DE3514982A1

DE3514982A1 - Vorrichtung mit photosensoren zum erfassen von objekten in einem begrenzten erfassungsbereich

Info

Publication number: DE3514982A1
Application number: DE19853514982
Authority: DE
Inventors: Tsunehiko Takarazuka Hyogo Araki; Kazuhito Tsu Mie Kayanoki; Hiroshi Shijonawate Osaka Matsuda; Akira Hirakata Osaka Nagaoka
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1984-04-25
Filing date: 1985-04-25
Publication date: 1985-10-31
Also published as: GB2158232A; IT8547985A1; IT1182032B; DE3514982C2; US4656462A; IT8547985A0; CA1221435A; GB8509182D0; FR2563646A1; GB2158232B; FR2563646B1

Description

PRINZ, LEISER.'BÜNKEi&.PÄ-fiT-NER

Patentanwälte European Patent Attorneys 3 514

München η Stuttgart

23. April 1985

MATSUSHITA ELECTRIC WORKS, LTD. ch/mh 1048, Oaza-Kadoma, Kadoma-shi

Osaka 571 /Japan

Unser Zeichen: M 1622

Vorrichtung mit Photosensoren zum Erfassen von Objekten in einem begrenzten Erfassungsbereich

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Photosensoren zum Erfassen von Objekten, deren Erfassungsbereich begrenzt werden kann.

Diese Vorrichtung zum Erfassen von Objekten ist so angeordnet, daß Lichtstrahler sichtbares oder infrarotes Licht aussenden. Wenn sich ein Objekt im Lichtstrahl befindet, wird der vom Objekt reflektierte Strahl von Lichtempfängern erfaßt. Daraufhin wird ein Alarmsignal abgegeben. Die Vorrichtung ist besonders gut geeignet beispielsweise als Einbruchsmelder.

Eine bekannte Raumschutzanlage mit Photosensoren wurde beispielsweise in der US-PS 3 727 207 (Danilo V. Missio) vorgeschlagen. Sie umfaßt Mittel zum Aussenden eines

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Laserstrahls zu einem Reflektor, der am Ende des gewünschten Erfassungsbereichs des Lichtstrahls angeordnet ist, Mittel zum Empfang des vom Reflektor zurückgeworfenen Lichtstrahls, Mittel zum Umwandeln des empfangenen Lichts in ein elektrisches Signal und zum Verstärken dieses Signals sowie Mittel zum Erfassen der Amplitude des verstärkten Signals und zum Feststellen des Unterschieds zwischen dem Aussendezeitpunkt und dem Empfangszeitpunkt des Laserstrahls aufgrund der erfaßten Spannungsamplitude. Das Vorhandensein eines Eindringlings im Laserstrahl wird in Form der vom Eindringling verursachten Reflexionszeit erfaßt auf der Grundlage einer auf den festen Reflektor bezogenen Bezugsreflexionszeit. Dabei wird ein Alarmsignal abgegeben. Obwohl die Absicht dieser bekannten Erfassungsvorrichtung ist, einen menschlichen Eindringling zu erfassen, liegt ihre Schwierigkeit darin, daß Erfassungsfehler und Fehlalarme auch durch andere Objekte, deren Meldung nicht beabsichtigt war, ausgelöst werden können. Derartige andere Objekte sind beispielsweise ein kleines Tier wie ein Hund oder ein Vogel. Der Alarm wird so lange gegeben, wie sich dieses Objekt in dem Erfassungsbereich befindet, der durch den Lichtstrahl von der Erfassungsvorrichtung zum festen Reflektor definiert ist. Bei dieser Art von Objekterfassungsvorrichtungen pflegt eine derartige Funktionsstörung häufig vorzukommen. Sie mindert die Zuverlässigkeit der Alarmgebung. Die Vorrichtungen fanden deshalb keine weite Verbreitung als Einbruchsmelder.

In der DE-OS 20 14 681.0 (W.E. Nocke) ist eine Abstandsmeßvorrichtung beschrieben, die Mittel zum Aussenden eines modulierten Lichtstrahls, Mittel zum direkten Empfang des Lichts von einem zu erfassenden Objekt reflektierten Lichtstrahls, Mittel zum Erfassen eines durch das Objekt

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empfangenen Lichtstrahls, Mittel zum Aufnehmen eines Ausgangssignals des Empfängers für den direkten Lichtstrahl zum Bilden einer Bezugsphase, Mittel zum Aufnehmen eines Ausgangssignals des Empfängers des reflektierten Strahls zum Bilden einer Anzeigephase sowie Mittel zum Bestimmen der Differenz zwischen der Bezugsphase und der Anzeigephase umfaßt. Mit einer solchen Anordnung kann die Entfernung zwischen der Vorrichtung und dem Objekt nach Maßgabe der Größe der Phasendifferenz ermittelt werden. Wenn das Ermittlungsergebnis zum Erfassen eines eindringenden Objekts benützt und die Aufstellung der Abstandsmeßvorrichtung wohlüberlegt ist, dann ist es möglich, einen Bereich zwischen der Bodenfläche und der Einbauposition aus dem Erfassungsbereich auszulassen. Dadurch kann ein Fehlalarm, der durch ein Kind oder ein kleines Tier, beispielsweise einen Hund, ausgelöst würde, vermieden werden.

