JP4885404B2 - 周囲検知システムおよび自動化容器 - Google Patents
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Description
関連出願
本願は、2000年5月26日に出願された特許出願第60/207/676号に関連する米国仮特許出願の優先権を主張するものであり、その開示事項は、本明細書に全体的に援用する。
【0002】
技術分野
本発明は、一般に物体を検知するためのシステムに関し、詳細には、光検知器システム、およびこのようなシステムを利用した自動作動装置に関する。
【0003】
背景技術
廃棄物容器には蓋を設けて、不快な光景や臭いを遮り、内部の物体による汚染を防止することが望ましい。手で操作する蓋を備えた様々な廃棄物容器が開発されたが、使いにくく、触れると汚れる恐れがあるという問題がある。足で操作する構造は、汚れる危険は最小限だが、やはり使いにくいか、または面倒な場合が多い。手および足で操作する廃棄物容器の使用者は、複数の作業を抱えているか、または不都合な場所に位置しており、自由に手または足を使って容器の蓋を操作できない。
【0004】
2種類の一般的なタイプの自動缶が開発された。一方のタイプは、接近検知器(たとえば、圧力感知マットまたは光電検知器)を使用して、使用者が容器付近に存在することを感知し、1つまたは複数のモータ駆動ドアを作動させて開放する。ドアは、一般に、予め決められた非検知時間後に閉鎖する。このタイプの自動缶は、物体または人が通過することにより、容易に誤った警告を発する傾向がある。
【0005】
第2のタイプの自動ごみ容器は、物理的な「仕切り」を有し、物体は、容器の自動ドアを通過する前に、この仕切りに入らなければならない。この仕切りは、1つまたは複数の赤外ビームエミッタおよび検知器を有する。仕切り内の物体は、赤外光領域のビームを反射し、モータ駆動ドアを開放させる。仕切りの壁部は、仕切りの外部にある物体が検知されるのを妨げる。
【0006】
誤った警告を排除することは、このタイプで改善されるが、物体が前記領域外に位置する場合、「偽陰性」、つまり仕切り内の物体が検知されない可能性がある。
【0007】
さらに、内側仕切りに対する要件は、自動廃棄物容器が、汚染物および有害なエミッションを缶の遮蔽された内部に収容する能力を犠牲にする。汚染される場合がある仕切りの内側周囲は、露出している。遮蔽された光電検知領域を開口部の前面に形成する場合、この状態を回避することは難しい。この領域は、露出した物理的構造により、ドアからある程度の距離だけ偏位させて、入ってくる物体が接触する前にドアが開放できるようにしなければならない。使用者にとって、ドアが開放する時に一時停止するのは不便なので、この領域の偏位距離を十分に取ることは重要である。
【0008】
要求されるものは、非物理的検知領域を形成し、誤ったトリガを最小限にするように正確に制御された構成を有する自動廃棄物容器である。開口部が上方に面する缶の場合、検知領域は、開口部周囲の輪郭に適合する連続した垂直の「カーテン」であり、物体が、開口部の垂直に延在する仮想の境界を横断した時にのみ缶を起動させる。この構成は、検知領域を論理的な最小限度まで減少させ、その結果、意図しないトリガを実質的に減少させる。また、缶の上方に位置する付近の構造、物体または活動領域の存在による誤ったトリガを防止するため、使用者が検知領域の高さを調節できることも望ましい。
【0009】
連続感知能力を有する拡散光カーテンは、様々な用途で知られている。こうしたカーテンは、発散つまり走査ビーム、赤外エミッタおよび光検知器を使用して、侵入物体から反射するエミッションを感知することにより、連続した検知領域を形成する。エミッションは、一定の周波数でパルス化することができ、電子および論理回路構成は、エミッタの周波数ではないすべての受信放射線を濾波して除去するように構成される。これは、周辺光の条件の変動により引き起こされる検知感度の変動と同様、誤ったトリガを削減する。
【0010】
光カーテンは、動作機械類の周囲に安全領域を形成し、この領域を逸脱した時に、即時停止信号またはその他の安全プロトコルを開始するように、産業界で使用されてきた。その他の用途としては、コンベヤベルト上の移動物体、または繊維製品製造機械における布帛の切断を感知するための検知システムが挙げられる。また、光カーテン検知システムは、高速道路上における車両の通過を監視するために使用されてきた。様々な保安用途に使用される侵入者警告システムも、検知領域を規定した光カーテンを使用している。もう1つの用途は、光カーテンを使用して、ドア周囲の所定の領域に入った時に歩行者用自動ドアを制御することである。
【0011】
光カーテンは、発散および非発散または平行ビーム経路を利用するものが開発されてきた。その他の光カーテンの用途で開発された技術は、自動廃棄物容器の改善に必要な光カーテン構成を開発するために応用することができる。しかし、公知の光カーテン技術には、この用途を考えた場合、いくつか欠点がある。
【0012】
光カーテンを平行化して平坦な検知領域を形成する場合でも、先行技術には、規定の範囲に外接する単一の連続した光カーテンを形成する方法は記載されていない。
【0013】
