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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der verwandten vorläufigen US-Patentanmeldung
60/207676, eingereicht am 26. Mai 2000.
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Sachgebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft allgemein Systeme zum Detektieren
von Objekten, und insbesondere betrifft sie Photodetektorsysteme
und automatisch betätigte
Vorrichtungen, die derartige Systeme verwenden.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
ist erwünscht,
auf Abfallbehältern
Deckel vorzusehen, um unangenehme Anblicke und Gerüche einzuschließen und
einen Schutz vor Kontamination durch darin enthaltene Objekte zu
bewirken. Es wurden verschiedene Abfallbehälter mit manuell betätigten Deckeln
entwickelt, die jedoch unter unbequemer Handhabung und der Gefahr
einer Kontaminierung beim Berühren
leiden. Fußbetätigte Ausführungen
minimieren das Kontaminationsrisiko, sind jedoch ebenfalls oft unbequem
oder umständlich
zu verwenden. Die Benutzer sowohl von handbetätigten, als auch von fußbetätigten Abfallbehältern können mit
mehreren Aufgaben beschäftigt
sein, oder sich in einer unbequemen Position befinden, und keine
freie Hand oder keinen freien Fuß zur Betätigung des Behälterdeckels
haben.
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Automatische
Tonnen zweier allgemeiner Typen wurden bisher entwickelt. Ein Typ
verwendet einen Näherungsdetektor
(d.h. eine druckempfindliche Matte oder einen photoelektrischen
Detektor), um die Anwesenheit eines Benutzers in der Nähe des Behälters zu
detektieren und eine motorgetriebene Tür (oder Türen) zu öffnen. Die Türen schließen im allgemeinen
nach einer vorbestimm ten Zeitspanne des Nicht-Detektierens. Dieser
Typ von Automatik ist für irrtümliches
Auslösen
durch passierende Objekte oder Personen sehr anfällig.
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Der
zweite Typ von automatischem Müllcontainer
hat ein konkretes "Abteil", in das Objekte
vor dem Passieren der automatischen Tür des Containers eintreten
müssen.
Das Abteil weist einen oder mehrere Infrarotstrahlemitter und Detektoren
auf. Objekte in dem Abteil reflektieren Strahlen der Infrarotzone
und bewirken das Öffnen
der motorbetriebenen Tür.
Die Wände
des Abteils schirmen gegen eine Detektion von Objekten außerhalb
des Abteils ab.
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Die
Vermeidung von irrtümlichem
Auslösen ist
bei diesem Typ verbessert, jedoch sind "falsche Negative" oder das Nichterkennen von Objekten
in dem Abteil möglich,
wenn sich Objekte außerhalb
der Zone befinden.
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Darüber hinaus
beeinträchtigt
die Notwendigkeit eines inneren Abteils die Fähigkeit des automatischen Müllbehälters kontaminierende
Objekte und gesundheitsschädliche
Emissionen im abgeschirmten Inneren des Behälters einzuschließen. Der Innenumfang
des Abteils, der kontaminiert werden kann, liegt frei. Es ist schwierig,
diesen Umstand zu vermeiden, wenn eine abgeschirmte photoelektrische
Detektionszone vor einer Öffnung
ausgebildet ist. Die Zone muss durch eine freiliegende konkrete Struktur
um eine bestimmte Entfernung von der Tür beabstandet sein, damit die
Tür vor
einem Kontakt eingehender Objekte geöffnet werden kann. Für den Benutzer
ist es umständlich,
zu warten, während
die Tür öffnet, so
dass ein bequemer Zonenabstand bedeutend ist.
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Es
ist ein automatischer Abfallbehälter
erforderlich, der eine nicht-physische Detektionszone mit einer
genau geregelten Konfiguration bildet, um irrtümliches Auslösen zu minimieren.
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Bei
einem Behälter
mit einer nach oben weisenden Öffnung
sollte die Detektionszone ein durchgehender vertikaler "Vorhang" sein, der dem Profil des Öff nungsumfangs
entspricht, so dass nur Objekte, welche die virtuelle, vertikal
erweiterte Begrenzung der Öffnung überqueren,
den Behälter
aktivieren.
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Diese
Konfiguration reduziert die Detektionszonenbegrenzung auf ein logisches
Minimum, wodurch die Häufigkeit
eines unbeabsichtigtes Auslösens
erheblich verringert wird. Es ist ebenso erwünscht, dass die Höhe der Detektionszone
durch den Benutzer verstellbar ist, um ein irrtümliches Auslösen durch
das Vorhandensein einer nahegelegenen Struktur, von Objekten oder
Aktivitätszonen,
die sich in dem Bereich über
dem Behälter
befinden, zu vermeiden.
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Diffuse
Lichtvorhänge
mit durchgehender Erkennungsfähigkeit
sind aus verschiedenen Anwendungen bekannt. Sie verwenden im allgemeinen
divergierende oder Abtaststrahlen, Infrarotemitter und Photodetektoren,
um durchgehende Detektionszonen durch Erkennen von durch eindringende
Objekte reflektierten Emissionen zu bilden. Die Emissionen können mit
einer festgelegten Frequenz gepulst sein, und die Elektronik und
die Logikschaltungen sind derart konfiguriert, dass sämtliche
empfangene Strahlung, die nicht die Emitterfrequenz aufweist, ausgefiltert
wird. Dies schränkt
irrtümliches
Auslösen
sowie Schwankungen der Detektorempfindlichkeit ein, die durch Fluktuationen
der Umgebungslichtbedingungen verursacht werden.
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Lichtvorhänge wurden
in der Industrie verwendet, um Sicherheitszonen um laufende Maschinen
zu bilden, welche Signale zum sofortigen Abschalten oder andere
Sicherheitsprotokolle auslösen, wenn
die Zonen überschritten
werden. Andere Anwendungen umfassen Detektionssysteme zum Erkennen
von sich bewegenden Objekten auf einem Förderband oder von Webfehlern
in Textilherstellungsmaschinen. Lichtvorhang-Detektionssysteme wurden
ebenfalls verwendet, um passierende Fahrzeuge auf Verkehrsdurchfahrten
zu überwachen. Eindringwarnsysteme,
die in verschiedenen Sicherheitsanwendungen verwendet werden, benutzen ebenfalls
Lichtvorhänge
zum Begrenzen von Detektionszonen. Eine andere Anwendung ist die
Verwendung von Lichtvorhängen
zum Steuern automatischer Fußgängertüren, wenn
vorgegebene Zonen um die Türen
betreten werden.
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Es
wurden Lichtvorhänge
entwickelt, die sowohl divergierende, als auch nicht divergierende oder
kollimierte Strahlenwege verwenden. Es ist vorstellbar, dass für andere
Lichtvorhanganwendungen entwickelte Technologien angewendet werden
können,
um die Lichtvorhangkonfiguration zu erhalten, die für einen
verbesserten automatischen Abfallbehälter erforderlich ist. Die
bekannte Lichtvorhangtechnologie hat jedoch mehrere Nachteile, wenn
sie für
diese Anwendung in Betracht gezogen wird.
