ITMI20130334U1 - Sensore a soppressione di sfondo - Google Patents

Description

Sensore a soppressione di sfondo

Campo tecnico

La presente invenzione è relativa ad un sensore a soppressione di sfondo nel quale viene ottimizzato il rapporto prezzo/prestazione.

Sfondo tecnologico

I sensori a soppressione di sfondo così come le barriere di luce riflettenti generalmente funzionano seguendo il seguente principio. Un impulso luminoso viene emesso da una sorgente di luce e viaggia come un fascio orientato nello spazio. Nel caso in cui un oggetto intercetti tale fascio, parte del fascio viene riflesso dall’oggetto stesso, e parte di questo fascio riflesso viene raccolto da una lente così da focalizzarlo su un rivelatore.

Questi sensori sono ad esempio utilizzati per l’apertura di porte, quali garage automatici nonché porte di ascensori.

L’intensità luminosa della luce che viene rivelata dipende dalla distanza a cui l’oggetto che ha causato la riflessione si trova rispetto al sensore che rivela il segnale. Pertanto, sostanzialmente, i soppressori di sfondo includono ed utilizzano un sensore di distanza per determinare se un oggetto si trova o meno ad una certa distanza dal sensore stesso. Le barriere di luce, ancora più semplicemente, rivelano se la luce riflessa è presente o no senza determinare la distanza dell’oggetto.

Tra i sensori di distanza, sono noti ad esempio i sensori di triangolazione. La triangolazione è la rilevazione di un oggetto da due punti di vista differenti ad una distanza nota l’uno dall’altro. Nota la distanza tra due punti, è possibile calcolare tramite regole trigonometriche la distanza del terzo punto.

Uno svantaggio di questi sensori di distanza per la realizzazione di soppressori di sfondo è tuttavia la loro accuratezza abbastanza modesta negli intervalli di distanza di interesse. Difatti i sensori basati sulla triangolazione sono in genere accurati solamente per distanze molto piccole.

In un diverso tipo di sensori di distanza, la misura della distanza di un oggetto è ottenuta dalla misura del tempo che un dato segnale impiega a raggiungere l’oggetto e a tornare indietro. Tali sensori sono detti sensori di tempo-di-volo (o TOF, dall’inglese Time Of Flight). Tuttavia il tempo che impiega la luce a “tornare indietro” non è generalmente misurato direttamente. In genere vengono mandati impulsi di luce modulati, ad esempio come sinusoide, e la fase del segnale di luce inviato e la fase del segnale di luce riflesso e rilevato vengono entrambe misurate.

Questi sensori possono essere molto precisi ed accurati. In genere non sono usati esclusivamente per soppressori di sfondo o barriere di luce, ma anche per più complesse misurazioni in 3D e realizzazione di immagini. Tuttavia, questa loro complessità ed accuratezza spesso si traduce in un costo relativamente alto.

Esempi di tali sensori sono ad esempio il S85 di Datalogic Automation S.r.l. ed il PMD PhotonICs® 19k-S3 della PMD Photonics GmbH che presenta una matrice di pixel pari a 160X120.

Sommario dell’invenzione

La presente invenzione è relativa ad un sensore a soppressione di sfondo, nel quale un emettitore di luce emette un impulso di radiazione elettromagnetica, il quale, se incidente un oggetto, genera un impulso di luce riflesso. Il sensore soppressore di sfondo include inoltre un ricevitore atto a ricevere l’impulso riflesso e da questo ottenere un valore di una distanza tra il sensore soppressore di sfondo e l’oggetto stesso. In particolare, viene determinato se l’oggetto sia o meno all’interno di un intervallo spaziale di lunghezza prestabilita.

Al fine di determinare se l’oggetto si trovi o meno in tale intervallo spaziale, viene utilizzato un dispositivo atto a misurare la distanza tra il sensore e l’oggetto stesso. La Richiedente ha analizzato i dispositivi noti ed ha determinato che quelli basati sulla misura del tempo di volo sono i dispositivi maggiormente indicati per la presente applicazione, in particolare a causa dell’accuratezza che garantiscono nell’intervallo di valori delle distanze generalmente richieste in cui deve essere fatta la rivelazione.

Tuttavia, la Richiedente ha esaminato i dispositivi a tempo-di-volo presenti sul mercato e ha compreso che sono generalmente troppo costosi e “sovra-dimensionati” per l’applicazione richiesta.

Pertanto, il problema alla base di questa invenzione è quello di rendere disponibile un sensore a soppressione di sfondo che garantisca, ad un prezzo relativamente contenuto, delle buone performance nell’intervallo di distanze di interesse.

La Richiedente ha trovato che per ottenere un tale sensore a soppressione di sfondo, è opportuno utilizzare un dispositivo misuratore di distanza basato sul tempo di volo avente allo stesso tempo un numero limitato di pixel, quale ad esempio un dispositivo che abbia al massimo una matrice di pixel 10X10, mantenendo la caratteristica tipica dei sensori TOF di avere una misura integrata anche nella dimensione ortogonale alla superfice della matrice di pixel. E’ da sottolineare come i sensori basati sulla triangolazione ottengono tale misura solo grazie a dispositivi ottici esterni che hanno una loro complessità costruttiva, mentre i sensori TOF necessitano di ottiche relativamente assai semplici.

Ulteriormente, in un esempio di realizzazione dell’invenzione, i segnali provenienti dai pixel della matrice non vengono usati per generare una immagine tridimensionale, ma vengono “mediati” così da ottenere un unico valore di distanza, chiamato distanza media, funzione dei vari segnali in uscita dai pixel. I segnali in uscita dai pixel sono segnali di risposta funzione del treno di impulsi riflesso dall’oggetto.

Secondo un primo aspetto, l’invenzione è relativa ad un sensore a soppressione di sfondo includente:

- Un emettitore di radiazione elettromagnetica atto a emettere un treno di impulsi di radiazione elettromagnetica verso un oggetto riflettente detto treno di impulsi emesso, generando un treno di impulsi di radiazione elettromagnetica riflesso;

- Un ricevitore di radiazione elettromagnetica includente una matrice di pixel sensibili alla radiazione elettromagnetica, detta matrice avente dimensioni massime di 10 X 10 pixel, detto ricevitore atto a ricevere detto treno di impulsi riflesso e ciascun pixel di detta matrice essendo atto ad emettere un segnale in uscita funzione del treno di impulsi riflesso rilevato;

- Un primo circuito processore atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detti pixel di detta matrice, così da calcolare una distanza media da detto oggetto basata sulla media dei segnali in uscita provenienti da detti pixel, detta distanza media essendo calcolata in base a misure di tempo di volo tra detto treno di impulsi emesso e detto treno di impulsi riflesso rilevato, detto primo circuito processore emettendo in uscita un segnale di distanza proporzionale a detta distanza media;

- un secondo circuito processore atto a comparare detto segnale di distanza con un primo valore di distanza di soglia ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari a detta distanza di soglia.

L’emettitore di radiazione elettromagnetica invia un treno di impulsi a determinati intervalli di tempo. Se questo treno incontra un oggetto, viene creato un treno di impulsi riflesso che incide sul rivelatore.