複数の平坦な光カーテンを結合すると、多角形の境界を形成することができるが、多角形ではない曲線状の周囲に近付けることができるに過ぎない。さらに、画定した範囲を囲むために、先行技術により形成される複数の光カーテンを結合するためのコストおよび複雑さは、安価な自動廃棄物容器を形成するという現在の目標を考えた場合、極端に高く付く。
【0014】
したがって、低価格で頑丈かつ信頼できる検知システムであって、廃棄物容器などの自動作動容器に関連して使用するのに適するシステムを形成することが望ましい。
【0015】
発明の概要
本発明は、自動作動装置または容器、たとえば自動廃棄物容器のための連続した平行化検知領域を形成するシステムであって、検知領域は、容器の開口部周囲に適合するように形成することができ、高さの調節が可能であり、周辺光の変動に影響されず、比較的単純かつ安価に製造できるシステムに関する。多くのタイプおよび構成の自動ドアを使用することができるが、本明細書では、システムの複雑さおよび動作に必要な空間容積を最小限にする可撓性のスライドドアを使用する構成について記載する。
【0016】
本発明による検知システムは、放射赤外パルスの垂直な平行化連続光カーテンであって、容器の開口部に外接するカーテンを備える。赤外感知フォトトランジスタは、容器のリム表面の周囲位置に取り付けられて、光カーテンを通過する物体の表面から放射される放射線の反射を検知する。この検知器は、表面下に配置して、対応するレンズ素子を備え、レンズ素子上に赤外反射を収束させることもできる。周辺光の変動による擬似検知は、放射周波数ではないすべての受信放射線を濾波して除去する電子回路構成により最小限になる。検知領域の有効な高さは、放射する放射線の強度および/または検知器の感度を変えて調節することができる。
【0017】
パルス化されたエミッションの実施態様の場合、検知器の出力状態のいずれかが、規定の閾値レベルを超える振幅変動、および発光源のパルス周波数に実質的に等しい周波数を有するときを特定するために、公知の形態の電子回路構成を使用することができることが分かる。
【0018】
外接する光カーテンは、複数の赤外LEDエミッタにより形成するか、またはその他の手段、たとえば1つもしくは複数のエミッタにより形成された複数の発光源、および放射源を所望の位置に提供する光ファイバ伝送システムより形成される。エミッタは、容器の開口部に外接する溝内のリム上面の下に配置する。マルチレンズの透明なプラスチックリングは、溝内のエミッタの上に配置される。このリングの下面(エミッタに面する)は、各々のエミッタに1つの一連のレンズから構成される。
【0019】
各々のエミッタは、リングのレンズの1つのみに赤外放射線を透過させる。ハウジング内のモールド成形された不透明な非反射壁部は、各々のエミッタ/レンズの対を個々の部分に分離し、赤外エミッションが他のエミッタ部分に透過されるか、または他のエミッタ部分から受信されるのを妨げる。各々のレンズは、エミッタがレンズの焦点に位置し、レンズ上に衝突するすべての放射光は、平行化した垂直光ビーム状に屈折する。
【0020】
リングの上面は平坦であり、リングの表面の法線が垂直方向に向けられている。垂直な平行光は、レンズにより屈折して水平な上面に直角に衝突し、垂直な方向では屈折しない状態を保つ。
【0021】
複数の平行光カーテン部分(各エミッタに1つの部分)は、リングの固定構成により端部と端部が結合され、連続した光カーテン(つまり、検知領域)を形成するように構成され、この光カーテンは、缶の開口部に完全に外接し、調節可能なシステムの感度を制御して設定された最大検知高さに応じて、垂直に上方に延在する。
【0022】
リングの第2実施態様は、水平ではない上面に対応し、リングの表面は、垂直方向の寸法が変化する(断面で見て)容器のリムを囲む輪郭をたどることができる。この場合、各々のレンズ部分およびエミッタの対は、レンズからの平行光が、垂直方向における出力光が屈折するように、所望の角度で上面に衝突する。
【0023】
リングの第3実施態様は、一次的な光カーテンのほかに、容器開口部周囲に外接する二次的な光カーテンを提供する。この実施態様では、リング上面は2つの外接表面から成り、各々の外接表面は、下のレンズ表面から屈折する平行光の一部を受光する。一次表面は、上記のとおり、容器開口部の周囲に平行な垂直光カーテンを形成するように方向付ける。二次表面は、下のレンズからの光が所定の角度で衝突し、その結果、垂直に対してある角度で容器開口部に向かって内側に屈折する。
【0024】
内側に傾斜した二次的な光カーテンは、外側の光カーテンの内側に追加の検知可能領域を形成し、外側の垂直な光カーテンの最大高さを超える経路を介して検知領域の内側に入って来る物体が、内側領域に落下する前に、その物体を照らしおよび検知する。二次的な光カーテンは、最大エミッタ出力および検知器の感度、その結果形成される検知領域が、一次光カーテンの垂直境界を超えて延在しないように傾斜させる。
【0025】
このリングは、比較的安価で単一の成形プラスチック部品であり、すべてのレンズ素子および放射表面を互いに対して一定した向きに収容するため、複数の精密光学部品の必要性をなくし、および/または所定の範囲を囲む連続した均一な光カーテンを形成するために光学的諸特性を個々に調節する必要がない。
