(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被監視領域へ連続する動作光パルスを送信する光送信器と、被監視領域に位置した対象物から反射された動作光パルスを受信する感光素子（１）を含む光受信器ユニットとからなる光電子センサ装置であって、
感光素子（１）に協働しかつ外部光を抑制する外部光抑制回路を含み、
前記外部光抑制回路は、感光素子（１）に接続されて前記外部光成分に対応する電流を供給する電流源（２）と、前記感光素子を介した前記動作光パルス成分に対応する電流を供給しかつ前記動作光パルス成分に対応する電荷を蓄積するメモリ素子と、を有し、
前記外部光抑制回路は、前記動作光パルスの休止期間中には前記電流源（２）の調整を実行しかつ前記動作光パルスの送信期間中には前記電流源（２）の調整を停止するか、または、前記動作光パルスの休止期間中と送信期間中とでは異なる調整状態とする機能を有することを特徴とする光電子センサ装置。
【請求項２】
前記光受信器ユニットは少なくとも２つの感光素子（１）を含み、個々の感光素子（１）に協働した前記外部光抑制回路を含むことを特徴とする請求項１記載の光電子センサ装置。
【請求項３】
複数の感光素子（１）は列又は行列として配列されることを特徴とする請求項２記載の光電子センサ装置。
【請求項４】
前記外部光抑制回路（２〜６）は少なくとも１つのフィルタ（５）を含み、該フィルタの能動化及び非能動化によって、電流源（２）において動作光パルスの休止期間中と送信期間中とでは異なる調整状態へ変化させられることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電子センサ装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つのフィルタはより短い時定数のフィルタ（５）とより長い時定数のフィルタ（４）であり、前記より短い時定数のフィルタ（５）は動作光パルスの送信間の休止中で能動化され、前記より長い時定数のフィルタ（４）も前記動作光パルスの送信間の休止中は能動化されていることを特徴とする請求項４記載の光電子センサ装置。
【請求項６】
前記メモリ素子はコンデンサ（８）として形成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項７】
前記メモリ素子（８）は、動作光パルスの受信中に感光素子（１）にスイッチ（７）によって接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に光電子センサ装置。
【請求項８】
前記メモリ素子（８）が複数設けられている場合、すべての前記メモリ素子（８）は、それらにそれぞれ協働した感光素子（１）に同時に接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項９】
前記メモリ素子（８）は、動作光パルスの送信間の休止中に起動できるリセット回路（９）に接続されることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項１０】
前記メモリ素子（８）は、スイッチ又はアドレス可能なスイッチ（１０、１０'）によって、サンプルホールド回路（１２）に又はコンパレータ回路に又はＡ／Ｄコンバータに接続されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項１１】
コンパレータ回路の閾値は、教え手続きの情況の中に、繰り返して、調整可能であることを特徴とする請求項１０記載の光電子センサ装置。
【請求項１２】
前記感光素子（１）が複数設けられている場合、前記光受信器ユニットのすべての前記感光素子（１）は単一チップ上に配列されたことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項１３】
前記外部光抑制回路に含まれるすべての回路要素（２〜１２）は、それらに協働する感光素子（１）として同じチップ上で配列されたことを特徴とする請求項１２記載の光電子センサ装置。
【請求項１４】
前記感光素子（１）が複数設けられている場合、前記光受信器ユニットの前記感光素子（１）は互いに等距離で間隔を置かれ、又は互いに隣接して配列されることを特徴とする請求項２〜１３のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項１５】
感光素子（１）の前にカラーフィルタ又は送信周波数の調整可能なカラーフィルタが設けられたことを特徴とする請求項２〜１４のいずれか１に記載の光電子センサ装置。
【請求項１６】
請求項２〜１５の１つに記載された光電子センサ装置の動作方法であって、被監視領域に位置した対象物（１８、２７）の移動、任意の傾斜した側面を含む垂直の輪郭、及び／またはコントラストが、前記光電子センサ装置を用いて検出されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
前記対象物（１８、２７）は、定義された光強度及び／または定義された波長範囲の光で照明されることを特徴とする請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
被監視領域を制限する反射器（２４）と光を受信する光受信器ユニット（２２）とを設け、前記反射器（２４）は送信光を前記光受信器ユニット（２２）へ反射することを特徴とする請求項１６又は１７記載の方法。
