[发明专利]用于检测对象的光电传感器和方法

说明书

本申请涉及用于检测对象的光电传感器和方法。一种用于检测监控区域中的对象的光电传感器，具有：至少一个光发射器，其用于从各发射点发出彼此分离的多个光束；用于发出的光束的发射光学器件；至少一个光接收器，其用于从被对象反射回并分别入射在接收点中的漫反射的光束产生相应的接收信号；用于漫反射的光束的接收光学器件；以及评估单元，其用于从接收信号中获得关于对象的信息。在此，接收光学器件和/或发射光学器件是用于像场角为α的圆环形像场的双透镜物镜，该物镜具有第一透镜和第二透镜，其中第一透镜被构造成使得每个单独的发射点和/或接收点的像场角为α的光束仅落在第二透镜的一半上。

本发明涉及的用于检测监控区域中的对象的光电传感器和方法。

许多光电传感器根据扫描原理工作，其中光束被发出到监控区域中，并且被对象反射回的光束被再次接收，以便随后电子地评估接收信号。在这种情况下，通常用已知的相位法或脉冲法来测量光飞行时间，以便确定被扫描上的对象的距离。

为了扩展单光束光扫描仪的测量范围，一方面可以像在激光扫描仪中那样移动扫描光束。在激光扫描仪中，由激光器产生的光束借助偏转单元周期性地扫描监控区域。除了测量的距离信息以外，还从偏转单元的角度位置推断出对象的角度位置，并从而将对象在监控区域中的位置以二维极坐标进行统计。

用于扩展测量范围和获得附加的距离数据的另一种可行方案在于，使用多个扫描光束同时检测多个测量点。这也可以与激光扫描仪结合使用，该激光扫描仪随后不仅检测监控平面，而且还通过多个监控平面检测三维空间区域。在大多数的激光扫描仪中，扫描运动通过旋转镜来实现。然而，在使用多个扫描光束时，在现有技术中还已知替代地让具有光发射器和光接收器的整个测量头旋转，如例如DE 197 57 849 B4中所述的。

原则上，可以通过增加单光束仪器的组件来实现多个扫描光束。然而，这是不必要的繁琐和复杂。因此，在现有技术中存在多次使用组件的方法。为此，在DE 10 2015 121839 A1中，多个光发射器的扫描光束由共同的发射光学器件形成并且在期望的方向上偏转。

而现在希望同时针对多个光束使用发射或接收光学器件。然而，这就对光学器件提出了矛盾的要求。一方面，出于成本的原因，光学器件应该尽可能简单，但是另一方面，光学器件应该能够在尽可能大的像场中同时清晰地成像所有光束。

简单的光学器件可以借助单透镜来实现。然而，在足够大孔径的边界条件给定的情况下，例如光圈值k≤3的和小的点像，可能最多只能有±5°的小的像场角范围。因此，使用单透镜只能实现密集的扫描光束。当合理的彼此间的距离为几度且所述像场角5°时，单透镜允许不超过两个或三个扫描光束，且因此不允许较大的测量范围，例如30°。

另一方面，也存在这种可行方案，即省去简单的光学器件而使用多透镜物镜。因此，也可以在较大的像场角(例如，±20°)内生成小的点像。然而，为此通常需要至少三个透镜，这些透镜本身也必须被调整。

即使接受较高的制造和调整成本，但仍然必须达成光学上的妥协。虽然对于单透镜的像场，基本上只能在沿着光轴的0°处获得k＝1的光圈值，但对于大像场(例如，±15°)的物镜，却难以实现k≤3或者甚至k≤2的光圈值。然而，器件的有效范围却随接收孔径的减小而减小。多透镜物镜的另一缺点在于主光束以相当大的角度到达像平面上。如果这种物镜被用作发射光学器件，则有必要倾斜光源以便完全到达物镜。因此，其中主光束角保持得非常小的远心物镜的可替代方案不予考虑，因为它需要远大于三个以上的透镜。

因此，本发明的任务在于简化并改进所述类型的多光束系统。