Utilizzando la tecnologia dei dispositivi di determinazione della distanza tramite il calcolo del tempo di volo e limitando la dimensione di detto dispositivo ad una matrice di pixel massima 10X10, poiché non è necessario per la presente applicazione ottenere un’immagine dell’oggetto contro cui il treno di impulsi viene riflesso, si ottiene un sensore di soppressione di sfondo con un ottimale rapporto prezzo/prestazioni.

In particolare, i segnali provenienti dai singoli pixel, che come detto sono poco numerosi, non sono singolarmente utilizzati, ma vengono mediati per ottenere un segnale di distanza “medio”, relativo alla distanza dell’oggetto. Questo valore di distanza viene paragonato con un valore di distanza soglia, che può essere ad esempio memorizzato in una memoria interna del sensore a soppressione di sfondo stesso. Questo valore di soglia della distanza inoltre può anche essere modificato e ridefinito a seconda delle differenti applicazioni specifiche e situazioni in cui il sensore è montato.

Il paragone effettuato determina se l’oggetto che ha riflesso il treno di impulsi si trova o meno ad una distanza dal sensore maggiore o minore del valore di soglia dsogiia, in altre parole se l’oggetto è presente o assente in un intervallo spaziale 0 - dsogiia, ove a 0 è posizionato il sensore per convenzione.

Ad esempio, l’oggetto si trova (è presente) all’interno dell’intervallo spaziale 0 - dsogiianel caso in cui il valore di distanza media calcolato sia inferiore al valore dsogiia, altrimenti è assente nel caso in cui il valore di distanza media calcolato sia maggiore al valore dsogiia·

La comparazione secondo l’invenzione può essere effettuata tra il valore di distanza media calcolato ed il valore della distanza di soglia, oppure con un segnale funzione di tale distanza media calcolata ed un valore funzione di detta distanza di soglia, chiamato comunque per brevità valore di distanza di soglia.

L’utilizzo combinato di un dispositivo utilizzante il tempo di volo per la misura delle distanze e la ridotta dimensione della matrice nonché il calcolo di un valore medio per quanto riguarda i segnali provenienti dai singoli pixel della matrice consente di raggiungere lo scopo dell'invenzione.

In un secondo aspetto, l’invenzione è relativa ad un sensore a soppressione di sfondo includente:

- Un emettitore di radiazione elettromagnetica atto a emettere un treno di impulsi di radiazione elettromagnetica verso un oggetto riflettente detto treno di impulsi emesso, generando un treno di impulsi di radiazione elettromagnetica riflesso;

- Un ricevitore di radiazione elettromagnetica includente una matrice di pixel sensibili alla radiazione elettromagnetica, detta matrice avente dimensioni massime di 10 X 10 pixel, detto ricevitore atto a ricevere detto treno di impulsi riflesso e ciascun pixel di detta matrice essendo atto ad emettere un segnale in uscita funzione del treno di impulsi riflesso rilevato;

- Un primo circuito processore atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detti pixel di detta matrice, così da calcolare una pluralità di distanze da detto oggetto basate sui segnali in uscita provenienti da detti pixel, ciascuna di dette distanze di detta pluralità essendo calcolata in base a misure di tempo di volo tra detto treno di impulsi emesso e detto treno di impulsi riflesso rilevato, detto primo circuito processore emettendo in uscita una pluralità di segnali di distanza, ogni segnale di distanza essendo proporzionale a detta distanza calcolata;

- un secondo circuito processore atto a comparare almeno uno di detti segnali di distanza con un primo valore di distanza di soglia ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari a detto primo valore di distanza di soglia a seconda del risultato di detta comparazione.

Differentemente dal primo aspetto, in questo caso ciascun segnale in uscita da ogni pixel determina, tramite un calcolo effettuato dal primo circuito processore, sulla base del tempo di volo, un valore di distanza tra il sensore e l’oggetto riflettente il treno di impulsi. Pertanto un numero di valori di distanza tra sensore ed oggetto al massimo pari al numero di pixel presenti nella matrice viene calcolato dal primo circuito processore.

In questo caso, almeno uno di questi segnali di distanza viene paragonato con un valore di distanza di soglia dsogiiaper determinare se l’oggetto riflettente sia o meno presente o assente in un intervallo spaziale 0-dSOgiia, dove a 0 è posizionato il sensore per convenzione.

Ad esempio, l’oggetto si trova (è presente) all'interno dell'intervallo spaziale 0 - dSOgiianel caso in cui il valore di distanza calcolato e scelto per la comparazione è inferiore al valore dsogiia, altrimenti è assente nel caso in cui il valore di distanza calcolato e scelto per la comparazione è maggiore al valore dSOgiia·

Il segnale di distanza calcolato e scelto per la comparazione con il valore di soglia viene scelto tra la pluralità di segnali di distanza disponibili in base a diverse caratteristiche. Ad esempio, può essere selezionato il segnale avente la maggiore accuratezza o uno tra quelli privi di errori, oppure il segnale può essere ricavato come una funzione diversa dalla media e per un numero di pixel inferiori al totale.

In uno o entrambi gli aspetti, l’invenzione può includere inoltre, alternativamente o in combinazione, una o più delle seguenti caratteristiche.

Preferibilmente, secondo il primo aspetto, detto secondo circuito processore è atto a comparare detto segnale di distanza media con un primo ed un secondo valore di distanza di soglia ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto all'interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari alla differenza tra detto primo valore di distanza soglia e detto secondo valore di soglia, a seconda del risultato di detta comparazione.

Pertanto, il sensore dell’invenzione è preferibilmente atto ad emettere un segnale di presenza/assenza di un oggetto in un intervallo di distanza tra dSOgiiaie dSOgiia2, ovvero emette un segnale di presenza nel caso in cui la distanza media calcolata dcaicoiatadell’oggetto dal sensore abbia ad esempio un valore

ed un segnale di assenza nel caso in cui dcaicoiata> dsogiia2oppure dcaiCoiata< dsogiiai·

Il raffronto non avviene necessariamente con i valori di distanza di soglia e con i valori di distanza calcolata, ma con dei segnali che sono funzione di tali valori, come già specificato.

Preferibilmente, secondo il secondo aspetto, detto secondo circuito processore è atto a comparare tutti detti segnali di distanza in uscita da detto primo circuito processore con detto primo valore di distanza di soglia, ed essendo atto ad emettere detto segnale di presenza/assenza solo se almeno un dato numero di segnali di distanza è indicativo della presenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di detto intervallo spaziale di estensione pari a detto primo valore di distanza di soglia.

Poiché secondo il secondo aspetto dell’invenzione viene calcolata una pluralità di valori di distanza, più di un unico segnale funzione di questi valori calcolati può essere utilizzato per la comparazione. In un esempio, tutti i segnali di distanza sono comparati con il valore di soglia e unicamente quando un numero minimo di essi (ad esempio la maggioranza) è indicativo della presenza od assenza dell’oggetto nell’intervallo spaziale 0 - dSOgiiaallora il segnale di presenza/assenza viene emesso di conseguenza.

Per esempio, supponendo di avere N distanze calcolate e n come numero minimo di segnali congruenti tra loro affinché si riporti l’assenza/presenza dell’oggetto nell'intervallo 0-dsogiia,viene effettuata la comparazione tra dcaicoiatai. dcaicoiataNcon dsogiiaed unicamente se dcaiCoiatai, dcaicoiata2----dcaicoiatansono tutte minori di dsogiiaallora l’oggetto è all’interno dell’intervallo 0-dSOgiiae quindi il segnale di presenza viene emesso.

