ITSP950012A1

ITSP950012A1 - METHOD FOR MEASURING THE DISTANCE OF THE OPTOELECTRONIC TYPE AND DEVICES FOR THE REALIZATION OF THIS METHOD.

Info

Publication number: ITSP950012A1
Application number: IT95SP000012A
Authority: IT
Inventors: Vincenzo Arrichiello
Original assignee: Vincenzo Arrichiello
Priority date: 1995-11-03
Filing date: 1995-11-03
Publication date: 1997-05-03
Also published as: IT1283536B1; ITSP950012A0; WO1997017589A1; EP0861418A1; AU7495896A

Abstract

Viene descritto un metodo e relativo dispositivo per la misurazione di distanza da una superficie, utilizzante un canale di trasmissione e due canali di ricezione di radiazione ottica, aventi un determinato angolo di divergenza di generazione e rispettivamente di ricezione della radiazione ottica, detti canali di ricezione raccogliendo la radiazione ottica ridiffusa da detta superficie verso la quale é emessa da detto canale di trasmissione.Il canale di trasmissione ed i canali di ricezione sono posti ad una distanza sostanzialmente uguale da detta superficie, con assi ottici paralleli, e la distanza interasse tra gli assi ottici di detto canale di trasmissione rispetto a detti canali di ricezione é diversa e preferibilmente complanare (fig. 1).A method and relative device for measuring distance from a surface is described, using a transmission channel and two reception channels of optical radiation, having a determined angle of divergence of generation and reception of the optical radiation, said reception channels collecting the optical radiation re-diffused from said surface towards which it is emitted by said transmission channel. The transmission channel and the reception channels are placed at a substantially equal distance from said surface, with parallel optical axes, and the distance between the centers optical axes of said transmission channel with respect to said reception channels is different and preferably coplanar (fig. 1).

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Metodo per la misura della distanza di tipo optoelettronico e dispositivi per la realizzazione di tale metodo" DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Optoelectronic distance measurement method and devices for carrying out this method"

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

L’invenzione ha per oggetto un metodo per la misurazione della distanza, specificamente della distanza intercorrente tra il dispositivo di misura, ovvero una sua parte, ed una data superficie, di tipo optoelettronico, ossia basato sulla trasmissione e ricezione di flussi di radiazione ottica rispettivamente verso e da tale superficie . The invention relates to a method for measuring the distance, specifically of the distance between the measuring device, or a part thereof, and a given surface, of the optoelectronic type, i.e. based on the transmission and reception of optical radiation flows respectively towards and from that surface.

L'invenzione ha lo scopo di permettere la realizzazione di dispositivi per la misura della distanza, che presentino una costruzione poco costosa e siano facilmente fabbricabili, nonché miniaturizzabili e che preferibilmente consentano di realizzare un elevato grado di insensibilità' alle caratteristiche di riflettivita ' della superficie della quale si vuole misurare la distanza. The purpose of the invention is to allow the realization of devices for measuring distance, which have an inexpensive construction and are easily manufactured, as well as miniaturizable and which preferably allow to achieve a high degree of insensitivity to the reflectivity characteristics of the surface. of which you want to measure the distance.

L'invenzione consegue gli scopi di cui sopra utilizzando un metodo per la misurazione di una distanza da una superficie, utilizzante un canale di trasmissione e due canali di ricezione di radiazione ottica, aventi un determinato angolo di divergenza di generazione e rispettivamente di ricezione della radiazione ottica, detti canali di ricezione raccogliendo la radiazione ottica ridiffusa da detta superficie verso la quale è emessa da detto canale di trasmissione, caratterizzato da ciò che detti canale di trasmissione e canali di ricezione sono posti ad una distanza sostanzialmente uguale da detta superficie, con assi ottici paralleli, e che la distanza interasse tra gli assi ottici di detto canale di trasmissione rispetto a detti canali di ricezione è diversa. The invention achieves the above purposes by using a method for measuring a distance from a surface, using a transmission channel and two optical radiation reception channels, having a determined divergence angle for generating and respectively receiving radiation. optical, said reception channels collecting the optical radiation re-diffused from said surface towards which it is emitted by said transmission channel, characterized in that said transmission channel and reception channels are placed at a substantially equal distance from said surface, with axes optical parallel, and that the distance between the optical axes of said transmission channel with respect to said reception channels is different.

Ulteriore oggetto della presente invenzione sono le varianti del metodo descritte nelle rivendicazioni da 2 a 11. A further object of the present invention are the variants of the method described in claims 2 to 11.