【0026】
リングの第4実施態様は、囲まれた範囲に部分的にのみ外接する検知領域を画定するように、上記の実施態様に記載されている概念を適応させる。用途によっては、廃棄物容器は、部分的に壁内に埋め込まれているか、または壁に対して一方の側面が同一平面に位置しており、容器のリムの一部のみが壁面を越えて突出する。こうした構成の場合、検知領域は壁面を越えて露出するリム部分から延在する必要があり、つまり、近接する壁の物理的障壁により、入って来るすべての物体は露出したリム上を通過してから、容器開口部に接近しなければならない。さらに、隣接する壁の構造は、検知領域が容器開口部に完全に外接すると、検知領域を妨げるように構成される可能性がある。壁から放射する放射線の反射によって、最適な検知感度を達成し、同時に擬似的なトリガを防止することは難しくなる。
【0027】
部分的に外接した検知領域を形成するには、リング自体が部分的であり、リムの露出部分の輪郭にのみ適合させる。部分的なリングのレンズおよび上面は、上記のとおり、適切に方向付けられたエミッタおよび不透明な分離壁に関連して、所望の光カーテンを形成するように構成される。この光カーテンは、露出したリム部分からのみ広がり、しかも容器に入って来るすべての物体を完全にカバーする。
【0028】
本発明のもう1つのアスペクトは、上向きの開口部を有する廃棄物容器を構成する(しかし、本明細書に記載する同じ原理は、ある特定の向きの開口部に応用することができる)。開口部を覆うドアは、公知の技術による多くの方法で構成し、駆動およびガイドすることができる。好ましい実施態様では、開口部は、複数のモータ駆動可撓性ドアを備え、これらドアは一緒にスライドして開口部を密封するか、または分離するように作動して、容器内部に接近できるようにする。これらドアは、可撓性の成形プラスチック材料から構成することができ、一連の駆動係合機構、たとえばギヤの歯が1つの表面に形成される。駆動モータは、容器のハウジングモジュール内に取り付けられる。駆動モータ上に取り付けられたピニオンは、ドアのギヤ歯と噛み合い、その結果、ドアをどちらかの方向に駆動させるようにモータと噛み合う。ドアは、ガイド要素により偏向し、缶の側面に沿って垂直に下方に方向付けられるため、缶の使用時設置面積は最小限になる。別法によるガイド経路を使用して、缶の使用体積を最小限にすることもでき、たとえば、可撓性のドアを螺旋状の巻線パターンに方向付ける曲線状の軌道を使用することができる。ドアモータの開閉動作の起動は、検知システムから受信する物体検知信号に関連して、電子および論理回路構成により制御する。
【0029】
ごみを容器内に容易に投げ入れるため、ドアは高速度で駆動し、さもなくば入って来る物体が接触する前に開放する。高加速時におけるモータの動力を最小限にするため、追加的な原動力を提供するために弾性ばね要素を使用することができる。ばね要素は、ドアが比較的低速度で駆動され、モータの動力が比較的少ない場合、ドア閉鎖段階で変形してエネルギーを蓄積する。ばね要素を保持するとともに蓄積されたエネルギーが早期に散逸するのを防止するために、1つまたは複数の制御可能なクラッチが必要である。
【0030】
ドア開放段階が開始すると、これらクラッチは解除され、ばね要素は自由に展開するか、または減圧される。ばねは、ドアに直接、またはドア駆動システムに機械的に結合して、モータにより供給される原動力を増大させ、ドアをより高速度で加速させる。
【0031】
ばね要素は、コイルワイヤ圧縮ばね等の様々な形態を取ることができ、このばねは、ドアと直接機械的に結合する手段を介して、閉鎖段階において線形に圧縮される。他の方法では、ねじりばねを使用し、ばねの一方の端部を固定ハウジングに取り付けて、他方の端部をモータのシャフトに取り付ける。モータのシャフトが閉鎖回転すると、ばねが屈曲してエネルギーを蓄積する。電磁クラッチもハウジングに取り付けて、モータのシャフトに結合すると、ドア閉鎖段階においてモータのシャフトを抑制し、その結果、ねじりばねが展開するのを防止する。ドアの開放時、このクラッチはモータのシャフトを解放し、ねじりばねは展開してエネルギーを解放し、モータのシャフトを駆動させる。
【0032】
赤外光以外の放射エネルギーの形態(たとえば、その他の波長の電磁放射線)から成る検知領域を形成するために、適切なエミッタおよび検知器を使用することができる。さらに、本明細書に記載する検知領域は、自動廃棄物容器以外の用途に容易に適応させることができる。その他の周囲を囲む検知領域、たとえば自動噴水器のリム、ペットに自動的に給餌するためのドアまたは廃棄物処理システム、および画定された領域周囲の制御された周囲感知を必要とする様々な工業用および保安用途に関する検知領域は、目標システムの特定の構成および要件に適応させた上記の技術を使用して形成することができる。
【0033】
