CN116896680A - 具有照准器的光电传感器和用于可视化视场的方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及具有照准器的光电传感器和用于可视化视场的方法。给出了一种光电传感器(10)，具有：图像传感器(12)，其用于在图像传感器的视场(16)中检测图像数据；以及具有光源(26)的照准器(26，28)，该光源(26)被布置成相对于图像传感器(12)横向偏移并且被设计用于在视场(16)中生成对准光(30)并从而生成光图案(42)，以使视场(16)的位置和/或范围在空间中可见。在此，照准器(26，28)具有至少一个光学超元件(28)，该光学超元件具有超表面和/或超材料，该光学超元件被布置和设计成使得图像传感器(12)和照准器(26，28)的光轴(18，30)同轴叠加。

Description

具有照准器的光电传感器和用于可视化视场的方法

本发明涉及根据权利要求1和14的前序部分的具有照准器(Zieleinrichtung)的光电传感器(特别是相机)以及用于可视化光电传感器的视场的方法。

在工业应用中，相机以各种方式用于自动检测对象特性，例如用于检查或测量对象。在此，记录对象的图像并根据任务通过图像处理方法进行评估。相机的特殊应用是读取代码。借助于图像传感器记录上面具有代码的对象，在图像中识别代码区域并随后对该代码区域进行解码。基于相机的读码器也可以轻松应对一维条形码以外的其它代码类型，这些代码类型与矩阵码一样也被构造成二维的并提供更多信息。打印地址或手写文本的自动文本检测(OCR，Optical Character Recognition，光学字符识别)原则上也是对代码的读取。读码器的典型应用领域是超市收银台、自动包裹识别、邮件分拣、机场行李托运和其它物流应用。

相机从视场中记录图像。为了正确操作，需要在应用环境内对准视场。例如，待检测的对象或待读取的代码必须位于视场中。已知为此目的，相机配备有设置辅助装置或照准器，该设置辅助装置或照准器通过十字准线或类似可定位的发光标记使视场可见。

在传统的照准器中，光源布置在接收路径的右侧和左侧，该光源用两个光点来标记位于其中间的视场的中心点。光源的中央布置是不可能的，因为在那里光源会遮挡接收路径的一部分并因此众所周知是在图像中。因此，到目前为止使用来自不同光源的多个瞄准射束是必要的，这就需要附加的构件和相应的结构空间。此外，瞄准射束的偏斜(Schielen)使视场中心的可视化变得困难，特别是在不同的距离上。使用微透镜场或衍射光学元件可以将更复杂的图案投射到视场中。例如，EP 2 620 894 B1描述了一种具有照准器的光电子传感器，该照准器的图案生成元件包括具有多个微柱状透镜的微透镜场。这种图案生成器也必须与光源一起找到空间并被相应地照明，因此结构和光学上的问题并没有由此得到解决。

DE 20 2015 100 438 U1公开了一种具有照准器的光电传感器，该照准器具有单光源的阵列，这些单光源可以被单独地或成组地激活，其中激活模式对应于所投射的光图案。因此，虽然可以非常多变地生成光图案，但只是增加了设备的耗费，并不能防止偏斜。

从EP 2 136 248 A1已知一种使用对象照明装置和/或定位照明装置来识别对象的相机，其中照明装置耦合到焦点调节装置。在此，上文阐述的两个横向光源的概念被扩展为光源环，并且因此解决方案甚至更加复杂。

一段时间以来，已经使用了所谓的超透镜(Metalinse)。这些是具有透镜效应的极薄光学元件，具有特殊的纳米结构来影响光束路径。例如，WO2017/053309A1使用了超透镜进行准直。Yu、Nanfang和Federico Capasso的论文“Flat optics with designermetasurfaces.”Nature materials 13.2(2014):139-150也涉及该技术。在Reshef、Orad等人的论文“An optic to replace space and its application towards ultra-thinimaging systems”，Nature communications 12.1(2021):1-8中，除了超透镜之外，还讨论了所谓的空间板(Spaceplate)，其中后者使用类似于超透镜的技术瞄准透镜之间的区域，因为即使是多个超透镜也必须像经典透镜一样彼此保持一定的距离。空间板应减小该距离，以便能够进一步减小光学器件的结构深度。在迄今为止提出的应用中，超透镜被用来取代经典的折射透镜。