In un esempio preferito, secondo il secondo aspetto, detto secondo circuito processore è atto a comparare almeno uno di detti segnali di distanza con un primo ed un secondo valore di distanza di soglia ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari alla differenza tra detto primo valore di distanza di soglia e detto secondo valore di distanza di soglia, a seconda del risultato di detta comparazione.

Pertanto, anche nel secondo aspetto, il sensore dell’invenzione è preferibilmente atto ad emettere un segnale di presenza/assenza di un oggetto in un intervallo di distanza tra dsogiiaie dSOgiia2, ovvero emette un segnale di presenza nel caso in cui un segnale selezionato funzione di una distanza calcolata (ad esempio la distanza i-esima) dcaiCoiataiabbia ad esempio un valore

ed un segnale di assenza nel caso in cui dcaiCoiatai> dSOgiia2oppure dcaiCoiatai< dSOgiiai·

Più preferibilmente, detto secondo circuito processore è atto a comparare tutti detti segnali di distanza in uscita da detto primo circuito processore con detto primo valore e detto secondo valore di distanza di soglia, ed essendo atto ad emettere detto segnale di presenza/assenza solo se almeno un dato numero di segnali di distanza è indicativo della presenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di detto intervallo spaziale di estensione pari alla differenza tra detto primo e detto secondo valore di distanza di soglia.

In altre parole, preferibilmente, il segnale di presenza o assenza viene emesso solo se un sottomultiplo in numero pari ad n dei segnali di distanza calcolati soddisfa alternativamente una delle due equazioni di cui sopra.

In un esempio preferito del secondo aspetto, detto secondo circuito processore è atto a comparare un segnale funzione di detta pluralità di segnali di distanza con detto primo valore di distanza di soglia.

In questa forma di realizzazione, non vengono comparati direttamente i segnali di distanza con i valori di soglia, ma un ulteriore segnale funzione dei segnali di distanza stessi. Ad esempio, questi segnali di distanza possono avere dei pesi diversi a seconda di una loro diversa accuratezza e pertanto è possibile comparare secondo l’invenzione con il valore di distanza di soglia non il segnale o i segnali stessi, ma una loro media pesata o altra migliore funzione statistica per ottenere un risultato maggiormente accurato.

Preferibilmente, il sensore dell’invenzione include un circuito di pilotaggio per pilotare detto emettitore di radiazione elettromagnetica così da emettere detto treno di impulsi.

Il sensore include un driver, o circuito di pilotaggio, per modulare nel modo preferito i treni di impulsi emessi dall’emettitore di radiazione elettromagnetica.

La frequenza e la durata degli impulsi può essere modificata a seconda del tipo di applicazione.

In un esempio realizzativo, detta matrice di pixel e detto primo circuito processore sono integrati in un circuito integrato monolitico.

Al fine di limitare i costi del dispositivo, secondo l’invenzione è preferito integrare il maggior numero di componenti in un unico circuito integrato, ancor più preferibilmente in un unico ASIC (application specific integrated Circuit).

Più preferibilmente, detto circuito di pilotaggio, detta matrice di pixel e detto primo circuito processore sono integrati in un circuito integrato monolitico.

In un esempio preferito di realizzazione, detta matrice di pixel include una zona fotosensibile, detta zona fotosensibile essendo disposta in una faccia di detto circuito integrato opposta ad una faccia in cui sono disposti detto primo circuito processore e/o detto circuito di pilotaggio.

Matrici di pixel “illuminate da dietro” sono generalmente più sensibili che equivalenti matrici montate sulla faccia opposta del circuito integrato,

Preferibilmente, detta matrice di pixel include un sensore di immagine di tipo CCD ( Charge-Coupled Device).

Il ricevitore di radiazione può includere un sensore di immagine di tipo CCD (acronimo di Charge-Coupled Device, ovvero DAC, dispositivo ad accoppiamento di carica) consiste in un circuito integrato formato da matrice di elementi semiconduttori in grado di accumulare una carica elettrica ( charge ) proporzionale all’intensità della radiazione elettromagnetica che li colpisce. Questi elementi sono accoppiati ( coupled) in modo che ognuno di essi, sollecitato da un impulso elettrico, possa trasferire la propria carica ad un altro elemento adiacente. Pertanto in questo esempio preferito, i pixel sono condensatori MOS dopati - p.

Inviando al dispositivo ( device ) il treno d’impulsi, si ottiene in uscita un segnale elettrico. La matrice di pixel pertanto è l’elemento foto-attivo: ogni pixel accumula una carica elettrica proporzionale all’intensità elettrica del treno di impulsi nel pixel stesso. Quando la matrice è rimasta esposta al treno di impulsi riflesso dall’oggetto, la carica viene convertita in un segnale in tensione. Questa informazione può essere utilizzata direttamente nella sua forma analogica, oppure può essere convertita in formato digitale.

Alternativamente, detta matrice di pixel include un sensore di immagine di tipo CMOS.

In un ulteriore esempio di realizzazione, il ricevitore include un sensore di immagine di tipo CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): in questo sensore, viene utilizzato un sensore a pixel attivi, ovvero in cui ogni pixel include il suo amplificatore, realizzato usando la tecnologia a semiconduttore CMOS.

Generalmente i dispositivi CCD presentano meno rumore dei corrispettivi CMOS.

In un esempio realizzativo, detto emettitore di radiazione elettromagnetica include un laser.

Alternativamente, detto emettitore di radiazione elettromagnetica include un LED (Light Emitting Diode).

Un LED è generalmente più economico di un laser e pertanto quest’uso dei LED ulteriormente riduce il costo del dispositivo finale. E’ possibile l’utilizzo dei LED grazie alla maggiore sensibilità raggiunta dalla matrice di pixel e l’utilizzo del calcolo mediante tempo di volo. Ancor più preferibilmente, un LED viene utilizzato come emettitore nel caso in cui il ricevitore sia una matrice di pixel di tipo CCD, la quale è posizionata sul retro del circuito integrato.

Più preferibilmente, detto emettitore di radiazione elettromagnetica include una pluralità di LED.

In questo esempio preferito la presenza di più LED consente di avere maggiore segnale di ritorno, che di conseguenza consente di misurare una distanza massima maggiore o di ottenere una maggiore accuratezza a parità di distanza.

In un esempio preferito, detto emettitore di radiazione elettromagnetica è atto ad emettere una radiazione elettromagnetica in un intervallo delle lunghezze d’onda del visibile.

Alternativamente, detto emettitore di radiazione elettromagnetica è atto ad emettere una radiazione elettromagnetica in un intervallo di lunghezze d’onda dell’infrarosso.

Il tipo di lunghezza d’onda del treno di impulsi viene scelta a seconda del tipo di applicazione nonché del costo.

Preferibilmente, il sensore include un supporto, detto emettitore e detto ricevitore essendo disposti nel medesimo supporto.

In un sensore a soppressione di sfondo, l’emettitore ed il ricevitore sono disposti uno adiacente all’altro e non uno opposto all’altro come in una barriera di luce. In altre parole, rispetto ad un oggetto contro cui viene inviato il treno di impulsi, il ricevitore e l’emettitore sono disposti dalla stessa parte e non da parti opposte rispetto all’oggetto stesso. Pertanto è più semplice ed economico che siano anche fissati sul medesimo supporto.