したがって、本発明の1つのアスペクトは、1つまたは複数の画定された空間容積内で物体を検知するためのシステムであって、前記システムが、複数の発光源と、前記発光源から放射された光を方向付けるための光学素子であって、前記放射された光が光学素子内を透過し、前記光学素子の1つまたは複数の表面から放射して実質的平行光の複数の領域内に入るように方向付ける光学素子とを備え、前記領域が、画定範囲を完全にまたは部分的に囲む前記光学素子の放射表面からのエミッションを結合した輪郭を有し、エミッションの輪郭の少なくとも2つが互いに対して非線形であり、複数の領域はその端部と端部とが実質的に結合され、その結果、前記画定範囲の周囲を完全にまたは部分的に囲み、前記範囲の周囲から外側に延在する1つまたは複数の実質的に連続する空間容積、または検知領域を画定するように結合し、その結果、前記検知領域内の物体が、放射光の部分により照明され、その結果、前記物体を照明する光の部分が、前記物体の表面から反射し、反射光に感応する少なくとも1つの検知器が、前記画定範囲に隣接する位置に配置され、その結果、前記物体から反射する光の部分が前記検知器を照明し、前記検知器が、前記反射光による検知器の照度に対応して変化する出力状態を有するシステムである。
【0034】
本発明のもう1つのアスペクトは、光学素子の表面積の離散した部分から成る複数の一次光学表面を備え、一次光学表面の各々が1つの焦点を有し、発光源の1つが実質的に前記焦点に位置し、その結果、一次光学表面に衝突する発光源から放射する光の部分は、実質的平行光ビーム状に屈折し、各々の平行ビームが、前記光学素子内から前記光学素子の1つまたは複数の放射表面に透過する。
【0035】
本発明の1つのアスペクトでは、少なくとも1つの放射表面は、屈折素子内の平行ビームの1つに対して直角に位置し、平行ビームは放射表面上に直角に入射し、その結果、平行ビームは、出射時に放射表面に対して直角を保つ。もう1つのアスペクトでは、少なくとも1つの放射表面は、光学素子内の平行ビームの1つに非直角に位置し、平行ビームは、放射表面上に非直角に入射し、その結果、放射表面から出射する時に、放射表面に対して規定の角度で平行ビーム状に屈折する。さらに他のアスペクトでは、発光源は、光ファイバ伝送システムを介して、1つまたは複数の離れた一次発光源から光エネルギーを受光する。もう1つのアスペクトでは、各々の発光源は一次光学表面の1つにのみ光を放射し、発光源は、一次光学表面の実質的に焦点に位置する。本発明のさらにもう1つのアスペクトでは、各々の発光源は、1つの共通焦点を共有する複数の一次光学表面に光を放射し、発光源は共通の焦点に実質的に位置し、発光源の1つから受光する一次光学表面の各々は、一次光学表面の不連続な表面から構成される。
【0036】
このシステムは、発光源から放射される光に対して実質的に不透明であり、非反射性の物理的境界壁部を備えることができ、この境界壁部は、一次光学表面の焦点に実質的に位置しない発光源のいずれかにより一次光学表面が照明されるのを防止するように構成される。
【0037】
本発明は、発光源から規定の周波数で放射される光をパルス化するための電気的な制御要素と、検知器の出力状態のいずれかが、規定の閾値レベルを超える振幅変動、および発光源のパルス周波数と実質的に同じ周波数を有するときを特定するための電気回路構成とを備えることができる。
【0038】
本発明の一実施例では、検知領域内で物体から放射される光の反射が、検知器の出力状態レベルの少なくとも1つが閾値レベルを超えるように十分な放射エネルギーで検知器を照明する光学素子の放射表面から最大の距離がある。この場合には、そのシステムは、検知器の出力状態のいずれかが閾値レベルを超える振幅を有する時を特定する電気回路構成と、発光源が放射する光エネルギーの振幅を変えて最大距離を調節する(または、閾値レベルの設定値を変えて距離を調節する)ための電気制御要素とを備える。
【0039】
本発明は、容器に具体化することができ、前記容器は、前記容器の内部空間内に挿入される物体が通る開口部と、1つまたは複数の可動ドアであって、閉鎖して前記開口部を実質的に覆い、開放して前記容器の開口部を露出させるドアと、1つまたは複数の空間容積内の物体を検知するための要素であって、前記空間容積が(1)前記開口部に近似し、前記開口部を部分的または完全に囲む基本的輪郭と、(2)前記基本輪郭から外側に、前記容器から遠ざかる方向に延在する実質的に平行な側面とを有する要素とを備える。電気制御および電気機械的動力要素は、物体が前記空間容積内で検知された時にドアを開放させるために設けられる。もう1つのアスペクトでは、こうした容器は、上記のシステムを備えて、物体を検知するための空間容積を形成することができる。
【0040】
本発明による容器は、ばね要素と、機械的結合要素とを備え、ばね要素は、ドアの閉動作時に変形して弾性エネルギーを蓄積し、蓄積されたエネルギーを制御可能に解放して、ドアを開放するための原動力を提供する。電気制御要素は、電気機械的動力要素が、検知器の出力レベルが閾値レベル(つまり、検知空間内における物体の非検知に対応する)未満である設定時限(調節可能)後に、ドアを閉鎖するように設けられる。
【0041】
この容器は案内要素も備え、案内要素は可撓性のドアを開閉時に変形させ、その結果、ドアは、開放位置にある時に、容器の1つまたは複数の側壁に近似する構成内にガイドされる。ドア要素は、モータまたはその他の駆動要素の駆動係合表面に係合して、ドアを移動させる力を生成して加える駆動係合要面を備える。
【0042】
