NL1032680C2 - Bewegingssensor. - Google Patents

Description

4

Bewegingssensor

De uitvinding heeft betrekking op een bewegingssensor die is voorzien van ten minste een, in een afgesloten ruimte vrij verplaatsbaar voorwerp, 5 welke bewegingssensor verder is voorzien van ten minste een lichtbron voor het afgeven van licht aan de ruimte en van ten minste een fotodetector met behulp waarvan een verandering in het door de fotodetector ontvangen licht als gevolg van een verplaatsing van het voorwerp detecteerbaar is.

De uitvinding heeft verder betrekking op werkwijze voor het 10 uitvoeren van een detectie bij een bewegingssensor, waarbij de fotodetector een fototransistor is.

De uitvinding heeft eveneens betrekking op een zender omvattende een bewegingssensor.

Een dergelijke bewegingssensor alsmede zender zijn bekend uit 15 US-4.292.630. De bekende bewegingssensor is voorzien van een lichtbron, een fotodetector, alsmede van een bolvormig voorwerp dat zich kan verplaatsen in een afgesloten cilindervormige ruimte die is gelegen tussen de fotodetector en de lichtbron. Wanneer bijvoorbeeld een persoon, waaraan een bewegingssensor is bevestigd, zich verplaatst, zal onder invloed van inertie het bolvormige voorwerp in 20 de cilindervormige ruimte worden verplaatst. De verplaatsing van het voorwerp zal een verandering veroorzaken in het door de lichtdetector ontvangen licht, waardoor de beweging van het voorwerp kan worden gedetecteerd.

De bekende bewegingssensor is verbonden met een zender, die een signaal uitzendt, dat door een of verschillende ontvangers kan worden 25 ontvangen. Een dergelijke bewegingssensor kan via de zender een alarmsignaal afgegeven aan de ontvanger in een noodsituatie indien de persoon zich bijvoorbeeld voor een vooraf te bepalen tijdsperiode niet meer heeft verplaatst.

Om de benodigde energie voor het detecteren van een verplaatsing van het voorwerp in de ruimte te kunnen leveren, dient de bewegingssensor te 30 beschikken over een elektrische voedingsbron zoals bijvoorbeeld een batterij. Een belangrijk probleem hierbij is de levensduur van de batterij.

Door het continu bewaken van het voorwerp bij de bekende bewegingssensor wordt bovendien de fotodetector continu van energie voorzien.

Het doel van de onderhavige uitvinding is derhalve om een 1032680 2 bewegingssensor te verschaffen die op een energiezuinige wijze omgaat met het beschikbare vermogen van een elektrische voedingsbron.

Deze en verdere doelstellingen worden door de bewegingssensor volgens de onderhavige uitvinding bereikt, doordat de bewegingssensor is ingericht 5 om met behulp van de lichtbron lichtpulsen in de ruimte te versturen.

Door de afgesloten ruimte met lichtpulsen te belichten wordt de levensduur van een elektrische voedingsbron, zoals een batterij, met behulp waarvan het licht door de ruimte wordt gestuurd, verlengd.

Ook de fotodetector benodigt minder energie, omdat deze niet het 10 continu door een lichtbron uitgezonden licht hoeft te bewaken. Door deze energiebesparingen zijn dergelijke bewegingssensoren uitermate geschikt voor toepassingen waarin een energiereservoir, zoals een batterij bepalend is voor de levensduur van de bewegingssensor. Een dergelijke energiebesparende toepassing is bijvoorbeeld in het bijzonder gewenst bij een aan een object bevestigde of door 15 een persoon gedragen zender, welke zender in de Engelstalige vakliteratuur ook wel wordt aangeduid met de naam "tag". In de “tag” kan de hierboven beschreven bewegingssensor bijvoorbeeld zijn geïntegreerd.

Een dergelijke zender of “tag” heeft de afmeting van een munt en wordt bijvoorbeeld gebruikt bij het geografisch volgen van personen, bijvoorbeeld 20 thuis, in een verzorgingstehuis of op school, bij het opsporen en volgen van rolcontainers in een magazijn, bij het bewaken van objecten zoals bijvoorbeeld een fiets of het bewaken van de gezondheidstoestand van patiënten in een ziekenhuis. Tijdens, bijvoorbeeld, het bewaken van objecten kan direct een signaal met behulp van de zender naar een ontvanger worden gestuurd nadat een object is verplaatst. 25 Een bewegingssensor volgens de uitvinding is bijzonder compact te vervaardigen, waardoor deze uitermate geschikt is op te worden toegepast in een “tag". De bewegingssensor kan bijvoorbeeld zijn geïntegreerd in de printplaat van de “tag”.

