ITFI970086A1

ITFI970086A1 - LIGHT-GUIDED TWO-DIMENSIONAL OPTICAL BARRIER

Info

Publication number: ITFI970086A1
Application number: IT97FI000086A
Authority: IT
Inventors: Elena Biagi; Marco Calzolai; Stefano Farsetti; Leonardo Masotti; Mario Santoro
Original assignee: Univ Firenze
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1997-04-18
Publication date: 1998-10-18
Also published as: IT1291835B1; ITFI970086A0

Description

Università Degli Studi di Firenze University of Florence

"BARRIERA OTTICA BIDIMENSIONALE A GUIDA DI LUCE" "TWO-DIMENSIONAL LIGHT GUIDE OPTICAL BARRIER"

Descrizione Description

Campo Tecnico Technical Field

La presente invenzione riguarda ùnà bàrrièra ottica del tipo comprendente un emettitore di radiazione elettromagnetica ed un sistema ricevitore che riceve radiazione elettromagnetica emessa da detto emettitore, per sorvegliare uno spazio tra detto emettitore e detto sistema ricevitore, avente la funzione di individuare la presenza e/o il passaggio di oggetti attraverso detto spazio. The present invention relates to an optical beam of the type comprising an emitter of electromagnetic radiation and a receiver system that receives electromagnetic radiation emitted by said emitter, to monitor a space between said emitter and said receiver system, having the function of identifying the presence and / or the passage of objects through said space.

Stato della Tecnica State of the art

Barriere di questo tipo possono essere impiegate in tutte le situazioni in cui si rende necessario sorvegliare una zona od un volume e generare ad esempio una condizione di allarme quando viene rilevato il passaggio o la presenza di un oggetto. Tipicamente, barriere di questo tipo vengono utilizzate come dispositivi di sicurezza che arrestano od inibiscono il funzionamento di macchine quando l'operatore entra con una parte del proprio corpo nella zona sorvegliata. Barriers of this type can be used in all situations in which it is necessary to monitor a zone or a volume and generate, for example, an alarm condition when the passage or presence of an object is detected. Typically, barriers of this type are used as safety devices that stop or inhibit the operation of machines when the operator enters the monitored area with a part of his body.

Attualmente, barriere che fanno uso di dispositivi optoelettronici sono limitate a configurazioni lineari, in cui ogni sensore è accoppiato ad un rispettivo fotoemettitore. Queste barriere permettono, quindi, soltanto controlli di attraversamento di una zona molto ristretta. La possibilità di ampliare la zona sottoposta al controllo richiede l'utilizzo di cortine di sensori e di fotoemettitori con evidente aumento di costi e complessità del dispositivo. Currently, barriers that make use of optoelectronic devices are limited to linear configurations, in which each sensor is coupled to a respective photoemitter. These barriers, therefore, only allow checks to cross a very restricted area. The possibility of expanding the area under control requires the use of sensor and photo-emitter arrays with an evident increase in costs and complexity of the device.

Scopi dell'Invenzione Aims of the Invention

Scopo della presente invenzione è la realizzazione di un dispositivo di controllo del tipo sopra menzionato, che consenta la sorveglianza di una zona relativamente estesa, con una struttura semplice, affidabile ed economica. The object of the present invention is to provide a control device of the type mentioned above, which allows the monitoring of a relatively large area, with a simple, reliable and economical structure.

Un ulteriore scopo della presente invenzione è la realizzazione di un dispositivo atto ad essere impiegato anche in ambienti industriali caratterizzati da condizioni di lavoro difficoltose, ad esempio per la presenza di forti campi elettromagnetici. A further object of the present invention is to provide a device which can also be used in industrial environments characterized by difficult working conditions, for example due to the presence of strong electromagnetic fields.

