CS246286B1

CS246286B1 - Optical reflective sensing element

Info

Publication number: CS246286B1
Application number: CS848017A
Authority: CS
Inventors: Ivan Kancl; Milan Janata
Original assignee: Ivan Kancl; Milan Janata
Priority date: 1984-10-22
Filing date: 1984-10-22
Publication date: 1986-10-16
Also published as: CS801784A1

Description

Vynález se týká optického odrazného čidla se zářičem a snímačemV řadě technických oborů je zapotřebí trvale nebo přerušovaně sledovat a vyhodnocovat stav a změny odrazivosti povrchu určitého tělesa nebo systému. V mnoha případech jde o odrazivost malé části plochy, která se zpravidla mění nebo pohybuje a navíc se mění vzdálenost mezi touto plochou a snímacím čidlem, které může též být umístěno na pohyblivém rameni. Základním požadavkem je spolehlivé rozlišení dvou stavů, mezi kterými je obvykle plynulý přechod, a to při relativně velkém rozmezí vzdálenosti čidla od sledovaného povrchu. Důležitým požadavkem je použití co možná jednoduchého čidla s minimálním počtem elektrických i mechanických součástí, s minimálním objemem a s minimální hmotností. Neméně důležitým požadavkem je vysoká reprodukovatelnost ve výrobě při nízké pracnosti a tím při nízké výrobní ceně.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an optical reflector with emitter and sensor. In a number of technical fields, it is necessary to continuously monitor or evaluate the state and changes in the reflectance of a surface of a body or system. In many cases, it is the reflectance of a small portion of the surface that generally varies or moves, and in addition varies the distance between the surface and the sensor, which may also be located on the movable arm. The basic requirement is to reliably distinguish between two states, which usually have a smooth transition, over a relatively large range of the distance of the sensor from the monitored surface. An important requirement is the use of a simple sensor with a minimum of electrical and mechanical components, minimum volume and minimum weight. No less important requirement is high reproducibility in production at low labor and thus at low production cost.