【請求項１９】
被監視領域を制限する前記反射器（２４）は前記センサ装置（１３、２１）に対して位置合わせされ、前記反射器（２４）は感光素子がすべての光の受信を合図するまで、対象物不在の被監視領域で、旋回され、かつ、または変移されることを特徴とする請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された前記光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、前記対象物（１８）の存在、位置、サイズ、高さ及び／または全体的な輪郭を測定する場合、光切断方法に従って動作されることを特徴とする使用方法。
【請求項２１】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、柔軟な対象物（２７）の懸垂線の偏差の調整する場合に使用されることを特徴とする使用方法。
【請求項２２】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、２つの対象物又はコンベヤ手段上で輸送されている２つの対象物の間の距離を測定する場合に使用されることを特徴とする使用方法。
【請求項２３】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、対象物又はコンベヤ手段上で輸送されている２つの対象物の幅、長さ又はサイズを測定する場合に使用されることを特徴とする使用方法。
【請求項２４】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、１つ以上の対象物の停止状態又は位置の監視のために使用されることを特徴とする使用方法。
【請求項２５】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、１つ以上の対象物の反射率、形、次元及び／または輪郭に関する対象物特徴の認識のために使用されることを特徴とする使用方法。
【請求項２６】
請求項２〜１５のいずれか１つに記載された光電子センサ装置の使用方法であって、前記光電子センサ装置は、１次元コードもしくは２次元コード又はバーコードもしくは手書きの記載の認識のために使用されることを特徴とする使用方法。
【請求項２７】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、前記対象物（１８）の存在、位置、サイズ、高さ及び／または全体的な輪郭を測定する場合、光切断方法に従って動作されることを特徴とする方法。
【請求項２８】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、柔軟な対象物（２７）の懸垂線の偏差の調整する場合に使用されることを特徴とする方法。
【請求項２９】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、２つの対象物又はコンベヤ手段上で輸送されている２つの対象物の間の距離を測定する場合に使用されることを特徴とする方法。
【請求項３０】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、対象物又はコンベヤ手段上で輸送されている２つの対象物の幅、長さ又はサイズを測定する場合に使用されることを特徴とする方法。
【請求項３１】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、１つ以上の対象物の停止状態又は位置の監視のために使用されることを特徴とする方法。
【請求項３２】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、１つ以上の対象物の反射率、形、次元及び／または輪郭に関する対象物特徴の認識のために使用されることを特徴とする方法。
【請求項３３】
請求項１６〜１９のいずれか１つに記載された方法であって、前記光電子センサ装置は、１次元コードもしくは２次元コード又はバーコードもしくは手書きの記載の認識のために使用されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被監視領域へ連続する動作光パルスを送信する光送信器と、被監視領域に位置した対象物から反射された動作光パルスを受信する光受信器ユニットとからなる光電子センサ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかるセンサ装置では、光受信器ユニットは、感光素子によって供給された信号の適切な評価の後に結果が被監視領域中の反射対象物の位置上で引かれるように、例えば複数の感光素子を含むことができる。これらのセンサ装置はＰＳＤ（位置感応検出器）又はＣＣＤとして従来技術として知られている。これらは例えば、ビデオカメラの中で使用され、共通の欠点は、安定光内の特に迷光だけに可能である不適当なフィルタリングである。ＰＳＤは、既に始まっている飽和の結果、迷光が制限されたフィルタリングを可能にする。ＣＣＤは迷光値の減法による安定光中の迷光の除去だけを可能にし、この減法は実際の光受信に起こり、また、すべての感光素子上にて平均化される。さらに、ＰＳＤの欠点はそれが常に特定時点で認識できる１つの単一対象物だけであるということである。