In un esempio realizzativo, il sensore include un circuito di pilotaggio ausiliare atto a pilotare detto emettitore di radiazione elettromagnetica così da emettere detto treno di impulsi, detto circuito di pilotaggio ausiliare essendo associato a detto secondo circuito processore.

Per la maggior parte delle applicazioni il circuito di pilotaggio o driver interno, preferibilmente disposto nello stesso circuito integrato della matrice di pixel, è sufficiente a fornire la potenza di illuminazione necessaria. Tuttavia per alcune applicazioni, dove ad esempio è necessaria una potenza di illuminazione maggiore, perché ad esempio la luce ambiente è particolarmente forte (intensità luminosa ambientale elevata) oppure perché le distanze in gioco sono elevate, può rendersi necessario un driver esterno. Ulteriormente, un driver esterno può essere utile quando viene richiesto un sensore molto “rapido” e pertanto il treno di impulsi luminosi deve avere breve durata ed analogamente il tempo di esposizione della matrice di pixel è di breve durata.

Secondo una caratteristica preferita, detto primo circuito processore è atto ad emettere, in aggiunta al segnale di distanza, un segnale di affidabilità del valore di distanza media calcolato.

Preferibilmente, il primo circuito processore calcola, sulla base del tempo di volo e del segnale in uscita dai pixel, un valore di distanza (che può essere o non essere media, a seconda dell’aspetto dell'invenzione considerato) a cui è associato un valore di affidabilità di tale valore di distanza. Questo valore di affidabilità è sostanzialmente una quantificazione della qualità del segnale rilevato dai pixel. A seconda del valore di affidabilità, diverse azioni possono essere intraprese. Si può ripetere ad esempio la misura di distanza in condizioni differenti oppure si può accettare la stessa. Preferibilmente, più alto è il valore di affidabilità, migliore è la qualità del segnale ricevuto tramite i pixel della matrice, migliore l’accuratezza del calcolo della distanza e minore il rumore.

Preferibilmente, detto primo circuito processore è atto a mantenere un tempo di esposizione di detto ricevitore, in cui il segnale in uscita da detti pixel è integrato, sostanzialmente costante o non superiore ad una soglia temporale, indipendentemente da detto segnale di affidabilità.

Nel sensore dell’invenzione è definito un tempo di integrazione, che è il tempo a cui il rivelatore viene esposto al treno di impulsi riflesso prima del calcolo della distanza dall’oggetto. Sostanzialmente è il tempo in cui i pixel, che sono le fotocellule del sensore, accumulano radiazione luminosa. Sostanzialmente, più piccolo è il tempo di integrazione, più rumoroso è il segnale in quanto i pixel della matrice hanno ricevuto poca radiazione luminosa relativa al treno di impulsi riflesso. Dall’altra parte dell'intervallo, in un alto tempo di integrazione, la risposta del sensore è lenta e comunque si giunge dopo un certo tempo ad una saturazione. A seconda dell’applicazione, pertanto, è preferibile scegliere il tempo di integrazione preferito, a seconda che sia privilegiata la rapidità (e quindi basso tempo di integrazione) oppure l’accuratezza (alto tempo di integrazione). Il tempo di integrazione inoltre modifica la minima distanza misurabile.

Nel caso in cui si preferisca la rapidità, si può scegliere di mantenere il tempo di integrazione costante o non superiore ad un certo valore di soglia impostato indipendentemente dalla misura di accuratezza.

Alternativamente, detto primo circuito processore è atto a modificare un tempo di esposizione di detto ricevitore in cui il segnale in uscita da detti pixel è integrato così da mantenere detto segnale di affidabilità costante o non inferiore ad una soglia di affidabilità.

Se invece è preferibile mantenere sempre la stessa accuratezza o una accuratezza “minima”, si può modificare il tempo di integrazione così da ottenere sempre una accuratezza similare.

Preferibilmente, il sensore a soppressione di sfondo include un sensore di temperatura e detto primo circuito processore è atto ad emettere in uscita un segnale funzione della temperatura di un ambiente attorno a detto sensore di temperatura.

Il calcolo della distanza dipende dalla temperatura esterna al sensore stesso, in altre parole il calcolo della misura dipende dalla temperatura poiché le componenti del sensore possono avere una risposta differente a seconda della temperatura alla quale sono sottoposti. Può essere pertanto preferito prevedere una compensazione della temperatura utilizzando un dato relativo alla temperatura proveniente da un sensore di temperatura posizionato nello stesso ambiente in cui è presente il sensore a soppressione di sfondo. Il dato di temperatura può essere utilizzato ad esempio se il sensore è in un ambiente a temperatura non controllata ma particolarmente variabile, ad esempio all’esterno di un edificio.

Più preferibilmente, detto sensore di temperatura è integrato in detto circuito integrato.

Il sensore di temperatura può essere integrato nel chip, e questo è un grosso vantaggio, riducendo ancora i costi e il numero di componenti.

Preferibilmente, detto primo circuito processore è atto ad emettere in uscita un segnale funzione del livello di luminosità di un ambiente attorno a detto sensore.

L’accuratezza del valore di distanza calcolato dal primo circuito processore dipende anche dall’intensità luminosa dell’ambiente esterno in cui il sensore è posizionato. Un’eccessiva luminosità come una luminosità troppo scarsa possono portare a delle misure di distanza poco accurate. E’ pertanto preferito, in particolare in situazioni in cui il sensore viene utilizzato in ambienti in cui la luminosità è particolarmente variabile e non controllata, ad esempio in esterni, ottenere un dato relativo alla luminosità deN’ambiente attorno al sensore stesso. Correzioni del valore di distanza calcolato possono essere effettuate noto il valore dell’intensità luminosa esterna al sensore, ovvero l’intensità rivelata dal rivelatore ma non dipendente dal treno di impulsi riflesso dall’oggetto del quale si vuole calcolare la distanza dal sensore.

Preferibilmente, detto secondo circuito processore è atto ad elaborare detto segnale funzione della temperatura e/o detto segnale funzione del livello di luminosità così da compensare detto segnale di distanza.

Preferibilmente, il secondo circuito processore è atto ad elaborare sia il segnale di distanza proveniente dal primo circuito processore che il segnale di temperatura e/o di livello di intensità luminosa deN’ambiente esterno al sensore ed utilizzare gli stessi per correggere il valore di distanza calcolato.

In un esempio preferito di realizzazione, detto secondo circuito processore include una memoria, detta memoria includendo una tabella di valori di compensazione atti a compensare distorsioni nel segnale di distanza in uscita da detto primo circuito processore.

Come detto, il segnale di distanza può essere più o meno accurato e possibili errori possono dipendere dalla temperatura e/o dalla luminosità deN’ambiente esterno al sensore stesso. Per ovviare a questo inconveniente, possono essere realizzate delle interpolazioni lineari o polinomiali delle misure effettuate così da valutare il possibile errore oppure possono essere presenti delle tabelle salvate in una memoria del sensore stesso dalle quali, dato il valore di distanza misurato ed altri dati deN’ambiente quali temperatura e/o luminosità, si identifica la correzione da apportare al dato di distanza calcolato prima della sua comparazione.