De lichtpulsen zijn met behulp van de fotodetector met elkaar te vergelijken voor het detecteren van een verplaatsing van het voorwerp tussen of 30 tijdens de lichtpulsen. Bovendien is er tussen de lichtpulsen tijd beschikbaar voor het analyseren van een lichtpuls.

Bij voorkeur worden bij de bewegingssensor volgens de onderhavige uitvinding twee opeenvolgende lichtpulsen met behulp van de fotodetector en een processor met elkaar vergeleken. Het is echter eveneens 3 mogelijk om de eerste lichtpuls als een referentiewaarde op te slaan in een geheugen en elke daaropvolgende lichtpuls te vergelijken met deze eerste lichtpuls. De referentiewaarde benodigt wel een daarvoor aangepaste constructie van de afgesloten ruimte. In een dergelijk aangepaste ruimte keert het voorwerp na een 5 beweging telkens terug naar een en dezelfde referentiepositie in die ruimte. Een tweede lichtpuls wordt dan telkens vergeleken met de in een processor opgeslagen referentiewaarde of referentiesignaal. Dit referentiesignaal komt overeen met het signaal dat wordt verkregen met behulp van de eerste of kalibratie lichtpuls waarbij het voorwerp zich bevindt op de referentiepositie. De afgesloten ruimte kan zodanig 10 zijn geconstrueerd dat een oppervlak waarover het, bijvoorbeeld bolvormige, voorwerp zich verplaatst, conusvormig is, waardoor het voorwerp na een verplaatsing, zal terugkeren naar een vast punt op het conusvormige oppervlak.

Bij voorkeur is een pulsbreedte van de lichtpuls in de orde grootte van 10 microseconde tot maximaal 1 milliseconde.

15 Een voorkeursuitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de onderhavige uitvinding is gekenmerkt, doordat met behulp van de fotodetector een verandering in de lichtverdeling tussen ten minste twee lichtpulsen detecteerbaar is.

Het meten van de op de fotodetector vallende lichtverdeling van een lichtpuls geeft relatief nauwkeurige resultaten bij het vastellen of het voorwerp 20 zich verplaatst. De fotodetector kan bijvoorbeeld een CMOS (complementary metal oxide semiconductor) detector of een CCD (charge coupled device) detector zijn. Ook is het bij een dergelijke fotodetector mogelijk om vrij nauwkeurig te bepalen in welke richting een object of een persoon zich heeft verplaatst, omdat de richting waarin het voorwerp zich heeft verplaatst met behulp van de verandering in de op de 25 fotodetector vallende lichtverdelingen van twee lichtpulsen, bepaalbaar is.

Een verdere uitvoeringsvorm volgens de onderhavige uitvinding wordt gekenmerkt, doordat met behulp van de fotodetector een verandering in de lichtintensiteit tussen ten minste twee lichtpulsen detecteerbaar is.

Voor het meten van de lichtintensiteit van elke lichtpuls kan de 30 fotodetector een relatief eenvoudige fototransistor zijn. Een verplaatsing van het voorwerp in de ruimte heeft invloed op de hoeveelheid licht die door veranderde weerkaatsingen/reflecties van het licht met de fotodetector wordt ontvangen. Met behulp van de met de fototransistor gemeten lichtpulsen kan een energiezuinige, compacte en relatief goedkope bewegingssensor worden vervaardigd.

4

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de bewegingssensor is voorzien van ten minste een lichtbewerkingsmiddel voor het onafhankelijk van het voorwerp verschaffen van een niet uniforme lichtsterkteverdeling van het door de fotodetector 5 ontvangen licht.