最後に、この容器は、ドアの1つまたは複数の画定位置を検知するための検知要素と、機械的動力手段を調整して、検知器の出力状態に応じてドアを駆動させるための第1電気制御モジュールと、検知器の少なくとも1つの出力状態が閾値レベルを超えた時に指示するための可視信号または可聴信号を送信する表示器と、ドアの動作モードを設定するための第2電気制御モジュールとをさらに備える。こうしたモードは、ドアが、前記閾値レベルを超える検知器の少なくとも1つの出力状態に対応して開放するモードと、ドアが、検知器の出力状態に関係なく開放位置に留まるモードと、ドアが、検知器の出力状態に関係なく閉鎖位置に留まるモードとを含む。
【0043】
例示された実施態様の説明
図1は、本発明の検知システムを使用した自動廃棄物容器の一実施態様の分解図を示す。廃棄されたごみを収容する容器27は、支持基部28に取り付けられる。ハウジングモジュール26は、容器27のリム上に配置され、容器27の開口部を覆っている。ハウジングモジュール26は、容器27の上部側壁の実質的部分を覆い、ごみ容器の内側を覆うために使用されるタイプの使い捨て式プラスチック袋の露出上部部分を覆うのにも役立つ。
【0044】
図2Aは、ハウジングモジュール26の分解図を示す。主な構造構成要素は、ハウジング7である。ハウジング7は、その他の構造構成要素、ベゼル1および底部カバー16と同様、プラスチックの射出成型部品である。ハウジング7の壁部およびリブは、複数の内部空間を形成する。8つの内部空間は、容器27の開口部の真上に位置するハウジング7の開口部を取り囲む。
【0045】
図3に示すハウジングモジュール26の破断図は、ハウジング7の外周部周囲に配置された別個の内部コンパートメントを明らかにする。1つの発光ダイオード、つまりLED9は、各々のコンパートメントの底部に位置する。コンパートメントの一番上には、ハウジングの開口部周囲に分布する1つまたは複数の光検知器6が位置する。光検知器6は、LEDエミッションに対応する電磁波長に感応し、ハウジング開口部を囲むように画定された外周部上を通過する物体の表面を照明するLEDエミッションを検知するように配置され、LEDエミッションは、光検知器6の出力レベルが検知を示す規定の閾値レベルを超えるのに十分なエネルギーで光検知器6に逆反射する。
【0046】
使用する光検知器6の数は、光検知器の感度および視野特性に応じて異なる。検知器の感度は、光電性表面に衝突し、検知器の出力レベルを規定の閾値を超えて上昇させるのに必要な最低光エネルギーを画定する。検知される物体は、反射特性がかなり異なる場合がある。したがって、光検知器6は、反射率がより低い類似物体より長い距離で高度に反射性の物体から、作動するのに十分な光エネルギーを受光する。これは、特定の距離で検知可能な高度に反射性の物体の最小サイズが、同じ距離で反射率が低い物体の検知可能な最小サイズより小さいことを意味する。したがって、光検知器6の感度および数は、所望の最小反射率およびサイズの物体を検知するために必要なシステムの感度を得るのに対応する。
【0047】
検知領域で物体から反射する光エネルギーは、LED9の出力光エネルギーレベルの関数でもある。照明出力レベルが比較的高い場合、比較的高レベルの光エネルギーが、物体の表面から検知器6に逆反射する。したがって、LEDの輝度が増加すると、光検知器6から遠い距離で物体を検知することができる。自動廃棄物容器の上の範囲に位置する付近の構造、物体または活動領域の存在によって、誤ってトリガされるのを防止するため、最大検知距離を調整することが望ましい。好ましい実施態様には、以下に記載するように、使用者がLEDの輝度を調節して、有効検知領域の高さを設定するための制御パネル44を設ける。
【0048】
光検知器6の視野は、光検知器6から発散する空間領域であって、直接的な視野方向の反射光のエミッションを検知できる空間領域を画定する。光検知器6の視野は重複して、ハウジングの開口部の周囲に連続的な検知可能領域を確実に形成する。しかし、視野は、光検知器6の上のある程度限られた距離だけ重複する発散領域である。したがって、検知器間の領域は、光検知器6のいずれかの視野の領域内ではないハウジングの開口部付近に形成される。これら領域内にある物体から反射するエミッションは、光検知器6を作動させることができない。検知器間の「不感帯」の高さを減少させるため、画角がより大きい検知器が好ましい。さらに、より多くの検知器を使用して、検知器を互いにより近くに配置し、検知器の視野が検知器により近く重複するようにすると良い。
【0049】
LED9からのエミッションに対して実質的に不透明な材料から成る光シールド5は、光検知器6上に配置する。光検知器6の上の光シールド5には、開口部が設けられ、光検知器6の視野に完全に接近することができる。
【0050】
ハウジングにある8つのコンパートメントの開放端部は、プラスチックの平行リング4で完全に覆われ、密封される。
【0051】
図5は、LED9に面する平行リング4の側面を示す平面図である。内周部49および外周部50は、ハウジング7に直接結合され、連続した水密性シールを形成する。これは、熱または超音波溶接および/または接着により行うことができる。内周部49に隣接して、光シールド5の上に平行リング4の範囲53が存在する。範囲48は、光検知器6の真上にあり、下にある光検知器6のための透明な透過性の開口である。外周部50と突出した光シールド範囲53との間には、各LED9に1つの複数のレンズ表面部分46から成る環状部分がある。
