、関連するランダム擬似符号を用いて変調されたデータビット１により生成される光信号が、光送信器１２Ｂにより送信され、受信側にて、光送信器１２Ａ由来のデータ信号を復元する試みがなされる事例に関係している。従って、受信側にて、復調用受信光信号は、光送信器１２Ｂに関連するランダム擬似符号ではなく、光送信器１２Ａに関連するランダム擬似符号により、ビットに関して乗算される。結果として生じる信号はここでも、６つのビットを有するが、この６つのビットにより、やはり、要するに値０が生じる。このことは、ここでデータ信号が識別されないことを意味する。
【００７６】
図６ｄ）は、関連するランダム擬似符号を用いて変調されたデータビット１により生成される光信号が、光送信器１２Ｃにより送信され、受信側にて、光送信器１２Ａ由来のデータ信号を復元する試みがなされる事例に関係している。従って、受信側にて、復調用受信光信号は、光送信器１２Ｃに関連するランダム擬似符号ではなく、光送信器１２Ａに関連するランダム擬似符号により、ビットに関して乗算される。結果として生じる信号はここでも、６つのビットを有するが、この６つのビットにより、値０が生じる。このことは、ここでデータ信号が識別されなかったことを意味する。
【００７７】
図６ｅ）は、関連するランダム擬似符号を用いて変調されたデータビット１により生成される光信号がそれぞれ、光送信器１２Ｂと光送信器１２Ｃの両方により送信され、受信側にて、光送信器１２Ｂ由来のデータ信号を復元する試みがなされる事例に関係している。これに関連して、まず、組み合わされた信号が生じ、この信号の６つの数字は各々、２つの光送信器１２Ｂ及び１２Ｃの光信号のそれぞれのビットの合計に一致する値を有する。受信側にて、その際、組み合わされたこの信号の個々の数字の値は、光受信器１２Ｂに関連するランダム擬似符号により、ビットに関して乗算される。結果として生じる信号は要するに値８が生じる６つの数字を有する。
【００７８】
従って、光送信器１２Ａ及び１２Ｂに関連する２つのランダム擬似符号は直交する。光送信器１２Ａ及び１２Ｃに関連するランダム擬似符号も直交する。対照的に、光送信器１２Ｂ及び１２Ｃに関連するランダム擬似符号は直交しない。
【００７９】
制御装置１８（図１を参照のこと）は、各ランダム擬似雑音符号とランダム擬似雑音符号が作用する受信光信号との間に、自己相関関数の最大値が生じるような可変の時間オフセットを設定する手段を更に含むことができる。
【００８０】
図７は、光送信器を有する光受信器の例示的な同期化の最初の区間を略図で示す。
【００８１】
図７を参照して認識することができるように、入力信号４２がＡ／Ｄ変換器４４に供給され、Ａ／Ｄ変換器の後にはオフセット補正４６が続き、オフセット補正の出力信号は相関器４８に供給され、相関器は更に、参照テーブル５０から参照データを受信する。相関器４８は、最終的に相関スペクトルを送出する。これに関連して、充分な信号対雑音比を有するピーク５２が検出され、その目的で、対応する位置及び信号対雑音比検出器５４が設けられ、この検出器はそれぞれの時間オフセットｔｓを予設定し、Ａ／Ｄ変換器４４を制御して、入来するデータ系列の開始時刻を相応に決定するＰＩ制御器５６に作用する。
【００８２】
従って、本同期化において、充分な信号対雑音比を有する相関スペクトルのピークが検出される。ピーク５２は、ＰＩ制御器５６の開始と共に、相関スペクトルの中心に設定される。Ａ／Ｄ変換器４４によるサンプリングは、対応する信号検出用のサンプリング時間により予設定された異なる反復時間で行われる。このサンプリング時間は、それぞれの信号が検出されると、ＰＩ制御器５６により設定される。図７において認識できるこれらの異なる要素は、少なくとも一部を、制御装置１８（図１を参照のこと）に関連付けることができる。
【００８３】
図８は、光受信器の、光送信器との同期化の更なる区間を略図で示す。
【００８４】
これに関連して、相関スペクトルのピーク５２が時間内で安定すると同期化は終了する。その後、相関処理は、応答時間が最小となるように限定される。反復速度がオフセット時間に等しくなると相関スペクトルのピーク５２は安定する。もう１つの光線のタイムスタンプは、以下の関係によって導くことができる。
ｔｓ＝ｔｓ（Ｓｙｎｃ）／光線の数。
【００８５】
その後、全ての光線は同調される。続いて、光格子の安全操作が作動される。
【００８６】