Breve descrizione dei disegni

Questi ed ulteriori vantaggi dell’invenzione saranno maggiormente evidenti da una sua descrizione dettagliata con riferimento agli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 è un diagramma esemplificativo di un esempio preferito di un sensore a soppressione di sfondo realizzato in accordo con la presente invenzione;

- la figura 2 è una rappresentazione semplificata del principio di funzionamento del sensore secondo la presente invenzione;

- la figura 3 è un grafico relativo ad una fase del metodo secondo l’invenzione per il calcolo di una distanza;

- la figura 4 è una vista prospettica di un esempio realizzativo del sensore secondo l’invenzione di figura 1 ; e

- la figura 5 è uno schema a blocchi di un esempio di funzionamento del sensore secondo l’invenzione.

Descrizione dettagliata di un esempio preferito di realizzazione

Con iniziale riferimento alle figure 1 , 2 e 4, con 1 viene globalmente indicato un sensore a soppressione di sfondo realizzato in accordo con la presente invenzione.

Il sensore a soppressione di sfondo 1 è atto a calcolare la distanza di un oggetto O che entra all’interno di un intorno del sensore 1 , l’interno essendo il “raggio d’azione” del sensore 1. Il calcolo della distanza dell’oggetto O viene effettuato tramite la tecnica del tempo-di-volo (o, in inglese, TOF) e si basa in questo esempio preferito su un calcolo della differenza di fase tra un treno di impulsi inviato ed uno ricevuto dal sensore 1 , come dettagliato nel seguito.

Ulteriormente, il sensore 1 è atto a paragonare la distanza calcolata a cui si trova l’oggetto O con una o più distanze di soglia, in altre parole a verificare se l’oggetto O si trova all’interno di una predeterminata distanza dal sensore 1 stesso o all’interno di un intervallo spaziale limitato da una distanza massima ed una minima dal sensore 1.

Il sensore 1 , pertanto, include un emettitore di radiazione elettromagnetica 4, nell’esempio preferito, come visibile in particolare in figura 4, due LED, tuttavia un solo LED, più di due LED o uno o più laser possono essere utilizzati nell’invenzione.

L’emettitore 4 è atto ad emettere un treno di impulsi luminosi T1 (si veda la figura 2), in cui la lunghezza d’onda della radiazione emessa è preferibilmente appartenente allo spettro dell’infrarosso o del visibile a seconda del tipo di applicazione. Nel caso in cui un oggetto O si trovi lungo il cammino ottico del treno di impulsi emesso T1 , una parte del treno di impulsi viene riflesso generando un treno di impulsi riflesso T2 diretto indietro verso il sensore 1.

Per generare e per regolare i parametri del treno di impulsi T1 , quale ad esempio la durata, la frequenza del treno di impulsi o la potenza della radiazione luminosa emessa, il sensore 1 comprende un driver o circuito di pilotaggio 12 atto alla modulazione della radiazione elettromagnetica in uscita dall’emettitore 4. I parametri del treno di impulsi T1 possono essere preferibilmente variati o impostati prima dell’inizio delle misure e ulteriormente variati anche durante l’esecuzione delle misure stesse. Preferibilmente, il segnale dell’emettitore 4 è modulato ad alta frequenza. La durata del treno di impulsi è anche chiamata tempo di integrazione.

L’emettitore di radiazione 4 può anche essere comandato da un ulteriore circuito di pilotaggio o driver esterno, non rappresentato nelle figure, in particolare quando è necessaria una potenza di illuminazione maggiore.

Preferibilmente, il sensore 1 include un primo gruppo ottico 5 posizionato in fronte all’emettitore 4. Il gruppo ottico 5 è atto a rendere il treno di impulsi T1 emesso dall’emettitore 4 collimato o focalizzato. Ulteriormente, il gruppo ottico 5 può essere utilizzato per rendere uniforme la radiazione di più emettitori, se presenti, o correggere eventuali distorsioni della radiazione emessa dall’emettitore.

Il sensore 1 include inoltre un ricevitore di radiazione elettromagnetica 6 atto a ricevere il treno di impulsi riflesso T2 dall’oggetto O.

In fronte al ricevitore di radiazione 6, è preferibilmente posto un ulteriore gruppo ottico 3, atto a raccogliere e focalizzare la radiazione elettromagnetica riflessa dall’oggetto O verso il ricevitore 6.

Ulteriori elementi non raffigurati possono essere presenti nel sensore 1 per modificare la radiazione luminosa ricevuta dal ricevitore 6, quali ad esempio un filtro passa-banda per eliminare, tra quanto ricevuto dal ricevitore, la radiazione elettromagnetica al di fuori di un determinato intervallo di lunghezze d’onda, selezionando come banda accettata l’intervallo di lunghezze d’onda corrispondente a quello dell’emettitore 4.

Poiché sensori a soppressione di sfondo includono un emettitore ed un ricevitore “dalla stessa parte” dell’oggetto O, ovvero rilevano la luce riflessa da un oggetto dalla stessa parte da cui è stata emessa relativamente all’oggetto stesso, il sensore 1 include una struttura di supporto 11 (si veda la figura 2 e la figura 4) in cui entrambi emettitore 4 e ricevitore 6 sono montati.

Preferibilmente, il sensore 1 include un circuito integrato, preferibilmente un ASIC 2, il quale a sua volta comprende il ricevitore di radiazione elettromagnetica 6, il driver 12 e un primo circuito processore del segnale 8, montati monoliticamente sullo stesso.

Ulteriormente, l’ASIC 2 preferibilmente include un convertitore analogico/digitale, un’interfaccia seriale per la trasmissione dei dati e una unità di controllo della tensione di alimentazione, tutti non rappresentati nelle figure allegate e di per sé noti nel settore tecnico di riferimento.

In un esempio preferito di realizzazione, il circuito integrato 2 è retro-illuminato, ed il ricevitore 6 include una zona fotosensibile (non rappresentata) posizionata sul retro del circuito integrato 2, cioè sulla faccia del circuito ove non sono presenti i collegamenti dei vari elementi del circuito stesso, aumentando la sensibilità del ricevitore 6.

Il ricevitore 6 include una matrice di pixel 13 (unicamente visibile in figura 2 in modo schematizzato), di dimensione non superiore a 10X10 pixel. Con dimensione non superiore si intende che ciascuno dei lati della matrice è rispettivamente inferiore a 10 pixel. Preferibilmente, la matrice di pixel 13 ha dimensione 8X8, ovvero 8 pixel per ogni lato.

I pixel sono tutti indicati con 14.

Preferibilmente, la matrice di pixel è una matrice CCD il cui segnale in uscita è convertito da analogico a digitale nell’ASIC 2 dal convertitore A/D sopra menzionato.

Un secondo circuito processore, ad esempio un microcontrollore o microprocessore 9, elabora i segnali in uscita provenienti dall’ASIC 2. La comunicazione tra ASIC e microprocessore avviene ad esempio, ma non esclusivamente o necessariamente, tramite una porta seriale a due fili.

Preferibilmente, il circuito integrato 2 include il chip epe 600 o il chip epe 610 prodotto dalla ESPROS Photonic Corporation.

Il funzionamento del sensore 1 è ora dettagliato con riferimento alle figure 3 e 5.