Ulteriore oggetto della presente invenzione e' un dispositivo per la realizzazione del metodo, nelle sue varianti descritte nelle rivendicazioni da 12 a 26. A further object of the present invention is a device for carrying out the method, in its variants described in claims 12 to 26.

Un ulteriore vantaggio del metodo di misura oggetto del trovato deriva dalla sostanziale indipendenza della misura di distanza dalle eventuali variazioni di intensità' del fascio di radiazione ottica proiettato dal canale di trasmissione. A further advantage of the measurement method according to the invention derives from the substantial independence of the distance measurement from any variations in intensity of the optical radiation beam projected by the transmission channel.

Con il termine radiazione ottica, nella presente descrizione si intende designare la radiazione elettromagnetica compresa nell'intervallo di lunghezze d'onda dall'ultravioletto all'infrarosso. Il metodo di misura oggetto del trovato può' essere meglio compreso seguendo la descrizione di una forma esecutiva di principio, illustrata a titolo di esempio non limitativo nei disegni allegati, nei quali: With the term optical radiation, in the present description it is intended to designate the electromagnetic radiation included in the wavelength range from ultraviolet to infrared. The measurement method according to the invention can be better understood by following the description of a basic embodiment, illustrated by way of non-limiting example in the attached drawings, in which:

La Fig.l mostra uno schema di principio di un dispositivo secondo l'invenzione. Fig. 1 shows a basic diagram of a device according to the invention.

La Fig.2 mostra le curve di sensibilità' dei due canali di ricezione in funzione della distanza. Fig. 2 shows the sensitivity curves of the two reception channels as a function of distance.

La Fig.3 mostra la funzione di misura della distanza ottenibile con il metodo oggetto del trovato Fig.3 shows the distance measurement function obtainable with the method according to the invention

In Fig.l e' rappresentato lo schema di principio di un dispositivo che permette di realizzare il metodo di misura oggetto del trovato. Fig. 1 shows the basic diagram of a device which allows the measurement method object of the invention to be implemented.

La grandezza che si vuole misurare e' la distanza x tra il dispositivo e la superficie 4. The quantity to be measured is the distance x between the device and the surface 4.

Al corpo del dispositivo 5 sono fissati il canale di trasmissione le i due canali di ricezione 2 e 3 in modo da ottenere un posizionamento reciproco con gli assi ottici sostanzialmente paralleli tra loro, giacenti in un unico piano e con gli assi dei canali di ricezione posizionati a distanza dyl e dy2 rispetto a quello del canale di trasmisione. Il canale di trasmissione 1 utilizza un mezzo per la generazione della radiazione ottica ed e' dotato di mezzi ottici con caratteristiche tali da generare un fascio con angolo di divergenza a, caratterizzato da distribuzione di intensità' sostanzialmente simmetrica rispetto a tale asse e preferibilmente caratterizzata da un andamento a profilo circa gaussiano secondo una generica direzione ortogonale allo stesso asse. The transmission channel 1 and the two reception channels 2 and 3 are fixed to the body of the device 5 so as to obtain a reciprocal positioning with the optical axes substantially parallel to each other, lying in a single plane and with the axes of the reception channels positioned at a distance dyl and dy2 with respect to that of the transmission channel. The transmission channel 1 uses a means for generating the optical radiation and is equipped with optical means with characteristics such as to generate a beam with a divergence angle a, characterized by an intensity distribution substantially symmetrical with respect to this axis and preferably characterized by an approximately Gaussian profile according to a generic direction orthogonal to the same axis.

I canali di ricezione 2 e 3, con caratteristiche sostanzialmente uguali tra loro, utilizzano dei mezzi rivelatori di radiazione ottica sensibili alla radiazione della lunghezza d'onda emessa dal diodo emettitore. I canali di ricezione possono essere dotati di mezzi ottici aventi caratteristiche analoghe a quelle del canale di trasmissione, risultando in tal caso la distribuzione di sensibilità' del fascio di ricezione sostanzialmente simmetrica rispetto all'asse ottico e preferibilmente caratterizzata da un andamento a profilo circa gaussiano secondo una generica direzione ortogonale a tale asse. The reception channels 2 and 3, with characteristics substantially identical to each other, use optical radiation detecting means sensitive to the radiation of the wavelength emitted by the emitting diode. The reception channels can be equipped with optical means having characteristics similar to those of the transmission channel, resulting in this case the sensitivity distribution of the reception beam substantially symmetrical with respect to the optical axis and preferably characterized by an approximately Gaussian profile. according to a generic direction orthogonal to this axis.