【０００３】
上記の記述された欠点の結果として、従来技術の公知センサの産業上使用は非常に制限され、例えば、迷光の有効で確実な抑制が相当な動的信号範囲を備えた産業応用で生じる産業使用では、必須である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、特に安定光における迷光の改善された抑制が可能であるような上記種類の光電子センサ装置を開発することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、光受信器ユニットは少なくとも２つの感光素子を含み、個々の感光素子に協働した迷光を抑制する回路を含むことにより、この目的は達成される。本発明によると、個々の感光素子は、それ自身で、個別で、迷光抑制回路を装備している。
【０００６】
本発明の原理は、迷光に対し特に確実であり有効な抑制を可能にする。例えば、動作光信号のダイナミックレンジが迷光のダイナミックレンジより著しく小さい場合、迷光の抑制は、さらに動作光信号のより確実な認識を可能にする。例えば、本発明によると、１０7の迷光ダイナミックレンジを備えた例えば１０3までの比較的低いダイナミックレンジを備えた動作光信号が信頼性高く認識可能である。迷光が動作光の振幅より数十倍高く存在する振幅を有する場合、これはさらに可能である。
【０００７】
更に、本発明の光電子センサ装置の有利な点は、迷光抑制の結果、抑制が列又は行列の各セル中で別々に起こることである。つまり、個々の感光素子に関して、異なって照明された背景表面は、動作光信号の評価の上に否定的効果を有さない。本発明によると、これらの対象物または背景要素が迷光によって照明されるのと独立して、受信動作光は被監視領域の背景要素の反射率に関する正確な情報を常に提供する。例えば、対象物が被監視領域中にあって本発明の光電子センサ装置から送信された光が一様な背景表面から反射されるならば、背景表面の特定領域が他の領域より迷光によってより強く照明される場合、背景表面はその均質の反射率を表わす一定受光信号を伝える。背景表面の不均質の照明は本発明によって中和される。
【０００８】
本発明による光電子センサ中の迷光抑制は、単に比較的短い動作光パルス特に高エネルギー光パルスが送信される際にさらに改善できる。この点で、例えば、動作光パルスの期間はナノ秒範囲に存在できる。
動作光信号のパルス幅は１ミリ秒から２０ミリ秒の間が好ましい。動作光のパルス幅の逆の値が最高に普及している妨害光周波数のおよそ２桁以上で存在する場合、それは有利である。なぜなら、その時以来、迷光又は妨害光の特に確実な抑制が可能であるからである。
【０００９】
本発明による迷光抑制の結果、従来技術で知られるセンサの対数送信行動の代わりに線形送信行動を提供することが可能である。つまり、受信動作光のための本発明の感光素子によって供給された電流は、被監視領域に位置した対象物及び要素の反射又は軽減の程度に比例した形を持つことができる。複数の感光素子が列（ライン状）配置又は行列（アレイ状）配置の中で互いに配置される場合、本発明によるセンサ装置の使用は特に有利である。本発明によると、特に行列配置おいて、監視された空間の対象物の存在を測定するだけでなく、その位置をも測定することが可能である。
【００１０】
本発明の好ましい実施例では、迷光を抑制する回路の各々は、それぞれの感光素子接続され調整されたエネルギー源、特に電流源を有する。このエネルギー源は、それによって感光素子を通して流れる電流を供給し、これは動作光パルス送信間の休止中に存在する迷光に対応する。本発明によると、エネルギー源によって供給された電流は、最後に検出した値に対応する値又は動作光信号送信の時間領域へ外挿された迷光の変動に、動作光信号の送信中、維持される。
【００１１】
動作光の受信中に感光素子によってさらに流れる補足電流は、受光動作光に結局対応するこの補足電流の測定可能な値で、他のエネルギー源特にコンデンサから取り出される。
動作信号測定の指定された原理を実現するために、エネルギー源の調整は、動作光パルスの送信間の休止中にスイッチを切り替えて入れることができ、動作光パルスの送信中にスイッチを切ることができる。
【００１２】
しかしながら、同様に、さらに、動作光パルスの送信間の休止中で、調整に関係して可変である動作光パルスの送信時に調整をなすこともできる。調整回路の少なくとも１つのフィルタの能動及び非能動を通した調整行動の変更を引き起こすことは特に可能である。この点で、短い時定数のフィルタは動作光パルスの送信間の休止において能動化され得、一方、より長い時定数のフィルタは動作光パルスの送信中に能動化され得る。
【００１３】
先の後者の方法によって、エネルギー源から供給された電流の外挿は、動作光の送信の間において、電流の変動に依存して動作光パルスの送信中に達成できる。その結果、さらに迷光補償を改善できる。迷光を抑制する回路の各々は、感光素子によって受光した動作光成分の蓄積用に蓄積素子を備えており、蓄積素子は特にコンデンサとして実行される。
【００１４】
動作光パルスの受信中、蓄積素子は感光素子へスイッチによって接続することができる。その結果、受信動作光の振幅は蓄積素子へ転送される。
蓄積素子のすべてがそれらとそれぞれ協働した感光素子に同時に接続され得る場合、それは有利である。その結果、被監視領域の対象物の迅速な動作をさらに正確に検知できる。蓄積素子の感光素子への同時接続は、迷光から解放された被監視領域の正確で瞬時記録を可能にする。