Sommario dell'Invenzione Summary of the Invention

Questi ed ulteriori scopi e vantaggi, che appariranno chiari agli esperti del ramo dalla lettura del testo che segue, sono ottenuti con una barriera comprendente: una sorgente di radiazione elettromagnetica di forma allungata; un sistema ricevitore che riceve radiazione elettromagnetica generata da detta sorgente e mezzi per generare un segnale quando un oggetto, non trasparente a detta radiazione elettromagnetica, viene a trovarsi tra la sorgente ed il sistema ricevitore. Il sistema ricevitore comprende una guida d'onda allungata e sviluppantesisostanzialmente secondo lo sviluppo della sorgente, e reca ad almeno un proprio estremo un sensore che rileva la radiazione elettromagnetica convogliata dalla guida d'onda. These and further objects and advantages, which will become clear to those skilled in the art from the reading of the following text, are obtained with a barrier comprising: an elongated source of electromagnetic radiation; a receiver system which receives electromagnetic radiation generated by said source and means for generating a signal when an object, not transparent to said electromagnetic radiation, is between the source and the receiver system. The receiver system comprises an elongated wave guide which develops substantially according to the development of the source, and has a sensor at at least one of its ends which detects the electromagnetic radiation conveyed by the wave guide.

In pratica, la sorgente emette nel visibile od in una gamma di lunghezze d'onda prossime al visibile e la guida d'onda sarà una guida di luce. Nel seguito verrà fatto riferimento frequentemente ad una guida di luce, dovendosi peraltro intendere che tale termine non è limitativo e che la radiazione elettromagnetica generata dalla sorgente e convogliata dalla guida d'onda può anche avere ad esempio una lunghezza d'onda prossima alla gamma visibile. In practice, the source emits in the visible or in a range of wavelengths close to the visible and the wave guide will be a light guide. In the following, reference will be made frequently to a light guide, it being understood, however, that this term is not limiting and that the electromagnetic radiation generated by the source and conveyed by the wave guide can also have, for example, a wavelength close to the visible range. .

Per ottenere un buon segnale ed una sensibilità il più possibile omogenea lungo l'intera lunghezza della barriera, secondo una forma di attuazione preferita vengono previsti due sensori contrapposti e disposti ai due estremi della guida d'onda. In order to obtain a good signal and a sensitivity as homogeneous as possible along the entire length of the barrier, according to a preferred embodiment, two opposite sensors are provided and arranged at the two ends of the wave guide.

Ulteriori vantaggiose forme di attuazione dell'invenzione sono indicate nelle allegate rivendicazioni dipendenti . Further advantageous embodiments of the invention are indicated in the attached dependent claims.

Breve Descrizione dei Disegni Brief Description of the Drawings

Il trovato verrà meglio compreso seguendo la descrizione e l'unito disegno, il quale mostra una pratica esemplificazione non limitativa del trovato stesso. Nel disegno: la The invention will be better understood by following the description and the attached drawing, which shows a practical non-limiting example of the same invention. In the drawing: the

Fig.l mostra uno schema di una barriera secondo l 'invenzione ; la Fig. 1 shows a diagram of a barrier according to the invention; there

Fig.2 mostra un ingrandimento di una porzione di una guida di luce; la Fig.2 shows an enlargement of a portion of a light guide; there

Fig.3 mostra lo schema circuitale utilizzato per la misura dell'intensità del segnale raccolto dalla guida d 'onda; e le Fig.3 shows the circuit diagram used for measuring the intensity of the signal collected by the wave guide; and the

Figg.4 a 9 mostrano mappe rappresentative della sensibilità della barriera secondo l'invenzione, ottenute con diverse configurazioni della guida di luce e con diversi oggetti utilizzati come ostacoli nella zona sorvegliata. Figures 4 to 9 show maps representative of the sensitivity of the barrier according to the invention, obtained with different configurations of the light guide and with different objects used as obstacles in the monitored area.

Descrizione Dettagliata di Forme di Attuazione Detailed Description of Forms of Implementation

In Fig.l è mostrato uno schema realizzativo del dispositivo. Esso comprende una lampada a fluorescenza di adeguata lunghezza e potenza, ad esempio una lampada 0-SRAM 3631 da 36 W e 120 cm di lunghezza, alimentata direttamente dalla tensione di rete, la lampada è sostenuta da due coppie di montanti verticali 3, 5. Al di sotto della lampada è disposta una guida di luce di forma rettangolare in pianta e di limitato spessore, la cui lunghezza è pari alla lunghezza D della zona che si desidera sorvegliare. La larghezza (cioè la dimensione ortogonale al piano del disegno) della guida di luce 7 può essere limitata, ad esempio a circa un quinto della lunghezza. Fig. 1 shows an embodiment diagram of the device. It includes a fluorescent lamp of adequate length and power, for example a 36 W and 120 cm long 0-SRAM 3631 lamp, powered directly by the mains voltage, the lamp is supported by two pairs of vertical uprights 3, 5. Below the lamp there is a light guide with a rectangular shape in plan and of limited thickness, the length of which is equal to the length D of the area to be monitored. The width (i.e. the dimension orthogonal to the plane of the drawing) of the light guide 7 can be limited, for example to about one fifth of the length.