Auch in diesem Fall jedoch bleibt immer noch das Problem ₍ daß das Eindringen eines kleinen Flugobjekts wie beispielsweise eines Vogels in den Lichtstrahl einen Fehlalarm der Vorrichtung auslöst. Andererseits kann ein Objekt, das den Lichtstrahl, von dem die bekannte Vorrichtung nur einen einzigen hat, nicht schneidet, überhaupt nicht erfaßt werden. Eine beispielsweise durch einen kleinen fliegenden Vogel verursachte Funktionsstörung kann dadurch vermieden werden, daß die Lichtausstrahlzeit verhältnismäßig lang eingestellt wird, also jedenfalls länger als die Zeit, die ein kleines Objekt zum Hindurchgehen braucht. Auch die Empfangszeit und die Erfassungszeit sind dann zu verlängern. Wie man andererseits leicht versteht, gibt es trotzdem noch weitere Probleme. Der Leistungsverbrauch für den Lichtsender steigt an, und beispielsweise der Verbrauch an billigen

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Leuchtdioden als Lichtsender führt zu einer kurzen Lebensdauer der Erfassungsvorrichtung, weil die Dioden in einer kurzen Zeit altern.

In der JP-OS 12 0875/82 (S. Tutumi) ist ein Anzeigeverfahren beschrieben. Ein Lichtstrahler umfaßt eine Vielzahl von verhältnismäßig billigen Leuchtdioden und strahlt gleichzeitig eine Vielzahl von Lichtstrahlen aus. Ein Lichtempfänger, der ebenso eine Vielzahl von Photodioden umfaßt, empfängt zur gleichen Zeit die reflektierten Lichtstrahlen mit denjenigen Photodioden, die den Leuchtdioden der reflektierten Strahlen zugeordnet sind. Dadurch wird ein Erfassungsbereich erzielt, der den ausgesandten Lichtstrahlen entspricht. Bei diesem Verfahren kann der Erfassungsbereich von einer bestimmten Ausdehnung sein, es ist jedoch nach wie vor unmöglich, den tatsächlichen Erfassungsbereich innerhalb des Raums auf ein eindeutiges Ausmaß zu begrenzen. Dazuhin wird das Licht während des Betriebs dauernd ausgestrahlt, so daß der Leistungsverbrauch hoch ist und die billigen Leuchtdioden schnell altern.

Technisches Gebiet der Erfindung

Eine erste Aufgabe der Erfindung ist daher das Schaffen einer Vorrichtung zum Erfassen von Objekten, bei der der Erfassungsbereich in einem gewünschten Ausmaß begrenzt werden kann. Jeder Fehlalarm beispielsweise durch ein kleines fliegendes Tier soll ausgeschaltet werden. Zum Minimieren des erforderlichen Leistungsverbrauchs sollen billige Leuchtdioden als Lichtstrahler verwendet werden. Schließlich soll eine hohe Zuverlässigkeit und ein ausgezeichneter Wirkungsgrad erzielt werden.

Gemäß der Erfindung kann die Aufgabe gelöst werden durch eine Vorrichtung zum Erfassen von Objekten, die die folgenden Merkmale aufweist.Es ist eine Vielzahl von Leuchtdioden vorgesehen, die jeweils unabhängig voneinander pulsmodulierte Lichtstöße aussenden. Weiter sind erste Mittel zum direkten Empfang von Lichtstrahlen, die nicht aus dem Erfassungsbereich reflektiert wurden, und zweite Mittel zum Empfang eines zweiten Teils von ausgesandten Lichtstrahlen, die von einem reflektierenden Objekt im Erfassungsbereich reflektiert wurden, vorgesehen. Die Vorrichtung umfaßt Mittel zum Aufnehmen eines AusgangsSignaIs der ersten Lichtempfangsmittel, zum Erzeugen einer Bezugsphase für die ausgesandten Lichtstrahlen, Mittel zum Aufnehmen eines Ausgangssignals der zweiten Lichtempfangsmittel zum Erzeugen einer Anaeigephase für die empfangenen Lichtstrahlen, und Mittel zum Bilden eines Differenzsignals zwischen der Bezugs- und der Anzeigephase, Durch die Phasendifferenzstufe wird ein Alarmgeber angesteuert. Abtastmittel regen die Vielzahl der Lichtstrahler nacheinander an. Vorgesehen sind weiter Mittel zum dauernden Einschalten nur eines solchen Teils von Lichtstrahlen, die dem reflektierten und empfangenen Teil der Strahlen entsprechen. Schließlich sind Mittel vorgesehen, die Durchschaltung des Ausgangssignals der Phasendifferenzstufe zum Alarmgeber zu sperren, wenn die Phasendifferenz nicht innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