Een niet uniforme lichtsterkteverdeling is een op een oppervlak van de fotodetector vallend lichtveld dat op eerste deeloppervlakken van het oppervlak een andere lichtsterkte heeft dan op andere deeloppervlakken. Bijvoorbeeld kan met een lens een convergerende of divergerende lichtbundel(s) worden verschaft 10 die deeloppervlakken niet belicht en andere deeloppervlakken wel belicht. Hetzelfde effect kan met een plaat voorzien van willekeurige en/of afgemeten openingen worden bereikt. Verder kan een filter worden ingezet die licht met een bepaald lichtsterktepatroon doorlaat. Tijdens het meten van een beweging is het wel van belang om de niet uniforme lichtsterkteverdeling constant in de tijd te houden.

15 Met behulp van een dergelijk lichtbewerkingsmiddel wordt de verandering in de gemeten hoeveelheid licht die wordt ontvangen door de fotodetector als gevolg van een beweging van het voorwerp in de ruimte groter en daardoor wordt de nauwkeurigheid van de bewegingsensor groter.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens 20 de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het lichtbewerkingsmiddel een lens is die is gelegen tussen het voorwerp en de lichtbron.

Bij een lichtbron kan de lichtbundel op eenvoudige wijze met behulp van een lens worden aangepast naar een gewenste divergerende of convergerende of anderszins verspreidende lichtbundel. Bij een dergelijk gewenst gevormde en 25 vaak op de diameter van het voorwerp afgestemde lichtbundel in de ruimte wordt een verplaatsing van het voorwerp op eenvoudige wijze beter gedetecteerd.

Een andere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het lichtbewerkingsmiddel een licht absorberend element is, dat het door de lichtbron uitgezonden licht in een 30 lichtsterktepatroon doorlaat.

Onder een absorberend element wordt een element bedoeld waarin het licht over het oppervlak van het element verschillend wordt doorgelaten, waardoor het licht door het passeren van het element een lichtsterktepatroon omvat, zoals een lichtsterktegradiënt of een onregelmatige verlichtingsterkte. Tevens wordt 5 met een absorberend element een element bedoeld dat gedeeltelijk lichtondoorlatend is.

Door het licht absorberende element, bijvoorbeeld een filter, kan een lichtveld worden verschaft dat een van links naar rechts oplopende 5 lichtsterktegradiënt of een willekeurige lichtsterkte. Een willekeurige lichtsterkte kan met een lichtondoorlatende plaat worden bereikt met een aantal willekeurig opgestelde openingen die van verschillende afmetingen zijn voorzien. Met behulp van dergelijke openingen valt door een beweging van het voorwerp een andere hoeveelheid licht op de fotodetector bij elke lichtpuls, doordat telkens een anders 10 afgemeten of een andere opening gedeeltelijk of volledig wordt bedekt door het zich verplaatsende voorwerp.

Een nog andere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het licht absorberend element is gelegen tussen het voorwerp en de fotodetector of tussen het voorwerp en de lichtbron.

15 De positie van een dergelijk element in de ruimte is niet afhankelijk van de positie van het voorwerp zoals bij een lens, omdat het element bij een verplaatsend voorwerp op elke positie een versterkte lichtintensiteitsverandering verschaft in het licht ontvangen door de fotodetector.

Een verdere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de 20 uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het licht absorberend element een raster met onregelmatig opgestelde en/of afgemeten openingen of een filter is.

Dergelijke elementen zijn geschikt voor het bewerken van het lichtveld dat valt op de fotodetector. Met een raster wordt hierin elk plaatvormig element met willekeurig opgestelde en/of verschillend afgemeten openingen 25 bedoeld.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het met behulp van de lichtbron opgewekte licht in de ruimte een niet uniforme intensiteitsverdeling heeft.

Bij een niet-uniforme intensiteitsverdeling van het licht zal een 30 beweging van het voorwerp sterker met behulp van de fotodetector worden gedetecteerd. Bovendien zijn geen aanvullende middelen nodig voor het verschaffen van een dergelijke niet uniforme lichtsterkteverdeling. Bijvoorbeeld kan de lichtbron zijn voorzien van een aantal naast elkaar opgestelde licht uitzendende diodes die licht met verschillende lichtsterktes uitzenden.

6

Een verdere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de lichtbron en de fotodetector zodanig ten opzichte van elkaar zijn gepositioneerd dat de met de lichtbron uitgezonden lichtpuls een deeloppervlak van het detectieoppervlak van de fotodetector sterker verlicht 5 dan het overige detectieoppervlak.