L’inizio della misura e l’inserimento dei parametri avviene tramite comando del microprocessore 9 il quale a sua volta è collegato ad un dispositivo o periferica di input/output 10 mediante la quale l’utente o un altro computer può introdurre i parametri desiderati relativi alla misura che dipendono dall’effettiva localizzazione ed utilizzo del sensore 1. Ad esempio, tramite il dispositivo di input/output 10, il tempo di integrazione è inserito e il microprocessore 9 invia tale dato all’ASIC 2 così che il driver 12 possa modulare opportunamente l’emettitore 4. Ulteriormente, può essere selezionato il tipo di misura, ovvero una misura di distanza oppure una misura dell’intensità luminosa deN’ambiente in cui il sensore 1 è posizionato. La matrice di pixel 13 difatti può espletare entrambi i compiti.

Questa fase di introduzione dei parametri è indicata con 1 F nel diagramma di flusso di figura 5.

Ad esempio, come anzidetto, il tempo di integrazione può essere modificato rispetto ad un tempo precedentemente utilizzato, come indicato nella richiesta 2F, che può prevedere una fase di inserimento 3F di tale nuovo tempo di integrazione, oppure si può procedere alla misura (fase 4F) lasciando il tempo inalterato.

L’emettitore 4 emette treni di impulsi T1 attraversanti il gruppo ottico 5. Nel caso in cui un oggetto O si trovi nel loro cammino ottico, il treno di impulsi riflesso T2 viene generato e rilevato dal rivelatore 6, dopo aver attraversato il secondo gruppo ottico 3.

Supponendo il segnale una sinusoide perfetta, il segnale emesso T1 e riflesso T2 è rappresentato nel grafico di figura 3: durante ogni periodo del segnale T1 (T2), sono presi 4 campionamenti di misura da parte di ciascun pixel 14 della matrice 13. I 4 campionamenti sono presi ad uno sfasamento di 90° l’uno dall’altro, ottenendo le misure rappresentate DC1 , DC2, DC3, DC4.

La distanza dcaicoiatadell’oggetto O dal sensore 1 , a partire da queste misure, è data dalla seguente formula:

Ciascun pixel 14 pertanto emette un segnale in uscita che dipende dal segnale (=treno di impulsi T2) ricevuto, come visualizzato nella figura 3, e da questi segnali in uscita il primo circuito processore 8 può calcolare dalla formula anzidetta (1) la distanza dell’oggetto O da cui dipende il treno di impulsi T2.

Pertanto, in un primo esempio preferito, il circuito processore 8 processa i segnali in uscita dai pixel 14 (quattro valori per ogni pixel DC1-DC4) ed ottiene un numero di valori di distanza sensore 1 - oggetto O pari al numero di pixel (o inferiore, come esemplificato in seguito).

In un secondo esempio di realizzazione, dal circuito processore 8 non viene emessa in uscita una pluralità di segnali di distanza, ma un unico segnale di distanza medio. Il primo circuito processore 8 esegue una media dei segnali in uscita dai pixel 14, ovvero la formula (1) invece di essere calcolata per ciascuna quaterna di valori DC1 , DC2, DC3, DC4 provenienti da ogni pixel 14, viene calcolata per una quaterna di valori “medi” su tutta la matrice 13 di pixel 14, in altre parole le variabili nella formula (1) diventano: formula

Vp è il numero di pixel validi, ovvero i pixel per cui il segnale emesso da ciascun pixel risulta attendibile. Un pixel è valido se il segnale emesso da esso non è nel regime di saturazione, è sopra il livello di segnale di rumore, ed ha una certa ripetitività in ampiezza nel tempo di misura.

Questi quattro valori medi di formula (2) sono utilizzati nella formula (1) per calcolare un unico valore di distanza media.

Il calcolo della distanza, sia essa distanza media o pluralità di distanze, effettuato dal primo circuito processore 8, è identificato come la fase 4F nella figura 5.

Ciascun valore di distanza oppure il valore di distanza media dell’oggetto O dal sensore 1 sono preferibilmente corredati da un valore di affidabilità o attendibilità che indica l’attendibilità della misura di distanza effettuata.

Il valore di affidabilità identifica la “bontà della misura” che è stata fatta. Se questa qualità non è buona oppure ci sono pochi pixel validi, la misura viene ripetuta (fase 5F), oppure il metodo dell’invenzione procede.

Preferibilmente distanza e valore di affidabilità sono emessi dal primo circuito processore 8 come un’unica parola (word), in cui l’affidabilità ne compone gli ultimi 4 digit. Il valore di affidabilità dipende dall’illuminazione, dalla distanza dell’oggetto, etc., e a seconda del suo valore possono essere presi distinti accorgimenti. Nel caso in cui l’affidabilità è alta, la misura viene accettata. Come anzidetto, nel caso di affidabilità bassa, la misura viene ripetuta, ad esempio modificando il tempo di integrazione.

Vi sono ulteriori possibili fonti di errore che possono essere compensate per effettuare una misura di distanza più accurata rispetto alla misura iniziale fornita dal sensore 1. Questa possibilità prevede la raccolta di alcuni parametri relativi aN’ambiente in cui il sensore 1 è disposto (fase 6F).

Nel microprocessore 9, delle routine di compensazione possono essere implementate per ottenere una maggiore precisione nella misura della distanza dell’oggetto O. Il tipo di compensazione dipende dal tipo di applicazione del sensore 1.

I tipi di compensazione tramite routine o algoritmi presenti del microprocessore 9 sono uno o più tra i seguenti (lista non esaustiva):

- a causa della distanza dell’oggetto, il segnale di ritorno dallo stesso è troppo debole.

In questo caso è possibile aumentare il tempo di integrazione del treno di impulsi, ovvero la durata degli impulsi stessi emessi dall’emettitore 4 agendo sul driver 12. Ulteriormente, un circuito driver esterno dell’emettitore 4 può essere utilizzato per aumentare la potenza del segnale emesso.

- La riflettività dell’oggetto O non è ottimale.

In questo caso gli stessi accorgimenti del segnale mancante o troppo basso possono essere attuati, come sopra discusso.

- Luce ambiente.

Il sensore 1 misura la differenza tra due segnali T1 e T2 che hanno una differenza di fase tra loro. La luce ambiente è supposta costante (DC e non AC) e quindi non dovrebbe avere un impatto nella misura; tuttavia per numerose cause può esserci un impatto lineare sulla misura stessa. Poiché la matrice di pixel 13 può essere utilizzata anche come un sensore di intensità luminosa, può essere effettuata la misura dell’intensità luminosa dell’ambiente dalla stessa matrice 13, richiedendo questo tipo di misura tramite la periferica di input/output 10, ed utilizzarla in seguito per compensare la misura di distanza effettuata.

- Temperatura

La temperatura cambia non la misura di per sé può cambiare il funzionamento del sensore 1 nel suo complesso, ad esempio può modificare la curva caratteristica dell’emettitore 4. Pertanto è preferibile che sia effettuata una misura della temperatura, tramite un sensore di temperatura non raffigurato nei disegni, e/o che la caratteristica del sensore 1 venga calcolata in tutto l’intervallo di temperature di funzionamento. La misura di temperatura o la curva caratteristica possono quindi essere utilizzate per una correzione/compensazione della misura di distanza effettuata.

Errori di calibrazione e non linearità del sensore 1 possono anch’esse essere compensate in modi noti nel settore di riferimento.