Alle estremità della guida d'onda sono disposti due sensori ottici 9, 11, ad esempio due sensori TSL 250 di produzione Texas Instruments Ine. , USA, aventi una superficie sensibile di 1 mm2. Ciascuna delle due estremità della guida -di luce è chiusa -all'interno di una scatola nera sigillata, che consente di isolare i sensori da altre fonti di luce e garantisce che essi risultino esposti unicamente alla luce veicolata dalla guida di luce 7. In Fig. 3 è mostrato un possibile circuito elettronico per la misura del segnale rivelato dai due sensori 9, il. Un sommatore invertente 13, a cui sono applicate le.tensioni in uscita dai due sensori 9 e 11, produce in uscita un segnale pari a circa il doppio della somma delle tensioni fornite dai due sensori 9, il. Two optical sensors 9, 11 are arranged at the ends of the waveguide, for example two TSL 250 sensors manufactured by Texas Instruments Ine. , USA, with a sensitive surface of 1 mm2. Each of the two ends of the light guide is closed within a sealed black box, which allows the sensors to be isolated from other light sources and ensures that they are exposed only to the light transmitted by the light guide 7. In Fig 3 shows a possible electronic circuit for measuring the signal detected by the two sensors 9, 11. An inverting adder 13, to which the output voltages from the two sensors 9 and 11 are applied, produces at the output a signal equal to approximately double the sum of the voltages supplied by the two sensors 9, 11.

La guida di luce 7 può essere realizzata con un qualunque materiale in grado di veicolare la luce incidente proveniente dalla lampada 1 verso le estremità della gui-,da dove sono disposti i sensori. Ad esempio, può essere utilizzata una lastra di Plexiglass® od uno spezzone di pellicola OLF, prodotta dalla società Minnesota Mining and Manufacturing Company, USA (nota come 3M®)che è costituito da uno strato di policarbonato avente una conformazione particolare, riportata schematicamente in Fig.2, con una superficie piana (che nell'applicazione di Fig.l è rivolta verso la lampada 1) ed una superficie inferiore dentellata con superfici inclinate di 45° rispetto alla normale al piano mediano della pellicola. The light guide 7 can be made of any material capable of conveying the incident light coming from the lamp 1 towards the ends of the guide, from where the sensors are arranged. For example, a sheet of Plexiglass® or a piece of OLF film can be used, produced by the Minnesota Mining and Manufacturing Company, USA (known as 3M®) which is made up of a layer of polycarbonate having a particular conformation, schematically shown in Fig.2, with a flat surface (which in the application of Fig.

La presenza di un ostacolo nella zona tra la lampada 1 e la guida di luce 7 determina una variazione del segnale rilevato dai due sensori 9 ed 11, e conseguentemente un segnale di uscita amplificato dal sognatore 13. La sensibilità della barriera è massima nel piano verticale contenente l'asse della lampada tubolare 1 ed ortogonale alla guida d'onda 7, ma la barriera è comunque sensibile anche alla presenza di un oggetto nel volume adiacente a tale piano e definito dalla larghezza della guida di luce 7. The presence of an obstacle in the area between the lamp 1 and the light guide 7 determines a variation of the signal detected by the two sensors 9 and 11, and consequently an output signal amplified by the dreamer 13. The sensitivity of the barrier is maximum in the vertical plane containing the axis of the tubular lamp 1 and orthogonal to the wave guide 7, but the barrier is in any case also sensitive to the presence of an object in the volume adjacent to this plane and defined by the width of the light guide 7.