文件号为102021130334.6的尚未公布的德国专利申请借助于具有至少一个光学超表面的光学元件将可见的引导光束与红外测量光束合并在一起。由此，可以用肉眼跟踪测量光束的走向。然而，在那里没有设想到作为用于可视化相机视场的照准器的应用。

因此，本发明的目的是改进光电传感器的照准器，以使光电传感器的视场可见。

该目的通过根据权利要求1和14的具有照准器的光电传感器和用于可视化光电传感器的视场的方法来实现。图像传感器在其可见范围或视场内记录图像，并相应地检测图像数据。优选地，接收光学器件或物镜被布置在图像传感器的上游，并且共同形成接收路径。具有可见光谱中的光源(例如，LED或激光器)的照准器生成对准光(Ausrichtlicht)，并且从而在视场中生成光图案，使得视场变得可被人眼识别。为了使视场的位置和/或范围可见，例如可以标记中心，特别是用十字准线和/或边界线或角来标记。光源相对于图像传感器横向(即，在传感器的平面中)偏移地布置。该偏移防止了光源遮挡接收路径的相关部分，或者防止了光源被记录在图像数据中。在此，根据实施方式，光源可以被布置在图像传感器的平面中或与图像传感器垂直，即在相机的观察方向上有一定距离。

本发明基于以下基本思想：使用光学超元件(Metaelement)，以使图像传感器和照准器的光轴同轴叠加。图像传感器的光轴是接收路径的光轴，也最好是设置在那里的接收光学器件的光轴。照准器的光轴对应于其进入视场的发射方向。因此，光学超元件的功能是使接收路径和照准器的投射轴线彼此同轴对准，换言之，使它们叠加在一起或使其重合为一体。由于光源相对于图像传感器的横向偏移，这一点最初并未赋予，只是通过光学超元件来实现。

光学超元件应理解为具有超表面和/或超材料的光学元件，即特别是小于入射光的波长的纳米结构，该纳米结构专门形成特定的波前。在超表面中，这样的纳米结构被设置在表面处，超材料通过层系统或固体的纳米结构实现相应的特性。纳米结构允许以限定的方式改变相位和/或振幅，从而改变传播方向以及偏振，并且这特别地取决于入射光的波长。超表面也被称为“平面光学器件”，因为超表面在光束方向上的空间需求明显低于传统的折射光学器件的空间需求。优选地，光学超元件形成超透镜，即在正面和/或背面具有超表面的平面的透光的基底材料，该超表面具有实现期望的透镜特性的纳米结构。超透镜可以具有超材料来代替简单的基底材料。光学超元件本身从专业文献中是已知的。WO 2017/053309 A1以及Yu等人和Reshef等人的论文在引言中示例性地进行了简要介绍，并对其进行了补充参考。

本发明的优点在于，对准光可以采取与由图像传感器评估的接收光相同的光路，当然是在相反的方向上。因此，不会出现由于偏斜等的不良影响，光图案忠实地位于与真实空间中的视场相对应的正确位置。特别地，可以毫不费力地可视化视场的正确中心点，其中视需求而定，附加地或可替代地，可以显示视场(包括几何形状和范围)，以进一步支持设置人员。可以省去图像传感器两侧的两个或更多个光源，从而节省构件和结构空间，在小型化传感器的情况下，构件和结构空间的尺寸尤其有限。