L'utilizzo di fasci di trasmisione e di ricezione caratterizzati da distribuzione a profili circa gaussiano non costituisce una scelta limitativa per la realizzazione del metodo di misura oggetto dell'invenzione, potendosi utilmente utilizzare allo scopo fasci aventi caratteristiche differenti. L'impiego di fasci con distribuzione a profilo circa gaussiano costituisce una scelta vantaggiosa potendosi tale caratteristica facilmente ottenere con sistemi ottici semplici. The use of transmission and reception beams characterized by distribution with approximately Gaussian profiles does not constitute a limiting choice for the realization of the measurement method object of the invention, since it can usefully be used for this purpose beams having different characteristics. The use of beams with approximately Gaussian profile distribution constitutes an advantageous choice since this characteristic can be easily obtained with simple optical systems.

I segnali dei canali di ricezione sono collegati ad una unita' elettronica 6 provvista di mezzi di elaborazione di tali segnali. The signals of the reception channels are connected to an electronic unit 6 provided with means for processing such signals.

La unita' elettronica e' inoltre provvista di mezzi per la alimentazione del mezzo di generazione della radiazione ottica ad essa collegato. The electronic unit is also provided with means for powering the means for generating the optical radiation connected to it.

Nella configurazione esemplificativa descritta si adotta, per semplicità' una soluzione con i fasci di trasmissione e di ricezione caratterizzati da valori di divergenza sostanzialmente uguali, tale condizione non essendo limitativa o necessaria per la realizzazione del metodo oggetto del trovato. Assumendo come piano x-y quello nel quale giacciono gli assi ottici dei canali di trasmissione e di ricezione con l'asse x parallelo a tali assi, le distribuzioni di intensità' e, rispettivamente, di sensibilità' nel piano y-z, ortogonale agli assi ottici, alla generica distanza x può' essere descritta dalla relazione: For the sake of simplicity, in the described exemplary configuration a solution is adopted with the transmission and reception beams characterized by substantially equal divergence values, this condition not being limiting or necessary for the realization of the method according to the invention. Assuming as the x-y plane the one in which the optical axes of the transmission and reception channels lie with the x axis parallel to these axes, the distributions of intensity 'and, respectively, of sensitivity' in the y-z plane, orthogonal to the optical axes, to generic distance x can be described by the relation:

nella quale la o(x)e' definita dalla relazione: in which o (x) is defined by the relation:

essendo a la divergenza del fascio, ossia l'angolo rispetto all'asse in corrispondenza del quale si verifica una attenuazione al 13,5% del valore presente in corrispondenza dell'asse. being a the divergence of the beam, ie the angle with respect to the axis at which an attenuation occurs at 13.5% of the value present at the axis.

Il flusso radiante incidente sull'elemento di area della superficie si ricava con la relazione: The radiant flux incident on the surface area element is obtained with the relation:

ove: where:

L'intensità' radiante dell'elemento di area della superficie risulta: The radiant intensity of the surface area element is:

ove where

ps = riflettivita' della superficie ps = reflectivity of the surface

La irradianza sul generico canale di ricezione derivante dall'elemento di area della superficie e* data dalla relazione: The irradiance on the generic reception channel deriving from the surface area element is * given by the relation:

La distribuzione di sensibilità<1 >del generico canale di ricezione, riferita alla superficie, e' descritta dalla seguente relazione: The distribution of sensitivity <1> of the generic reception channel, referred to the surface, is described by the following relationship:

ove where

dy = distanza tra l'asse ottico del canale di trasmissione e quello del canale di ricezione considerato dy = distance between the optical axis of the transmission channel and that of the considered reception channel

Il flusso al generico canale di ricezione dall'elemento di area dell'oggetto risulta: The flow to the generic reception channel from the area element of the object results:

ove: where:

Ar = area della superficie del ricevitore Il flusso totale all'ingresso del generico canale di ricezione si ricava integrando sulla porzione di superficie interessata dai fasci e risulta dalla seguente relazione: Ar = area of the surface of the receiver The total flux at the entrance of the generic reception channel is obtained by integrating on the portion of the surface affected by the beams and results from the following relationship:

La stessa relazione puo' essere scritta nella forma seguente evidenziando i termini indipendenti dalla distanza x: The same relation can be written in the following form highlighting the terms independent of the distance x:

ove where

Questa ultima funzione rappresenta la dipendenza della potenza radiante raccolta dal ricevitore dalla distanza della superficie. This last function represents the dependence of the radiant power collected by the receiver on the distance of the surface.

La funzione g{x) relativa al generico canale di ricezione risulta fortemente influenzata dalla distanza dy tra l'asse ottico di tale canale e l'asse ottico del canale di trasmissione. The function g {x) relating to the generic reception channel is strongly influenced by the distance dy between the optical axis of this channel and the optical axis of the transmission channel.