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US-A-5414256
beschreibt eine Vorrichtung, bei der eine Detektionszone eine Person
umgibt, welche die Zone aktiviert, indem sie diese durch verschiedene
Körperbewegungen
schneidet. Die resultierenden Steuersignale dienen der Kopplung
mit einem gesteuerten Instrument, beispielsweise einem Videospielprozessor
oder einem elektronischen Musikinstrument. Die Detektionszone ist
durch mehrere lineare Segmente gebildet, die an ihren Enden verbunden
sind, um ein den Benutzer umschließendes Polygon zu bilden. Jedes
Segment weist im allgemeinen einen Strahlungsemitter, einen Strahlungsdetektor
und optische Elemente zum Formen der Sichtfelder des Emitters und
des Detektors auf. Optische Elemente formen die überlappenden Sichtfelder von Detektoren
oder Erkennungsräume,
die im Querschnitt dünn
sind, jedoch mit zunehmender Entfernung von den Basissegmenten in
der Länge
divergieren. Die divergierenden Detektionszonenvolumina sind in
einem sich überschneidenden
Muster angeordnet, und definieren ein projektiertes polygonales Profil,
das einen Innenraum begrenzt, in dem sich der Benutzer befindet.
Kein Detektionszonenbereich ragt in den inneren polygonalen Raum.
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Selbst
wenn Lichtvorhänge
kollimiert werden, um planare Detektionszonen zu erzeugen, beschreibt
der Stand der Technik keine Maßnahme
zum Erzeugen eines einzelnen durchgehenden Lichtvorhangs, der einen
vorgegebenen Bereich umgibt.
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Mehrere
planare Lichtvorhänge
können
zur Bildung einer polygonalen Begrenzung kombiniert werden, jedoch
kann hierdurch nur annäherungsweise
ein gekrümmter,
nicht polygonaler Umfang gebildet werden.
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Darüber hinaus
sind die Kosten und die Komplexität des Kombinierens mehrerer
Lichtvorhänge,
die mittels bekannter Technologie gebildet sind, um einen definierten
Bereich zu umschließen, im
Hinblick auf das gegenwärtige
Ziel der Schaffung eines kostengünstigen
automatischen Abfallbehälters
nicht vertretbar.
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Es
ist daher erstrebenswert, ein kostengünstiges, robustes, zuverlässiges Detektionssystem
zu schaffen, das zur Verwendung in Verbindung mit automatisch betätigten Behältern, wie
Müllbehältern, geeignet
ist.
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Überblick über die
Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung beschreibt ein System zum Erzeugen einer durchgehenden
kollimierten Detektionszone für
eine automatisch betätigte
Vorrichtung oder einen solchen Behälter, beispielsweise einen
automatisch betätigten
Abfallbehälter, wobei
die Detektionszone an den Öffnungsumfang des
Behälters
angepasst werden kann, in der Höhe einstellbar
ist, unempfindlich gegen Umgebungslichtfluktuationen ist, und relativ
einfach und kostengünstig
herstellbar ist. Obwohl zahlreiche Typen und Anordnungen von automatischen
Türen verwendet
werden können,
wird im folgenden eine Konfiguration beschrieben, die flexible Schiebetüren verwendet,
welche die Systemkomplexität
und den für
den Betrieb erforderlichen Raum minimieren.
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Ein
erfindungsgemäßes Detektionssystem umfasst
einen vertikalen kollimierten durchgehenden Lichtvorhang aus emittierten
Infrarotimpulsen, welcher die Behälteröffnung umgibt. Infrarotempfindliche Phototransistoren,
die an Stellen um die Behälterrandfläche angebracht
sind, detektieren Reflexionen von emittierter Strahlung, welche
von den Oberflächen
von Objekten reflektiert wird, die den Lichtvorhang passieren. Die
Detektoren können
auch unter der Oberfläche
angeordnet sein und zugehörige
Linsenelemente aufweisen, um Infrarotreflexionen auf diese zu konzentrieren.
Fehldetektionen aufgrund von Umgebungslichtfluktuationen werden
durch eine elektronische Schaltung minimiert, die sämtliche empfangene
Strahlung, die nicht die emittierte Frequenz hat, ausfiltert. Die
effektive Höhe
der Detektionszone ist durch Variieren der Intensität der emittierten
Strahlung und/oder der Detektorempfindlichkeit einstellbar.
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Es
ist ersichtlich, dass bei Ausführungsbeispielen
mit gepulster Emission bekannte Formen von elektronischen Schaltungen
verwendet werden können,
um festzustellen, wann einer der Ausgangszustände der Detektoren eine Amplitudenschwankung, die
einen definierten Schwellenwert übersteigt,
und eine Frequenz aufweist, die im wesentlichen mit der Impulsfrequenz
der Lichtemissionsquelle identisch ist.
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Der
umschließende
Lichtvorhang wird durch mehrere Infrarot-LED-Emitter oder andere
Einrichtungen erzeugt, beispielsweise durch mehrere Lichtemissionsquellen,
die durch einen oder mehr Emitter und ein optisches Faserübertragungssystem
gebildet sind, das die Quellenemissionen an gewünschte Stellen liefert. Die
Emitter befinden sich unter der Oberseite des Randes in einem die
Behälteröffnung umgebenden
Kanal. Ein mit mehreren Linsen versehener, transparenter Kunststoffring
wird in dem Kanal über
den Emittern angeordnet. Die Unterseite des Rings (die den Emittern
zugewandt ist) besteht aus einer Reihe von Linsen, jeweils einer
für jeden
Emitter.
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Jeder
Emitter transmittiert Infrarotstrahlung an nur eine der Linsen des
Rings. Eingegossene opake, nicht reflektierende Wände in dem
Gehäuse trennen
jedes Paar aus Emitter und Linse in einzelne Abschnitte ab und blockieren
das Übertragen
oder das Empfangen von Infrarotemissionen an bzw. von anderen Emitterabschnitten.
Jede Linse weist einen in ihrem Brennpunkt angeordneten Emitter
auf, so dass sämtliches
auf die Linse einfallende emittierte Licht zu einem kollimierten
vertikalen Lichtstrahl gebrochen wird.
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Die
Oberseite des Rings ist planar und ihre Oberflächennormale ist vertikal gerichtet.
Das von den Linsen gebrochene vertikale kollimierte Licht trifft im
rechten Winkel auf die horizontale Oberseite auf und läuft daher
ungebrochen in vertikaler Richtung weiter.
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Die
mehreren kollimierten Lichtvorhangsegmente (ein Segment für jeden
Emitter) sind durch die feste Konfiguration des Rings an den Enden
miteinander verbunden und derart angeordnet, dass sie einen durchgehenden
Lichtvorhang (d.h. Detektionszone) bilden, welcher die Behälteröffnung vollständig umschließt und sich
entsprechend der durch die einstellbare Systemempfindlichkeitssteuerung
eingestellte maximale Detektionshöhe vertikal nach oben erstreckt.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
des Rings sieht eine nicht horizontale Oberseite vor, so dass die Ringoberfläche der
umgebenden Kontur des Behälterrandes
folgen kann, die (im Querschnitt gesehen) in vertikaler Dimension
variieren kann. In diesem Fall ist jede Linsenanordnung und jedes
Emitterpaar so ausgerichtet, dass das von der Linse kommende kollimierte
Licht in dem erforderlichen Winkel auf die Oberseite trifft, um
eine Brechung des Ausgangslichts in vertikaler Richtung zu bewirken.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
des Rings sieht zusätzlich
zudem ersten vertikalen Lichtvorhang einen zweiten umschließenden Lichtvorhang um
die Behälteröffnung vor.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
besteht die Oberseite des Rings aus zwei umschließenden Flächen, die
jeweils einen Teil des von den tiefer gelegenen Linsenflächen gebrochenen kollimierten
Lichts empfangen. Die erste Fläche
ist wie zuvor beschrieben derart ausgerichtet, dass sie einen kollimierten
vertikalen Lichtvorhang um die Behälteröffnung bildet. Die zweite Fläche ist
derart ausgerichtet, dass das von den tiefer gelegenen Linsen kommende
Licht unter einem vorgegebenen Winkel auftrifft, wodurch es nach
innen in Richtung der Behälteröffnung unter
einem bestimmten Winkel in bezug auf die Vertikale gebrochen wird.