Nel seguito verranno discussi i risultati sperimentali ottenuti utilizzando come sorgente di luce 1 la lampada sopra indicata, e come guida di luce uno spezzone di pellicola OLF di 65x15 cm di lato e di 0,67 mm di spessore, disposta a 50 cm dalla lampada 1. La sensibilità è stata misurata rilevando la variazione del segnale generato dai due sensori 9, 11 indotta dalla presenza di tre ostacoli opachi di forma sferica di raggio pari a 5, 3 e 1,5 cm rispettivamente. Varie misure sono state effettuare muovendo l'ostacolo nel piano verticale contenente l'asse della lampada 1. La misurazione del segnale è stata effettuata tramite un multimetro digitale M3600 della società METEX. In the following, the experimental results obtained using the lamp 1 indicated above will be discussed, and as a light guide a 65x15 cm length of OLF film, 0.67 mm thick, placed at 50 cm from the lamp 1. The sensitivity was measured by detecting the variation of the signal generated by the two sensors 9, 11 induced by the presence of three opaque spherical obstacles with a radius of 5, 3 and 1.5 cm respectively. Various measurements were carried out by moving the obstacle in the vertical plane containing the axis of the lamp 1. The measurement of the signal was carried out by means of an M3600 digital multimeter from the METEX company.

In primo luogo è stata effettuata una stima dell'entità del rumore sovraposto alle misure di variazione del segnale. A tale scopo sono state effettuate 500 acquisizioni successive del segnale in assenza di ostacoli tra la lampada 1 e la guida di luce 7. la media e la deviazione standard di tali misure sono risultate pari a 1,246 V e 0,002 V rispettivamente. La banda di rumore totale, pari al doppio della deviazione standard, risulta uguale a 4 mV. Il limite di sensibilità della barriera ottica, pertanto, corrisponde al passaggio di oggetti che introducono variazioni del segnale non inferiori a 4 mV. First, an estimate was made of the amount of noise superimposed on the signal variation measurements. For this purpose 500 successive acquisitions of the signal were carried out in the absence of obstacles between the lamp 1 and the light guide 7. the mean and standard deviation of these measurements were equal to 1.246 V and 0.002 V respectively. The total noise band, equal to double the standard deviation, is equal to 4 mV. The sensitivity limit of the optical barrier, therefore, corresponds to the passage of objects that introduce variations in the signal of no less than 4 mV.

In Fig.4 è riportata una mappa della sensibilità della barriera, eseguita utilizzando un ostacolo opaco di forma sferica di raggio pari a 5 cm. Ogni gradazione di grigio corrisponde ad una variazione di segnale. In questa mappa, i bordi superiore ed inferiore corrispondono alla posizione della lampada 1 e della guida di luce 7 rispettivamente. I bordi laterali corrispondono ai bordi interni dei montanti 3 e 5. La mappa corrisponde, quindi, alla dimensione della porzione di piano verticale sorvegliato dalla barriera. Il passo di scansione orizzontale e verticale è pari al diametro dell'ostacolo utilizzato. Le immagini sono ottenute interpolando i valori misurati. Vo è il segnale misurato in assenza di ostacoli nella regione sensibile. Le variazioni di segnale nei punti più sensibili della mappa di Fig.4 raggiungono valori di 180÷200 mV, risultando così 45÷50 volte più ampie della banda di rumore. I punti meno sensibili, peraltro, corrispondono a variazioni ancora elevate, comunque non inferiori a 100 mV. L'asimmetria destra/sinistra della mappa ottenuta è dovuta ad uno sbilanciamento di sensibilità delle due estremità della pellicola OLF utilizzata per realizzare la guida di luce 7. Fig. 4 shows a sensitivity map of the barrier, performed using an opaque spherical obstacle with a radius of 5 cm. Each shade of gray corresponds to a signal variation. In this map, the upper and lower edges correspond to the position of the lamp 1 and the light guide 7 respectively. The lateral edges correspond to the internal edges of the uprights 3 and 5. The map therefore corresponds to the size of the portion of the vertical plane monitored by the barrier. The horizontal and vertical scanning pitch is equal to the diameter of the obstacle used. The images are obtained by interpolating the measured values. Vo is the signal measured in the absence of obstacles in the sensitive region. The signal variations in the most sensitive points of the map of Fig. 4 reach values of 180 ÷ 200 mV, thus resulting 45 ÷ 50 times wider than the noise band. The less sensitive points, however, correspond to still high variations, in any case not less than 100 mV. The left / right asymmetry of the map obtained is due to a sensitivity imbalance of the two ends of the OLF film used to make the light guide 7.