Posizionando due canali di ricezione a differenti distanze dy (interassi) rispetto all'asse ottico del canale di trasmissione, e' possibile ottenere andamenti delle funzioni g(x) relative a tali canali sostanzialmente differenti su determinati intervalli di distanza. By positioning two reception channels at different distances dy (center distances) with respect to the optical axis of the transmission channel, it is possible to obtain trends of the functions g (x) relating to these substantially different channels over determined distance intervals.

La Fig.2 rappresenta, a titolo di esempio, gli andamenti, rappresentati in unita' arbitrarie, delle funzioni gl(x) e g2(x) corrispondenti alla condizione di fasci con divergenza a = 30° e di interassi dyl e dy2 rispettivamente pari a 1.5mm e 3.0mm tra il canale di trasmissione e i due canali di ricezione. Fig. 2 represents, by way of example, the trends, represented in arbitrary units, of the functions gl (x) and g2 (x) corresponding to the condition of beams with divergence a = 30 ° and distances dyl and dy2 respectively equal at 1.5mm and 3.0mm between the transmit channel and the two receive channels.

Risulta evidente il differente andamento delle due funzioni su di un certo intervallo di distanze. Analogo risultato può' essere ottenuto su differenti intervalli di distanza utilizzando differenti combinazioni di valori di divergenza dei fasci e di interasse tra gli stessi. The different trend of the two functions over a certain interval of distances is evident. A similar result can be obtained on different distance intervals by using different combinations of divergence values of the beams and spacing between them.

Il metodo di misura oggetto del trovato sfrutta, per la misura della distanza x, la differenza delle funzioni gl(x) e g2(x) relative a due canali di ricezione con gli assi ottici posti a differenti interassi dyl e dy2 rispetto a quello del trasmettitore e paralleli rispetto ad esso, essendo le misure CI(x) e C2(x) dei flussi raccolti da tali canali di ricezione legate ai valori di tali funzioni gl(x) e g2(x) da una costante di proporzionalità', e sfrutta una particolare elaborazione delle misure dei due flussi raccolti dai due canali di ricezione tale che si ottenga la eliminazione dei termini indipendenti da tale distanza, tra i quali principalmente il coefficiente di riflettivita' della superficie ed il flusso radiante del canale dì trasmissione. The measurement method according to the invention exploits, for the measurement of the distance x, the difference of the functions gl (x) and g2 (x) relating to two reception channels with the optical axes placed at different distances dyl and dy2 with respect to that of the transmitter and parallel with respect to it, since the measurements CI (x) and C2 (x) of the flows collected by these reception channels are linked to the values of these functions gl (x) and g2 (x) by a constant of proportionality ', and it exploits a particular processing of the measurements of the two flows collected by the two reception channels such that the elimination of the terms independent of this distance is obtained, among which mainly the reflectivity coefficient of the surface and the radiant flux of the transmission channel.

Una possibile forma di tale procedimento di elaborazione, illustrata a titolo di esempio non limitativo, e' descritta dalla seguente relazione tra le misure dei canali di ricezione CI(x) e C2(x) e la misura di distanza S(x): A possible form of this processing procedure, illustrated by way of non-limiting example, is described by the following relationship between the measurements of the reception channels C1 (x) and C2 (x) and the distance measurement S (x):

La Fig.3 rappresenta, a titolo di esempio non limitativo, la misura di distanza S(x) ottenibile, elaborando secondo il procedimento sopra descritto le misure dei canali di ricezione, nelle stesse condizioni descritte per la Fig.2. Fig.3 represents, by way of non-limiting example, the distance measurement S (x) which can be obtained by processing the measurements of the reception channels according to the procedure described above, under the same conditions described for Fig.2.

La misura di distanza ottenibile mediante il metodo oggetto della invenzione e' vantaggiosamente caratterizzata da ottime caratteristiche di linearità’ su estesi intervalli di misura. The distance measurement obtainable by the method object of the invention is advantageously characterized by excellent linearity characteristics over extended measurement ranges.

Utilizzando il metodo di misura oggetto del trovato e' quindi possibile ricavare, a partire dalla misura dei flussi dei canali di ricezione un segnale strettamente correlato alla distanza che si vuole misurare e nel contempo indipendente dalle caratteristiche di riflettivita' della superficie e dal flusso radiante del canale di trasmissione. Il metodo oggetto della invenzione può essere impiegato per la realizzazione di dispositivi della misura della distanza utilizzando differenti forme esecutive, alcune delle quali sono descritte nel seguito a titolo di esempio non limitativo. Using the measurement method according to the invention it is therefore possible to obtain, starting from the measurement of the flows of the reception channels, a signal strictly correlated to the distance to be measured and at the same time independent of the reflectivity characteristics of the surface and the radiant flux of the transmission channel. The method object of the invention can be used for the realization of distance measurement devices using different embodiments, some of which are described below by way of non-limiting example.