优选地，传感器仅具有一个光源。由于光学超元件使图像传感器的和照准器的光轴同轴叠加，因此，尽管相对于图像传感器横向偏移地布置的光源最初横向照射，包括其中心在内的视场仍然可以被正确地可视化。在现有技术中，为此需要相对于图像传感器的光轴对称布置多个光源，其中即使这样也不能防止偏斜。相反，本发明可以用单个的光源来完成，并且仍然可以在视场的方向上精确地投射光图案。可替代地，传感器优选地具有多个光源，这些光源围绕图像传感器的光轴形成非对称布置。对此的一个示例是，在图像传感器的同一侧上有一个双光源以获得更多的光强度，或是相对于图像传感器横向偏移地布置的光源阵列。当然，原则上也可以设想将本发明与围绕图像传感器的光轴的多个光源的对称布置组合起来，但这样的话，根据本发明使用的光学超元件的可能性就只能被部分地利用了。

优选地，光源具有相对于图像传感器的光轴倾斜的发射方向。优选地，倾斜的发射方向引导对准光进入图像传感器的光轴。然后，对准光在那里被光学超元件沿图像传感器的光轴的方向偏转，因此图像传感器和照准器的光轴彼此同轴叠加。因此，倾斜的发射方向几乎纠正了光源相对于图像传感器的横向偏移。

在优选的可替代方案中，光源具有平行于图像传感器的光轴的发射方向，其中光学元件被布置在光源的光路中以将发射方向改为倾斜的对准方向。在该实施方式中，对准光最初相对于图像传感器的光轴具有平行的偏移。然后，光学元件使对准光偏转到倾斜的发射方向上，并且优选地引导对准光进入图像传感器的光轴。平行于图像传感器的光轴发射的光源与光学元件的组合在功能上相当于上一段中的发射方向倾斜的光源。该可替代方案可能具有结构上的优点，例如可以更简单地引导内部光路穿过传感器，或者将光源放置在平行于图像传感器的平面的电路板上，而不是倾斜地布置光源，该光源的发射方向与图像传感器的平面垂直。反射镜、棱镜和任何其他能够使光束偏转的光学元件都可以认为是光学元件。光学元件被布置在最初平行于图像传感器的光轴发射的对准光的光路中，从而相对于接收路径横向偏移，因此不必考虑接收光的任何可能的影响。

优选地，光学元件是另外的光学超元件。在该实施方式中，存在两个光学超元件，其中另外的光学超元件承担在上一段中描述的偏转功能。在另外的光学超元件的下游，跟随对准光的发射方向，是所阐述的根据本发明的光学超元件，该光学超元件使图像传感器和照准器的光轴同轴合并起来。

优选地，光学元件被设计用于聚焦或准直对准光。因此，光学元件获得在倾斜的发射方向上偏转和对对准光进行光束整形的双重功能。在作为另外的光学超元件的实施方式中，光束偏转特性和光束整形特性都可以通过合适的纳米结构来实现。光束整形确保当图像传感器和照准器的光轴同轴合并时，对准光具有同轴叠加的光学超元件所设计的光束特性。这样就不需要具有特殊发射特性的光源或者不需要为光源配备单独的发射光学器件，其中这当然可以作为可替代地或补充的方案来设想。

优选地，光学超元件被设计用于生成光图案。因此，除了同轴合并的功能之外，光学超元件还用作图案生成元件。由此，可以设计出更复杂的光图案，例如视场的外边框或十字准线，并从而为设置人员提供关于视场的定向、几何形状、范围等的附加信息。光学超元件同样可以具有光束整形作用，使得光图案在尽可能大的距离范围域内被清晰地投射。可替代地，可以设想将偏转或者同轴合并以及图案生成的功能分开，并且设置附加的图案生成元件，例如衍射光学元件或附加的光学超元件，或者光源已经以适当的模式布置，例如五个光源呈十字形布置。