Nella Fig.5 è riportata la mappa di sensibilità per un ostacolo più piccolo, di raggio pari a 3 cm. La variazione di segnale spazia dai 100 ai 30 mV, ovvero da 25 a 7,5 volte l'ampiezza della banda di rumore. Fig. 5 shows the sensitivity map for a smaller obstacle, with a radius of 3 cm. The signal variation ranges from 100 to 30 mV, or from 25 to 7.5 times the width of the noise band.

In Fig. 6 è riportata la mappa di sensibilità per un oggetto di raggio pari a 1,5 cm. la variazione di segnale raggiunge in questo caso i 40 mV nei punti più sensibili. Solo in corrispondenza dell'estremità inferiore essa arriva a sfiorare il valore della banda di rumore. La barriera è, pertanto, ancora sensibile al passaggio di oggetti di tali dimensioni. Fig. 6 shows the sensitivity map for an object with a radius of 1.5 cm. in this case the signal variation reaches 40 mV in the most sensitive points. Only at the lower end does it touch the value of the noise band. The barrier is therefore still sensitive to the passage of objects of this size.

Risultati validi per un impiego in campo industriale si sono ottenuti anche realizzando la guida di luce 7 con uno strato di Plexiglass®, di spessore pari a 2,5 m e di dimensioni in pianta pari a quelle dello strato di pellicola OLF. Il valore medio del segnale ottenuto in assenza di ostacoli nella regione sensibile è in questo caso pari a 4,76 V, mentre la banda totale di rumore è dell'ordine di 20 mV. In Fig.7 è riportata la mappa di sensibilità per un oggetto di raggio pari a 5 cm. Nei punti più sensibili, in alto al centro, la variazione di segnale raggiunge i 600 mV, pari a 30 volte la banda di rumore. Nei punti meno sensibili, in basso, la variazione risulta non inferiore a 9÷10 volte la soglia di sensibilità minima. Valid results for use in the industrial field were also obtained by realizing the light guide 7 with a layer of Plexiglass®, with a thickness of 2.5 m and with dimensions in plan equal to those of the OLF film layer. The average value of the signal obtained in the absence of obstacles in the sensitive region is in this case equal to 4.76 V, while the total noise band is of the order of 20 mV. Fig.7 shows the sensitivity map for an object with a radius of 5 cm. In the most sensitive points, in the top center, the signal variation reaches 600 mV, equal to 30 times the noise band. In the less sensitive points, at the bottom, the variation is not less than 9 ÷ 10 times the minimum sensitivity threshold.

In Fig.8 è riportata la stessa mappa di sensibilità per un oggetto sferico di raggio pari a 3 cm. In corrispondenza dell'estremità superiore del dispositivo la variazione del segnale raggiunge i 380 mV, risultando dell'ordine di 20 volte-la banda di rumore. Nella zona meno sensibile, in basso, la variazione rimane non inferiore a 4 volte la soglia di sensibilità. Fig. 8 shows the same sensitivity map for a spherical object with a radius of 3 cm. At the upper end of the device the variation of the signal reaches 380 mV, resulting in the order of 20 times the noise band. In the less sensitive area, at the bottom, the variation remains no less than 4 times the sensitivity threshold.

In Fig..9 è riportata la mappa di sensibilità per un oggetto sferico di raggio pari a 1, 5 cm. Le variazioni del segnale spaziano da 50 a 190 mV, ovvero da 2,5 a 9,5 volte la soglia di sensibilità del sistema. Fig. 9 shows the sensitivity map for a spherical object with a radius of 1.5 cm. The variations of the signal range from 50 to 190 mV, or from 2.5 to 9.5 times the sensitivity threshold of the system.

In definitiva i risultati delle misurazioni mostrano come l'utilizzo dello strato OLF e dello strato di Plexiglass® consenta di ottenere sensibilità paragonabili. Ultimately, the results of the measurements show how the use of the OLF layer and the Plexiglass® layer allows to obtain comparable sensitivities.

Inoltre, sia con la pellicola OLF che con il Plexiglass® sono state effettuate misure con scansioni della barriera lungo una direzione ortogonale al piano verticale contenente l'asse della lampada, per verificare profondità della regione sensibile, che è risultata dello stesso ordine di grandezza della larghezza della guida di luce 7. Furthermore, both with the OLF film and with the Plexiglass®, measurements were carried out with scans of the barrier along a direction orthogonal to the vertical plane containing the axis of the lamp, to verify the depth of the sensitive region, which was of the same order of magnitude as the light guide width 7.