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Der
zweite, nach innen geneigte Lichtvorhang bewirkt eine zusätzlichen
abgedeckten Detektionsbereich innerhalb des Inneren des äußeren Lichtvorhangs,
um Objekte zu beleuchten und zu detektieren, die in das Innere der
Detektionszone über
einen über
der maximalen Höhe
des äußeren vertikalen Lichtvorhangs
gelangen, bevor sie in die innere Zone fallen. Der zweite Lichtvorhang
ist derart geneigt, dass sich die derart gebildete Detektionszone
bei maximalem Emitterausgang und maximaler Detektorempfindlichkeit
nicht über
die vertikale Begrenzung des ersten Lichtvorhangs hinaus erstreckt.
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Der
Ring ist ein relativ kostengünstiges
einstückiges
geformtes Kunststoffteil, das sämtliche
Linsenelemente und emittierenden Flächen in fester gegenseitiger
Ausrichtung zueinander enthält,
wodurch die Notwendigkeit mehrerer optischer Präzisionskomponenten und/oder
einzelner Einstellungen der Optik für das Bilden eines durchgehenden,
gleichmäßigen Lichtvorhangs,
der den vorgegebenen Bereich umschließt, entfällt.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
des Rings passt die in Zusammenhang mit den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
beschriebenen Konzepte an, um eine Detektionszone zu definieren,
die nur teilweise einen umschlossenen Bereich umgibt. Bei einigen
Anwendungen können
Abfallbehälter
teilweise in Wände
eingelassen sein oder mit einer Seite bündig an einer Wand angeordnet
sein, so dass nur ein Teil des Behälterrandes über die Wandfläche hinausragt.
Diese Konfigurationen erfordern lediglich eine Detektionszone, die
sich von dem Bereich des Randes, der über die Wandfläche hinausragt,
aus erstreckt – d.h.,
die physische Sperre durch die angrenzend Wand zwingt sämtliche
ankommenden Objekte den freiliegenden Rand zu passieren, bevor sie
in die Behälteröffnung gelangen.
Ferner kann die angrenzende Wandstruktur derart ausgebildet sein,
dass sie die Detektionszone stören
würde,
wenn die Zone die Behälteröffnung vollständig umschließen würde. Von der
Wand kommende Reflexionen emittierter Strahlung können das
Erreichen einer optimalen Detektionsempfindlichkeit bei gleichzeitigem
Vermeiden von irrtümlichem
Auslösen
erschweren.
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Um
eine teilweise umfangsmäßig verlaufende
Detektionszone zu bilden, ist der Ring selbst nur teilweise ausgebildet
und entspricht nur dem Profil des freiliegenden Bereichs des Randes.
Die Linsen und die Oberseite(n) des Teilrings sind, in Verbindung mit
korrekt ausgerichteten Emittern und opaken Separatorwänden, wie
zuvor beschrieben ausgebildet, um den/die angestrebten Lichtvorhang/-vorhänge zu bilden.
Der/die Lichtvorhang/-vorhänge
kommen in diesem Fall nur von dem freiliegenden Randabschnitt, bieten
jedoch eine volle Abdeckung für
sämtliche
Objekte, die in den Behälter
gelangen.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen Abfallbehälter mit
einer nach oben gerichteten Öffnung
(obwohl die gleichen hier beschriebenen Prinzipien auf Öffnungen
in jeder gegebenen Ausrichtung anwendbar sind). Die Türen, welche
die Öffnung
abdecken, können
auf zahlreiche bekannte Arten und Weisen konfiguriert, angetrieben
und geführt sein.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist
die Öffnung
motorgetriebene flexible Türen
auf, die zusammengleiten, um die Öffnung abzuschließen, oder
derart angetrieben werden, dass sie sich auseinander bewegen, um
Zugang zu dem Behälter zu
gewähren.
Die Türen
können
aus flexiblem geformtem Kunststoffmaterial bestehen und eine Reihe von
Antriebseingriffsmerkmalen aufweisen, wie beispielsweise eine in
einer Fläche
ausgebildete Zähne. In
dem Behältergehäusemodul
sind Antriebsmotoren angebracht. An den Antriebsmotoren vorgesehene Ritzel
kämmen
mit den Zähnen
der Türen,
wodurch die Motoren zum Bewegen der Türen in beide Richtungen angreifen
können.
Die Türen
werden durch Führungselemente
ausgelenkt und entlang den Seiten des Behälters vertikal nach unten geführt, wodurch
die Betriebsfläche
des Behälters
minimiert ist. Alternative Führungsbahnen,
welche das Betriebsvolumen minimieren, können ebenfalls verwendet werden,
wie beispielsweise gekrümmte
Bahnen, welche die flexiblen Türen
in eine spiralförmige,
gewickelte Konfiguration führen.
Die Betätigung
des Öffnens und
Schließens
durch die Türmotoren
wird durch elektronische und logische Schaltungen in Verbindung
mit von dem Detektionssystem her empfangenen Objektdetektionssignalen
gesteuert.
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Um
das Einwerfen von Abfall in den Behälter zu erleichtern, können die
Türen mit
hoher Geschwindigkeit angetrieben werden, so dass sie öffnen, bevor
eingehende Objekte ansonsten in Berührung mit ihnen gelangen würden. Um
den Energiebedarf der Motoren während
der starken Beschleunigung zu minimieren, können elastische Federelemente
verwendet werden, um zusätzliche
Bewegungsenergie zu liefern. Die Federelemente werden verformt,
um während
der Türschließphase,
in der die Türen
mit geringeren Geschwindigkeit betrieben werden und der Energiebedarf
der Motoren geringer ist, Energie zu speichern. Eine oder mehrere
Kupplungen sind erforderlich, um die Federelemente zurückzuhalten
und einen vorzeitigen Verlust gespeicherter Energie zu verhindern.
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Zu
beginn der Türöffnungsphase
werden die Kupplungen gelöst
und die Federelemente können sich
frei entrollen oder entspannen. Die Federn sind mechanisch unmittelbar
mit den Türen
oder mit den Türantriebssystemen
gekoppelt, um die von den Motoren gelieferte Bewegungsenergie zu
erhöhen
und die Türen
auf höhere
Geschwindigkeiten zu beschleunigen.
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Die
Federelemente können
eine Vielzahl von Formen annehmen, wie beispielsweise Drahtspulendruckfedern,
die während
des Schließens
mittels direkter mechanischer Verbindung mit den Türen linear geschlossen
werden. Alternativ können
Torsionsfedern verwendet werden, indem ein Ende an dem feststehenden
Gehäuse
und das andere Ende an der Motorwelle befestigt wird. Die Schließdrehungen
der Motorwelle wickeln die Feder auf, so dass Energie gespeichert
wird. Eine elektromechanische Kupplung, die ebenfalls mit dem Gehäuse verbunden
und mit der Motorwelle gekoppelt ist, hält die Motorwelle während der
Schließphase
der Tür
zurück,
wodurch das Entrollen der Torsionsfeder verhindert wird. Während des Öffnens gibt
die Kupplung die Motorwelle frei und die Torsionsfeder entrollt
sich, um ihre Energie freizugeben und die Motorwelle zu treiben.