Con le ulteriori misure effettuate, come ad esempio di temperatura e/o di intensità luminosa, le correzioni apportate alla misura di distanza possono essere effettuate ad esempio tramite interpolazioni lineari o polinomiali, oppure il sensore 1 può includere una memoria di sensore 1 in cui è presente una tabella database in cui le modifiche da apportare al segnale di distanza in funzione della temperatura e/o luminosità sono tabulate ed utilizzate al bisogno.

Tutte queste eventuali modifiche sono indicate come fase 7F nella figura 5.

Al fine di questa fase 7F, possono essere disponibili dei valori di distanza accettabili e quindi la misura viene terminata (Fasi 8F-10F) oppure ripetuta se sono necessari maggiori dati.

Le misure di distanza qui descritte possono essere effettuate in distinte modalità. A seconda del tipo di applicazione, può essere preferita e data priorità alla velocità di misura, ad esempio in un sistema in cui il sensore 1 viene utilizzato in una macchina in cui è necessaria la protezione del lavoratore affinché non si avvicini troppo a parti in movimento taglienti o pericolose, in cui pertanto l’accuratezza della misura non è così rilevante o certamente non prioritaria rispetto alla velocità richiesta di emettere un segnale di avvertimento di distanza troppo bassa e quindi pericolosa raggiunta.

Alternativamente, può essere data priorità alla precisione della misura stessa, ad esempio nel calcolo della distanza da un cancello elettrico affinché quest’ultimo non si apra o chiuda in continuazione.

Pertanto, è possibile operare il sensore 1 così che il tempo di integrazione rimanga sempre lo stesso, o che comunque non superi mai una certa soglia temporale, così che la risposta del sensore 1 sia ottenuta sempre al di sotto di un certo tempo desiderato. Questo a discapito dell’accuratezza della misura stessa, poiché il segnale di affidabilità non viene preso in considerazione. In altre parole, il tempo di integrazione nel caso in cui quest’ultimo abbia superato la soglia possibile stabilita non viene variato per migliorare l’accuratezza della misura.

Alternativamente, viene mantenuto il valore di affidabilità del valore di misura sostanzialmente costante o non al di sotto una certa soglia di affidabilità che viene ritenuta la soglia di affidabilità tollerabile. Pertanto, il tempo di integrazione viene continuamente modificato così da soddisfare questo requisito.

In generale, maggiore il tempo di integrazione, maggiore anche l’accuratezza ed attendibilità della misura di distanza.

Preferibilmente, la misura di distanza e la sua attendibilità sono emesse dal primo circuito processore 8 ed inviate, ad esempio tramite l’interfaccia seriale dell’ASIC 2, al processore 9 dove gli algoritmi sopra indicati vengono attivati.

Con riferimento ora nuovamente alla figura 2, la misura di distanza o le misure di distanza sotto forma di segnali in uscita dal circuito processore 8 sono in ogni caso, indipendentemente dall’effettuarsi o meno delle compensazioni temperatura/luminosità/etc. di sui sopra, è(sono) elaborata(e) dal processore 9 e paragonata(e) con un valore di soglia di distanza.

In un primo esempio preferito di realizzazione, in cui è presente un solo valore di distanza medio emesso dal circuito processore 8, tale valore è comparato con un valore di distanza Soglia dsoglia2

In altre parole, viene verificato se l’oggetto O è presente o meno in un intervallo spaziale avente lunghezza dSOgiia2dal sensore 1. Se nella comparazione tra dcaicoiatae dSOgiia2, dcai∞iata≤ dSOgiia2, allora l’oggetto è presente nell'intervallo spaziale stabilito, altrimenti è assente.

La presenza dell’oggetto nell’intervallo spaziale prestabilito, può comportare ad esempio l’aprirsi di un cancello automatico, l’emissione di un segnale di allarme, il blocco di una macchina operatrice, eccetera, a seconda del tipo di applicazione del sensore 1 che implica un diverso tipo di comando emesso dal processore 9.

In una variante, invece che una comparazione con un singolo valore di soglia di distanza, viene fatta una comparazione con due valori, un valore minimo e un valore massimo, pertanto viene verificato se l’oggetto O si trova o meno all'interno di un intervallo spaziale tra dSOgiiaie dSOgiia2dal sensore 1. Pertanto, un oggetto è considerato presente nell’intervallo spaziale indicato quando

Nella realizzazione preferita in cui viene emessa dal primo circuito processore 8 una pluralità di valori di distanza dcaicoiata,che sono in misura pari o minore al numero di pixel 14 della matrice 13, almeno uno di questi valori viene paragonato con una o due delle soglie sopra indicate.

Ad esempio, il valore paragonato della pluralità può essere quello avente segnale affidabilità più alto. In questo caso, il valore di distanza misurata prescelto viene come sopra comparato dal processore 9 al valore dSOgiiaie/o dSOgiia2così da verificare la presenza o l’assenza dell’oggetto O nell'intervallo spaziale di lunghezza prescelta.

In una variante, tutti i valori di distanza dcaicoiataicon i da 1 a k sono paragonati al valore o ai valori di soglia di distanza. L’oggetto O risulta presente se almeno un numero n < k di distanze calcolate risulta compreso nell'intervallo spaziale stabilito, assente altrimenti.

Claims (28)