【００１５】
被監視領域の連続的な監視を可能にしかつ被監視領域の連続瞬時記録を短い時間間隔で利用可能にするために、迷光抑制のために設けられた回路の各々の蓄積素子は、動作光パルスの送信間の休止中に能動化することができるリセット回路に接続される。したがって、瞬時記録がなされた後、及び蓄積された値が評価回路に利用可能になった後、現在の蓄積素子はすべて中立値に再びリセットされる。その結果、蓄積素子は新しい動作光信号値の蓄積のための準備ができているようになる。
【００１６】
設けられた蓄積素子はスイッチ特にアドレス指定可能なスイッチによって、１つ以上のサンプルホールド回路へ、コンパレータ回路へ、又はＡ／Ｄコンバータへ接続できる。蓄積素子上に蓄積された値のサンプルホールド回路への転送があると、ある状況が有利なやり方で達成され、その中では被監視領域に関するセンサ装置で測定された情報が読み出され、さらに、時間に関して臨界的でない方法で評価される。特に、新しい値が再び既に蓄積素子に蓄積される間、サンプルホールド回路に蓄積された値をさらに処理することが可能である。
【００１７】
適切なコンパレータ回路又は蓄積素子の値が渡されるＡ／Ｄコンバータを備えることにより、蓄積素子に蓄積された値及び本発明例えば上記種類の瞬時記録によりセンサ装置で検知されたイメージの灰色値の振幅に関する見解を行なうことが可能である。灰色値の解像はそれぞれの必要条件に適応できる。例えば、データ整理の情況の中に、ある場合には、蓄積素子に蓄積され複数の異なる振幅を持った値を、各応用には著しく少数の灰色ステージに線形に縮小することが可能である。
【００１８】
コンパレータ回路を使用する場合、これが調整可能な閾値を有することが利点である。なぜなら、この方法では、閾値がそれぞれ普及している条件に適応できる状況を達成できるからであり、閾値が結局、受光光量のための測定ファクタとなり、この閾値を超えて光受信が現実に示される。特にこの場合、実際の測定の前に起こる教え手続きの情況において、それぞれ普及しているコントラスト条件にコンパレータの閾値を適応させることは可能である。
【００１９】
調整可能な閾値を規定すること及び教え手続きの挿入によって、Ａ／Ｄコンバータの使用は、最大データを２つの値（光受信イエス／光受信ノー）だけへ減少することに導く有利点を与えることができる。本発明によるセンサ装置の特に経済的な使用は、光受信器ユニットの感光素子はすべて単一チップ上で配列されるとき、可能である。この方法により、迷光を抑制する回路はすべてチップ上で同様に配列できる。その結果、単一チップ上に本発明のセンサ装置全体を統合できる。
【００２０】
光受信器ユニットの感光素子は互いに等距離間隔で離れて又は互いに直接隣接して、配列できる。したがって、幾何学的な条件は達成でき、大きい及び小さい双方の受信器サイズでＣＣＤアレイ配列の幾何学的条件に対応できる。つまり、大きい及び小さい受信器表面を備えた感光素子が実現できる。特に、感光性表面がほとんど１００％を満たす結果となるよう感光素子を互いに並んで非常に緊密に配置することが可能である。
【００２１】
提供される素子の感光性表面は、それぞれ与えられた必要条件に適応可能な形と共に、異なる幾何学的な形を持つことができる。最終的に、感光素子の前にそれぞれカラーフィルタ特に調整可能な送信周波数のカラーフィルタを、挿入することがさらに可能である。この方法では、さらに本発明のセンサ装置は多次元の色認識システムとして開発できる。
【００２２】
確実な色認識を可能にするために、例えば、異なるカラーフィルタ備えた互いに境界に接する３つの感光素子を常に提供できる。その結果、個々の場合３つの感光素子を有するユニットは、色画素の認識に常に適している。
また、すべての感光素子前にそれぞれ調整可能なカラーフィルタを置くことがさらに可能である、その結果、例えばカラーフィルタが異なってセットされたことによって、被監視領域の３つの瞬時記録が短い連続する時間間隔で記録でき、これら３つの瞬時記録が集められてカラーイメージが形成できる。
【００２３】
本発明は、さらに光受信器ユニットが単に１つの感光素子を含んでいる実施例をも有する。これにより、回路は、迷光の抑制のために素子と協働し、上記特徴に従って特に設計され、又は、図面の後述にて説明される要素は回路に相当する。上記種類の光電子センサ装置の動作用の有利な方法では、被監視領域に位置した対象物の位置、移動、可能な傾斜側面を含む高さ輪郭、及び／またはコントラストが、評価回路によって測定される。上記の指定された機能の１つ以上を実現することができる位置にある評価回路は、本発明のセンサ装置の使用の種々の可能性を達成にする。評価回路が複数の機能を実現できる場合、センサ装置のユーザは、この対象物のために必要なセンサ装置の新しいプログラミングなしで、機能の間で切り替えることができる利点がある。このスイッチオーバー機能は特に選択スイッチで実現できる。
【００２４】
本発明のセンサ装置により対象物の位置、移動、高さ輪郭又はコントラストを測定する場合、この方法では、確実な認識及び誤りなしの評価を保証できるので、それぞれの対象物が定義された光強度で能動的に特に照明されることが好ましい。これに関して、センサ装置が稼動中の光送信器なしで主に動作されることが指摘され、この場合、外部光及び環境光は被監視領域に位置した対象物から光受信器ユニットへ反射され、又は対象物それ自身が光源として形成される。しかしながら、この場合、外部光及び環境光は必要な時間同期を有すべきである。この可能な使用のために、光受信器ユニットは、さらに、個々の感光素子に接続した迷光を抑制する回路と共に、少なくとも２つの感光素子を有する。