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Es
können
geeignete Emitter und Detektoren verwendet werden, um Detektionszonen
zu bilden, die aus anderen Formen von Strahlungsenergie als Infra rotlicht
bestehen (beispielsweise elektromagnetische Strahlung mit anderen
Wellenlängen).
Darüber hinaus
können
die hier beschriebenen Detektionszonen problemlos an andere Anwendungen
als einen automatischen Abfallbehälter angepasst werden.
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Detektionszonen,
die andere Umfänge
begrenzen, wie den Rand automatischer Wasserbrunnen, automatische
Türen für die Selbstfütterung
von Haustieren oder Abfallentsorgungssysteme, und verschiedene Industrie-
und Sicherheitsanwendungen, die eine kontrollierte Erfassung des
Umfangs um definierte Bereiche erfordern, können unter Verwendung der genannten
Technologie, angepasst an die spezifischen Konfigurationen und Anforderungen
des Zielsystems, gebildet werden.
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Somit
betrifft ein Aspekt der Erfindung ein System zum Detektieren von
Objekten innerhalb eines oder mehrerer definierter Raumvolumina,
mit: mehreren Lichtemissionsquellen, einem optischen Element zum
Richten von von den Lichtemissionsquellen emittiertem Licht, das
innerhalb einer oder mehrerer Flächen
des optischen Elements übertragen
und von einer dieser Flächen
emittiert wird, in mehrere Zonen kollimierten Lichts, wobei das
optische Element Linseneinrichtungen umfasst, wobei die mehreren
Zonen Ende an Ende miteinander verbunden sind, wodurch sie zusammen
ein oder mehrere Raumvolumina oder Detektionszonen bilden, welche
den Umfang des begrenzten Bereichs vollständig oder teilweise umschließen und
sich von diesem nach außen
erstrecken, wobei die Zonen ein kombiniertes Profil der Emission
von den Emissionsflächen
des optischen Elements aufweisen, welches den begrenzten Bereich
vollständig
oder teilweise umschließt,
wobei im Gebrauch in den Detektionszonen befindliche Objekte von
Teilen des emittierten Lichts beleuchtet werden und wobei Teile
des emittierten Lichts, welches die Objekte beleuchtet, von den
Oberflächen
der Objekte reflektiert werden, und einem oder mehreren Detektoren,
die für
das reflektierte Licht empfindlich sind und an Stellen nahe dem begrenzten
Bereich angeordnet sind, wobei im Gebrauch Teile des von den Objekten
reflektierten Lichts die Detektoren beleuchten, wobei die Detek toren
Ausgangszustände
aufweisen, welche in Reaktion auf die Beleuchtung der Detektoren
durch das reflektierte Licht variieren.
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Ein
anderer Aspekt der Erfindung umfasst mehrere primäre optische
Flächen,
wobei die primären
optischen Flächen
diskrete Bereiche der Oberfläche
des optischen Elements sind, wobei jede der primären optischen Flächen einen
Brennpunkt aufweist, wobei eine der Lichtemissionsquellen im wesentlichen
in dem Brennpunkt angeordnet ist, wobei der Teil des von der Lichtemissionsquelle
emittierten Lichts, der auf die primäre optische Fläche trifft,
in einen kollimierten Lichtstrahl gebrochen wird, wobei jeder der
kollimierten Strahlen in dem optischen Element an eine oder mehrere
der Emissionsflächen
des optischen Elements übertragen
wird.
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Nach
einem Aspekt der Erfindung ist mindestens eine der Emissionsflächen im
rechten Winkel zu einem der kollimierten Strahlen innerhalb des
optischen Elements angeordnet und der kollimierte Strahl trifft
im rechten Winkel auf die Emissionsfläche auf, wodurch der kollimierte
Strahl beim Austritt im rechten Winkel zu der Emissionsfläche weiterläuft. Nach
einem anderen Aspekt ist mindestens eine der Emissionsflächen unter
einem nicht senkrechten Winkel zu einem der kollimierten Strahlen
in dem optischen Element angeordnet und der kollimierte Strahl trifft
auf die Emissionsfläche
unter einem nicht senkrechten Winkel auf, wodurch er beim Austreten aus
der Emissionsfläche
zu einem kollimierten Strahl mit einem bestimmten Winkel zu der
Emissionsfläche gebrochen
wird. Nach einem weiteren Aspekt empfangen die Lichtemissionsquellen
Lichtenergie von einer oder mehreren entfernten primären Quellen über ein
faseroptisches Übertragungssystem.
Nach einem anderen Aspekt emittiert jede der Lichtemissionsquellen
an nur eine der primären
optischen Flächen,
wobei sich die Lichtemissionsquellen im wesentlichen in den Brennpunkten
der primären
optischen Flächen
befinden. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung emittiert jede
der Lichtemissionsquellen Licht an mehrere der primären optischen
Flächen,
wobei die primären
optischen Flächen
sich einen gemeinsamen Brennpunkt teilen, und die Lichtemissionsquelle
im wesentlichen in dem gemeinsamen Brennpunkt der primären optischen
Flächen
angeordnet ist, und jede der mehreren primären optischen Flächen, die
Licht von einer der Lichtemissionsquellen empfangen, ist aus nicht
zusammenhängenden
primären
optischen Flächen
gebildet.
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Das
System kann ferner physikalische Grenzwände aufweisen, wobei die Flächen der Grenzwände für das von
den Lichtemissionsquellen emittierte Licht im wesentlichen undurchlässig und nicht
reflektierend sind, und wobei die Grenzwände derart ausgebildet sind,
dass ein Beleuchten der primären
optischen Flächen
durch eine der Lichtemissionsquellen, die nicht im wesentlichen
in den entsprechenden Brennpunkten der primären optischen Flächen angeordnet
sind, verhindert ist.
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Die
Erfindung kann elektrische Steuerelemente, welche das von den Lichtemissionsquellen kommende
emittierte Licht mit einer bestimmten Frequenz pulsieren, und elektrische
Schaltungen aufweisen, welche Erkennen, ob einer der Ausgangszustände der
Detektoren eine Amplitudenschwankung, die größer als ein bestimmter Schwellenwert
ist, und eine Frequenz aufweist, die im wesentlichen mit der Impulsfrequenz
der Lichtemissionsquellen identisch ist.
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Bei
einer praktischen Ausbildung der Erfindung existiert ein Maximalabstand
von den Emissionsflächen
des optischen Elements, bei dem Reflexionen des von den Objekten
in den Detektionszonen emittierten Lichts die Detektoren mit ausreichend Strahlungsenergie
beleuchtet, um zu bewirken, dass wenigstens einer der Ausgangszustandspegel
der Detektoren höher
als ein Schwellenwert ist. In diesem Fall weist das System eine
elektrische Schaltungseinrichtung auf, um zu erkennen, wann einer der
Ausgangszustände
der Detektoren eine Amplitude hat, die höher als der Schwellenwert ist,
und eine elektrische Steuereinrichtung auf, um den Maximalabstand
durch Verändern
der Amplitude der von den Lichtemissionsquellen emittierten Lichtenergie
einzustellen (oder den Abstand durch Verändern des Sollwertes des Schwellenwerts
einzustellen).