Weitere Vorteile und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung werden in der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Zeichnung

Figur 1 zeigt in einer Frontansicht schematisch die Be-

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Ziehung zwischen der Aussendung von Lichtstrahlen und dem Empfang der reflektierten Lichtstrahlen durch Lichtstrahler und zweite Lichtempfänger in einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Figur 2 zeigt in einer Seitenansicht ebenfalls schematisch die Beziehung zwischen der Lichtausstrahlung und dem Lichtempfang durch erste Lichtempfangsmittel im Ausführungsbeispiel nach Figur 1.

Figur 3 zeigt im einzelnen bis zu einem gewissen Grad das Beispiel einer Anordnung von Lichtsende- und -empfangsmitteln nach Figur 1 einschließlich Lichtsendeelementen und einem Lichtempfangselement.

Figur 4 zeigt in einer Frontansicht einen begrenzten Erfassungsbereich, der durch die Lichtstrahler der Figur 1 gebildet ist.

Figur 5 zeigt eine Seitenansicht des Erfassungsbereichs von Figur 4.

Figur 6 ist ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels von Verarbeitungsmitteln für ausgesandte und empfangene Lichtsignale in der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 7 ist ein Stromlaufplan der Verarbeitungsmittel von Figur 6.

Figur 8 zeigt Signalkurvenformen eines Teils der Schaltung von Figur 6 oder 7.

Figur 9 ist ein Stromlaufplan in einem Ausführungsbeispiel der Abtastmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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Die Figuren 10 und 11 zeigen Kurvenformen von Ausgangssignalen der Abtastmittel von Figur 9.

Figur 12 zeigt in einer Seitenansicht schematisch, ähnlich wie in Figur 2, eine Beziehung zwischen den Lichtsende- und -empfangsmitteln in einem anderen Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Figur 13 ist ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels und zeigt die in Figur 12 benützten Verarbeitungsmittel für die ausgesandten und empfangenen Lichtsignale.

Figur 14 zeigt Kurvenformen von Ausgangssignalen, die an verschiedenen Punkten der Schaltung von Figur 13 vorkommen.

Figur 15 schließlich ist ein Stromlaufplan eines anderen Ausführungsbeispiels und zeigt einen Verstärker der Schaltung von Figur 6 oder 7.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkt ist, vielmehr alle Änderungen, Weiterbildungen und gleichwertigen Anordnungen umfaßt, die angesichts der beigefügten Ansprüche möglich sind.

Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen

In den Figuren 1 und 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Objekten gezeigt, die in Richtung zur Bodenoberfläche GF senkrecht eingebaut ist. Diese

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Vorrichtung umfaßt Lichtstrahler 11 mit einer Lichtstrahleranordnung 12, die eine Vielzahl von Leuchtdioden 12^ bis

12 umfaßt. Die Leuchtdioden sind im wesentlichen in einer η

Reihe angeordnet, wie es beispielsweise in Figur 3 gezeigt ist, und senden Lichtstöße von pulsmodulierten Lichtstrahlen in verschiedenen Richtungen, aber in einer einzigen Ebene aus. Im Strahlengang der Anordnung 12 sind eine Sammellinse 13 und ein halbdurchlässiger Spiegel 14 angeordnet. Der Spiegel 14 ist um einen geeigneten Winkel geneigt. Lichtstrahlen LB, ausgesandt von den Dioden der Anordnung 12, gehen durch die Linse 13 und gelangen zum Spiegel 14. Dort wird ein Teil der Lichtstrahlen LB vom Spiegel 14 reflektiert und auf erste Lichtempfänger 15 gelenkt. Die übrigen Strahlen gehen durch, den Spiegel 14 hindurch und werden entweder durch einen festen reflektierenden Körper wie die Bodenoberfläche GF oder durch ein zu erfassendes Objekt SO wie einen Eindringling reflektiert. Dabei werden die reflektierten Strahlen zu zweiten Lichtempfängern 16 gelenkt.