【0052】
レンズ表面部分46は、フレネルレンズ表面であることが好ましい。フレネルレンズは、レンズ表面の隣接領域を同心リング状に折りたたむことにより、光学特性が実質的に等価な従来のレンズに比べて嵩が著しく少ない。同心リングは、対応する連続レンズ表面の環状部分に相当する表面の輪郭を有し、全体に結合して、実質的に等価な光学性能を対応する連続レンズに与える。同心リングを有するフレネルレンズの表面は、溝付きの側面と呼ばれる。対向側は、概して平坦である。
【0053】
各々のフレネルレンズ部分46の光軸54は、対応するLED9の真上に位置し、フレネルレンズの表面46は、LED9からの1つのフレネルレンズの焦点距離に等しい距離にある。各々のLED9が、対応するフレネルレンズの焦点に位置する場合、LED9から放射されるすべての光24は、対応するフレネルレンズ表面46に衝突し、光25の垂直な平行領域内に屈折し、この領域の水平な断面の輪郭は、図5に示すように、対応するレンズ部分46の平面図の輪郭に実質的に等しい。
【0054】
垂直な平行光25は、屈折せずに平行リング4の水平な上面47から出射する。8つのレンズ部分46の輪郭は、端部と端部が接続されて結合し、ハウジング開口部周囲に連続した環状領域を形成する。したがって、平行光の連続した垂直領域は、平行リング4により画定されたハウジング開口部の外周部周囲に形成される。
【0055】
溝付きフレネルレンズ表面46はLED9の内側に面し、平坦な上面47は外側に面することが望ましい。溝付き表面46は、内側に面することで、破損や汚れに曝されるのを防止することでき、汚れは、溝と溝との間に容易に詰まり、除去することが難しく、その結果光学的性能を劣化させることが明らかである。平行リング4の平滑な対向平面47は、表面の汚れを比較的容易に拭き取ることができるため、露出した上面として好ましい。
【0056】
光を平行化するために使用するフレネルレンズは、溝付き側面が光源に面しており、典型的には、直径がせいぜい1焦点距離である開口に限られ、つまり、収集効率の急激な減少と、この領域を超える平行ビーム出力の収差の増加によるためである。図5は、各々のフレネルレンズ部分の光心54の周囲に中心があり、直径が1焦点距離の領域55を示す。平行リング4のフレネルレンズ部分46は、すべての部分の境界が、当該部分の対応する1焦点距離の直径領域55内に位置するように、サイズが決められて構成される。隣接するレンズ部分46間の境界56は、対応する直径領域55の重複部分内に位置する。したがって、対応するLED9の光源から各々のレンズ部分46に衝突するすべての光24は、最適なフレネル集光効率および平行に必要な、直径が1焦点距離の開口内に含まれる。
【0057】
ハウジング7のプラスチック材料、およびLED9に晒される内壁17の表面の性状は、LEDエミッションに対して実質的に不透明であり、非反射性であるように選択する。その結果、ハウジング7の内壁17に衝突するLEDからのエミッション23が、他のコンパートメントを照らすか、またはフレネルレンズ表面46上に逆反射するのを妨げることができる。どちらの状態でも、LEDエミッションは、平行な垂直光を生成するのに適さない角度でフレネルレンズ表面46に衝突し、非平行な拡散光が平行リング4から出射することになる。その結果、ハウジング開口部を囲む意図された垂直な平行検知領域外にある物体の照明および検知に、望ましくない状態が生じる可能性がある。不透明な光シールド5は、シールド5に衝突するLEDエミッション29を妨げることにより、非平行で垂直ではない光が平行リングから出射するのを防止するのにも役立つ。
【0058】
ハウジングの開口部は、容器の開口部に対する接近を通して、ハウジングの開口部とともに動くハウジングの表面上を摺動する2つの摺動ドア2によって密閉される。ドア2は、可撓性の成形プラスチック材料から成り、一連の駆動係合機構22、たとえばギヤの歯がその下面に形成されている。
【0059】
各ドア2に1つ、計2つの駆動モータモジュール3は、ハウジングの開口部の対向側部に取り付けられる。図6は、モータモジュール3の構成要素の分解図を示す。図7は、ハウジング7の所定の位置に固定された図6のモータモジュール3を示す。モータモジュール3は、電気モータ34を収容し、露出したギヤ19は、モータの駆動シャフトに堅固に取り付けられている。ギヤ19はドアのギヤ歯22と噛み合い、モータ34がドア2をどちらかの方向に駆動するように係合する。
【0060】
ドア2は、モータ34により互いの方向に駆動されて接触し、ハウジング7の開口部を効果的に密封し、その結果、容器の内部に触れるのを防止する。モータ34は、1つまたは複数の光検知器の出力レベルが、物体の検知を指示する閾値レベルを超えて上昇した時に、ドア2を駆動して開放するように付勢される。モータ34は、規定の時間にわたって検知しなかった後、ドア2を駆動して閉鎖する。
【0061】