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Die
Erfindung kann ferner als ein Behälter ausgeführt sein, der aufweist: eine Öffnung,
durch welche Objekte in den Innenraum des Behälters eingeführt werden;
eine oder mehrere bewegbare Türen,
wobei die Türen
schließen,
um im wesentlichen die Öffnung
des Behälters
abzudecken, und öffnen, um
die Öffnung
des Behälters
freizugeben; Einrichtungen zum Detektieren von Objekten in einem
oder mehreren Raumvolumina, wobei die Raumvolumina (1) der Öffnung nahe
und diese teilweise oder vollständig
umgebende Basisprofile aufweisen, und (2) parallele Seiten aufweisen,
welche sich von den Basisprofilen in zunehmendem Abstand von dem
Behälter
nach außen
erstrecken. Eine elektrische Steuer- und eine elektromechanische
Antriebseinrichtung sind vorgesehen, um das Öffnen der Türen zu veranlassen, wenn Objekte
innerhalb der Raumvolumina detektiert werden. Nach einem anderen
Aspekt können
derartige Behälter
die vorgenannten Systeme umfassen, wodurch Raumvolumina zum Detektieren von
Objekten geschaffen wird.
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Ein
erfindungsgemäßer Behälter kann
ferner Federelemente und mechanische Verbindungseinrichtungen aufweisen,
durch welche die Federelemente während
der Schließbewegung
der Türen
verformt werden und elastische Energie speichern, und welche die
in den Federelementen gespeicherte elastische Energie kontrollierbar
freisetzen, um Bewegungsenergie zum Öffnen der Türen zu liefern. Es kann eine
elektrische Steuereinrichtung vorgesehen sein, welche die elektromechanischen
Antriebseinrichtungen veranlasst, die Türen nach einer eingestellten
(verstellbaren) Zeitspanne zu schließen, wobei die Ausgangspegel
der Detektoren während
dieser Zeitspanne geringer als der Schwellenwert sind (d.h., einem
Nicht-Erkennen von Objekten in dem Detektionsraum entsprechend).
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Der
Behälter
kann ferner Führungseinrichtungen
aufweisen, um die flexiblen Türen
derart zu führen,
dass sie sich während
des Öffnens
und Schließens
verformen, wobei die Türen
in der Öffnungsposition
in Konfigurationen geführt
sind, welche einer oder mehreren Seitenwänden des Behälters nahe
sind. Die Türelemente
können
Antriebsangriffsflächen
aufweisen, welche an An triebsangriffsflächen von Motoren oder anderen
Antriebselementen angreifen, um Kräfte für das Bewegen der Türen zu erzeugen
und aufzubringen.
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Schließlich kann
der Behälter
aufweisen: Detektoreinrichtungen zum Detektieren einer oder mehrerer
definierter Positionen der Türen;
ein erstes elektrisches Steuermodul zum Regeln der mechanischen Antriebseinrichtung,
um die Türen
entsprechend dem Ausgangszustand der Detektoren anzutreiben; Anzeigeeinrichtungen,
die ein sichtbares oder hörbares Signal
liefern, um anzuzeigen, wenn mindestens einer der Ausgangszustandspegel
der Detektoren den Schwellenwert übersteigt; und ein zweites
elektrisches Steuermodul zum Einstellen von Betriebsmodi der Türen. Die
Modi können
umfassen: einen Modus, in dem die Türen in Reaktion auf das Überschreiten des
Schwellenwerts durch den Ausgangszustand wenigstens eines der Detektoren öffnen, einen
Modus, in dem die Türen
ungeachtet der Ausgangszustände
der Detektoren offen bleiben, und einen Modus, in dem die Türen ungeachtet
der Ausgangszustände
der Detektoren geschlossen bleiben.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Explosionsdarstellung eines Behälters mit automatischen Betätigungseinrichtungen
entsprechend der vorliegenden Erfindung.
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2A ist
eine Explosionsdarstellung des Gehäusemoduls des Behälters von 1.
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2B zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel
des gehäusemoduls
des Behälters
von 1.
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3 ist
eine weggeschnittene Ansicht des Gehäusemoduls des Behälters von 1.
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4 ist
ein Querschnitt entlang der Schnittlinie A-A in 1 zur
Darstellung eines Details von Elementen in dem Gehäusemodul
des Behälters.
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5 ist
eine Draufsicht des kollimierenden Rings.
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6 ist
eine Explosionsdarstellung der Motormodulbauteile.
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7 zeigt
das in dem Gehäuse
angebrachte Motormodul von 6.
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8A ist
eine Querschnittsdarstellung des Gehäuses und optischer Elemente
des ersten Ausführungsbeispiels.
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8B ist
eine Querschnittsdarstellung des Gehäuses und optischer Elemente
des zweiten Ausführungsbeispiels.
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Beschreibung
der dargestellten Ausführungsbeispiele
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1 ist
eine Explosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines automatischen
Abfallbehälters,
der das erfindungsgemäße Detektionssystem
verwendet. Ein Behältnis 27 zum
Aufnehmen entsorgten Abfalls ist in eine Stützbasis 28 eingesetzt.
Das Gehäusemodul 26 wird über dem
Rand des Behältnisses 27 platziert,
wodurch es die Öffnung
des Behältnisses 27 bedeckt.
Das Gehäusemodul 26 bedeckt
einen wesentlichen Teil der oberen Seitenwände des Behältnisses 27 und dient
somit auch dazu, die freiliegenden oberen Teile eines wegwerfbaren
Kunststoffbeutels, des Typs zu bedecken, die zum Auskleiden des
Inneren von Abfallbehältern verwendet
werden können.
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2A ist
eine Explosionsdarstellung des Gehäusemoduls 26. Das
Hauptbauteil ist das Gehäuse 7.
Das Gehäuse 7 ist
ein Spritzgussteil aus Kunststoff, wie auch die anderen Bauteile,
die Blende 1 und die untere Abdeckung 16. Die
Wände und
Rippen des Gehäuses 7 bilden
mehrere Innenräume. Acht
Innen räume
umgeben die Öffnung
des Gehäuses 7,
die sich unmittelbar über
der Öffnung
des Behältnisses 27 befindet.
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Die
in 3 dargestellte weggeschnittene Ansicht des Gehäusemoduls 26 zeigt
die separaten inneren Abteilungen, die um den Umfang des Gehäuses 7 angeordnet
sind. Eine Licht emittierende Diode 9, oder LED, befindet
sich am Boden jeder Abteilung. Im oberen Bereich der Abteilungen
befindet sich ein oder mehr Photodetektoren 6, die um die
Gehäuseöffnung herum
verteilt sind. Die Photodetektoren 6 sind für elektromagnetische
Wellenlängen
empfindlich, die den LED-Emissionen entsprechen, und sind derart
angeordnet, dass sie diejenigen LED-Emissionen erkennen, welche
Oberflächen
von Objekten beleuchten, die eine bestimmte Umfangsgrenze passieren,
welche die Gehäuseöffnung umgibt,
und welche an die Photodetektoren 6 mit ausreichend Energie zurück reflektiert
werden, um einen Anstieg des Ausgangspegels der Photodetektoren 6 über einen
bestimmten Schwellenwert zu veranlassen, der eine Detektion anzeigt.