別の点で言えば、図８では、ここでも、図７と同じ要素を少なくとも実質的に認識することができる。同じ参照符号は、相互に対応する要素に関連している。
【００８７】
図９は、ランダム参照擬似雑音符号の周波数スペクトル、及び、対応するランダム擬似雑音符号を用いて変調された入力信号の周波数スペクトル、ならびに、これらの２つの信号の比較から生じる相関スペクトルを示す。これに関連して、相関スペクトルにより、２つの信号の任意の一致を認識することは、やはりできない。
【００８８】
図１０は、図９に匹敵する図を示している。ただし、相互に比較すべき２つの信号は相互に対してオフセットになっているので、相関スペクトルにより、２つの信号の一致を認識することができる。
【００８９】
図１１は、ランダム参照擬似雑音符号の周波数スペクトル、及び、対応するランダム擬似雑音符号を用いて変調された非常に雑音の多い入力信号の周波数スペクトル、ならびに、これらの２つの信号の比較から生じる相関スペクトルを示す。これに関連して、相関スペクトルにより、２つの信号の任意の一致を認識することは、やはりできない。
【００９０】
図１２は、図１１に匹敵する図を示している。ただし、相互に比較すべき２つの信号は相互に対してオフセットになっているので、相関スペクトルにより、２つの信号の一致を認識することができる。
【００９１】
これに関連して、図１０の例と、図１２の例の両方の相関スペクトル内の値「１００」の範囲内にそれぞれのピークが生じ、このことにより、２つの信号の、対応する一致を認識することができる。
【００９２】
ランダム擬似符号は、特に、対応するスライドレジスタにより生成することができる。受信側での復号には、相応に適合したフィルタを使用することができる。
【００９３】
既に言及したように、光電センサ１０は特に、複数の光送信器１２と光受信器１６とを光格子配置で含むことができる。これに関連して、複数の光送信器１２の各々に共通の光受信器１６を関連付けることができ、これに応じて、光受信器１６の数を光送信器１２の数よりも少なくすることができる。光送信器１２と光受信器１６とは、監視区域１４の、互いに向かい合わせに設けられた側に配置することができる。別法として、光送信器１２と光受信器１６とが監視区域１４の片側に配置され、監視区域１４の、向かい合わせに設けられた側に逆行反射器が配置されるこのような実施形態も考えられる。これに関連して、この第２の変形は、オートコリメーション配置に対応している。
【００９４】
本発明による解決法により、多数の利点が達成される。従って、特に、極力単純な設計で極力大きい範囲の、理想的な信号対雑音比が確保される。光学系の有効受信面は、それぞれの光格子を相当低減することができる。受信済み信号も、信号レベルが小さくなって確実に受信される。
【００９５】
同じく既に言及したように、光電センサは、監視区域１４の有効照明のために、有利には、少なくとも１つの光送信器１２が関連している、特に安定性のある及び／又は信頼性のある少なくとも１つのカメラであって、監視区域１４へと送信される前記光送信器の光信号が各々、ここでも、スペクトラム拡散方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号により生成される、カメラを含むこともできる。
【００９６】
これに関連して、カメラに関連する光送信器１２、及び／又はカメラは、特に、有効照明が、カメラの高感度表面の採光と同期して行われるように、関連する制御装置１８により制御される。
【００９７】
カメラとして、特に、３Ｄ立体カメラを設けることができる。
【００９８】
照明される監視区域において、便宜上、カメラに関連する光送信器１２によって、構造化された高コントラストパターンを生成することができる。
【００９９】
同じく既に言及したように、制御装置１８は、特に、光受信器１６の出力信号の少なくとも１つの倍数評価をそれぞれ行ってそれぞれの物体検出信号を生成するように作製することもできる。これに関連して、制御装置は、特に、各光送信器に関連付けることのできる光信号が光受信器１２により受信されないことが、時間内に連続して少なくとも２度わかった場合のみにそれぞれの物体検出信号が生成されるように、作製される。
【０１００】
これに関連して、制御装置１８は、各光送信器１２に関連する各出力信号２６を識別するために、特に、各受信光信号と各ランダム擬似雑音符号との間に自己相関関数を、時間内に連続して少なくとも２度形成する手段を含むことができる。