Im vorliegenden Fall wird das Licht in gegenseitig versetzten Richtungen in derselben Ebene durch die Linse 13 von den Leuchtdioden 12- bis 12 der Diodenanordnung ausgestrahlt. Dadurch wird eine sektorförmige Ebene von gebündelten Lichtstrahlen in jedem gewünschten Winkel gebildet. Es ist daher, wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt, möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Erfassen von Objekten auf einem Gebäude BD oberhalb seines Fensters WD so einzubauen, daß sich eine Zone von Lichtstrahlen mit einer gewünschten Reichweite parallel zum Gebäude erstreckt und den gesamten Bereich des Fensters WD überstreicht.

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Der erste Lichtempfänger 15 enthält eine Sammellinse 17, eine Photodiode 18 und einen Spiegel 19. Der Teil der Lichtstrahlen LB, der vom halbdurchlässigen Spiegel 14 reflektiert wurde, wird weiter abgelenkt und durch die Sammellinse 17 zur Photodiode 18 gelenkt. Der zweite Lichtempfänger 16 enthält eine Sammellinse 20 und eine Photodiode 21 zum Empfang jedes von der Bodenoberfläche GF her einfallenden Lichtstrahls. Dementsprechend kann die Photodiode 18 im ersten Lichtempfänger 15 die reflektierten Lichtstrahlen LB im wesentlichen direkt empfangen, und zwar ohne irgendeinen Reflexionsanteil von der Bodenoberfläche GF oder dem zu erfassenden Objekt SO. Die Photodiode 21 im zweiten Lichtempfänger 16 dagegen empfängt die von der Bodenoberfläche GF oder dem Objekt SO reflektierten Lichtstrahlen. Beim Empfang von solchen Lichtstrahlen erzeugen die Photodioden 18 und 21 elektrische Signale, die den - in Figur 6 gezeigten - Verarbeitungsmitteln für ausgestrahltes und empfangenes Licht zugeführt werden und den Phasenunterschied zwischen den beiden Signalen ermitteln. Dies wird im folgenden gezeigt.

In Figur 6 - und auch in Figur 7, die Einzelheiten der Schaltung von Figur 6 zeigt - sind die Verarbeitungsmittel für ausgestrahltes und empfangenes Licht gezeigt. Eingangssignale für den ersten und den zweiten Lichtempfänger 15 und 16 stammen von der Lichtausstrahlung durch die Lichtstrahler 11. Die Verarbeitungsmittel umfassen eine Reihe von Bausteinen. Verstärker 22 und 23 sind jeweils an die Photodioden 18 und 21 angeschlossen und dienen zum Verstärken der Ströme, die von den Photodioden 18 und 21 erzeugt werden, mit im wesentlichen dem gleichen Verstärkungsfaktor. Mischer 24 und 25 sind jeweils an die Verstärker 22 und 23 sowie an einen gemeinsamen Überlagerungsoszillator 26 angeschlossen; die verstärkten Ausgangssignale der Verstärker sollen optimal frequenz-

transformiert werden mit Hilfe von Eingangssignalen, die vom überlagerungsoszillator 26 kommen. Filter 27 und 28 sind jeweils an die Mischer 24 und 25 angeschlossen und dienen zum Ausfiltern der frequenztransformierten Signale. Kurvenformkreise 29 und 30 schließlich erhalten die ausgefilterten Signale zugeführt. Der Kurvenformkreis 29 erzeugt eine Rechteck-Schwingung RP, die charakteristisch für eine Bezugsphase ist, wie sie in Figur 8a gezeigt ist. Die Rechteck-Schwingung RP basiert auf dem Ausgangssignal der Photodiode 18 und ergibt sich aus den Lichtstrahlen, die ohne eine Reflexion beispielsweise des zu erfassenden Objekts direkt empfangen wurde. Der andere Kurvenformkreis 30 erzeugt eine Rechteck-Schwingung DP, die charakteristisch für eine Anzeigephase wie in Figur 8b ist und auf dem Ausgangssignal der Photodiode 21 basiert, das sich aus den beispielsweise von einem Objekt reflektierten Lichtstrahlen ergibt.