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Die
Anzahl der verwendeten Photodetektoren 6 kann je nach deren
Empfindlichkeits- und Sichtfeldeigenschaften variieren. Die Detektorempfindlichkeit
bestimmt die Mindestlichtenergie, die zum Auftreffen auf die lichtempfindliche
Fläche
und zum Veranlassen des Ansteigens des Ausgangspegels des Detektors über einen
bestimmten Schwellenwert erforderlich ist. Die zu detektierenden
Objekte können in
ihren Reflexionseigenschaften erheblich variieren. Daher empfangen
die Photodetektoren 6 ausreichend Lichtenergie für eine Aktivierung
von stark reflektierenden Objekten aus größeren Entfernungen, als von
vergleichbaren Objekten mit geringerem Reflexionsvermögen. Dies
impliziert auch, dass die Mindestgröße stark reflektierender Objekte,
die in einer bestimmten Entfernung detektiert werden können, kleiner
ist, als die detektierbare Mindestgröße von weniger stark reflektierenden
Objekten bei der gleichen Entfernung. Die Empfindlichkeit und die
Anzahl der Photodetektoren 6 kann somit abgestimmt werden,
um die erforderliche Systemempfindlichkeit für das Detektieren von Objekten
mit einem angestrebten Mindestreflexionsvermögen und einer solchen Größe zu erhalten.
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Die
von Objekten in der Detektionszone reflektierte Lichtenergie ist
ferner eine Funktion der Ausgangslichtenergiepegel der LEDs 9.
Höhere
Beleuchtungsausgangspegel verursachen das Reflektieren höherer Lichtenergiepegel
von den Oberflächen
der Objekte zurück
zu den Photodetektoren 6. Eine erhöhte LED-Helligkeit ermöglicht somit die Detektion
von Objekten in größeren Entfernungen
von den Photodetektoren 6. Es ist erwünscht, die maximale Detektionsentfernung
zu regeln, um falsches Auslösen
durch das Vorhandensein nahegelegner Strukturen, Objekte oder Aktivitätszonen,
die sich im Bereich über
dem automatischen Abfallbehälter
befinden, zu vermeiden. Das bevorzugte Ausführungsbeispiel ist mit einem
im folgenden beschriebenen Bedienfeld 44 versehen, so dass
ein Bediener die LED-Helligkeit einstellen und so die effektive
Höhe der
Detektionszone einstellen kann.
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Die
Sichtfelder der Photodetektoren 6 begrenzen von den Photodetektoren 6 ausgehende Raumzonen,
in welchen Lichtemissionen in direkter Sichtlinie detektiert werden
können.
Die Sichtfelder der Photodetektoren 6 überlappen, um eine durchgehende
Detektion um die Gehäuseöffnung zu
gewährleisten.
Jedoch sind die Sichtfelder divergierende Zonen, die in einer finiten
Entfernung von den Photodetektoren 6 überlappen.
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Es
werden somit nahe der Gehäuseöffnung Zonen
zwischen den Detektoren gebildet, die nicht im Sichtfeld irgendeines
der Photodetektoren 6 liegen. Reflektierte Emissionen von
Objekten in diesen Zonen können
die Photodetektoren 6 nicht aktivieren. Um die Höhe der "Totzonen" zwischen Detektoren
zu reduzieren, werden Detektoren mit größeren Sichtfeldwinkeln bevorzugt.
Darüber
hinaus können
mehr Detektoren verwendet werden, so dass sie näher beieinander liegen, wodurch
sich ihre Sichtfelder näher an
den Detektoren überlappen.
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Eine
Lichtabschirmung 5, die aus einem für Emissionen von den LEDs 9 im
wesentlichen undurchlässigen
Material besteht, ist über
den Photodetektoren 6 angeordnet. Offene Öffnungen
sind in der Lichtabschirmung 5 unmittelbar ü ber den
Photodetektoren 6 vorgesehen, so dass diese vollen Zugang
zu ihren Sichtfeldern haben.
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Die
offenen Enden der acht Gehäuseabteilungen
sind vollständig
durch einen kollimierenden Kunststoffring 4 bedeckt und
abgedichtet.
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5 ist
eine Draufsicht auf die Seite des kollimierenden Rings 4,
welche den LEDs 9 zugewandt ist. Die Innenumfangszone 49 und
die Außenumfangszone 50 sind
direkt mit dem Gehäuse 7 verbunden,
um eine durchgehende wasserdichte Abdichtung zu bilden. Dies kann
durch Thermo- oder Ultraschallschweißen und/oder Haftverbondung
erreicht werden. An die Innenumfangszone 49 schließt sich
der Bereich 53 des kollimierenden Rings 4 an, der über der
Lichtabschirmung 5 liegt. Die Bereiche 48 befinden
sich unmittelbar über
den Photodetektoren 6 und sind klare, durchlässige Öffnungen
für die darunter
liegenden Photodetektoren 6. Zwischen der Außenumfangszone 50 und
dem projektierten Lichtabschirmungsbereich 53 befindet
sich ein Ring aus mehreren Linsenflächenabschnitten 46,
jeweils einem für
jede LED 9.
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Die
Linsenflächenabschnitt 46 sind
vorzugsweise Fresnel-Linsenflächen.
Fresnel-Linsen verringern den Platzbedarf im Vergleich mit bekannten
Linsen mit vergleichbaren optischen Eigenschaften erheblich, indem
benachbarte Zonen einer Linsenfläche
zu konzentrischen Ringen zusammengelegt werden. Die konzentrischen
Ringe weisen Oberflächenprofile
auf, die Ringsegmenten der entsprechenden durchgehenden Linsenfläche gleich
sind und zusammen insgesamt im wesentlichen optische Leistungen erbringen,
die zu denen der durchgehenden Linse äquivalent sind. Die Oberfläche einer
Fresnel-Linse mit den konzentrischen Ringen wird als die gerillte Seite
bezeichnet. Die gegenüberliegende
Seite ist im allgemeinen eben.
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Der
optische Mittelpunkt 54 jedes Fresnel-Linsenabschnitts 46 befindet
sich unmittelbar über
der entsprechenden LED 9, wobei die Fresnel-Linsenfläche 46 von
der LED 9 in einer Entfernung beabstandet ist, die einer
Brennweite der Fresnel-Linse entspricht. Da sämtliche LEDs 9 auf
dem entsprechenden Fres nel-Linsenbrennpunkt angeordnet sind, wird
sämtliches
von den LEDs 9 emittiertes Licht 24, das auf die
entsprechende Fresnelfläche 46 trifft,
in eine vertikale kollimierte Lichtzone 25 mit einem horizontalen
Querschnittsprofil gebrochen, das im wesentlichen dem Draufsichtsprofil
des entsprechenden Linsenabschnitts 46 äquivalent ist, wie in 5 dargestellt.
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Das
vertikale kollimierte Licht 25 tritt ungebrochen aus der
horizontalen Oberseite 47 des kollimierenden Rings 4 aus.
Die Profile der acht Linsenabschnitte 46 sind an ihren
Enden verbunden, und bilden zusammen eine durchgehende ringförmige Zone
um die Gehäuseöffnung.
Auf diese Weise wird eine vertikale Zone kollimierten Lichts um
einen Umfang der Gehäuseöffnung gebildet,
der durch den kollimierenden Ring 4 bestimmt ist.
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Es
ist erwünscht,
dass die gerillte Fresnelfläche 46 nach
innen den LEDs 9 zugewandt ist und die planare Oberseite 47 nach
außen
gerichtet ist. Wenn die gerillte Fläche 46 nach innen
gerichtet ist, ist sie vor Beschädigung
und Verschmutzungen geschützt, die
sich leicht in den Rillen festsetzen können und schwierig zu entfernen
sind, wodurch die optische Leistung beeinträchtigt wird. Die glatte entgegengesetzte
Fläche 47 des
kollimierenden Rings 4, die leichter von Oberflächenverschmutzungen
gesäubert werden
kann, ist daher vorzugsweise die freiliegende Oberseite.