Dosud používaná optická čidla lze rozdělit do dvou skupin. V první skupině jsou jednoduchá čidla bez optických systémů, řešená tak, že v hlavní konstrukční součásti čidla jsou dva otvory kruhového průřezu, přičemž jedním otvorem jsou vedeny paprsky vyzařované použitým zářičem a druhým otvorem jsou odražené paprsky vede246286 ny na snímač. Nevýhodou těchto čidel je to, že jejich citlivost je největší při určité vzdálenosti od sledované plochy a se zvětšováním i zmenšováním této vzdálenosti citlivost rychle klesá, což znamená, že nejsou použitelná při proměnné vzdálenosti sledované plochy od čidla, neboť přípustná změna této vzdálenosti pro zajištění správné činnosti je velmi malá. Ve druhé skupině jsou čidla s optickým systémem sestávajícím ze dvou částí, z nichž první část zajišťuje navázání zářičem vyzařovaného svazku paprsků a naopak oddělení odraženého svazku a jeho směrování na snímač a druhé části společné pro cestu vstupní i výstupní. U těchto čidel je vyzařovaný svazek paprsků veden na sledovanou plochu kolmo a citlivost klesá se zvětšující se vzdáleností čidla od odrazné plochy. Použitelné rozmezí vzdálenosti čidla je závislé na rozptylu odraženého světla na nerovnostech sledované plochy a na optickém systému. Nevýhodou je to, že optický systém je složitější, což vede ke zvýšení ceny a též zvětšení rozměrů i hmotnosti čidla.The optical sensors used so far can be divided into two groups. In the first group, there are simple sensors without optical systems, designed in such a way that in the main component of the sensor there are two orifices of circular cross-section, where one orifice is guided by beams emitted by the emitter. The disadvantage of these sensors is that their sensitivity is greatest at a certain distance from the viewing area and as the distance increases and decreases, the sensitivity quickly decreases, which means that they are not usable at varying distance of the viewing area from the sensor. The activity is very small. In the second group there are sensors with an optical system consisting of two parts, the first part secures the binding of the radiated beam and the separation of the reflected beam and its directing to the sensor and the second part common for the input and output path. In these sensors, the emitted beam is directed perpendicularly to the area of interest and the sensitivity decreases with increasing distance of the sensor from the reflective surface. The applicable range of the sensor distance depends on the scattering of the reflected light on the irregularities of the surface being monitored and on the optical system. The disadvantage is that the optical system is more complicated, which leads to an increase in cost and also an increase in the size and weight of the sensor.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje optické odrazné čidlo podle vynálezu, v jehož základním tělese je umístěn zářič světelných paprsků a snímač odražených paprsků, přičemž optické osy zářiče a snímače jsou buď rovnoběžné, nebo v ostrém úhlu, a ve směru vyzařovaných a přijímaných paprsků je základní těleso opatřeno výstupním otvorem a vstupním otvorem. Podstata vynálezu spočívá v tom, že výstupní otvor zářiče a vstupní otvor snímače jsou opatřeny maskou s nejméně jednou tvarovou štěrbinou takových geometrických tvarů, dávajících v okrajových částech šířku paprsků zvětšenou, například ve tvaru písmene H. Doplňujícím znakem podstaty vynálezu je to, že tvarová štěrbina masky leží v jedné rovině, nebo maska s tvarovou štěrbinou je prostorově tvarována, například ve tvaru pláště, části válce nebo hranolu. Rozvíjejícím znakem podstaty vynálezu je to, že maska s tvarovou štěrbinou je zapuštěna ve výstupním otvoru a vstupním otvoru základního tělesa, anebo je umístěna na konci výstupního a vstupního otvoru základního tělesa.The above-mentioned drawbacks are overcome by the optical reflection sensor according to the invention, in whose base the light emitter and the reflected beam sensor are located, the optical axes of the emitter and the sensor being either parallel or at an acute angle, and in the direction of emitted and received beams an outlet opening and an inlet opening. SUMMARY OF THE INVENTION The radiator outlet and sensor inlet are provided with a mask with at least one shape slit of such geometric shapes giving an increased width, e.g. H-shaped, at the edge portions. A further feature of the invention is that the shape slit the masks lie flat, or the mask with a shaped slot is spatially shaped, for example in the form of a shell, a part of a cylinder or a prism. An evolving feature of the invention is that the shaped slot mask is embedded in the outlet opening and inlet opening of the base body, or is located at the end of the outlet opening and inlet opening of the base body.

Výhody optického odrazového čidla podle vynálezu spočívají v tom, že oproti dosud známým řešením čidla s dvěma kruhovými otvory, nebo se společnou vstupní a výstupní cestou svazku světelných paprsků umožňuje rozlišit různé hodnoty odrazivosti povrchu tělesa i v případě, že vzájemný poměr těchto hodnot, to je kontrast, je malý, a to při vzdálenosti čidla od sledovaného povrchu promnělivé v širokém rozsahu. Velikost sledované plochy může být velmi malá. Není nutné dodržet určitou vzdálenost, ani ji sledovat, což je výhodné zejména při kolísání této vzdálenosti. Jednoduchá konstrukce a minimální počet součástí umožňují zmenšit rozměry i hmotnost optického odrazného čidla na minimum. Tyto důvody vedou též ke snížení pracnosti ve výrobě a tím i ceny optického odrazného čidla.The advantages of the optical reflection sensor according to the invention are that, compared to the previously known two-hole sensor solutions or the common input and output paths of the light beam, it allows differentiation of the reflectance values of the body surface even if the ratio of these values, i.e. the contrast is small, with a wide range of variations between the sensor and the surface to be monitored. The size of the monitored area can be very small. It is not necessary to observe or observe a certain distance, which is advantageous in particular when fluctuating this distance. The simple design and the minimum number of components make it possible to minimize the dimensions and weight of the optical reflection sensor. These reasons also lead to a decrease in labor intensive production and hence cost of the optical reflection sensor.