Nelle forme esecutive preferite descritte nel seguito gli assi ottici dei canali di trasmissione e ricezione sono complanari ed il canale di trasmissione e' posto in posizione laterale rispetto ai canali di ricezione, altre forme di realizzazione possono presentare gli assi ottici dei tre canali paralleli ma non complanari, oppure complanari ma con il canale di trasmissione in posizione intermedia rispetto ai due canali di ricezione ed a differenti interassi rispetto ad essi. In the preferred embodiments described below, the optical axes of the transmission and reception channels are coplanar and the transmission channel is placed in a lateral position with respect to the reception channels, other embodiments may have the optical axes of the three parallel channels but not coplanar, or coplanar but with the transmission channel in an intermediate position with respect to the two reception channels and at different center distances with respect to them.

In una forma esecutiva i mezzi ottici dei canali di trasmissione e di ricezione possono essere vantaggiosamente realizzati mediante l'impiego di tre tratte di fibra ottica, una per ciascun canale, ciascuna tratta ha una delle terminazioni alloggiata in un supporto avente configurazione adatta a realizzare il posizionamento reciproco di dette terminazioni secondo la geometria prevista dal metodo oggetto della invenzione, in modo da costituire una sonda di misura. Le rimanenti terminazioni di tali fibre ottiche sono collegate rispettivamente, quella facente parte del canale di trasmissione ad un mezzo per la generazione della radiazione ottica e quelle facenti parte dei canali di ricezione ai mezzi per la rivelazione della radiazione ottica. Tali mezzi per la generazione e la rivelazione della radiazione ottica sono preferibilmente alloggiati in un idoneo corpo o contenitore nel quale può' essere alloggiata anche la unita' elettronica alla quale tali mezzi sono collegati. Tale unita' elettronica e' dotata di mezzi per la acquisizione dei segnali dei rivelatori di radiazione ottica, di mezzi per la loro elaborazione, di mezzi per la alimentazione del generatore di radiazione ottica e di mezzi per la generazione di segnali di uscita elettrici. In one embodiment, the optical means of the transmission and reception channels can be advantageously made by using three sections of optical fiber, one for each channel, each section has one of the terminations housed in a support having a configuration suitable for realizing the reciprocal positioning of said terminations according to the geometry envisaged by the method object of the invention, so as to constitute a measuring probe. The remaining terminations of these optical fibers are connected respectively, the one forming part of the transmission channel to a means for generating the optical radiation and those forming part of the receiving channels to the means for detecting the optical radiation. Said means for the generation and detection of the optical radiation are preferably housed in a suitable body or container in which the electronic unit to which these means are connected can also be housed. This electronic unit is equipped with means for acquiring the signals of the optical radiation detectors, with means for their processing, with means for powering the optical radiation generator and with means for generating electrical output signals.

In una variante esecutiva, i mezzi per la generazione e la rivelazione della radiazione ottica possono essere vantaggiosamente integrati nella unita’ elettronica, con notevole semplificazione della fabbricazione. In an executive variant, the means for the generation and detection of the optical radiation can be advantageously integrated into the electronic unit, with considerable simplification of the manufacturing.

Le fibre ottiche utilizzate possono essere convenientemente del tipo in materiale plastico (Plastic Optical Fiber) comunemente impiegato per la trasmissione di dati, in particolare le terminazioni di tale tipo di fibre, con diametro di Imm e realizzate con la superficie ottica di terminazione piana ed ortogonale all'asse ottico, sono idonee a generare fasci con le caratteristiche ottiche indicate nella precedente descrizione. The optical fibers used can conveniently be of the type in plastic material (Plastic Optical Fiber) commonly used for data transmission, in particular the terminations of this type of fiber, with a diameter of Imm and made with a flat and orthogonal optical termination surface. to the optical axis, are suitable for generating beams with the optical characteristics indicated in the previous description.