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Zum
Kollimieren von Licht verwendete Fresnel-Linsen, deren gerillte
Seite der Lichtquelle zugewandt ist, sind üblicherweise auf Blenden beschränkt, deren
Durchmesser nicht größer als
eine Brennweite ist, da über
diesen Bereich hinaus die Sammelwirkung schnell abfällt und
die Aberrationen in den kollimierten Strahlenausgängen zunehmen. 5 zeigt
Zonen 55 mit Durchmessern von einer Brennweite, durch um
den optischen Mittelpunkt 54 jedes Fresnel-Linsenabschnitts
angeordnet sind. Die Fresnel-Linsenabschnitte 46 des kollimierenden Rings 4 sind
derart bemessen und ausgebildet, dass sämtliche Abschnittsbegrenzungen
innerhalb der diesem Abschnitt entsprechenden Zone 55 von
einer Brennweite im Durchmesser liegen. Die Begrenzungen 56 zwischen
benachbarten Linsenabschnitten 46 befinden sich innerhalb
der überlappenden Bereiche der
entsprechenden Durchmesserzonen 55. Somit wird sämtliches
von der entsprechenden LED 9 kommende Licht 24,
das auf den jeweiligen Linsenabschnitt 46 trifft, innerhalb
der Blende mit dem Durchmesser von einer Brennweite gehalten, die
für eine optimale
Fresnel-Sammeleffizienz und Kollimation erforderlich ist.
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Das
Kunststoffmaterial des Gehäuses 7 und die
Oberflächentexturen
der Innenwände 17,
die den LEDs 9 zugewandt sind, sind derart gewählt, dass
sie im wesentlichen für
die LED-Emissionen undurchlässig
und nicht reflektierend sind. Dadurch ist gewährleistet, dass diejenigen
Emissionen 23 der LEDs, die auf die Innenwände 17 des
Gehäuses 7 treffen,
daran gehindert werden, andere Abteilungen zu beleuchten, oder auf
die Fresnel-Linsenflächen 46 zurück reflektiert
zu werden. Beide Umstände
könnten zu
LED-Emissionen führen,
die auf die Fresnel-Linsenflächen 46 unter
nicht korrekten Winkeln auftreffen, um kollimiertes vertikales Licht
zu erzeugen und das Austreten von nicht kollimiertem divergierendem Licht
aus dem kollimierenden Ring 4 zu ermöglichen. Das kann zu dem unerwünschten
Umstand des Beleuchtens und Detektierens von Objekten außerhalb der
beabsichtigten vertikalen kollimierten Detektionszone führen, welche
die Gehäuseöffnung umgibt.
Die opake Lichtabschirmung 5 dient ferner dazu, das Austreten
von nicht kollimiertem, nicht vertikalem Licht aus dem kollimierenden
Ring durch Blockieren von LED-Emissionen 29 zu verhindern,
die auf die Abschirmung 5 treffen.
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Die
Gehäuseöffnung,
durch welche Zugang zu der Behältnisöffnung erfolgt,
ist durch zwei Schiebetüren 2 geschlossen,
die auf Flächen
des Gehäuses 7 gleiten,
die entlang der Gehäuseöffnung verlaufen.
Die Türen 2 bestehen
aus einem flexiblen geformten Kunststoffmaterial und weisen eine
Reihe von Antriebsangriffseinrichtungen 22, wie Zähne, auf,
die in ihrer Unterseite ausgebildet sind.
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Zwei
Antriebsmotormodule 3, eines für jede Tür 2, sind auf gegenüberliegenden
Seiten der Gehäuseöffnung angebracht. 6 zeigt
eine Explosionsdarstellung der Bauteile des Motormoduls 3. 7 zeigt
das Motormodul 3 der
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6 im
in dem Gehäuse 7 eingebauten
Zustand. Die Motormodule 3 enthalten Elektromotore 34 mit
freiliegenden Ritzeln 19, die fest an den Motorantriebswellen
angebracht sind. Die Ritzel 19 kämmen mit den Zähnen 22 der
Türen,
wodurch die Motoren 34 an den Türen 2 angreifen können, um
diese in beiden Richtungen bewegen zu können.
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Die
Türen 2 werden
von den Motoren 34 aufeinander zu bewegt und berühren einander,
um die Öffnung
des Gehäuses 7 wirksam
zu schließen,
wodurch Kontakt mit dem Inneren des Behältnisses verhindert wird. Die
Motoren 34 werden zum Öffnen
der Türen 2 angetrieben,
wenn die Ausgangspegel eines oder mehrerer Photodetektoren über den
Schwellenwert steigt, wodurch die Detektion eines Objekts angezeigt
wird. Die Motoren 34 schließen die Türen 2 nach einer definierten
Zeitspanne des Nicht-Detektierens.
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Der
Motor 34 ist im Inneren des Motorgehäuses 30 mittels Befestigungsschrauben 33 angebracht.
Die Abtriebswelle des Motors 34 ragt durch das Motorgehäuse 30,
wobei das Ritzel 19 fest damit verbunden ist. Der Motor 34 ist
vor Flüssigkeiten durch
verformbare Dichtungen geschützt,
die durch Befestigungsschrauben-Ringdichtungen 32, eine Motorwellen-Ringdichtung 35 und
eine Motorgehäusedichtung 36 gebildet
sind. (Nicht dargestellte) Befestigungseinrichtungen mit Gewinde
sind in Öffnungen 40 in
dem Gehäuse 7 und
in mit einem Gewinde versehene Metalleinsätze 39 in dem Motorgehäuse 30 eingesetzt.
Das Anziehen der Befestigungseinrichtungen zieht das Motorgehäuse 30 gegen
die Gehäusedichtfläche 42,
wodurch die Motorgehäusedichtung 36 zusammengedrückt und
eine wasserdichte Abdichtung erreicht wird. Das in dem Gehäuse vorgesehene
Motorkabelaustrittsloch 41 bildet einen Weg für die elektrische
Verbindung mit dem Motor 34 innerhalb des abgedichteten
Innenraums des Motorgehäuses 30.
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Eine
Blende 1 ist in die Oberseite des Gehäuses 7 über den
Türen 2 eingesetzt.
An der Blende 1 und dem Gehäuse 7 befindliche
Führungsflächen 21 und 20 leiten
die flexiblen Türen 2,
so dass sie sich vertikal nach unten entlang den Seiten des Behältnisses 27 verformen,
wenn die Türen 2 für einen
Zugang zum Inneren des Behältnisses
geöffnet
werden. Eine derartige Führungsbahn
minimiert das für
die Türbetätigung erforderliche
Raumvolumen und verringert so die für den Betrieb erforderliche
Fläche
des automatischen Abfallbehälters.
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Hall-Effektsensoren 8,
die eine Vorspannmagnettechnik zum Erkennen des Vorhandenseins von Eisenmagnetfeldkonzentrationen
verwenden, werden vor dem Anbringen der Platine 10 von
unten in dem Gehäuse 7 angebracht.
Die Hall-Effektsensoren 8 werden an Positionen unmittelbar
unter den Schiebetüren 2 angebracht
und erkennen die Nähe
von Eiseneinsätzen 18,
die in die Schiebetüren 2 eingegossen
sind, während
diese beim Öffnen
und Schließen der
Türen 2 unmittelbar über ihnen
hinweggleiten. Signale der Hall-Effektsensoren 8,
welche die Nähe
der Eiseneinsätze 18 angeben,
bilden Rückkopplungssignale
an die Motorantriebsschaltung, um anzugeben, wann die Türen 2 definierte
Positionen erreicht haben und die entsprechende Öffnungs- oder Schließdrehung der Türantriebsmotoren 34 verringert
werden müssen.