Op deze wijze wordt met een relatief eenvoudige en goedkope maatregel een niet uniforme lichtverdeling verkregen over een detectieoppervlak van de fotodetector, doordat ten minste een deeloppervlak met behulp van de lichtpuls sterker wordt belicht dan het overige deel van het detectieoppervlak.

10 Bij voorkeur zijn de lichtbron en de fotodetector asymmetrisch ten opzichte van elkaar opgesteld, waarbij hartlijnen of middelpunten van de lichtbron en de fotodetector niet op een zich door de ruimte uitstrekkende virtuele lijn zijn gelegen.

Een andere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de 15 uitvinding wordt gekenmerkt, doordat het vrij verplaatsbare voorwerp een asymmetrische vorm omvat.

Een vrij verplaatsbaar asymmetrisch voorwerp is in het bijzonder geschikt bij een specifiek in een bepaalde richting te detecteren externe verplaatsing van de bewegingssensor. Bij een dergelijke verplaatsing zal het 20 voorwerp zich zodanig bewegen, dat het met de fotodetector gemeten licht van een eerste lichtpuls verschilt van het met de fotodetector gemeten licht van een tweede lichtpuls. Met behulp van een asymmetrisch voorwerp kan zelfs zonder een lichtbewerkingsmiddel en bij minimale eisen aan het in de ruimte aanwezige lichtveld relatief nauwkeurig worden bepaald wanneer het voorwerp zich heeft 25 verplaatst.

Een specifieke verplaatsing van de bewegingssensor veroorzaakt een beweging van het asymmetrische voorwerp, waarbij bij voorkeur het doorsnede oppervlak van het asymmetrische voorwerp in het vlak in hoofdzaak dwars op de lichtstralen verandert.

30 Een andere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de bewegingssensor is voorzien van ten minste een beschermmiddel en/of correctiemiddel tegen externe omgevingsinvloeden, in het bijzonder infrarood licht.

Met externe omgevingsinvloeden worden onder andere temperatuur 7 en omgevingslicht bedoeld. Door een dergelijk beschermmiddel en/of correctiemiddel te integreren in de bewegingssensor wordt de bewegingssensor nagenoeg ongevoelig voor veranderingen in de omgeving waarin de bewegingssensor zich bevindt. Een beschermmiddel kan een middel voor het 5 thermisch en/of voor licht afsluiten van de ruimte zijn, zodat de ruimte nagenoeg ongevoelig wordt voor externe temperatuurveranderingen en/of er geen licht van buitenaf tot in de ruimte kan binnendringen. Bij voorkeur is het correctiemiddel een processor, met behulp waarvan in combinatie met de fotodetector een intelligente detectie kan worden uitgevoerd. Met een intelligente detectie wordt bedoeld dat de 10 detectie van een verandering gecorrigeerd is voor omgevingsinvloeden. Een dergelijke detectie kan continu plaatsvinden, maar bij voorkeur vindt deze vlak voor en/of net na een met de fotodetector gemeten verandering plaats door het uitvoeren van een achtergrondmeting met behulp van de fotodetector, waarbij de achtergrondmeting wordt geëvalueerd met behulp van in de processor opgeslagen 15 waarden. De processor bepaalt dan of de gemeten verandering werd veroorzaakt door een verplaatsing van het voorwerp of door een verandering van de omgeving.

De fotodetector kan verder met behulp van een infrarood filter als beschermmiddel worden gecorrigeerd voor extern infrarood licht.

Een nog andere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens 20 de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de lichtbron is verbonden met een regelaar voor het aansturen van de frequentie van de lichtpulsen.

Bij deze uitvoeringsvorm van de bewegingsensor volgens de uitvinding is de bewegingsensor met behulp van een regelaar zoals een processor zodanig aangestuurd dat een gedetecteerde verandering tot een verhoging van de 25 lichtpuls frequentie leidt. Na een voorafbepaalde tijd neemt de frequentie bij geen verder gedetecteerde bewegingen af. Op deze wijze is bij de bewegingssensor in rust relatief veel energie te besparen.