【００２５】
稼動中の光送信器で動作された本発明によるセンサ装置に役に立つ可能な２つの場合は、識別される。第１の使用の場合では、被監視領域を制限する反射器は、センサの反対側の被監視領域の端部に設けられ、センサ装置の光送信器から送信された光を受信器へ反射する機能を有する。これは、適切な光が受信器に反射されることが保証されなければならない例えば大きな距離で検知可能である。
【００２６】
第２の使用の場合では、被監視領域を制限する反射器が、センサ装置の反対側の被監視領域の端部に提供されない。これは、例えば短距離で検知可能で、又は認識される対象物が適切な反射特性を有する場合に検知可能である。上記反射器を使用する場合、光受信器ユニットの感光素子がすべて光の受信を合図するまで、センサ装置の動作に先立って、対象物不在の被監視領域を備えた反射器を旋回させかつまたは変移させることが検知可能である。反射器のこの調整によって、感光素子すべてがセンサ装置の動作中の光の受信を合図にするとき、対象物は被監視領域中にないと仮定できる状況が、達成される。対象物が被監視領域へ導入されるとき、それは光送信器によって送信された反射器に達し光受信器ユニットへ反射されるべき放射の一部を妨害する。同様に、被監視領域へ導入された半透明又は透明な対象物は、放射の減衰を引き起こす。その後、光受信器ユニットの対応する感光素子は、光受信無し又は低い光受信のいずれかを合図し、それによって、被監視領域内の対象物の存在特にその位置に関した結果を引き出すことができる。
【００２７】
本発明の原理は、対象物の存在、位置、高さ又は輪郭の合計を測定するために、例えば光切断方法に従うセンサ中で使用できる。この点で、センサ装置の光送信器は例えば、１つの平面中で本質的にあるＶ字形の光ビームを送信するように動作され、それは被監視領域中にある対象物の表面で反射するラインいわゆる光交差を生み出す。更に、本発明の原理により、例えば、糸又はバンドのような柔軟な対象物の懸垂線の調整が実現可能であり、柔軟な対象物の下方に曲がった領域がセンサ装置の被監視領域へ導入されても検知可能である。
【００２８】
更に、本発明の原理は、対象物の端、対象物のライン、２つの対象物間の間隔もしくはギャップ、又は対象物の幅、長さもしくはサイズを検出するために使用できる。この配置では、対象物をそれらを輸送するコンベヤ手段に置くことができる。本発明の原理の使用により、評価の迅速な可能性への有利な方法を導き、認識の選択可能な調節と許容差範囲の可能性、特に教え方法によるコントラストの微妙な差分の検出の可能性、より小さな対象物、ライン又はギャップを認識する可能性を導く。
【００２９】
さらに、定常状態特に１つ以上の対象物の位置を監視するために本発明の原理を使用することが可能である。対象物の位置が前もって定義した許容差範囲の外部で存在する場合に警告信号で常に送信されるようにすることができる。
さらに、１つ以上の対象物又は対象物の特徴特にそれらの反射率、それらの形、それらの次元及び／またはそれらの輪郭に関して認識のために本発明の原理を使用することは可能である。
【００３０】
さらに本発明の原理に従って透明な材料が特に光で監視できる。例えば、透明な材料が懸垂線の調整の情況中で監視されている場合、下方へ懸下している材料のより低端部は光伝播の方向にある経路に帰着するので、送信され反射された両方の光は通過しなければならない。したがって、より大きな吸収又は反射率は、下方へ懸下している材料の残部に、又は下方へ懸下している材料の下に位置した領域中でよりも低い端の領域中に存在する。結果として、より少ない光は、残部でよりも端の領域で光受信器へ反射され、それによって本発明の原理によって下方へ曲がっている材料のより低い端を検知できる。
【００３１】
同様に、例えば、透明な瓶が検知できる。この場合、光が透明瓶壁を送信及び反射中の両方に本質的に放射状に通り抜けた場合、光は透明な材料中の比較的長い測定経路にわたって通過する。その結果、大きな吸収又は反射が瓶の残りの領域中又は瓶が存在しない領域中でよりも起こる事になる。したがって、瓶の外部の側又は「端部」は本発明により検知できる。
【００３２】
本発明の原理の使用は、特に光送信器が異なる波長又は色で作動できる場合、有利であり、その結果、例えば、端の認識のための、対象物の認識のための、又は他の検出プロセスのためのコントラストの認識のために理想的な波長はティーチイン方法の情況中で学習できる。
最終的に、さらに本発明の原理は、１または２次元コード、特にバーコード記載の認識のために、使用できる。
【００３３】
同じ方法で、本発明の原理の使用の無限に複数の一層の可能性は実現できる。
さらに、本発明の好適な実施例は従属する請求項中で述べられる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
本発明による図１で示されるタイプの複数のセルは列、又は行列として配置できる。