Die Hall-Effektsensoren 8 sind derart angeordnet, dass
der Abstand zwischen den Sensoren 8 und den Eiseneinsätzen 18 auf
eine Abstand innerhalb der kritischen Aktivierungsdistanz des Sensors festgelegt
ist. Das Gehäuse 7 schirmt
die Hall-Effektsensoren 8 gegen einen direkten Kontakt
mit den Türen 2 oder
einen Kontakt mit externen Verunreinigungen ab.
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Die
LEDs 9 sind auf der Platine 10 montiert, die in
die Bodenöffnung
des Gehäuses 7 eingesetzt und
in dem Inneren des Gehäuses
befestigt ist. Die Platine 10 enthält ferner die gesamte Steuer-
und Antriebsschaltungselektronik für die LEDs 9, die
Photodetektoren 6, die Hall-Effektsensoren 8 und
die Antriebsmotoren 34 sowie Halter 11 für Energieversorgungsbatterien 12.
Elektrische Anschlüsse
der LEDs 9, der Photodetektoren 6, der Hall-Effektsensoren 8 und
der Antriebsmotoren 34 sowie dem Front-Bedienfeld 44 enden
sämtlich
an der Platine 10. Jede LED 9 ragt durch eine Öffnung im
Boden jeder der Gehäuseabteilungen
und befindet sich im wesentlichen im Brennpunkt der entsprechenden
Fresnel-Linsenfläche 46.
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Die
untere Abdeckung 16 ist mittels (nicht dargestellten) Gewindebefestigungseinrichtungen
an dem Gehäuse 7 angebracht,
um den freiliegenden Innenraum abzudichten, der sämtliche
elektrischen Bauteile und Verbindungen enthält. Verformbare innere 13 und äußere Dichtungen 14 sind
vorgesehen, um eine wasserdichte Abdichtung zu bilden, wenn die
Befestigungseinrichtungen der unteren Abdeckung angezogen werden
und die Dichtungen 13 und 14 zwischen der unteren
Abdeckung 16 und dem Gehäuse 7 zusammengedrückt werden.
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Das
Front-Bedienfeld 44 weist Ein/Aus- und Betriebsmodusschalter
sowie für
den Bediener zugängliche
Regler zum Einstellen der LED-Helligkeit und der Verweildauer der
Türen im
geöffneten
Zustand. Eine visuelle oder akustische Anzeige zum Anzeigen der
Objektdetektion ist vorgesehen. Betriebsmodi umfassen: i) normal – die Türen 2 öffnen in
Reaktion auf das Detektieren eines Objekts, ii) geschlossen – die Türen 2 bleiben
geschlossen, ungeachtet des Objektdetektionsstatus, und iii) offen – die Türen 2 bleiben
offen, ungeachtet des Objektdetektionsstatus. Die visuelle oder
akustische Anzeige kann in Verbindung mit den beiden Betriebsmodi
(ii) oder (iii) verwendet werden, so dass der Bediener die effektive
Höhe der
Detektionszone testen und einstellen kann, ohne die Motoren 34 zum Öffnen der
Türen 2 bei
jeder Detektion zu betreiben.
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Bei
einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel
ist zusätzlich
zu der ersten vertikalen Detektionszone eine zweite umschließende Detektionszone
um die Gehäuseöffnung gebildet. 8B ist eine
Querschnittsdarstellung des Gehäuses
und der optischen Elemente des zweiten Ausführungsbeispiels. 8A ist
eine ähnliche
Darstellung des ersten Ausführungsbeispiels.
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Bei
dem zweiten Ausführungsbeispiel
umfasst die Oberseite des kollimierenden Rings 4 zwei umschließende Flächen 47 und 51,
die sich um die Gehäuseöffnung erstrecken
und jeweils einen Teil des vertikalen kollimierten Lichts empfangen,
das von den darunter liegenden Fresnel-Linsenflächen 46 gebrochen
wird. Die erste umschließende
Fläche 47 ist
horizontal gerichtet und ermög licht
so das ungebrochene Austreten des kollimierten Lichts 25 in vertikaler
Richtung aus dem kollimierenden Ring 4. Die erste umschließende Fläche 47 umgibt
die zweite umschließende
Fläche 51.
Die zweite umschließende
Fläche 51 ist
unter einem bestimmten Winkel zur Horizontalen ausgerichtet, so
dass das von den Linsenflächen 46 kommende
vertikale Licht nach innen in Richtung der Gehäuseöffnung unter einem bestimmten
Winkel zur Vertikalen gebrochen wird. Dies erzeugt eine zweite nach
innen geneigte Zone kollimierten Lichts 52, welche die
Gehäuseöffnung umgibt
und eine zusätzliche
Detektion innerhalb des Innenraums der ersten Detektionszone bildet,
um Objekte zu beleuchten und zu detektieren, die in den Innenraum
der ersten Detektionszone über
einen Weg oberhalb der maximalen effektiven Höhe der vertikalen ersten Detektionszone
gelangen, bevor sie in das Innere der Zone fallen. Die zweite umschließende Fläche 51 ist
derart ausgerichtet, dass bei einem maximalen Ausgang der LEDs 9 und
maximaler Empfindlichkeit der Detektoren 6 die so gebildete
Detektionszone sich nicht über
die vertikale Begrenzung der ersten Detektionszone hinaus erstreckt.
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2B zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel
des Gehäusemoduls 26,
bei dem die Photodetektoren 6 und die Lichtabschirmung 5 durch
einen Solarzellenring 57 ersetzt sind. Der Solarzellenring 57 besteht
aus einer großflächigen Photodiode, ähnlich den üblicherweise
in Gebrauchsgegenständen zum
Betreiben von kleinen elektrischen Geräten durch Umwandeln von Umgebungslichtenergie,
die auf die Solarzelle fällt,
in einen elektrischen Ausgangsstrom verwendeten Zellen. Der Solarzellenring 57 kann
aus einer einzeln hergestellten Photodiode oder mehreren elektrisch
miteinander verbundenen und auf einem gemeinsamen Substrat angebrachten separaten
Photodioden bestehen. Der Solarzellenring 57 hat einen
Ausgangsstrom, der ansteigt, wenn die einfallende Lichtenergie zunimmt,
und kann daher zum Detektieren von Objekten in der Detektionszone
verwendet werden, die LED-Emissionen zu dem Solarzellenring 57 zurück reflektieren.
Eine im Vergleich zu den mehreren Photodetektoren 6 größere Fläche des
Solarzellenrings 57 ist zum Empfangen von reflektierten
kollimierten LED-Emissionen verfügbar.
Somit wird die Leistung der Detektionszone durch stärkere Zunahme
der Systemempfindlichkeit verbes sert. Der Solarzellenring 57 kann
ferner vorteilhaft verwendet werden, um aus dem Umgebungslicht umgewandelte
Aufladeenergie an die Batterien 12 zu liefern. Die Verwendung
des Solarzellenrings 57 macht ferner die Notwendigkeit
der Lichtabschirmung 5 zunichte, da der Solarzellenring 57 eine
opake Unterseite aufweist, welche einfallende divergierende LED-Emissionen
daran hindert, den kollimierenden Ring 4 nach außerhalb
der kollimierten Detektionszone und/oder -zonen 25 und/oder 52 zu
verlassen.