Een verdere uitvoeringsvorm van de bewegingssensor volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de fotodetector een fototransistor is, met 30 behulp waarvan een condensator ontlaadbaar is, waarbij de mate van ontlading van de condensator een maat vormt voor de op de fototransistor vallende lichtpuls.

Met een dergelijke schakeling is een beweging van het voorwerp nauwkeurig en energiezuinig te detecteren.

Het is een verder doel van de onderhavige uitvinding om een 8 werkwijze voor het uitvoeren van een detectie bij een bewegingssensor te verschaffen die op een energiezuinige wijze omgaat met het beschikbare vermogen van een elektrische voedingsbron.

Dit doel wordt bij de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding 5 daardoor bereikt, dat in de hierboven beschreven bewegingssensor met behulp van de lichtbron lichtpulsen in de ruimte worden verstuurd.

Op deze wijze wordt een energiezuinige bewegingssensor verschaft.

Een bijzondere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de 10 onderhavige uitvinding, waarbij de fotodetector een fototransistor is, omvat de volgende stappen: - het opladen van een condensator, - het ontladen van de condensator via de fototransistor, en - het meten van de mate van ontlading van de condensator, hetgeen een maat 15 vormt voor de op de fototransistor vallende lichtpuls.

Met behulp van een dergelijke werkwijze wordt een aanvullende energiebesparing uitgevoerd, omdat de energiebron, zoals bijvoorbeeld een batterij, bepaalde tijdsmomenten, bijvoorbeeld tijdens het ontladen geen energie hoeft te leveren. Verder is een schakeling voor het uitvoeren van een dergelijke werkwijze 20 relatief eenvoudig en goedkoop te vervaardigen.

Een uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de uitvinding wordt gekenmerkt, doordat de mate van ontlading van de condensator van verschillende lichtpulsen met elkaar worden vergeleken.

Een dergelijk uitgevoerde meting om te detecteren of het voorwerp 25 zich heeft verplaatst, levert betrouwbare en nauwkeurige resultaten op. Bovendien wordt bij een dergelijke werkwijze er rekening mee gehouden dat de omstandigheden binnen de bewegingssensor in de loop der tijd kunnen veranderen. Dergelijke veranderingen hebben geen invloed op de detectie werkwijze, omdat het tijdsverschil tussen de te vergelijken lichtpulsen slechts een fractie van een seconde 30 is en beide lichtpulsen onder dezelfde omstandigheden, met uitzondering van de beweging van het voorwerp, aan de ruimte worden afgegeven.

Eventueel kan een gemiddelde van een aantal opeenvolgende lichtpulsen worden genomen dat wordt vergeleken met een enkele of een aantal daar weer opvolgende lichtpuls(en).

9

Tevens kan met behulp van een processor de mate van ontlading als gevolg van een lichtpuls worden vergeleken met ten minste een in de processor opgeslagen referentiewaarde.

Een nog verdere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de 5 onderhavige uitvinding, wordt gekenmerkt, doordat het door de fototransistor ontvangen licht, onafhankelijk van het voorwerp, een niet-uniforme lichtsterkteverdeling heeft.

Op deze wijze wordt een verandering in de door de fototransistor ontvangen hoeveelheid licht tussen ten minste twee lichtpulsen als gevolg van een 10 beweging van het voorwerp sterker gedetecteerd.

Een andere uitvoeringsvorm van de werkwijze volgens de onderhavige uitvinding, wordt gekenmerkt, doordat voor en/of na een lichtpuls een achtergrondmeting met behulp van de fototransistor wordt uitgevoerd om te corrigeren voor externe omgevingsinvloeden, in het bijzonder infrarood licht.

15 Met een achtergrondmeting kan op eenvoudige wijze worden vastgesteld of een gemeten verandering wordt veroorzaakt door externe omgevingsinvloeden zoals bijvoorbeeld infrarood licht of door een verplaatsing van het voorwerp. Een dergelijk achtergrondmeting wordt uitgevoerd voor of na de lichtpuls met behulp van de fototransistor en met behulp van een processor wordt de 20 achtergrondmeting vergeleken met parameters of eerder opgeslagen achtergrondmetingen of een kalibratiemeting.

Verder heeft de uitvinding het doel om een zender te verschaffen die in staat is om een verplaatsing van een object of een persoon te detecteren en die bovendien een relatief lange levensduur heeft.