図１で示されるセルは、ホトダイオード１として形成された感光素子を有し、これは一方の端部でアースへ、他方の端部で電流源２へ接続される。ホトダイオード１及び電流源２に共通の電位点Ｐは調整装置３の入力に接続され、調整装置の出力は特に各々が低域フィルタとして形成され並列接続された２つのフィルタ４，５を介して電流源２の調整入力に接続され、その結果、調整装置３は、その第２の入力に印加される電位Ｖrefで電流源２とホトダイオード１との間の電位点Ｐを結局維持する。
【００３５】
第１フィルタ４は１ｋＨｚと等価な時定数を有し、調整装置３の出力及び電流源２の調整入力の間に直接接続される。第２フィルタ５は５０ｋＨｚと等価な時定数を有し、同様に調整装置３の出力及び電流源２の調整入力の間に接続される。しかしながら、制御スイッチは、調整装置３の出力とフィルタ５の入力との間に設けられている。
【００３６】
ホトダイオード１及び電流源２の共通の電位Ｐは、同様にコントロールすることができるスイッチ７によって、コンデンサ８の一方の極に接続され、その他方の極は電位Ｖrefである。
制御可能なリセットスイッチ９はコンデンサ８に並列に設けられている。
コンデンサ８に隣接したスイッチ７の極はさらなるスイッチ１０を介してアンプ１１の入力へ接続され、その出力はサンプルホールド回路１２の入力に供給される。
【００３７】
スイッチ６及び７は共通制御機構入力ＳＥによって作用され、つまり制御信号ＳＥにより２つのスイッチが同時に駆動でき、スイッチ６が閉じられる場合にスイッチ７が常に開き、かつその逆も可、すなわち、スイッチ７が閉じられる場合にスイッチ６が常に開く。
複数のスイッチ１０、１０'などは、アンプ１１の入力に接続され、それに各々は図１で示されるそれぞれのセルと協働している。したがって、スイッチ１０、１０'などを連続して交代で駆動する場合、コンデンサ８、８'などに蓄積された値は示したサンプルホールド回路１２に連続して交代で蓄積できる。アドレスとクロックのライン（Ａｄ  ＆  Ｃ１）はスイッチ１０、１０'の連続駆動のために交互に供給され、それによってスイッチ１０、１０'のそれぞれはアドレス指定され、駆動される。
【００３８】
信号（Ａｄ  ＆  Ｃ１）のクロック成分は、これを従って計測し、かつ、コンデンサ８、８'などに蓄積された値に適時の正確な読みを制御するために信号Ｃ１として、サンプルホールド回路１２のクロック入力に印加される。
最終的に、リセットラインＲが設けられ、これによって一方ではスイッチ９を駆動し閉じることができ、他方ではサンプルホールド回路１２がリセットできる。上述された回路の動作では、スイッチ６、７、９、１０及び１０'が、動作光パルスの送信間の休止中に示された位置に位置する。
【００３９】
上記の説明された回路の動作の方法は以下のとおりである。動作光の送信間の休止中において、要素２〜６からなる調整回路は能動状態であり、５０ｋＨｚの時定数のフィルタ５がここではファクタとなる。これは、調整回路が、環境光によってホトダイオード１で引き起こされる電位点Ｐで迅速な電位変化に追随することを意味する。動作光パルスの送信間の指定された休止中においては、説明した５０ｋＨｚの時定数の調整回路は、電位点Ｐが環境光の振幅及び周波数とは独立に電位Ｖrefに維持され、続いて保証される。コンデンサ８は、図示されたスイッチ位置で、電位Ｖrefまで充電され、つまり電荷はコンデンサ８に蓄積される。動作信号の受信が起こる場合、信号ＳＥは、スイッチ６が開かれ、スイッチ７が閉じられるように、２つのスイッチ６及び７に作用する。
【００４０】
スイッチ６の開放によって、フィルタ５は動作から外され、それは１ｋＨｚの時定数のフィルタ４だけが稼動中であることを示す。上記調整回路は、このように遅い信号変化にのみ追随して、よって、電位点Ｐにおいて、スイッチ６の開放前になされていた調整だけが、低周波の信号を妨害することになる。本発明の他の実施例では、フィルタ４なしで作動することが可能であり、それは動作信号の受信中に記述された調整回路の調整機能が完全に故障しても得られることを示す。この場合、動作信号の受信の時間領域中への環境光の外挿は、起こらない。また、動作信号の受信の前に普及していた環境光の値だけが、補償される。
【００４１】
スイッチ７の閉鎖は動作信号の受信の直前に起こるが、スイッチ７の閉鎖はホトダイオード１に流れかつ動作光に起因する補足電流を生みだし、補足電流はコンデンサ８又はこのコンデンサ８に蓄積された電荷から取り出される。動作信号の受信中に、一方では動力源２によって供給される電流はダイオード１を流れ、他方ではコンデンサ８によって供給される電流が同様に行われる。この点で、動力源２から供給される電流は環境光に相当し、また、コンデンサ８によって供給される電流は動作光に相当する。
【００４２】
動作信号の受信後に、スイッチ７は、信号ＳＥ経由で再び開かれ、また、スイッチ６が閉じられる。
スイッチ７の開放をとおして、電荷がそれ以上コンデンサ８から引かれないことが保証される。その結果、動作信号の受信中にコンデンサ８から結局引かれた電荷は、動作光成分に相当する。スイッチ７の閉時点とスイッチ７の開時点との間のコンデンサ８の電荷差は、このように受け取られる動作光のための単位である。
【００４３】
信号（Ａｄ  ＆  Ｃ１）を介してスイッチ１０をアドレス指定し励起することによって、コンデンサ８の前記電荷差はアンプ１１を介してサンプルホールド回路１２に供給される。そこでは、この差信号の蓄積が起こる。その後、サンプルホールド回路１２に蓄積された値は任意の所望方法でさらに処理できる。