优选地，接收光学器件被布置在图像传感器的上游，其中图像传感器、接收光学器件和光学超元件按该顺序被依次布置。因此，从对准光的角度来看，图像传感器和照准器的光轴的同轴合并仅发生在接收光学器件的后面。因此，对准光绕过接收光学器件，并且保持不受接收光学器件的影响。针对该实施方式确定的顺序不排除在图像传感器和接收光学器件之间或在接收光学器件和光学超元件之间存在另外的光学元件。

优选地，光学超元件被布置在传感器的前窗处，特别是被集成到前窗中。这是一种特别节省空间的结构。例如，光学超表面可以被施加在前窗的内部或外部，或者前窗至少部分地由光学超材料构成。

优选地，接收光学器件被布置在图像传感器的上游，其中光学超元件被布置在图像传感器和接收光学器件之间。在该可替代的实施方式中，光学超元件和接收光学器件的顺序现在被调换过来。从对准光的角度来看，图像传感器和照准器的光轴在接收光学器件之前就已经合并在一起。对准光穿透接收光学器件，接收光学器件因此可以用于对准光的光束整形，特别是聚焦或准直。由此，可以省去照准器用于对准光的附加的光束整形光学元件。

优选地，光学超元件仅在光源的光谱中具有光学作用，特别仅在可见光谱中或仅针对一种颜色的光源具有光学作用。因此，只有对准光被有针对性地偏转或光束整形，或者用它形成光图案。相反，波长在光源的光谱之外的光，以及因此全部或至少大部分接收光，只是通过而没有变化。这仅在技术上可行的范围内才有可能，但是超表面或超材料肯定可以被设计成在特定光谱波段之外的作用可以忽略不计。光源的光谱可以是整个可见光谱，光学超元件在该光源的光谱内显示光学效果。如果图像数据是在不可见范围内获得的，例如在红外线或紫外线范围内记录，则这足以在对准光和接收光之间划定界限。特别优选地，光源仅生成一种颜色(例如，蓝色)的对准光，这优选与另一种颜色(例如，红色)的图像数据的获得相结合。在这种情况下，特别地也可以在激光光源的特别窄的波长范围的意义上理解颜色。如果在照准器和图像传感器的光谱中存在重叠，由于光学超元件的有效光谱较窄，相互作用仍然较小且可以接受。接收光仅受轻微影响，而图像数据最多稍微地改变。

优选地，传感器具有用于照亮视场的照明装置，该照明装置特别地生成与光源的对准光不同的光谱范围内的照明光。该照明装置不用于视场的可视化，而是用于图像记录的足够照明。照明装置可以是内部的或外部的，并且优选地生成可见光谱以外的照明光，特别是红外或紫外照明光。通过照明光与对准光之间的光谱分离，光学超元件可以满足其各种功能，即将对准光与接收路径同轴地合并在一起，并且尽可能不影响照明光或相应的返回的接收光。

优选地，传感器被设计成基于相机的读码器，并且具有控制和评估单元，该控制和评估单元用于评估图像数据、寻找代码区域并从代码区域读出代码信息。照准器使基于相机的读码器能够最佳地对准其视场。这对于手动操作的读码器以及固定安装(例如，在传送带上或读取通道中)的读码器来说非常重要，以便尽可能地读取所有代码。