モータ34は、取付けねじ33でモータハウジング30の内部に取り付けられる。モータ34の出力シャフトは、ギヤ19が堅固に取り付けられているモータハウジング30から突出する。モータ34は、取付けねじのOリング32、モータシャフトのOリング35およびモータハウジングのガスケット36により形成される変形可能なガスケットシールにより、液体に暴露されるのを防止される。ねじ付き固締具(図示しない)は、ハウジング7の開口部40から、モータハウジング30のねじ付き金属挿入物39内に挿入される。固締具を締めると、モータハウジング30はハウジングのシール表面42に向かって引っ張られ、モータハウジングのガスケット36を圧縮し、水密性のシールを形成する。ハウジング内のモータワイヤの出口孔41は、モータハウジング30の密封された内部においてモータ34に電気接続する経路になる。
【0062】
ベゼル1は、ドア2上のハウジング7の上部内に挿入される。ベゼル1およびハウジング7上の案内面21および20はそれぞれ、ドア2を開放して容器の内部に接近する時に、可撓性のドア2が、容器27の側面に沿って垂直に下方に変形するように方向付ける。こうした案内経路は、ドアの操作に必要な空間の容積を最小限にし、その結果、自動廃棄物容器の所要作動設置面積が減少する。
【0063】
ホール効果センサ8は、バイアス磁石技術を利用して鉄束集線装置の存在を感知するが、このセンサ8は、プリント回路基板10の取り付け前に、底部開口部からハウジング7内に取り付けられる。ホール効果センサ8は、摺動ドア2の真下にある所定の位置に取り付けられ、鉄挿入物18の接近を感知する。鉄挿入物18は、摺動ドア2内に成形され、ドア2の開閉動作時にドアのすぐ頭上で摺動する。鉄挿入物18の接近を指示するホール効果センサ8からの信号は、フィードバック信号をモータの駆動回路構成に送信し、ドア2が規定の位置を達成したこと、およびドア駆動モータ34の対応する開放または閉鎖回転を減少させることを指示する。ホール効果センサ8は、センサ8と鉄挿入物18との間の距離が、センサ8の臨海作動距離内に固定されるように配置する。ハウジング7は、ホール効果センサ8がドア2と直接接触するか、または外部の汚れに暴露されるのを妨げる。
【0064】
LED9は、プリント回路基板10上に載置され、プリント回路基板10は、ハウジング7の底部開口部内に挿入されて、ハウジング内部に固定される。プリント回路基板10は、LED9用のすべての制御および駆動電子回路、光検知器6、ホール効果センサ8および駆動モータ34、並びに電源電池12の保持器11も収容する。LED9、光検知器6、ホール効果センサ8、駆動モータ34および前部制御盤44からの電気接続はすべて、プリント回路基板10で終端する。LED9は各々、各々のハウジングコンパートメントの底部にある開口部から突出し、対応するフレネルレンズ部分46の焦点に実質的に位置する。
【0065】
底部カバー16はすべての電気構成要素および接続部を収容する露出内部空間を密封するように、ねじ付き固締具(図示しない)でハウジング7に設けられる。変形可能な内部ガスケット13および外部ガスケット14は、底部カバーの固締具を締めた場合に水密性のシールを形成するように設けられ、ガスケット13および14は、底部カバー16とハウジング7との間で圧縮される。
【0066】
前部制御盤44は、オン/オフおよび動作モードの調整つまみ、並びにLEDの輝度および開放ドアの休止時間を設定するために使用者が触れることができるつまみを有する。可視または可聴表示器は、物体の検知を指示するために設けられる。動作モードとしては以下がある。i)正常−物体の検知に対応するドア2の開放、ii)閉鎖−物体の検知状態に関係なく、閉鎖ドア2が閉鎖状態を保つ、iii)開放−物体の検知状態に関係なく、開放ドア2が開放状態を保つ。可視または可聴表示器は、動作モード(ii)または(iii)に関連して使用され、使用者は、有効な検知領域の高さを試験して調整することができ、検知が行われるごとにモータ34を付勢してドア2を開放する必要がない。
【0067】
第2の好ましい実施態様では、一次的な垂直検知領域のほかに、二次的な外接検知領域がハウジング開口部周囲に形成される。図8Bは、第2実施態様のハウジングおよび光学素子の断面を示す。図8Aは、第1実施態様の類似する図を示す。
【0068】
第2実施態様では、平行リング4の上面は、ハウジング開口部周囲の2つの外接表面47および51を備え、各々の表面は、下にあるフレネルレンズ表面46により屈折する垂直な平行光の一部を受光する。一次外接表面47は水平に方向付けられているため、平行光25は、屈折することなく垂直方向に平行リング4から出射する。一次外接表面47は、二次外接表面51を囲っている。二次外接表面51は、所定の角度で水平に方向付けられており、レンズ表面46からの垂直光は、ハウジング開口部に向かって内側に、垂直線に対して所定の角度で屈折する。その結果、ハウジング開口部を囲む平行光52の二次的な内側に傾斜した領域が形成され、この領域は、垂直な一次検知領域の最大有効高さ上の経路を介して、一次検知領域の内部に入る物体を、検知領域の内部に落下する前に、照明し検出するように、一次検知領域の内部に追加的な検知範囲を規定している。二次的な外接表面51は、最大のLED9の出力および検知器6の感度において、こうして形成された検知領域が一次検知領域の垂直境界を越えて延在しないように方向付けられる。
【0069】