In una variante esecutiva la realizzazione delle caratteristiche ottiche desiderate per i canali di trasmissione e di ricezione può' essere ottenuta mediante un diverso tipo di lavorazione della superficie ottica di terminazione delle fibre ottiche, ad esempio secondo una superficie curva piuttosto che piana, ovvero mediante l'utilizzo addizionale di elementi ottici quali, a titolo di esempio non limitativo, lenti a rifrazione, lenti a gradiente di indice di rifrazione (GRIN-rod lens), lenti a diffrazione o combinazioni di tali elementi. In a variant embodiment, the realization of the desired optical characteristics for the transmission and reception channels can be obtained by means of a different type of processing of the optical termination surface of the optical fibers, for example according to a curved rather than a flat surface, or by means of the additional use of optical elements such as, by way of non-limiting example, refractive lenses, gradient index lenses (GRIN-rod lens), diffraction lenses or combinations of these elements.

Il mezzo per la generazione della radiazione ottica può' essere utilmente costituito da un diodo emettitore o LED, ovvero da un diodo laser o da una generica sorgente di radiazione ottica. The means for generating the optical radiation can usefully be constituted by an emitting diode or LED, or by a laser diode or by a generic source of optical radiation.

I mezzi per la rivelazione della radiazione ottica possono essere utilmente costituiti da fotodiodi, ovvero da fototransistor o da fotodiodi ad amplificatore di transimpedenza integrato, o da fotodiodi con dispositivo di conversione di luce in frequenza integrato, o da analoghi dispositivi optoelettronici sensibili alla radiazione elettromagnetica della lunghezza d'onda emessa dal mezzo di generazione della radiazione ottica. The means for the detection of the optical radiation can be usefully constituted by photodiodes, or by phototransistor or by photodiodes with integrated transimpedance amplifier, or by photodiodes with integrated light-to-frequency conversion device, or by analogous optoelectronic devices sensitive to the electromagnetic radiation of the wavelength emitted by the means for generating the optical radiation.

In una variante esecutiva il dispositivo per realizzare il metodo oggetto della invenzione può' essere costituito da un unico corpo o contenitore nel quale sono alloggiati i canali di trasmissione e di ricezione e la unita' elettronica. I mezzi ottici dei canali di trasmissione e ricezione possono essere costituiti, analogamente a quanto previsto dalla forma esecutiva precedentemente descritta, da tratte di fibra ottica, ciascuna di tali fibre ha una delle terminazioni alloggiata nella parete esterna del contenitore e posizionata rispetto alle altre secondo la geometria prevista dal metodo oggetto della invenzione, e la seconda terminazione collegata ai mezzi di generazione o rispettivamente di rivelazione della radiazione ottica, risultando pertanto tali tratte di fibra ottica completamente incluse nel contenitore. Anche nel caso della variante esecutiva teste' descritta, la realizzazione di differenti caratteristiche ottiche dei fasci dei canali di trasmissione e ricezione può' essere ottenuta mediante particolari lavorazioni della terminazione delle fibre ottiche o mediante l'utilizzo di elemento ottici come indicato per la forma esecutiva precedentemente descritta. In an executive variant, the device for carrying out the method object of the invention can consist of a single body or container in which the transmission and reception channels and the electronic unit are housed. The optical means of the transmission and reception channels can be constituted, similarly to what is foreseen in the embodiment described above, by sections of optical fiber, each of these fibers has one of the terminations housed in the external wall of the container and positioned with respect to the others according to the geometry envisaged by the method object of the invention, and the second termination connected to the means for generating or respectively detecting the optical radiation, thus resulting in these optical fiber sections completely included in the container. Also in the case of the embodiment variant described above, the realization of different optical characteristics of the beams of the transmission and reception channels can be obtained by means of particular processing of the termination of the optical fibers or by using optical elements as indicated for the embodiment. previously described.

In una ulteriore variante esecutiva il dispositivo può' essere costituito da un unico corpo o contenitore, i mezzi ottici per la formazione dei fasci di trasmissione e ricezione possono essere costituiti da elementi ottici quali, a titolo di esempio non limitativo, lenti a rifrazione, lenti a gradiente di indice di rifrazione (GRIN-rod lens), lenti a diffrazione o combinazioni di tali elementi, ed i mezzi per la generazione e la rivelazione della radiazione ottica possono essere costituiti da componenti optoelettronici del tipo comunemente acquistabile in commercio essendo tali elementi ottici e tali componenti optoelettronici assiemati in modo idoneo tra loro ed alloggiati in una delle pareti esterne del contenitore con posizionamento reciproco in accordo con la geometria prevista dal metodo oggetto della invenzione . In a further embodiment variant the device can be constituted by a single body or container, the optical means for the formation of the transmission and reception beams can be constituted by optical elements such as, by way of non-limiting example, refraction lenses, lenses with refractive index gradient (GRIN-rod lens), diffraction lenses or combinations of these elements, and the means for the generation and detection of the optical radiation can be constituted by optoelectronic components of the type commonly available on the market since these optical elements and such optoelectronic components assembled in a suitable way with each other and housed in one of the external walls of the container with reciprocal positioning in accordance with the geometry envisaged by the method object of the invention.