E' stata infine dimostrata la possibilità di modulare l'intensità della lampada*ad.una frequenza pari a 1,1 kHz e di rivelare il segnale della barriera tramite un'elettronica accordata. Ciò è stato compiuto allo scopo di ridurre il rumore intrinseco del sistema e di disaccoppiare lo stesso da sorgenti di disturbo esterno, ad esempio lampade per l'illuminazione dell'ambiente, luce solare e simili. Finally, the possibility of modulating the intensity of the lamp * at a frequency equal to 1.1 kHz and of detecting the signal of the barrier by means of a tuned electronics has been demonstrated. This was done in order to reduce the intrinsic noise of the system and to decouple the same from sources of external disturbance, for example lamps for ambient lighting, sunlight and the like.

II. segnale ottico veicolato alle estremità dello strato non può essere ricondotto ad un un puro effetto di guida dei raggi di luce rifratti all'interno del materiale. Un raggio incidente sulla superficie piana della guida di luce costituita dalla pellicola OLF viene in parte trasmesso all'interno della guida stessa. Il raggio rifratto subirà quindi una riflessione totale da parte della superiice inferiore sagomata, a patto che la sua proiezione sul piano dello strato risulti parallela o lievemente divergente rispetto agli spigoli dei prismi che costituiscono la superficie sagomata (cfr. Fig.2). Il raggio che emerge dalla riflessione totale andrà ad incidere nuovamente sulla superficie piana superiore della guida di luce 7. Esso risulterà in parte trasmesso verso l'esterno e solo in parte riflesso nuovamente verso la superficie sagomata inferiore. Non si realizza, in altre parole, una condizione di guida ad intrappolamento totale analoga a quella delle fibre ottiche. II. optical signal conveyed to the ends of the layer cannot be traced back to a pure guiding effect of the refracted light rays inside the material. A ray incident on the flat surface of the light guide formed by the OLF film is partly transmitted inside the guide itself. The refracted ray will therefore undergo a total reflection by the lower shaped surface, provided that its projection on the plane of the layer is parallel or slightly divergent with respect to the edges of the prisms that make up the shaped surface (see Fig. 2). The ray that emerges from the total reflection will affect the upper flat surface of the light guide 7 again. It will be partly transmitted outwards and only partly reflected back towards the lower shaped surface. In other words, a driving condition with total entrapment similar to that of optical fibers is not achieved.

E' stato sviluppato un modello analitico per calcolare l'intensità di luce rilevata ad una estremità della guida di luce 7, prodotta dall'incidenza di un singolo raggio non polarizzato sulla superficie piana della guida stessa. Il modello è basato unicamente sul bilancio di energia della radiazione rifratta veicolata per riflessione parziale multipla verso l'estremità della guida di luce. L'analisi è limitata al caso in cui la proiezione del raggio sul piano della lamina formante la guida 7 risulti parallela agli spigoli dei prismi definenti la superficie inferiore della lamina. L'intensità Iestr. all'estremità risulta data da: An analytical model was developed to calculate the intensity of light detected at one end of the light guide 7, produced by the incidence of a single non-polarized beam on the flat surface of the guide itself. The model is based solely on the energy balance of the refracted radiation conveyed by multiple partial reflection towards the end of the light guide. The analysis is limited to the case in which the projection of the ray onto the plane of the lamina forming the guide 7 is parallel to the edges of the prisms defining the lower surface of the lamina. The intensity Iestr. at the extremity it is given by:

dove IQ è l'intensità incidente, t è il coefficiente di trasmissione del campo elettrico per il raggio che incide dall'esterno sulla superficie piana della guida di luce, r è il coefficiente di riflessione per il raggio rifratto che incide sulla stessa superficie, i pedici p ed ort indicano i contributi relativi alla polarizzazione parallela ed ortogonale al piano dell barriera, ed N è il numero di riflessioni parziali che il raggio rifratto compie per raggiungere l'estremità della guida 7. Le grandezze t, r ed N dipendono dall'angolo compreso fra la direzione del raggio incidente esterno e la normale al piano della guida 7. Il numero N è dato dall'espressione: where IQ is the incident intensity, t is the transmission coefficient of the electric field for the beam that impacts from the outside on the flat surface of the light guide, r is the reflection coefficient for the refracted ray that impacts on the same surface, i subscripts p and ort indicate the contributions relative to the polarization parallel and orthogonal to the plane of the barrier, and N is the number of partial reflections that the refracted ray makes to reach the end of the guide 7. The quantities t, r and N depend on the angle between the direction of the external incident ray and the normal to the plane of the guide 7. The number N is given by the expression:

dove L è la distanza fra il punto di incidenza del raggio esterno e l'estremità della guida, le lunghezze W ed M sono indicate in Fig.2, e θ(θi) è l'angolo di rifrazione corrispondente ad un valore di indice di rifrazione per OLF pari a 1.49. L'intensità data dall'equazione (1), con i valori tipici di una pellicola OLF e con una lunghezza L pari ad 35 cm, esibisce un singolo picco ad 89.93° con una larghezza totale a metà altezza pari a 0.13°. where L is the distance between the point of incidence of the external ray and the end of the guide, the lengths W and M are indicated in Fig. 2, and θ (θi) is the angle of refraction corresponding to an index value of refraction for OLF equal to 1.49. The intensity given by equation (1), with the typical values of an OLF film and with a length L equal to 35 cm, exhibits a single peak at 89.93 ° with a total width at half height equal to 0.13 °.

E' stata effettuata una misura reale dell'intensità prodotta all'estremità dello strato in funzione dell'angolo in condizioni molto prossime a quelle A real measurement of the intensity produced at the extremity of the layer as a function of the angle in conditions very close to those was carried out

ideali, utilizzando come sorgente di luce un laser ad elio-neon con lunghezza d'onda λ=632 nm. Il laser è stato montato sulla testa di un goniometro in grado di effettuare una scansione angolare automatica. Il risultato di tale misura è stata una figura qualitativamente analoga a quella teorica, ma con una larghezza totale a metà altezza dell'ordine di 20°÷25° ovvero più grande di circa un fattore 150÷190. ideal, using a helium-neon laser with wavelength λ = 632 nm as a light source. The laser was mounted on the head of a goniometer capable of performing an automatic angular scan. The result of this measurement was a qualitatively similar figure to the theoretical one, but with a total width at half height of the order of 20 ° ÷ 25 ° or larger by about a factor of 150 ÷ 190.

Tale notevole disaccordo indica con chiarezza che un fenomeno di intrappolamento parziale per riflessioni multiple non può da solo giustificare il carattere dell'intensità luminosa veicolata all'estremità dello strato. This considerable disagreement clearly indicates that a partial entrapment phenomenon due to multiple reflections cannot alone justify the character of the luminous intensity conveyed to the extremity of the layer.

D'altra parte il raggio rifratto subirà diffusione in tutte le direzioni da parte delle molecole e da parte delle impurezze della pellicola OLF formante la guida d'onda 7. La radiazione diffusa conterrà contributi sufficientemente radenti da realizzare la riflessione totale sulla superficie piana della guida. Tali contributi, pertanto, verranno intrappolati rigorosamente e guidati verso l'estremità della guida di luce 7. Considerando il fenomeno della diffusione combinato a quello della riflessione parziale multipla del raggio rifratto è stato calcolato l'andamento dell'intensità luminosa esibita all’estremità in funzione dell'angolo di incidenza θi. Il risultato di tale modello analitico è dato da: On the other hand, the refracted ray will undergo diffusion in all directions by the molecules and by the impurities of the OLF film forming the wave guide 7. The diffused radiation will contain sufficiently grazing contributions to achieve total reflection on the flat surface of the guide. . These contributions, therefore, will be rigorously trapped and guided towards the extremity of the light guide 7. Considering the phenomenon of diffusion combined with that of the multiple partial reflection of the refracted ray, the trend of the luminous intensity exhibited at the extremity has been calculated. function of the angle of incidence θi. The result of this analytical model is given by:

dove β è un fattore geometrico indipendente da θi, A è l'efficienza di diffusione per il raggio rifratto indipendente da θi, I0 è l'intensità incidente, tort. ed rort. sono i coefficienti di trasmissione per il raggio incidente esterno e di riflessione per il raggio rifratto relativi alla polarizzazione ortogonale al piano della barriera, ed L(1) è la lunghezza percorsa dal raggio rifratto parallelamente alla superficie piana della guida fra due riflessioni contigue su tale superficie. where β is a geometric factor independent of θi, A is the diffusion efficiency for the refracted ray independent of θi, I0 is the incident intensity, tort. ed rort. are the transmission coefficients for the external incident ray and reflection for the refracted ray relative to the polarization orthogonal to the plane of the barrier, and L (1) is the length traveled by the refracted ray parallel to the flat surface of the guide between two contiguous reflections on this surface.