Das Bezugsphasensignal RP aus dem Kurvenformkreis 29 und das Anzeigephasensignal DP aus dem anderen Kurvenformkreis 30 werden dann einem Tor 31 zugeführt, in dem ein Phasendifferenzsignal PDP - wie in Figur 8c gezeigt erzeugt wird. Seine Impulsbreite reicht vom, Beginn des Bezugsphasensignals RP bis zum Beginn des Anzeigephasensignals DP.Dem Tor 31 werden aus einem Taktgeber 32 Taktimpulse zugeführt, daraus ergibt sich dann ein Phasendifferenz-Taktsignal PDCK, wie es in Figur 8d gezeigt ist, dieses Signal steht am Ausgang des Tors während der Dauer des Phasendifferenzimpulses PDP von Figur 8c zur Verfügung. Die Anzahl der Impulse des Taktsignals PDCK aus dem Tor 31 zeigt die Phasendifferenz zwischen dem Bezugsphasensignal und dem Erfassungsphasensignal an. Es wird einem Zähler 33 zugeführt, der die

Anzahl der Impulse zählt. Ein Ausgangssignal des Zählers 33 wird einem Komparator 34 zugeführt. Der Komparator 34 erhält außerdem ein Ausgangssignal einer Einstellschaltung 35 für die Erfassungsentfernung. Der Komparator vergleicht diese beiden Eingangssignale.

Wenn beispielsweise das Zählerausgangssignal das ja der Phasendifferenz entspricht, kleiner als das Ausgangssignal der Erfassungsentfernungs-Einstellschaltung 35 ist, zeigt dies an, daß sich der Gegenstand SO im Erfassungsbereich befindet. Der Komparator 34 erzeugt auf diese Weise ein Ausgangssignal, das einen Alarmgeber wie zum Beispiel eine Sirene in einer nachfolgenden Stufe ansteuert. Mit Hilfe der Entfernungseinstellschaltung 35 wird für jeden der ausgesandten Lichtstrahlen entsprechend dem Abstand zwischen dem Einbauplatz der Objekterfassungsvorrichtung 10 und einer Kante des Fensters WD somit ein Erfassungsbereich mit begrenzter Reichweite vorgesehen. Nur wenn ein zu erfassendes Objekt in diesen begrenzten Bereich eindringt, wird Alarm ausgelöst. Der Komparator 34 und die Entfernungseinstellschaltung 35 können entweder in getrennten Schaltungen oder besser in integrierter Form in einem Rechner CPU wie in Figur 7 untergebracht werden.

Das Tor 31 ist mit einer Auswahlschaltung 36 verbunden, die - wie im einzelnen in Figur 9 gezeigt - Schaltelemente 36- bis 36 , beispielsweise Transistoren, umfaßt. Die Zahl der Schaltelemente 36 entspricht der Zahl der Leuchtdioden 12. bis 12 der Lichtsendeanordnung 12. Die Schaltelemente 36- bis 36 werden in günstigen Zeitintervallen nacheinander eingeschaltet, nach Maßgabe ihrer Betätigung wird das Tor 31 geöffnet. Die Leuchtdiode 12^j bis 12 , die jeweils an eines der Schaltelemente 36.. bis 36 angeschlossen sind, werden dabei - wie in Figur

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gezeigt - nacheinander eingeschaltet. Gemäß der Erfindung wird also von der Lichtsendeanordnung 12 eine Vielzahl von Lichtstrahlen nacheinander ausgesandt. Sie bilden in einer einzigen Ebene mit dem jeweiligen Nachbarstrahl einen Winkel, sobald sie durch die Sammellinse 13 und den halbdurchlässigen Spiegel 14 gegangen sind. Die nacheinander ausgesandten Lichtstrahlen bilden als Ganzes also einen ebenen Erfassungsbereich mit einer bestimmten Ausdehnung. Der Phasenunterschied für jede der Leuchtdioden 12.. bis 12 läßt sich berechnen, und der Erfassungsbereich für jeden Lichtstrahl ist durch die Einstellwerte der Entfernungseinstellschaltung 35 wie zuvor eingeschränkt. Dadurch kann der Erfassungsbereich auf eine Reichweite eingeschränkt werden, die gerade - wie in den Figuren 4 und 5 gezeigt - das Fenster WD überstreicht. Wenn die Lichtsendeanordnung 12 im Abtastbetrieb gefahren wird, werden die Leuchtdioden 12- bis 12 jeweils getrennt voneinander für eine nur kurze Zeit eingeschaltet. Dadurch kann der erforderliche Leistungsverbrauch zum Betreiben dieser Dioden spürbar gesenkt und die Lebensdauer der Dioden spürbar erhöht werden. Der Erfassungsvorgang kann in einer sehr kurzen Zeit unter Verwendung von billigen Dioden wirksam durchgeführt werden.