In una variante della forma esecutiva teste' descritta, i canali di trasmissione e di ricezione possono essere costituiti da componenti optoelettronici del tipo cosiddetto ad ottica integrata, ossia con elementi ottici realizzati nel contenitore stesso del componente o comunque preassemblatì ad esso, normalmente acquistabili in commercio, tali componenti sono alloggiati in una delle pareti esterne del contenitore con posizionamento reciproco in accordo con la geometria prevista dal metodo oggetto della invenzione . In a variant of the embodiment described above, the transmission and reception channels can be constituted by optoelectronic components of the so-called integrated optics type, i.e. with optical elements made in the same container of the component or in any case preassembled thereto, normally available on the market. , these components are housed in one of the external walls of the container with reciprocal positioning in accordance with the geometry envisaged by the method object of the invention.

In una variante esecutiva, i mezzi per la rivelazione della radiazione ottica ed i mezzi di elaborazione possono essere realizzati come un unico componente nella forma cosiddetta di microcircuito integrato. In a variant embodiment, the means for detecting the optical radiation and the processing means can be realized as a single component in the so-called integrated microcircuit form.

In una ulteriore forma esecutiva, la unita' elettronica può' essere dotata di mezzi per la immissione di valori di riferimento per la distanza e di mezzi per la comparazione di tali valori con la distanza misurata e di mezzi per la generazione di segnali o comandi in funzione del risultato di tale comparazione, in modo da rilevare e segnalare il superamento, in aumento o in diminuzione, da parte della distanza misurata di detti valori di riferimento, realizzandosi in questo modo un dispositivo del tipo cosiddetto sensore o interruttore di prossimità' vantaggiosamente dotato di caratteristiche di insensibilta' al coefficiente di riflettivita' della superficie misurata. In a further embodiment, the electronic unit can be equipped with means for entering reference values for the distance and with means for comparing these values with the measured distance and with means for generating signals or commands in function of the result of this comparison, so as to detect and signal the exceeding, increasing or decreasing, by the measured distance of said reference values, thus creating a device of the so-called sensor or proximity switch 'type advantageously equipped of insensitivity characteristics to the reflectivity coefficient of the measured surface.

Il metodo oggetto della invenzione consente inoltre la realizzazione di dispositivi e sensori per la misura di differenti grandezze fisiche quando tale misura possa essere ricondotta ad una misura di distanza o lunghezza per mezzo di un idoneo principio di trasduzione. A titolo di esempio non limitativo di tali possibili applicazioni si possono indicare la misura di accelerazione mediante la misura dello spostamento di un corpo collegato con vincolo elastico alla struttura che porta il sensore di misura della distanza, la misura della pressione di fluidi mediante la misura della deformazione di un diaframma flessibile e la misura delle vibrazioni di un corpo mediante la misura della distanza della superficie di tale corpo rispetto ad un riferimento immobile al quale e' solidale il dispositivo di misura della distanza. The method object of the invention also allows the realization of devices and sensors for the measurement of different physical quantities when this measurement can be traced back to a distance or length measurement by means of a suitable transduction principle. As a non-limiting example of these possible applications, it is possible to indicate the measurement of acceleration by measuring the displacement of a body connected with an elastic constraint to the structure that carries the distance measurement sensor, the measurement of the pressure of fluids by measuring the deformation of a flexible diaphragm and the measurement of the vibrations of a body by measuring the distance of the surface of this body with respect to an immovable reference to which the distance measuring device is integral.

Naturalmente, l'invenzione non e' limitata alle forme esecutive teste' descritte ed illustrate ma può' essere ampiamente variata e modificata, soprattutto costruttivamente, senza abbandonare il principio informatore sopra esposto ed a seguito rivendicato. Naturally, the invention is not limited to the embodiments described and illustrated above but can be widely varied and modified, above all constructively, without abandoning the guiding principle described above and claimed hereinafter.

Claims

CLAIMS 1. Method for measuring a distance from a surface, using a transmission channel and two channels for receiving optical radiation, having a certain divergence angle for generating and receiving optical radiation respectively, said reception channels collecting the radiation optics re-diffused by said surface towards which it is emitted by said transmission channel, characterized in that said transmission channel and reception channels are placed at a substantially equal distance from said surface, with parallel optical axes, and that the center distance between the optical axes of said transmission channel with respect to said reception channels is different.