25 Een dergelijk zender is voorzien van een hierboven uiteengezette bewegingsensor.

Met een dergelijke bewegingssensor is het mogelijk om een compacte zender te verschaffen die door de energiezuinge bewegingssensor een relatief lange levensduur heeft. Met een zender wordt in het bijzonder de hierboven 30 genoemde "tag" bedoeld.

De uitvinding zal verder worden beschreven aan de hand van een niet als beperking bedoelde uitvoeringsvorm, onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen, waarin: figuur 1 een schematische doorsnede is van een bewegingssensor 10 volgens de onderhavige uitvinding; figuur 2 schematisch een elektrische schakeling toont voor een bewegingssensor volgens de onderhavige uitvinding, figuur 3 grafieken toont van de werking van de bewegingssensor 5 volgens de onderhavige uitvinding, figuur 4 een grafiek toont van een voorbeeld van een niet uniforme lichtsterkteverdeling van een lichtpuls.

Dezelfde verwijzingscijfers in de verschillende figuren geven dezelfde onderdelen aan.

10 In figuur 1 is een schematische doorsnede van een voorkeurs uitvoeringsvorm getoond van een bewegingssensor 1 volgens de onderhavige uitvinding. De bewegingssensor 1 is opgenomen in een substraat 9 zoals een printplaat met gedrukte bedrading.

De bewegingssensor 1 is voorzien van een lichtbron 3, een 15 fotodetector 5, alsmede van een tussen de fotodetector 5 en de lichtbron 3 gelegen ruimte 7. De fotodetector 5 en de lichtbron 3 zijn asymmetrisch ten opzichte van elkaar gepositioneerd, waardoor delen van de fotodetector 5 op eenvoudige wijze met behulp van een door de lichtbron 3 uitgezonden lichtpuls anders worden belicht. De ruimte 7 is rondom begrensd door het substraat 9 en aan de kopse zijden door 20 respectievelijk de lichtbron 3 en de fotodetector 5. In de afgesloten ruimte 7 is een vrij verplaatsbaar voorwerp in de vorm van een bal 11 gelegen die afhankelijk van een externe kracht verplaatsbaar is in die ruimte 7.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de bewegingssensor 1 volgens de onderhavige uitvinding is de lichtbron 3 een licht uitzendende diode 25 (hierna aangeduid met LED) 3 en is de fotodetector 5 een fototransistor 5. Verder is de LED 3 voorzien van een geïntegreerde lens 8, en is de fototransistor 5 voorzien van een geïntegreerde filter 10.

De LED 3 is bij de bewegingssensor 1 via een schakelaar (niet getoond) verbonden met een batterij. De schakelaar kan via een processor 19 met 30 een variabele frequentie worden aangestuurd of kan onafhankelijk van de processor 19 met een regelmatige frequentie worden aangestuurd voor het afgeven van lichtpulsen aan de afgesloten ruimte 7. Door de lichtpulsen is de hoeveelheid energie die wordt verbruikt door de LED 3 en de fototransistor 5 van de bewegingssensor 1 volgens de onderhavige uitvinding relatief beperkt.

11

Bij voorkeur omvat de met de LED 3 in de ruimte aangebrachte lichtverdeling een niet-uniforme lichtsterkteverdeling zoals de in het getoonde voorbeeld schematisch weergeven met behulp van de lens 8 verkregen convergerende lichtbundels 12, waarvan er voor de duidelijkheid slechts een enkele 5 is getoond.

In aanvulling op de lens 8 is de fototransistor 5 voorzien van een filter 10. De filter 10 zorgt, onafhankelijk van de lens 8, voor een niet-uniforme op de fototransistor 5 vallende lichtsterkteverdeling. De filter 10 absorbeert gedeeltelijk het licht uitgezonden met de LED 3. Het door de filter 10 naar de fototransistor 5 10 doorgelaten licht omvat een lichtsterkte gradiënt over de lengte x in de langsrichting van de filter 10, zoals zal worden uitgelegd aan de hand van figuur 4.