サンプルホールド回路１２から蓄積された値を読み取った後に、サンプルホールド回路は信号Ｒによってリセットされ、スイッチ９の閉鎖が同時に起き、これによってコンデンサ８は電位Ｖｒｅｆに再び戻され、その結果、スイッチ９の続く開放の後に、コンデンサ８は動作信号の新しい受信の配列ができるように、準備される。サンプルホールド回路１２及びスイッチ９の閉鎖のリセットは、異なる時間に交互に起こる。
【００４４】
本発明によれば、図示されるセルの複数は使用され、これらのセルが信号ＳＥによって同時に起動される場合、それは好ましい。その結果、動作光の受信は、すべてのセル中で同時に起こる。それぞれのコンデンサ８、８'などに蓄積された異なる電荷の読み出しは、スイッチ１０、１０'などの対応するアドレシング及び起動によって時間方向で交代で起こり得る。
【００４５】
図２は、矩形ハウジングに収容された本発明による光電子センサ装置１３を示し、それはその長く狭い側の１つの上に光学送信システム１４を有し、さらに光学送信システム側に配列された光学受信システム１５を有する。光送信器は、光学送信システム１４背後のハウジング中に設けられる。同様に、行列で配列された複数の感光素子を備えた光受信器ユニットは、光学受信システム１５の後ろに配列される。
【００４６】
光送信器及び光学送信システム１４は、それらが平面１６においてＶ字形の光ビーム束を送信し、平面１７の方向にて被監視領域を通って伸び、センサ装置１３の反対の側で被監視領域を制限するように、形成される。平面１７は必ずしも被監視領域の端部に配列された静止している要素である必要がないが、例えば対象物がそれの上で被監視領域を通って輸送されるコンベヤ手段によって形成できる。
【００４７】
対象物１８は、例えば、コンベヤ手段として形成される平面１７に置かれ、互いの側に配列された異なるサイズの２つの平行六面体からなる。
光送信器によって送信された光ビームは、対象物１８に傾斜して当たるように図示した実施例のごとく向けられる。送信された光ビームの平面１６が光学受信システム１５の光学軸に対して０度以上の角度で伸びることが重要である。その結果、さらに送信された光ビームが対象物１８を垂直に当り、対応するやり方で受信器の光軸を傾斜して整列させることが可能である。
【００４８】
上記方法で対象物１８を照らす光ビームは、対象物１８上の光のライン１９を生み出す、いわゆる光交差である。
光学受信システム１５が考慮された時、光のこのライン１９は図２のより低い領域中で示される形２０を有する。図２の形２０から明らかなように、この形２０が結局対象物１８の垂直の輪郭に一致し、形２０の領域３８は対象物１８のより小さな平行六面体を特徴づけ、形２０の領域３９が対象物１８のより大きな平行六面体を特徴づける。
【００４９】
従って、対象物の垂直の輪郭は光切断方法によって単純な方法で本発明のセンサ装置で測定でき、妨害光に対する高い防衛手段が本発明の原理の結果保証されている。さらに図２の対象物１８は任意の所望の方法で異なって形作ることができる。例えば、それは本発明による認識されるべき特定の処理状態を有する単一の対象物でもよい。したがって、本発明の原理によると、例えば、対象物に研磨機で処理された溝が設けられているかどうか、又は研磨機で処理された溝が所望の次元を有しているかどうかを認識することが可能である。
【００５０】
複数の対象物の認識のための典型的な応用は、屋根瓦のように互いに重複して置かれた雑誌又は新聞の流れのスケール計数に存在する。この適用では、段差から段差までの違いだけが測定され、対象物を輸送するコンベヤーベルトの振動によって発生する検知された雑誌又は新聞の高さの変動は、比較測定によって補われる。比較測定の用語は重複流れの段差だけを意味するの場合と理解され、つまり互いに瓦状で存在する連続する２つの雑誌又は新聞の間の垂直の差分が測定される。
【００５１】
図３は本発明によるセンサ装置２１を示し、これは図２によるセンサ装置１３のように、平行六面体形状のハウジングに収容されている。センサ装置２１は光学オートコリメーションシステム２２を有し、それは送信された放射及び受信された放射両者のため応答ファクタである。センサ装置２１は、反射器２４の方向にＶ字形の光ビーム２３を送信し、それはセンサ装置２１に送信された光を反射する。
【００５２】
被監視領域は、一方側で反射器２４により、反対側でセンサ装置２１により制限される。特に矢印方向Ａに輸送された柔軟なベルト２７は、被監視領域中へ突出し、例えば図示しない移送ローラにより位置２５及び２６で支持される。この装置では、ベルト２７は、それが光ビーム２３の領域中へ突出するように、位置２５と２６の間に下へ垂れ下がっているので、センサ装置によって送信された光がすべて反射器の領域２８上に当たるのを防止する。下方へ懸下するベルト２７の結果、送信器装置２１から送信された光は、反射器の領域２９だけに当り、その結果、光はこの領域２９からのセンサ装置２１に単に反射され戻る。
【００５３】
反射器領域２８と２９サイズの比率は、被監視領域におけるベルト２７のループのサイズに依存して変化する。領域２９のサイズはセンサ装置２１から検出でき、ベルト２７の実際のループサイズの単位を結局表わす。したがって、妨害光に無感応なループサイズ調整は、本発明のセンサ装置を備えた単純なやり方で実現できる。この点について、無感応性は、図２の装置のように達成され、使用される光受信器ユニットは複数の感光素子を備えた行列又は列を含んでおり、光の抑制のための個別のそれぞれの回路は個々の感光素子に接続され協働する。