Wenn mit der oben geschilderten Anordnung und während des Betriebs einer der Leuchtdioden das Eindringen eines Objekts in den Erfassungsbereich festgestellt wird, dann kann diese einzelne Diode für sich allein für dauernd eingeschaltet werden. Im einzelnen ist die Anordnung wie im folgenden beschrieben gebaut. Wenn beispielsweise lediglich die Leuchtdiode 12₂ von den Dioden 12^ bis 12 die Anwesenheit eines Objekts in einem einzigen Abtastzyklus aller Dioden erfaßt hat, dann übersteigt das Eingangssignal des Komparators 34 eine Bezugsspannung CRV,

die im Komparator wie in Figur 11b gezeigt festgelegt ist. Daraufhin wird ein Signal, das die Diode 12₂ als einzige in den Dauerbetrieb fährt, an die Auswahlschaltung 36 gegeben, die für die Abtast-Ausgangsspannungen für die Lichtsendeanordnung 12 verantwortlich ist. Dabei stoppt die Auswahlschaltung den Abtastzyklus für alle Leuchtdioden 12.. bis 12 , hält aber die Diode 12„ als einzige - wie in Figur 11a gezeigt - in Betrieb. In diesem Fall erhält der an den Komparator angeschlossene Alarmgeber - wie in Figur 11c gezeigt - aus dem Komparator ein Dauersignal. Aufgrund dieses Dauersignals wird der Alarmgeber in Wirkungsverbindung mit einer langsam aufsummierenden Integrierstufe gebracht. Wenn der Summenwert in dieser Integrierstufe eine Schwellenspannung SW übersteigt, wird wie in Figur 11e gezeigt - der Alarm eingeschaltet. Diese Anordnung erlaubt eine positive Verhinderung eines Fehlalarms, der speziell durch vorübergehend eindringende Objekte wie kleine fliegende oder sich auf dem Boden bewegende Tiere verursacht wird, die in den Erfassungsbereich geraten, ihn aber schnell wieder verlassen. Ein Objekt aber, das im Erfassungsbereich verbleibt, kann wirksam erfaßt werden, beispielsweise ein Einbrecher, der das Fenster WD der Figuren 4 und 5 einzuschlagen oder zu öffnen und in das Gebäude einzudringen versucht. Es leuchtet wohl ein, daß eine Person, die wegen einer Montage, einer Wartung, oder aus einem ähnlichen Anlaß oder versehentlich in den Erfassungsbereich gerät, ihn aber sofort wieder verläßt, gleichermaßen das Auslösen eines Alarms nicht bewirkt.

In Figur 12 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, es dient zum Feststellen einer Zeitdifferenz anstelle

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einer Phasendifferenz. Bei diesem Ausführungsbeispiel enthält ein zweiter Lichtempfänger 116 einen halbdurchlässigen Spiegel 137 und einen zweiten Spiegel 138. Ein erster Lichtempfänger 115 ist gleich ausgebildet wie der entsprechende Lichtempfänger im Ausführungsbeispiel der Figuren 1 und 2. Ein zweiter Lichtempfänger 116 empfängt den Lichtstrahl LB, der durch den ersten und den zweiten halbdurchlässigen Spiegel 114 und 137 gegangen ist und vom stationären Reflexionskörper oder einem zu erfassenden Objekt zum zweiten halbdurchlässigen Spiegel 137 und dann zum Spiegel 138 reflektiert wurde. Die Lichtstrahlen werden dann durch eine Sammellinse 120 zu einer Photodiode 121 gelenkt. Das Bezugssignal für die ausgesandten Lichtstrahlen und das Anzeigesignal für die empfangenen Lichtsignale werden entsprechend dem Lichteinfall auf die Photodioden 118 und 121 durch Lichtsende- und -empfangssignal-Verarbeitungsmittel wie in Figur 13 gezeigt verarbeitet. Darin wird ein Zeitdifferenzsignal PDP wie in Figur 14c zwischen dem Bezugssignal RP wie in Figur 14a und dem Anzeigesignal DP wie in Figur 14b erhalten. Ein Zeitdifferenz-Taktsignal PDCK wie in Figur 14e wird einem Zähler 133 aus einem Tor 131 zugeführt, das ein Taktsignal CK wie in Figur 14d erhält

Für den Abtastbetrieb einer Lichtsendeanordnung 112 kann ein Taktgenerator zusammen mit einer Auswahlschaltung wie in Figur 7 benützt werden. Dadurch werden die Leuchtdioden der Anordnung 112 synchron mit dem Taktimpuls des Taktgebers eingeschaltet. Die übrigen Anordnungen sind denen des vorangehenden Ausführungsbeispiels ähnlich. In den Figuren 12 und 13 sind gleiche Bauelemente wie im vorangehenden Ausführungsbeispiel der Figuren 1,2,6 und mit um 100 erhöhten Bezugszeichen versehen. Bei einem konventionellen Abstandserfassungssystem, das auf der

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Basis der reflektierten Lichtmenge arbeitet, wird ein Objekt, das in Wirklichkeit relativ weit entfernt ist, irrtümlich so bewertet, als ob es sich in einer verhältnismäßig kurzen Entfernung befände, besonders dann, wenn das Objekt einen hohen Reflexionsfaktor aufweist. Bei beiden vorangehenden erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen kann dieses Risiko deshalb ausgeschlossen werden, weil die Entfernungsbegrenzung aufgrund der Phasendifferenz oder der Zeitdifferenz zwischen dem Bezugsphasensignal und dem Anzeigephasensignal bewirkt wird.