根据本发明的方法可以用类似的方式进一步发展并同时显示出类似的优点。这种有利的特征在从属于独立权利要求的从属权利要求中示例性地但不详尽地进行了描述。

附图说明

下面将示例性地基于实施方式并参考附图对本发明的其他特征和优点进行更详细的阐述。在附图中：

图1示出了具有图像传感器和照准器的光电传感器的示意图，图像传感器和照准器的光轴借助于光学超元件被同轴叠加；

图2示出了类似于图1的示图，光学超元件现在被布置在前窗处；

图3示出了类似于图2的示图，照准器的发射方向现在最初是平行的，而不是倾斜的；

图4示出了类似于图1的示图，现在接收光学器件和光学超元件的顺序调换过来；

图5示出了类似于图4的示图，照准器的发射方向现在最初是平行的，而不是倾斜的；

图6示出了通过标记中心实现的视场的示例性可视化；

图7示出了通过用十字准线标记中心实现的视场的示例性可视化；

图8示出了通过标记角区域实现的视场的示例性可视化；以及

图9示出了通过标记中心和角区域实现的视场的示例性可视化。

图1示出了光电读码器10的示意性剖示图。传感器10具有图像传感器12，例如具有布置成行或矩阵的多个像素元件的CCD芯片或CMOS芯片。因此，传感器10特别是相机。在优选的实施方式中，代码被读取，那么传感器10就是基于相机的读码器。在图像传感器12的上游布置有接收光学器件14，该接收光学器件14在实践中优选被构造成摄影物镜，在这里仅简化地由一个透镜示出。图像传感器12经由接收光学器件14接收来自可见范围或视场16的接收光，在应用情况下，待记录的对象(特别是待读取的代码)位于该可见范围或视场16中。视场16以及接收路径的光轴18是由图像传感器12和接收光学器件14的设计和布置来限定的。在描述中，图像传感器12的视场16和光轴18经常有些不准确地被提及。

为了与环境条件无关地记录图像，传感器10优选地具有照明装置20，该照明装置具有光发射器22，该光发射器可以具有多个单光发射器，并且优选地该照明装置20具有发射光学器件24。照明装置20可以如图所示被设置在内部，可替代地可以被设置在外部，其设计方案可以采用任何本身已知的方式。如图1中照明装置20相对于图像传感器12的接收路径的布置是可设想的，但应主要从示意上理解，例如在实践中光发射器22围绕接收路径呈圆形地布置。优选地，光发射器22生成非可见光谱中的照明光，特别是红外或紫外照明光。但不排除可见光谱中的照明，例如白光、红光、蓝光或绿光。此外，光发射器还可以是窄带的，如在LED或特别是激光器的情况下。

传感器10还包括照准器，该照准器具有光源26(例如，半导体光源，如可见光谱中的LED、激光二极管或VCSEL)和光学超元件28。光源26被布置成相对于图像传感器12横向偏移，即与图像传感器12的光轴18相距一定距离。如图所示，光源26也可以在光轴18的方向上具有一定距离，或者以不同方式位于图像传感器12的平面中。在优选的实施方式中，单个光源26就足够了，但是也可以设想多于一个的光源26。然后优选地，这些光源相对于图像传感器12以非对称的方式布置，因此对准光30最初相对于光轴18是不居中的。

光源26首先相对于光轴18以倾斜的发射方向发射其对准光30。由于倾斜位置，对准光30射到光轴18上，在这里是射到光学超元件28上。光学超元件28被设计成使得它在对准光30的光谱中提供到光轴18上的偏转。因此，发射方向与光轴18并且因此与接收光的入射方向对准。换言之，照准器的光轴和图像传感器12或接收路径的光轴18同轴地叠加或合并。

通过照准器，在视场16中用对准光30生成光图案，该光图案向人类观察者(如传感器10的设置人员)指示视场16的位置或在真实空间中进行可视化。因此，传感器可以简单地对准场景或者待记录的对象或代码。由于照准器和接收路径的同轴叠加，光图案指示了与真实空间中视场16的正确关系(Bezug)。光图案可以是简单的或复杂的，稍后将参考图6至9对示例进行阐述。除了光学超元件28的偏转功能之外，光学超元件28还可以被设计用于生成图案，或者由单独的图案生成元件(未示出)负责生成图案，或者光图案仅由光源26直接生成的一个或几个光点构成。