Podstata vynálezu je dále popsána s odkazem na připojené výkresy, kde obr. 1 znázorňuje celkové uspořádání optického odrazného čidla s rovinnou maskou, obr. 2 znázorňuje uspořádání optického odrazného čidla s prostorově tvarovanou maskou, a obr. 3 znázorňuje příklady tvarových štěrbin masky.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention is further described with reference to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows the overall configuration of an optical reflection sensor with a planar mask, Fig. 2 shows the arrangement of an optical reflection sensor with a spatially shaped mask, and Fig. 3 shows examples of shaped mask slots.

Optické odrazné čidlo znázorněné na obr. 1, sestává ze základního tělesa 1, zářiče 6 světelných paprsků a snímače 7 odražených paprsků, které jsou umístěny v úchytech 2 a 3 v základním tělese 1, přičemž optické osy zářiče 6 a snímače 7 jsou v ostrém úhlu a ve směru vyzařovaných paprsků zářiče 6 a přijímaných paprsků snímače 7 jsou v základním tělese 1 vytvořeny výstupní otvor 4 a vstupní otvor 5, u kterých je umístěna maska 8 s tvarovou štěrbinou 81, která je na obou stranách od středu masky 8 rozšířena, například do tvaru písmene H.The optical reflection sensor shown in FIG. 1 consists of a base body 1, a light emitter 6 and a reflected beam sensor 7, which are located in the mounts 2 and 3 in the base body 1, the optical axes of the emitter 6 and the sensor 7 being at an acute angle. and in the direction of the emitted beams of the emitter 6 and of the received beams of the sensor 7, an outlet aperture 4 and an inlet aperture 5 are formed in the base body 1 with a mask 8 having a shaped slot 81 which extends on both sides from the center of the mask 8 H.

Optické odrazné čidla znázorněné na obr. 2 je prakticky stejného uspořádání jako optické odrazné čidlo na obr. 1, rozdíl spočívá pouze v tom, že maska 8, kterou je optické odrazné čidlo opatřeno, je tvarována prostorově ve tvaru části pláště válce. Alternativní prostorové tvarování masky 8 může být ve tvaru hranolu.The optical reflection sensors shown in Fig. 2 are practically the same arrangement as the optical reflection sensor in Fig. 1, the only difference being that the mask 8 provided with the optical reflection sensor is spatially shaped in the shape of a part of the cylinder housing. Alternative spatial shaping of the mask 8 may be prism-shaped.

Ve variantním uspořádání může být maska 8 opatřena nejméně jednou tvarovou štěrbinou 81 takových geometrických tvarů, u nichž je v okrajových částech šířka tvarové štěrbiny 81 rozšířena, jak je znázorněno na obr. 3. U prostorově tvarované masky 8 může být kromě tvarové štěrbiny 81 s rozšířením použita i tvarová štěrbina 81 o konstantní šířce, jak je znázorněno na obr. 2. Dalších šest možností uspořádání tvarové štěrbiny 81, resp. štěrbin, uvedených na obr. 3 je třeba považovat pouze za ilustrativní, neboť ve skutečnosti mohou tvarové štěrbiny 81 být vytvořeny i v dalších tvarech vycházejících z podobnosti, případně kombinací zobrazených tvarů. Z tvarových štěrbin 81 jsou vyloučeny dva kruhové otvory, které se vyskytují u výstupních a vstupních otvorů stávajících čidel a které neumožňují dosažení citlivosti neproměnné v širokém rozsahu vzdálenosti čidla od sledovaného povrchu tělesa 8.In a variant arrangement, the mask 8 may be provided with at least one shaped slot 81 of such geometric shapes in which the width of the shaped slot 81 is widened at the peripheral portions, as shown in Fig. 3. A constant width 81 shaped slot 81 is also used, as shown in FIG. 2. The slots shown in FIG. 3 are to be considered as illustrative only, since in fact the shape slots 81 may also be formed in other shapes based on similarity or combinations of the shapes shown. Two circular openings, which occur at the outlet and inlet openings of the existing sensors, are excluded from the shape slots 81 and do not allow the sensitivity to be maintained invariant over a wide range of the distance of the sensor from the surface of the body 8 to be monitored.