【００５４】
図３に関して上記のベルト２７又は反射器２４のＶ字形の照明は、テレセントリック系照明により有利な方法で代わりに取り替えることができ、それは本質的に単に並列の光ビームを含んでいる。例えば、凹面鏡又はレンズによって、Ｖ字形の照明ができるテレセントリック系照明への変形を達成できる。図４は本発明の光電子センサ装置１３を示し、それは、図２及び３のセンサ装置と同じように平行六面体形ハウジング中に収容される。
【００５５】
センサ装置３０は、反射器３２の方向に光ビーム３１を送信し、それは送信された光をセンサ装置３０へ反射して戻す。この点において、光束３１は、反射器３２の全表面が照明されるように形成される。その結果、反射器３２上の各反射点は、センサ装置３０中で対応する信号の生成を導くことができる。
【００５６】
反射器３２とセンサ装置３０との間において、対象物３３、反射器３２上で形成される影３４が配置される。影３４の領域では、反射器３２は、センサ装置３０へ光を反射しないので、センサ装置３０中で反射器３２の陰になった領域及び陰にならなかった領域間の区別できる。したがって、本発明のセンサ装置３０を使用すると、影３４の輪郭、及び対象物３３の輪郭は検出することができる。その結果、図４で示される装置は、任意の所望の対象物の認識に適している。
【００５７】
図４のセンサ装置が本発明により異なる灰色調子を識別するのに適している感光性のセルを装備していれば、例えば、図５ａによる対象物のイメージは異なる方法で評価できる。図５ａによる対象物は異なる輝度の３つの領域を有し、領域３５が最も明るく、領域３７が最も暗い。領域３６の輝度は、２つの領域３５及び３７の輝度レベル間に存在する。
【００５８】
本発明によるセンサ装置は、閾値の上もしくは下又は２つの閾値の間にある輝度を有する対象物または対象物の領域を単に認識するように、プログラムするか又は設定できる。これは、図５ｂーｄで示され、すべては本発明によるセンサ装置によって提供された図５ａの対象物のイメージを示し、センサ装置のそれぞれ異なる動作モードで設定されている。
【００５９】
図５ｂによるイメージは、例えば、対象物のそれらの輝度レベルがイメージ認識に結びつく閾値Ｓ1の下に存在するようにセンサ装置が設定される場合、供給される。図示した実施例では、対象物領域３６及び３７の輝度レベルは閾値Ｓ1の下に存在する一方、対象物領域３５の輝度はこの閾値の上に存在する。閾値Ｓ1に対する領域３５、３６及び３７の輝度レベルの比率は段差信号によって示され、図５ｂによると閾値Ｓ1の中で引かれたことによって示される。段信号の第１の段差は暗い対象物領域３７に相当する。また、第２の段差は中央の対象物領域３６に相当する。また、第３の段差は明るい対象物領域３５に相当する。
【００６０】
図５ｂは、指定された閾値だけをセットすることで対象物領域３６と３７が認識され、背景及び対象物領域３５から反射された光が対応する光信号の送信に結びつかないこと、を示す。
したがって、図５ｂのイメージは、対象物領域３６及び３７の輪郭を単に含んでいる。
【００６１】
図５ｃは、本発明のセンサの動作のタイプを示し、低い閾値Ｓ2は結局、最も暗い対象物領域３７だけが認識されるようにセットされる。
また、本発明のセンサの動作モードはさらに可能であり、その中で輝度が、２つの閾値Ｓ1とＳ2の間に存在するような対象物領域だけが、認識されるようにすることもできる。かかる動作モードにより得られた図５ａによる対象物のイメージは、図５ｄで示される。対象物領域３６だけが、２つの閾値Ｓ1とＳ2の間にある輝度を有する。その結果、この対象物領域３６だけが示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるセンサ配置のセルの原理の回路図であって、その少なくとも２が本発明によるセンサ配置に含まれていることを示す回路図。
【図２】  光交差の測定に使用される本発明のセンサ配置の原理を示す構成図。
【図３】  偏差の調整のために使用される本発明のセンサ配置の原理を示す構成図。
【図４】  対象物認識のために使用される本発明のセンサ配置の原理を示す構成図。
【図５】  図４による装置で認識される異なる輝度の領域を有する対象物の輪郭の平面図並びに認識されるコントラスト段差の異なる設定で、図５ａの対象物に関する本発明によるセンサによって供給された像を示す図。
【符号の説明】
１  ホトダイオード
２  電流源
３  調整装置
４，５  フィルタ
６，７，９，１０，３４  スイッチ
８  コンデンサ
１１  アンプ
１２  サンプルホールド回路
１３  センサ配置
１４  光学送信システム
１５  光学受信システム
１６  平面
１７，２４，３２  反射器
１８  対象物
１９  光線
２０  光線コース
２１  センサ配置
２２  オートコリメーション光学系
２３  光ビーム
２５，２６  位置
２７  ベルト
２８，２９  反射器領域
３０  センサ配置
３１  光束
３３  対象物
３５，３６，３７  対象物領域
Ｐ    電位点
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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