2. Method for measuring a distance as in claim 1, characterized in that said optical axes are coplanar.

Method for measuring a distance as in claim 2, characterized in that the transmission channel is placed laterally.

4. Method for measuring a distance as in claim 2, characterized in that the transmission channel is centrally placed.

5. Method for measuring a distance as in any one of the preceding claims, characterized in that the radiant power received by said reception channels depends on said center distance, that said reception channels have substantially the same reception characteristics, and that the measurement of said distance is carried out by means of a processing which eliminates the dependence on the reflectivity of said surface and on the radiant flux of said transmission channel.

6. Method for measuring a distance as in claim 5, characterized in that said processing is carried out by means of an expression such as: where x is the distance, S (x) is the measured distance value, CI (x) and C2 (x) are the measurements of radiant power received respectively by the first and second of said reception channels.

7. Method for measuring a distance as in any one of the preceding claims, characterized in that said angle of divergence is substantially constant around the optical axes and that the optical radiation has a substantially Gaussian distribution with the distance from the optical axes.

8. Method for measuring a distance as in any one of the preceding claims, characterized in that the values of distance between centers and of divergence angle are chosen in such a way as to optimize the values of radiant power received by said reception channels.

Method for measuring a distance as in claim 1, characterized in that said center-to-center distance is double between the optical axes of said transmission channel and a reception channel with respect to that towards the other reception channel.

10. Method for measuring a distance as in any one of the preceding claims, characterized in that it is also used to measure a different physical quantity attributable to said distance measurement.

11. Method for measuring a distance as in claim 10, characterized in that said different physical quantity is an acceleration, or a pressure, or a vibration.

12. Device for measuring the distance (x) from a surface (4) for carrying out the method of the preceding claims, characterized in that said transmission channel (1) and said two radiation reception channels (2, 3) optics are equipped with a termination, facing towards said surface, emitting and receiving respectively housed in a support or container (5) which maintains said terminations at a substantially equal distance from said surface (4), with parallel optical axes, so that the center distance between the optical axes of said transmission channel with respect to said reception channels is different.

13. Device for measuring the distance (x) as in claim 12, characterized in that said support or container (5) maintains said terminations in such a position that the optical axes are substantially coplanar.

14. Device for measuring the distance (x) as in claim 12 or 13, characterized in that said terminations are made by means of optical fiber sections.

15. Device for measuring the distance (x) as in claim 14, characterized in that said optical fiber sections are of the plastic material type.

16. Device for measuring the distance (x) as in claim 15, characterized in that said terminations are flat and perpendicular to the optical axes.

17. Device for measuring the distance (x) as in claim 15, characterized in that said terminations are curved.

18. Device for measuring distance (x) as in claim 12 or 13, characterized in that said terminations are made by means of optical elements, such as refractive lenses, or refractive index gradient lenses, or diffraction lenses or their combinations.

19. Device for measuring the distance (x) as in claim 12 or 13, characterized in that said terminations are made by means of optoelectronic components with integrated optics.

20. Device for measuring the distance (x) as in claim 12 or 13, characterized in that said transmission channel uses means for the generation of optical radiation and that each of said reception channels uses optical radiation detection means.

21. Device for measuring the distance (x) as in claim 20, characterized in that said means for generating the optical radiation consist of LED or laser diodes.

22. Device for measuring the distance (x) as in claim 20, characterized in that said means for detecting the optical radiation consist of photodiodes or phototransistors, or photodiodes with integrated transimpedance amplifier, or photodiodes with conversion device integrated frequency light.

23. Device for measuring the distance (x) as in claim 20, characterized in that the connection between the means for generating the optical radiation and the termination of said transmission channel and between the means for detecting the optical radiation and each of the terminations of said reception channels is made with optical fibers.

24. Distance measuring device (x) as in any one of claims 12 to 23, characterized in that it further comprises means for processing the signals coming from said optical radiation detection means, which calculate the value of said distance (x).

25. Device for measuring the distance (x) as in claim 24, characterized in that said means for processing further comprise means for entering reference values for the distance and means for comparing these values with the distance measured, and means for generating signals or commands as a function of the result of said comparison, so as to detect and signal the exceeding, increasing or decreasing, by the measured distance of said reference values.

26. Device for measuring distance (x) as in any one of claims 12 to 25, characterized in that said support or container (5) also contains said means for generating and detecting optical radiation and their connections with said terminations and possibly also said signal processing means.

27. Device for measuring the distance (x) as in any one of claims 12 to 26, characterized in that said means for detecting the optical radiation and said processing means can be realized as a single component in the so-called form of integrated microcircuit