Při činnosti optického odrazného čidla procházejí paprsky vyzářené zářičem 6 výstupním otvorem 4 a svazek paprsků je při průchodu maskou 8 omezován tvarovou štěrbinou 81, resp. tvarovými štěrbinami, v té části masky 8, která se nachází u výstupního otvoru 4. Svazek paprsků prošlý maskou 8 dopadá na sledovaný povrch tělesa 9, kde se paprsky odrážejí a rozptylují. Část odražených paprsků projde částí tvarové štěrbiny 81 masky 8, nacházející se u vstupního otvoru 5 a je zachycena snímačem 7. Cílem uspořádání tvarové štěrbiny 81 v masce 8 je dosažení širšího svazku paprsků procházejících v okrajových částech tvarové štěrbiny 81, než svazku paprsků procházejících v částech bližších ke středu masky 8, což je podmínkou pro dosažení požadované činnosti optického odrazného čidla.In operation of the optical reflection sensor, the rays emitted by the radiator 6 pass through the exit opening 4, and the beam of beams is limited by the shape slot 81 and / or the aperture. the beam 8 passed through the mask 8 impinges on the surface of the body 9 to be monitored, where the beams are reflected and scattered. A portion of the reflected beams passes through a portion of the shape slot 81 of the mask 8 located at the inlet opening 5 and is captured by the sensor 7. The disposition of the shape slot 81 in the mask 8 aims to achieve a wider beam of beams extending in the peripheral portions of the shape slot 81 than beams passing through closer to the center of the mask 8, which is a condition for achieving the desired operation of the optical reflection sensor.

V praktickém provedení je možné masku 8 realizovat buď jako rovinnou s nejméně jednou tvarovou štěrbinou 81, jejíž plocha se směrem od středu masky 8 rozšiřuje, nebo prostorovou, a to buď prohnutou ve tvaru části pláště válce, nebo lomenou, ve tvaru pláště hranolu, s nejméně jednou tvarovou štěrbinou 81 nerozšířenou, nebo rozšířenou směrem od středu masky 8. Maska 8 s tvarovou štěrbinou 81 může být zapuštěna ve výstupním otvoru 4 a vstupním otvoru 5 základního tělesa 1, nebo umístěna na konci těchto otvorů 4, 5.In a practical embodiment, the mask 8 may be either planar with at least one shaped slot 81 whose surface extends away from the center of the mask 8, or spatially, either curved in the shape of a part of the cylinder shell or angled, in the shape of a prism. The at least one shaped slot 81 not widened or expanded away from the center of the mask 8. The shaped slot mask 8 may be embedded in the outlet opening 4 and the inlet opening 5 of the base body 1 or positioned at the end of these openings 4, 5.

Vzhledem k tomu, že při funkci optického odrazného čidla dochází vždy k rozptylu paprsků, které po odrazu jsou zachyceny snímačem 7, a tyto paprsky procházejí určitou plochou tvarové štěrbiny 81 masky 8, není nutné, aby rozšíření tvarové štěrbiny 81 v masce 8 směrem od středu bylo spojité, přičemž tvarová štěrbina 81 v masce 8 může být dokonce rozdělena na více částí. Z té248885 hož důvodu není rozhodující, zda osy zářiče 6 a snímače 7 jsou v ostrém úhlu, nebo rovnoběžné. Střední část masky 8, přiléhající na část základního tělesa 1 tvořící přepážku mezi výstupním otvorem 4 a vstupním otvorem 5 a ležící ve stínu tvořeném touto přepážkou, neovlivňuje průchod svazku paprsků, takže pro správnou funkci čidla není rozhodující, zda v této střední části masky 8 tvarová štěrbina 81 je či není vytvořena.Since the optical reflection sensor is always scattered by the beams that are picked up by the sensor 7 after reflection, and these beams pass through a certain area of the shape slot 81 of the mask 8, it is not necessary for the widening of the shape slot 81 in the mask 8 away from the center has been continuous, and the shaped slot 81 in the mask 8 can even be divided into multiple parts. For this reason, it is not critical whether the axes of the emitter 6 and the sensor 7 are at an acute angle or parallel. The central part of the mask 8 adjacent the part of the base body 1 forming the partition between the outlet opening 4 and the inlet opening 5 and lying in the shadow formed by this partition does not affect the passage of the beam, so the slot 81 is or is not formed.