Bei der vorliegenden Erfindung können zahlreiche weitere Änderungen in der Ausgestaltung vorgenommen werden. Es wurde beispielsweise erwähnt, daß das Bezugsphasensignal in dennoben beschriebenen Ausführungsbeispielen durch den Spiegel und die Sammellinse erhalten wird. Die von den Leuchtdioden ausgesandten Lichtstrahlen können stattdessen aber teilweise über eine Glasfaseroptik direkt zur Photodiode des ersten Lichtempfängers geleitet werden. Weiter wurde beschrieben, daß die Lichtdioden des Lichtsenders einzeln für sich abgetastet würden. Die Dioden können nun aber in Gruppen aufgeteilt werden, so daß zwei oder mehrere eine Gruppe bildende Dioden gleichzeitig betrieben werden. In einem solchen Fall kann der Lichtstrahl, der vom Lichtsender ausgesandt wird, aufgeweitet werden, um die für jeden Abtastzyklus erforderliche Zeit abzukürzen. In der Verarbeitungsstufe für ausgesandte und empfangene Lichtsignale nach Figur oder 7 werden die empfangenen Lichtsignale entsprechend dem Abtastzyklus fortlaufend durch den ersten und zweiten Lichtempfänger zu den Verstärkern geschickt. Diese Anordnung birgt jedoch das Risiko einer falschen Abstandsbewertung in sich,weil nämlich die Verstärkervorspannung dazu neigt,

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sich im Verlauf der Zeit zu verändern; dadurch verändert sich auch der Verstärkungsgrad. Bei einem höheren Verstärkungsfaktor der beiden Verstärker wird die Kurvenform der Ausgangsspannung ebenfalls im Lauf der Zeit verzerrt. Die Ausgangssignale der Kurvenformkreise, die den Verstärkerausgängen zugeordnet sind, ändern dann ihr Tastverhältnis,so daß die Phasendifferenz nicht mehr ihrem wirklichen Wert entspricht. Das Risiko kann dadurch vermieden werden, daß - wie in Figur 15 gezeigt Kondensatoren C₁ und C₂ mit einer relativ hohen Kapazität an einen Verstärker 222 angeschlossen werden. Der Verstärker ist mit einem eingebauten Vorwiderstand versehen. Durch den Vorwiderstand und die Kondensatoren C₁ und C-wird eine Zeitkonstante eingeführt, die ausreichend länger als die Zeit der Leuchtdioden-Lichtstöße ist. Dadurch kann eine Änderung der Verstärkervorspannung vernachlässigbar klein gemacht werden, der Wert ist dann im wesentlichen konstant. Die Phasendifferenz kann so eingestellt werden, daß sie dem wirklichen Wert entspricht.

Der in Figur 7 gezeigte Rechner CPU kann weiter mit einem Programm zum Berechnen eines Durchschnittswerts der Bezugs- und Anzeigephasen-Differenzen in Abständen von beispielsweise N Abtastzyklen versehen werden, um die Abstandsbewertung zur folgenden Phasendifferenz auf der Grundlage eines Durchschnittswerts als Bezugswert vorzunehmen. Üblicherweise neigen die empfangenen Lichtsignale, die von den von der Bodenfläche GF reflektierten Lichtstrahlen herrühren, dazu, sich zu ändern. Die Entfernungsbegrenzung wird vom Einstellwert der Einstellschaltung für die Erfassungsentfernung abhängig gemacht, er basiert auf dem ersten eintreffenden Anzeigewert einer der Leuchtdioden als Bezugswert. Der ermittelte Entfernungswert wird also