【０１０１】
時間内に連続して少なくとも倍数評価するための、各光送信器１２により送信される少なくとも２つの光信号は、好ましくは、時間内にオフセットであるので、ランダム擬似雑音符号とこのランダム擬似雑音符号が作用する各受信光信号との間に、異なる時間オフセットが生じる。
【０１０２】
特に、少なくとも２つの評価用に、各ランダム擬似雑音符号用の異なるチップ周期を選択することもできる。
【０１０３】
受信側にて、光送信器１２により送信される各光信号に、所定の検出閾値を設けることができる。
【０１０４】
ランダム擬似雑音符号系列の長さは、同時に作動される、重複しない送信光信号の数に応じて選択することができる。
【０１０５】
ランダム擬似雑音符号は、少なくとも２つのチップ系列に分割して、ＴＤＭＡとＣＤＭＡとを組み合わせたシステムを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】光電センサの例示的な実施形態の略部分図であり、チャネルを１つのみ示す。
【図２】スペクトラム拡散に使用できるＤＳＳ方式を示す基本図。
【図３】図２に示す出力信号の周波数スペクトル、及び、ＤＳＳＳ方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された、図２に示す出力信号の周波数スペクトル。
【図４】出力信号のエネルギースペクトル、ランダム擬似雑音符号のエネルギースペクトル、及び、ＤＳＳＳ方式によりランダム擬似雑音符号を用いて変調された出力信号のエネルギースペクトル。
【図５】ＴＤＭＡ方式を示す基本図。
【図６】３つの各光送信器に例えば共通の光受信器が関連する光電センサに関する、ＴＤＭＡ方式の例示的な応用例。
【図７】光送信器を有する光受信器の例示的な同期化の最初の区間の略図。
【図８】光受信器の、光送信器との同期化の更なる区間の略図。
【図９】参照ランダム擬似雑音符号の周波数スペクトル、及び、対応するランダム擬似雑音符号を用いて変調された入力信号の周波数スペクトル、ならびに、これらの２つの信号の比較から生じる相関スペクトルであり、相関スペクトルにより、２つの信号の任意の一致をやはり認識することができない。
【図１０】図９に匹敵する図。相互に比較されるべき２つの信号が相互に対してオフセットであるので、相関スペクトルにより２つの信号の一致を認識することができる。
【図１１】参照ランダム擬似雑音符号の周波数スペクトル、及び、対応するランダム擬似雑音符号を用いて復調された非常に雑音の多い入力信号の周波数スペクトル、ならびに、これらの２つの信号の比較から生じる相関スペクトルであり、相関スペクトルにより、２つの信号の任意の一致をやはり認識することができない。
【図１２】図１１に匹敵する図。相互に比較されるべき２つの信号が相互に対してオフセットであるので、相関スペクトルにより２つの信号の一致を認識することができる。
【符号の説明】
【０１０７】
１０  光電センサ
１２  光送信器
１４  監視区域
１６  光受信器
１８  制御装置
２０  チャネルエンコーダ
２２  変調器
２４  ランダム擬似雑音発生器
２６  出力信号
２８  光信号
３０  チャネル
３２  復調器
３４  ランダム擬似雑音発生器
３６  チャネル復号器
３８  入力信号
４０  ランダム擬似雑音符号
４２  入力信号
４４  Ａ／Ｄ変換器
４６  オフセット補正
４８  相関器
５０  参照テーブル
５２  ピーク
５４  位置及び信号対雑音検出器
５６  ＰＩ制御器
【図１】
0005273846.tif 000002
【図２】
0005273846.tif 000003
【図３】
0005273846.tif 000004
【図４】
0005273846.tif 000005
【図５】
0005273846.tif 000006
【図６】
0005273846.tif 000007
【図７】
0005273846.tif 000008
【図８】
0005273846.tif 000009
【図９】
0005273846.tif 000010
【図１０】
0005273846.tif 000011
【図１１】
0005273846.tif 000012
【図１２】
0005273846.tif 000013