Vlastnosti uvedeného optického odrazného čidla podle vynálezu lze využít především u automatických a programovatelných gramofonů jako čidla pro indikaci mezer mezi jednotlivými skladbami, okraje gramofonové desky a oblasti s výběhovou drážkou. Optické odrazné čidlo může být upevněno na přenosce před snímací vložkou, nebo může být i součástí vložky, čímž se na minimum sníží chyba, způsobená vzdáleností osy čidla od snímací jehly při proměnné křivosti drážky desky. Optické odrazné čidlo slouží k rozlišení nahraných úseků desky, to je jednotlivých skladeb nebo jejich částí, a úseků bez nahrávky, tzn. mezer mezi skladbami, okraje desky a úseku ve středu desky s výběhovou drážkou, a to jak při vedení přenosky jehlou v drážce při přehrávání, tak i při přejíždění přenosky nad deskou při vyhledávání. Mimo uvedený účel lze řešení podle vynálezu využít ve všech případech, kdy je třeba zjišťovat a/nebo sledovat změny odrazivosti povrchu těles, přičemž vzdálenost optického odrazného čidla od sledovaného povrchu tělesa se může měnit v relativně velkém rozmezí.The properties of the optical reflection sensor according to the invention can be used, in particular, for automatic and programmable turntables as sensors for indicating the gaps between the tracks, the edges of the record and the area with the run-out groove. The optical reflection sensor can be mounted on the transmitter in front of the sensor insert, or it can also be part of the insert, minimizing the error caused by the distance of the sensor axis from the sensor needle when the plate groove varies. The optical reflection sensor is used to distinguish recorded sections of the disc, i.e. individual tracks or parts thereof, and sections without recording, i.e. the gaps between the tracks, the edges of the plate, and the section in the center of the disc with the run-out groove, both when the needle is guided through the groove during playback and when the cartridge is passed over the disc during search. Beyond this purpose, the solution according to the invention can be used in all cases where it is necessary to detect and / or monitor changes in the reflectance of the surface of the bodies, where the distance of the optical reflection sensor from the observed surface of the body can vary within a relatively wide range.

Claims

1 An optical reflection sensor having a light emitter and a reflected beam sensor in the base body, the optical axis of the emitter and sensor being either parallel or at an acute angle, and in the direction of the emitted and received beams, the base body is provided with an outlet and an inlet characterized in that the outlet opening (4) of the emitter (6) and the inlet opening (5j) of the sensor (7) are provided with a mask (8) with at least one shaped slot (81) giving an increased beam width, e.g. letter H.

Optical reflection sensor according to Claim 1, characterized in that the shaped slot (81) of the mask (8) lies in one plane.

OF THE INVENTION

Optical reflection sensor according to claim 1, characterized in that the mask (8) with the shaped slot (81) is spatially shaped, for example in the form of a jacket part of a cylinder or a prism.

Optical reflection sensor according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the mask (8) with the shaped slot (81) is embedded in the outlet opening (4) and the inlet opening (5) of the base body (1).

Optical reflection sensor according to Claims 1 to 3, characterized in that the mask (8) with a shaped slot (81) is located at the end of the outlet opening (4) and the inlet opening (5) of the base body (1).