光学超元件28具有超表面，并且特别地被构造成超透镜(“平面光学器件”)。可替代地或补充地，可以设想光学超元件28的主体或载体已经具有超材料。传统的光学部件(如透镜、波片或全息板)基于光在远大于入射光波长的间距上的传播，以形成波前。通过这种方式，光波的振幅、相位或偏振的显著变化会沿着光路逐渐累积。相反，超表面具有可以理解为微型各向异性光散射体或谐振体或光学天线的结构。这些结构的尺寸和距离在纳米范围内，远小于入射光的波长。由此，因为纳米结构在光散射体的光学响应中会引入空间变化，根据惠更斯原理超表面使光学波前形成具有亚波长分辨率的任意形状。这使得可以模仿传统透镜的效果，但也可以模仿其他光学部件(例如，光束偏转元件、分束器、偏振器或衍射光栅)的功能。其特点是高度灵活性，通过适配的纳米结构实现所需的输出波前，从而实现各种光学效果。根据波长范围，使用具有合适的传输行为的材料，例如在可见光光谱范围中的二氧化钛、氮化硅或磷化镓和在紫外光谱范围中的氮化铝以及在中波红外范围中的硫族化物合金和在长波红外范围中的硅。关于超表面的这些设想可以转移到超材料上，在超材料中内部或者载体具有相应的纳米结构，其中这可以与超表面相结合。因此，光学超元件28可以在内部和/或在前侧和/或后侧上具有超结构或纳米结构。对于光学超元件28的本身已知的性质，请再次参考技术文献，特别是开篇提及的WO 2017/053309 A1以及Yu等人和Reshef等人的论文。

根据本发明，光学超元件28的期望功能主要是用于使照准器和接收路径同轴叠加的偏转，必要时具有附加的图案生成和/或光束整形、聚焦或准直的功能。优选地，光学超元件仅有针对性地在光源26的光谱中起作用，并且因此仅作用于对准光30，而不作用于照明装置20的光发射器22的照明光或接收光。因此，光学超元件28在接收路径中实际上是不可见的。例如，如果图像传感器12在不可见的光谱中记录，与此相应地照明装置20例如生成红外照明光或紫外照明光，则光谱分离是可能的。在可见范围内的分离也是可以设想的，例如蓝色对准光30与红色照明光或红色图像记录。

如果不能避免光谱叠加，则使用特别窄带的光源26，特别是激光光源，并且使光学超元件28与光源相协调是有利的。这样接收光仅受到最小程度的影响，并且此外还可设想在图像传感器12上游布置相应的光学滤波器，利用该光学滤波器滤除对准光30的光谱中的光。这也使得具有密集的波长的组合成为可能。例如，照明装置20可以使用白色LED或近红外光源作为光发射器22，并且照准器可以使用红色光源26，特别是相应的激光器。由于照准器通常在照明装置20关闭的情况下进行操作，因此光图案的可见性并不存在问题。即使打开了照明装置20，如果光源26的照明强度足够大，光图案也能在光源的光谱中足够突出。

传感器10还具有控制和评估单元32。借此，控制照明装置20和照准器的光源26，并且读出图像传感器12的图像数据。在传感器10作为基于相机的读码器的实施方式中，在图像数据中搜索代码区域，并且对代码区域内的代码信息进行解码。在接口34处提供图像数据、评估的结果，如代码信息等。可以在不同的预处理阶段输出图像数据，并且可以将全部评估或部分评估转移到外部。

传感器10由壳体36保护，在许多实施方式中，壳体36在一侧上至少部分地由透明的前窗38封闭。

图2至图5示出了本发明的另外的实施方式，这些实施方式与针对图1描述的实施方式的区别在于其耦合场景(Einkoppelszenarien)，即光源26和光学超元件28的相应的布置和设计，以将对准光30引导到光轴18上，并且由此实现接收路径的光轴18和照准器的光轴的同轴叠加。在下文中，首先描述这些区别，并且已知的特征和性质设有相同的附图标记。