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einer Schwankung unterliegen. Wenn jedoch der oben genannte Durchschnittswert als Bezugswert benützt und im Abstand von N Abtastzyklen der alte Wert durch einen neuen Wert ersetzt wird, kann eine äußerst genaue Begrenzung der Reichweite erreicht werden. Darüber hinaus kann ein Verzögerungskreis zwischen dem Alarmgeber und dem Komparator eingefügt werden Ihm wird das Bezugsphasen- und das Anzeigephasen-Differenzsignal zugeführt. Der Verzögerungskreis verzögert das Ausgangssignal des !Comparators, das den Alarmgeber steuert. Fehlt ein solcher Verzögerungskreis, wird der Alarmgeber sofort in Detrieb gesetzt, sobald ein Eindringling in den Erfassungsbereich gerät. Der Eindringling kann dadurch leicht die Ausdehnung des Erfassungsbereichs erkennen. Dieses Risiko kann aber durch die Zeitverzögerung vermieden werden, die der Verzögerungskreis für den Alarmgeber bewirkt. Der Alarmgeber soll nämlich nicht sofort ansprechen, wenn ein Eindringling seine Hand oder etwas anderes in den eingestellten Erfassungsbereich steckt, sondern erst dann, wenn er die Hand wieder aus dem Erfassungsbereich herausgenommen hat. Wenn ein zweiter Alarmgeber, der beispielsweise beim zugehörigen Werksschutz eingebaut ist, zusätzlich zum ersten Alarmgeber vorgesehen ist, ist es nützlich, einen Verzögerungskreis zwischen dem ersten und dem zweiten Alarmgeber einzufügen. In diesem Fall ist es auch möglich, daß, wenn ein Monteur oder eine andere Person aus Versehen den Erfassungsbereich betritt und dabei der erste Alarmgeber schon ausgelöst wurde, das Ansprechen des zweiten Alarmgebers zu vermeiden, wenn diese Person nur schleunigst aus dem Erfassungsbereich verschwindet.

Zusätzlich können in der Lichtsendeanordnung Lichtgeber für sichtbares Licht verwendet werden, die nur während des Einbaus der Objekterfassungsvorrichtung benützt

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werden. Auf diese Weise ist der Monteur in der Lage, die Strahlenführung im gewünschten Erfassungsbereich mit sichtbaren Lichtstrahlen zu kontrolieren.

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Claims

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1. Vorrichtung zum Erfassen von Objekten in einem begrenzten Erfassungsbereich, bei der

- eine Vielzahl von unabhängig voneinander betriebenen Lichtgebern in einer Reihe zum Ausstrahlen einer Reihe von Lichtstrahlen angeordnet ist,

- ein Teil der ausgestrahlten Lichtstrahlen direkt und nicht von einem reflektierenden Objekt reflektiert von einem ersten Lichtempfänger aufnehmbar ist,

- der restliche und von einem reflektierenden Objekt reflektierte Teil der Lichtstrahlen durch einen zweiten Lichtempfänger aufnehmbar ist,

- an den Ausgängen des ersten und des zweiten Lichtempfängers Bezugs- und Anzeigephasensignale verfügbar sind, aus den Bezugs- und Anzeigephasensignalen durch eine Phasendifferenzschaltung eine Phasendifferenz bildbar ist,und

- ein Alarmgeber über einen Ausgang der Phasendifferenzschaltung betreibbar ist,

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dadurch gekennzeichnet, daß

- die Vielzahl der Lichtgeber mit Hilfe von Abtastmitteln nacheinander wenigstens in einer Mehrzahl von Gruppen betreibbar ist, und

- Mittel zum Begrenzen des Erfassungsbereichs durch ein Sperren der Weiterleitung des Ausgangssignals der Phasendifferenzschaltung zum Alarmgeber dann, wenn die Phasendifferenz nicht innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, vorgesehen sind,

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtgeber mit einem niedrigen Strom betreibbar und in einer Lichtsendeanordnung angeordnet sind und die Lichtstrahlen insgesamt einen gespreizten in einer einzigen Ebene liegenden Bereich bilden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zum dauernden Betreiben nur eines Teils der Lichtgeber entsprechend den empfangenen reflektierten Lichtstrahlen vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasendifferenzschaltung einen Komparator umfaßt, der das Ausgangssignal der Phasendifferenzschaltung empfängt, und daß die Vorrichtung weiter eine mit dem Komparator verbundene Einstellschaltung für die Erfassungsentfernung zur Abgabe eines vorbestimmten Einstellwerts umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Phasendifferenzschaltung Mittel zum Erzeugen eines Mittelwerts der Phasendifferenz in Abständen von N Abtastzyklen der Lichtgeber verbunden sind, wobei der Mittelwert zum Bilden von folgenden Mittelwerten der Phasendifferenz dient.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß erste Verzögerungsmittel zwischen die Phasendifferenzschaltung und den Alarmgeber zum Verzögern des Ausgangssignals der Phasendifferenzschaltung eingefügt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Alarmgeber eine erste und eine zweite Alarmstufe umfaßt, wobei die Alarmstufen nacheinander in Betrieb setzbar sind, und daß eine Verzögerungsstufe zwischen die erste und die zweite Alarmstufe eingefügt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Mehrzahl der Lichtgeber zum Gebrauch beim Einbau der Vorrichtung Geber für sichtbares Licht umfaßt.