1. Rivendicazioni 1. Sensore (1 ) a soppressione di sfondo includente: Un emettitore di radiazione elettromagnetica (4) atto a emettere un treno di impulsi (T1) di radiazione elettromagnetica verso un oggetto (O) riflettente detto treno di impulsi emesso, generando un treno di impulsi di radiazione elettromagnetica riflesso (T2); Un ricevitore di radiazione elettromagnetica (6) includente una matrice (13) di pixel (14) sensibili alla radiazione elettromagnetica, detta matrice avente dimensioni massime di 10 X 10 pixel, detto ricevitore (6) atto a ricevere detto treno di impulsi riflesso (T2) e ciascun pixel di detta matrice essendo atto ad emettere un segnale in uscita funzione del treno di impulsi riflesso rilevato; Un primo circuito processore (8) atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detti pixel di detta matrice (13), così da calcolare una distanza media (dCai∞iata) da detto oggetto (O) basata sulla media dei segnali in uscita provenienti da detti pixel (14), detta distanza media essendo calcolata in base a misure di tempo di volo (TOF) tra detto treno di impulsi emesso (T1) e detto treno di impulsi riflesso rilevato (T2), detto primo circuito processore (8) emettendo in uscita un segnale di distanza media proporzionale a detta distanza media (dcaicoiata); un secondo circuito processore (9) atto a comparare detto segnale di distanza media (dcaicoiata), o una funzione di esso, con un primo valore di distanza di soglia (dsogiia-ι, dsogiia2) ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto (O) all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari a detto primo valore di distanza di soglia a seconda del risultato di detta comparazione.
2. 2. Sensore (1) a soppressione di sfondo includente: - Un emettitore di radiazione elettromagnetica (4) atto a emettere un treno di impulsi (T1) di radiazione elettromagnetica verso un oggetto (O) riflettente detto treno di impulsi emesso, generando un treno di impulsi di radiazione elettromagnetica riflesso (T2); - Un ricevitore di radiazione elettromagnetica (6) includente una matrice (13) di pixel (14) sensibili alla radiazione elettromagnetica, detta matrice avente dimensioni massime di 10 X 10 pixel, detto ricevitore (6) atto a ricevere detto treno di impulsi riflesso (T2) e ciascun pixel (14) di detta matrice essendo atto ad emettere un segnale in uscita funzione del treno di impulsi riflesso rilevato; - Un primo circuito processore (8) atto a processare detti segnali in uscita provenienti da detti pixel (14) di detta matrice, così da calcolare una pluralità di distanze (dcaicoiatai) da detto oggetto (O) basata su detti segnali in uscita provenienti da detti pixel, ciascuna di dette distanze di detta pluralità essendo calcolata in base a misure di tempo di volo (TOF) tra detto treno di impulsi emesso (T1) e detto treno di impulsi riflesso rilevato (T2), detto primo circuito processore (8) emettendo in uscita una pluralità di segnali di distanza, ogni segnale di distanza essendo proporzionale a detta distanza calcolata (dcaicoiatai); - un secondo circuito processore (9) atto a comparare almeno uno di detti segnali di distanza, o una funzione di esso, con un primo valore di distanza di soglia (dsogiia-ι,dsogiia2) ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto (O) all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari a detto primo valore di distanza di soglia a seconda del risultato di detta comparazione.
3. 3. Sensore (1) secondo la rivendicazione 1 , in cui detto secondo circuito processore (9) è atto a comparare detto segnale di distanza media (dcaiCoiata) con un primo ed un secondo valore di distanza di soglia (dsogiiai,dsogiia2) ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari alla differenza tra detto primo valore di distanza soglia e detto secondo valore di soglia, a seconda del risultato di detta comparazione.
4. 4. Sensore (1) secondo la rivendicazione 2, in cui detto secondo circuito processore (9) è atto a comparare tutti detti segnali di distanza (dcaiCoiatai) in uscita da detto primo circuito processore (8) con detto primo valore di distanza di soglia (dsogiiai,dSogiia2), ed essendo atto ad emettere detto segnale di presenza/assenza solo se almeno un dato numero di segnali di distanza è indicativo della presenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di detto intervallo spaziale di estensione pari a detto primo valore di distanza di soglia. DAL123
5. 5. Sensore (1) secondo la rivendicazione 2 o 4, in cui detto secondo circuito processore (9) è atto a comparare almeno uno di detti segnali di distanza (dcaicoiatai) con un primo ed un secondo valore di distanza di soglia (dsogiiai,dSOgiia2) ed ad emettere un segnale indicativo della presenza/assenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di un intervallo spaziale di estensione pari alla differenza tra detto primo valore di distanza di soglia e detto secondo valore di distanza di soglia, a seconda del risultato di detta comparazione.
6. 6. Sensore (1) secondo la rivendicazione 5, in cui detto secondo circuito processore (9) è atto a comparare tutti detti segnali di distanza (dcaicoiatai) in uscita da detto primo circuito processore con detto primo valore e detto secondo valore di distanza di soglia (dsogiiai,dsogiia2), ed essendo atto ad emettere detto segnale di presenza/assenza solo se almeno un dato numero di segnali di distanza è indicativo della presenza di detto oggetto all’interno o all’esterno di detto intervallo spaziale di estensione pari alla differenza tra detto primo e detto secondo valore di distanza di soglia.
7. 7. Sensore (1) secondo la rivendicazione 2, e da 4 a 6, in cui detto secondo circuito processore (9) è atto a comparare un segnale funzione di detta pluralità di segnali di distanza con detto primo valore di distanza di soglia.
8. 8. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, includente un circuito di pilotaggio (12) per pilotare detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) così da emettere detto treno di impulsi (T1).
9. 9. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta matrice (13) di pixel (14) e detto primo circuito processore (8) sono integrati in un circuito integrato monolitico (2).
10. 10. Sensore (1) secondo la rivendicazione 8, in cui detto circuito di pilotaggio (12), detta matrice di pixel (13) e detto primo circuito processore (8) sono integrati in un circuito integrato monolitico (2).
11. 11. Sensore (1) secondo la rivendicazione 8 o 9, in cui detta matrice (13) di pixel (14) include una zona fotosensibile, detta zona fotosensibile essendo disposta in una faccia di detto circuito integrato (2) opposta ad una faccia in cui sono disposti detto primo circuito processore (8) e/o detto circuito di pilotaggio (12).
12. 12. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detta matrice (13) di pixel (14) include un sensore di immagine di tipo CCD ( Charge-Coupled Device).
13. 13. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 10, in cui detta matrice (13) di pixel (14) include un sensore di immagine di tipo CMOS.
14. 14. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) include un laser.
15. 15. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 13, in cui detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) include un LED (Light Emitting Diode).
16. 16. Sensore (1) secondo la rivendicazione 15, in cui detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) include una pluralità di LED.
17. 17. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) è atto ad emettere una radiazione elettromagnetica in un intervallo delle lunghezze d’onda del visibile.
18. 18. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni da 1 a 16, in cui detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) è atto ad emettere una radiazione elettromagnetica in un intervallo di lunghezze d’onda dell’infrarosso (IR).
19. 19. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sensore include un supporto (11), detto emettitore e detto ricevitore di radiazioni elettromagnetiche (4,6) essendo disposti nel medesimo supporto (11).
20. 20. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, includente un circuito di pilotaggio ausiliare atto a pilotare detto emettitore di radiazione elettromagnetica (4) così da emettere detto treno di impulsi (T2), detto circuito di pilotaggio ausiliare essendo associato a detto secondo circuito processore (9).
21. 21. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo circuito processore (8) è atto ad emettere, in aggiunta al segnale di distanza, un segnale di affidabilità del valore di distanza calcolato.
22. 22. Sensore (1) secondo la rivendicazione 21 , in cui detto primo circuito processore (8) è atto a mantenere un tempo di esposizione di detto ricevitore di radiazione elettromagnetica (6), in cui il segnale in uscita da detti pixel è integrato, sostanzialmente costante o non superiore ad una soglia temporale, indipendentemente da detto segnale di affidabilità.
23. 23. Sensore (1) secondo la rivendicazione 21 , in cui detto primo circuito processore (8) è atto a modificare un tempo di esposizione di detto ricevitore di radiazione elettromagnetica (6), in cui il segnale in uscita da detti pixel è integrato, così da mantenere detto segnale di affidabilità costante o non inferiore ad una soglia di affidabilità.
24. 24. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, includente un sensore di temperatura e in cui detto primo circuito processore (8) è atto ad emettere in uscita un segnale funzione della temperatura di un ambiente attorno a detto sensore di temperatura.
25. 25. Sensore (1) secondo la rivendicazione 24 quando dipendente dalla 9, in cui detto sensore di temperatura è incluso in detto circuito integrato.
26. 26. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto primo circuito processore (8) è atto ad emettere in uscita un segnale funzione del livello di luminosità di un ambiente attorno a detto sensore (1 ).
27. 27. Sensore (1) secondo la rivendicazione 24, 25 o 26, in cui detto secondo circuito processore (9) è atto ad elaborare detto segnale funzione della temperatura e/o detto segnale funzione del livello di luminosità così da compensare detto segnale di distanza.
28. 28. Sensore (1) secondo una o più delle rivendicazioni precedenti, in cui detto secondo circuito processore (9) include una memoria, detta memoria includendo una tabella di valori di compensazione atti a compensare distorsioni nel segnale di distanza in uscita da detto primo circuito processore (8).