图2示出了对准光30到光轴18上的耦合发生在前窗38处的实施方式。为此，光学超元件28被布置在前窗38的内部或外部，或者被集成到前窗38中。光源26的发射方向，特别是其倾斜位置被相应地调整，以便瞄准到光学超元件28的改变的位置。光学超元件28和前窗38的组合减少了构件的数量并且要求更小的结构空间。

图3示出了一种实施方式，其中，用于使对准光30同轴地叠加到光轴18上的光学超元件28被布置在前窗38上或者被集成到前窗38中。此外，光源26的发射方向现在不再是倾斜的，而是平行于光轴18。为了将对准光30在光学超元件28的高度上引导到光轴18上，设置有用于偏转的另外的光学元件40。因此，平行对准的光源26与另外的光学元件40的组合有效地产生了与光源26的前述倾斜位置相同的发射方向。

另外的光学元件40可以是任何偏转元件，例如反射镜或棱镜。由于光源26相对于图像传感器12有横向偏移，另外的光学元件40位于视场16之外，因此对于照明装置20或接收光的光谱的透明度(Transparenz)不需要特殊性质。优选地，另外的光学元件40是另外的光学超元件，该光学超元件在对准光30的光谱中确保所需的偏转。特别优选地，另外的光学元件40被设计用于对准光30的光束整形，特别是对准光的准直。在作为另外的光学超元件的实施方式中，光学超元件的纳米结构除了产生用于光束偏转的线性相位之外，还可以同时产生与期望的成像特性相匹配的相位曲率。在另外的光学元件40的这种双重功能中，可以使用发散光源26，或者省去用于光源26的单独的光束整形光学器件或准直光学器件。与图3不同，光学超元件28可以如在图1中所示单独地设置，而不是设置在前窗38上。

图4示出了相对于先前的实施方式接收光学器件14和光学超元件28的位置被调换的实施方式。之前对准光30绕过接收光学器件14，而在根据图4的实施方式中，对准光穿过接收光学器件14。因此，接收光学器件14可以被照准器用来对对准光30进行光束整形或准直。光学超元件28可以补充接收光学器件14对于对准光30的光束整形特性，即除了通过线性相位的纯偏转之外，还引入了适当的相位曲率。在另一实施方式中，光学超元件28例如作为透镜的超表面被集成到接收光学器件14中。在根据图4的实施方式中，光源26如图1和图2中所示成角度地布置或倾斜地设置，以便瞄准光学超元件28，然后对准光30在到达接收光学器件14之前在光学超元件28那里就与光轴18同轴叠加。

图5示出了类似于图4的实施方式，即在接收光学器件14之前已经有了同轴叠加，其中光源26现在不再倾斜，而是如图3中所示平行于光轴18发射。如关于图3所阐述的，设置有另外的光学元件40，其使对准光30偏转到光学超元件28上。优选地，该另外的光学元件40是另外的光学超元件。

图6至图9示出了一些示例性的光图案42，这些光图案可以由具有光源26和光学超元件28的照准器生成。在图6中，示出了非常简单的可视化，其中点或光点作为光图案42被投射到视场16的中心。由此，标记出视场16的中心，并从而给出了特别重要的对准辅助。

在图7中，优选地通过光学超元件28本身，可替代地通过附加的图案元件或光源26的相应布置，为对准光30提供附加的结构化来标记中心。十字准线作为光图案42是特别有帮助的，利用该十字准线可以容易地识别出视场16的中心和主方向。可以投射任何其他的图案代替十字准线。

在图8中，光图案42整体上可视化了视场16的几何形状和范围。于是，就不需要图像传感器12的图像来整体上正确地对准视场16或传感器10。由于同轴叠加，在传感器10的整个距离范围内，光图案42及其视场16的表示与接收光学器件14的成像比例正确地缩放。对于视场16的这种真实尺寸的表示，可以使用如关于图4和图5所阐述的接收光学器件14，可替代地，可以使用光学超元件28，以便以正确的尺寸投射光图案42。视场16的外部边界在图8中通过角标记示出，但也可以设想任意其它的图案。