図2Bは、ハウジングモジュール26の第2実施態様であって、光検知器6および光シールド5が太陽電池リング57に置き換えられた実施態様を示す。太陽電池リング57は、大面積光検知器から成り、この大面積光検知器は、太陽電池に衝突する周辺光のエネルギーを電気出力電流に変換することにより、小型電気装置に電力を供給するために、消費者製品に一般に使用されている光検知器に類似する。太陽電池リング51は、組み立てられた単一の光検知器、または電気的に相互接続されて、物理的に共通基板に取り付けられた複数の別個の光検知器から構成される。太陽電池リング57は、入射光のエネルギーが増加して、LEDエミッションを太陽電池リング57上に逆反射する検知領域内で物体を検知するために利用できる時に増加する出力電流を有する。複数の光検知器6に比べて太陽電池リング57の比較的大きい面積は、反射した実質的に平行なLEDエミッションを受光するために使用することができる。したがって、検知領域の性能は、システム感度のゲインが増加することにより強化される。太陽電池リング57は、周辺光から変換された再充電エネルギーを電池12に与えるのに役立つように使用することもできる。また、太陽電池リング57は、太陽電池リング57の下側が不透明であるため、光シールド5の必要性をなくし、光シールド5は、入射する発散(diverging)LEDエミッションが、1つまたは複数の実質的に平行な検知領域25および/または52の外側で平行リング4から出射するのを妨げるためのものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による自動作動機構を有する容器の分解図である。
【図2A】 図1に示す容器のハウジングモジュールの分解図である。
【図2B】 図1に示す容器のハウジングモジュールのもう1つの実施態様を示す。
【図3】 図1に示す容器のハウジングモジュールの破断図である。
【図4】 図1の線A−Aにより指示される容器のハウジングモジュール内にある要素の詳細を示す断面図である。
【図5】 平行リングの平面図である。
【図6】 モータモジュール構成要素の分解図である。
【図7】 ハウジング内の所定の位置に固定された図6のモータモジュールを示す。
【図8A】 第1実施態様のハウジングおよび光学素子の断面図である。
【図8B】 第2実施態様のハウジングおよび光学素子の断面図である。
Claims (6)
- 廃棄物用の自動作動容器であって、
開口部を有し、廃棄される物体を収容するための容器と、
開口部を有し、当該開口部が前記容器の開口部に対して位置合わせされるように前記容器と組み合わせて一体にされ、当該開口部の周囲に沿って形成された複数の内部コンパートメントによって構成されるハウジングモジュールと、
前記容器の開口部を実質的に覆う閉鎖位置と前記容器の開口部を露出させる開放位置との間で可動して前記ハウジングモジュールの開口部を開閉するドア手段と、
前記複数の内部コンパートメントのそれぞれの底部に、発散光を上向きに放射するよう配置された複数の発光源と、
前記複数の発光源に対向して、前記複数の内部コンパートメントのそれぞれの開放端部を覆うように、前記ハウジングモジュールの開口部の周囲に設けられ、前記複数の内部コンパートメントのそれぞれの前記発光源から放射される光を実質的平行光に屈折させ、当該実質的平行光が実質的に結合して前記ハウジングモジュールの開口部を少なくとも部分的に囲み、実質的に連続する検知領域を形成するように配置されたレンズ手段と、
前記ハウジングモジュールの開口部の周囲に位置し、前記レンズ手段による実質的平行光が前記廃棄される物体に当たって反射した光を検知し、当該検知に応答して信号を提供する複数の検知手段と、
前記信号に応答して、前記ハウジングモジュールの開口部が開放するように、前記ドア手段を動作させる電気制御および電気機械的動力手段と、
を備える自動作動容器。 - 前記レンズ手段が、前記複数の発光源のそれぞれに対応する複数のフレネルレンズ表面部分を含む請求項1に記載の自動作動容器。
- 前記複数の発光源が、前記ハウジングモジュールの開口部の全周囲に沿って配置され、
前記レンズ手段が、前記ハウジングモジュールの開口部の周囲を完全に囲む環状部材である、請求項1に記載の自動作動容器。 - 前記ドア手段が、可撓性材料から形成され、前記閉鎖位置にある場合に当接係合する2つの摺動ドアを備え、
前記2つの摺動ドアは、前記電気機械的動力手段によって前記開放位置に移動させられる場合、相対する方向に移動する、請求項1に記載の自動作動容器。 - 前記電気機械的動力手段が、前記2つの摺動ドアの各々用の駆動モータモジュールを備え、
前記2つの摺動ドアのそれぞれが、対応する前記駆動モータモジュールと係合する駆動係合部材を含み、
前記信号に応答して、各前記駆動モータモジュールが、前記摺動ドアの対応する前記駆動係合部材と相互に作用して前記2つの摺動ドアを前記開放位置と前記閉鎖位置との間で移動させる、請求項4に記載の自動作動容器。 - 前記ハウジングモジュールが案内表面をさらに含み、
前記案内表面は、前記電気機械的動力手段が前記2つの摺動ドアを前記開放位置に移動させるように動作する場合、前記2つの摺動ドアを前記容器の側面に沿って下方に変形するように方向付ける、請求項4に記載の自動作動容器。
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