E' possibile dimostrare come, secondo un modello di diffusione della luce da dipolo elettrico, la componente con polarizzazione ortogonale dei raggi incidente e rifratto sia guella che induce il contributo di gran lunga dominante alla radiazione diffusa e veicolata all'estremità dello strato. La lunghezza L(1) è data da: It is possible to demonstrate how, according to an electric dipole light diffusion model, the component with orthogonal polarization of the incident and refracted rays is guella which induces the by far dominant contribution to the diffused radiation carried at the extremity of the layer. The length L (1) is given by:

dove il significato dei simboli W, M e Θ è già stato chiarito in occasione del commento all'equazione (2). L'intensità Iestr. data dall'equazione (3) in funzione dell'angolo esibisce un singolo picco avente larghezza totale a metà altezza pari a 58°. Tale larghezza risulta essere maggiore di circa 2÷3 volte quella sperimentale, in ogni caso dello stes'so ordine di grandezza. Tale risultato mostra che l'ipotesi della diffusione combinata alla riflessione parziale multipla del raggio rifratto, come fenomeno sorgente dell'intensità luminosa veicolata all'estremità dello strato, è sostanzialmente corretta. where the meaning of the symbols W, M and Θ has already been clarified in the commentary on equation (2). The intensity Iestr. given by equation (3) as a function of the angle exhibits a single peak having a total width at half height equal to 58 °. This width is about 2 ÷ 3 times greater than the experimental one, in any case of the same order of magnitude. This result shows that the hypothesis of diffusion combined with the multiple partial reflection of the refracted ray, as a source phenomenon of the light intensity conveyed to the extremity of the layer, is substantially correct.

E' inteso che il disegno non mostra che una esemplificazione data solo quale dimostrazione pratica del trovato, potendo detto trovato variare nelle forme e disposizioni, senza peraltro uscire dall'ambito del concetto che informa il trovato stesso. L'eventuale presenza di numeri di riferimento nelle rivendicazioni accluse ha lo scopo di facilitare la lettura delle rivendicazioni con riferimento alla descrizione ed al disegno e non limita l'ambito della protezione rappresentata dalle rivendicazioni. It is understood that the drawing shows only an exemplification given only as a practical demonstration of the invention, since said invention may vary in forms and arrangements, without however departing from the scope of the concept that informs the invention itself. The presence of any reference numbers in the attached claims has the purpose of facilitating the reading of the claims with reference to the description and drawing and does not limit the scope of protection represented by the claims.

Claims

Claims 1. An optical barrier comprising a source of electromagnetic radiation (1), a receiver system that receives electromagnetic radiation generated by said source and means for generating a signal when an object not transparent to said electromagnetic radiation is between said source and said system receiver, characterized in that said source is elongated and said receiver system comprises an elongated waveguide (7) extending substantially according to the development of the source, and having at least one end of it a sensor (9; 11) which detects the electromagnetic radiation conveyed by said wave guide.

2. Barrier as per claim 1, characterized in that said receiver system has at least two sensors (9, 11), arranged at opposite ends of said wave guide according to the longitudinal development direction of the guide itself.

3. Barrier as per claim 1 or 2, characterized in that said source of electromagnetic radiation emits in the visible or close to visible range.

4. Barrier as per claim 3, characterized in that said source is a fluorescent lamp.

5. Barrier as per claim 2 at least, characterized in that it comprises a circuit for summing the output signals of said two sensors.

6. Barrier according to one or more of the preceding claims, characterized in that said waveguide is a layer of OLF film.

7. Barrier as per one or more of claims 1 to 5, characterized in that said wave guide is made of Plexiglass®.

8. Barrier as per one or more of the preceding claims, characterized in that said source is modulated and that the receiver system is tuned to the modulation of the source.

9. Barrier as per claim 8, characterized in that said source is modulated in amplitude at 1.1 kHz.