图9示出了一种组合，其中视场16的中心如图6中那样被标记，并且视场16的范围如图8中那样被可视化。各个图案元素可以设计成其它方式，例如分别设计成十字准线，并且可以生成使得视场16的重要特性可见的任何不同的图案。

Claims (14)

1.一种光电传感器(10)，特别是相机，具有：图像传感器(12)，其用于在所述图像传感器(12)的视场(16)中检测图像数据；以及具有光源(26)的照准器(26，28)，所述光源(26)被布置成相对于所述图像传感器(12)横向偏移，并且被设计用于在所述视场(16)中生成对准光(30)并从而生成光图案(42)，以使所述视场(16)的位置和/或范围在空间中可见，

其特征在于，

所述照准器(26，28)具有至少一个光学超元件(28)，所述光学超元件具有超表面和/或超材料，所述光学超元件被布置和设计成使得所述图像传感器(12)和所述照准器(26，28)的光轴(18，30)同轴叠加。

2.根据权利要求1所述的传感器(10)，所述传感器仅具有一个光源(26)或者所述传感器具有多于一个的光源(26)，所述多于一个的光源(26)围绕所述图像传感器(12)的光轴(18)形成非对称布置。

3.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中，所述光源(26)具有相对于所述图像传感器(12)的光轴(18)的倾斜发射方向。

4.根据权利要求1或2所述的传感器(10)，其中，所述光源(26)具有平行于所述图像传感器(12)的光轴(18)的发射方向，并且其中，光学元件(40)被布置在所述光源(26)的光路中以将所述发射方向改为倾斜的对准方向。

5.根据权利要求4所述的传感器(10)，其中，所述光学元件(40)是另外的光学超元件。

6.根据权利要求4或5所述的传感器(10)，其中，所述光学元件(40)被设计用于聚焦或准直所述对准光(30)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述光学超元件(28)被设计用于生成所述光图案(42)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，接收光学器件(14)被布置在所述图像传感器(12)上游，并且其中，图像传感器(12)、接收光学器件(14)和光学超元件(28)按该顺序被依次布置。

9.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述光学超元件(28)被布置在所述传感器(10)的前窗(38)处，特别是被集成到所述前窗(38)中。

10.根据权利要求1至7中任一项所述的传感器(10)，其中，接收光学器件(14)被布置在所述图像传感器(12)的上游，并且其中，所述光学超元件(28)被布置在所述图像传感器(12)和所述接收光学器件(14)之间。

11.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，其中，所述光学超元件(28)仅在所述光源(26)的光谱中具有光学作用，特别是仅在可见光谱中或仅针对一种颜色的光源(26)具有光学作用。

12.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，所述传感器具有用于照亮所述视场(16)的照明装置(20)，所述照明装置特别地生成与所述光源(26)的对准光(30)不同的光谱范围内的照明光。

13.根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，所述传感器被设计成基于相机的读码器，并且具有控制和评估单元(32)，所述控制和评估单元用于评估所述图像数据、寻找代码区域并从所述代码区域读出代码信息。

14.一种用于可视化光电传感器(10)的视场(16)的方法，所述传感器特别是根据前述权利要求中任一项所述的传感器(10)，所述传感器(10)利用图像传感器(12)从所述视场(16)中检测图像数据，并且借助于具有相对于所述图像传感器(12)横向偏移地布置的光源(26)的照准器(26，28)发射对准光(30)，并从而在所述视场(16)中生成光图案(42)，以使所述视场(16)的位置和/或范围在空间中可见，

其特征在于，

所述照准器(26，28)具有至少一个光学超元件(28)，所述光学超元件具有超表面和/或超材料，所述光学超元件使所述图像传感器(12)和所述照准器(26，28)的光轴(18，30)同轴叠加。