De bal 11 is bij voorkeur lichtondoorlatend en vervaardigd van milieuvriendelijk metaal, zoals bijvoorbeeld brons of tin en heeft in een voorkeursuitvoeringsvorm een diameter van 0,8 mm. De ruimte 7 in het substraat 9 heeft bij 15 voorkeur een diameter van 2,0 mm en de dikte van het substraat 9 is 1,0 mm. De bewegingssensor 1 volgens de uitvinding is derhalve relatief compact.

Zowel de LED 3 alsmede de fototransistor 5 worden elektrisch van energie voorzien door middel van een enkele batterij (niet getoond).

De getoonde bewegingssensor 1 volgens de uitvinding is 20 geïntegreerd in een zender (niet getoond), ook wel aangeduid met “tag", die communiceert met een op afstand gelegen ontvanger (niet getoond).

De werking van de bewegingssensor 1 volgens de uitvinding is als volgt: De bewegingssensor 1 is bevestigbaar aan een te bewaken object of aan een te bewaken persoon.

25 Op het moment dat het object of de persoon zich verplaatst, zal er een externe kracht op de bal 11 worden uitgeoefend. De bal 11 beweegt zich door deze verplaatsing van een eerste positie naar een tweede positie in de ruimte 7. De LED 3 belicht de ruimte 7 met lichtpulsen. Door de verplaatsing van de bal 11 verandert de hoeveelheid licht van twee lichtpulsen die door de fototransistor 5 30 wordt ontvangen. Een dergelijke verandering in de door de fototransistor 5 ontvangen hoeveelheid licht van twee lichtpulsen impliceert een verplaatsing van de bal 11 en wordt met behulp van een processor geregistreerd.

De detectie van een beweging van de bal 11 kan worden verbeterd met behulp van de lens 3 en de filter 10. Door het verschaffen van een niet-uniform 12 verdeeld lichtsterkteveld in de vorm van een convergerende lichtbundel en het door de filter 10 verschafte lichtsterktegradiënt wordt de hoeveelheid van het door de fototransistor 5 ontvangen licht sterker beïnvloed door een beweging van de bal 11.

Figuur 2 toont een elektrische schakeling voor een 5 bewegingssensor 1 volgens de onderhavige uitvinding. De schakeling is voorzien van een weerstand 13, de LED 3, die wordt voorzien van een spanning Vied afkomstig van de batterij. Vied wordt gepulseerd via een schakelaar (niet getoond) of dergelijke afgegeven aan de LED 3.

De fototransistor 5 is parallel geschakeld aan een condensator 17. 10 De fototransistor 5 en de condensator 17 worden door het sluiten van een verdere schakelaar 15 voorzien van een spanning Vch afkomstig van de batterij. De schakeling is verder via een vergelijker 19 verbonden met een processor 21.

Figuur 3 toont in de onderste grafiek het spanningsverloop in de tijd over de LED 3 en in de bovenste grafiek het spanningsverloop over de 15 condensator 17 in de tijd.

Tijdens fase 1 geeft de LED 3 geen licht af aan de ruimte 7, waardoor de fototransistor 5 is gesperd. Verder wordt bij het begin van fase 1 de schakelaar 15 gesloten, waardoor de condensator 17 wordt opgeladen. Dit is weergegeven bij fase 1 in de bovenste grafiek van figuur 3 waarin Vc, de spanning 20 over de condensator, is uitgezet tegen de tijd. Bij het begin van fase 2 is de schakelaar 15 weer geopend. De met de LED 3 verbonden schakelaar wordt nu gesloten, waardoor tijdens fase 2 met behulp van de LED 3 licht aan de ruimte 7 wordt afgegeven. Dit is getoond in de onderste grafiek van figuur 3 waarin de spanning Vied is uitgezet tegen de tijd, waarbij tijdens fase 2 een spanning Vied 25 wordt aangebracht over de LED 3, waardoor een lichtpuls door de ruimte 7 wordt gestuurd.

Met behulp van de LED 3 wordt tijdens fase 2 licht met bijvoorbeeld een pulsbreedte van 10 microseconden afgeven. Door het licht van een lichtpuls gaat de fototransistor 5 geleiden en wordt de condensator 17 ontladen. Tijdens het 30 ontladen daalt de spanning Vc over de condensator 17 hetgeen is weergegeven door fase 2 in de bovenste grafiek van figuur 3. De mate van ontlading van de condensator 17 is afhankelijk van de hoeveelheid licht die wordt ontvangen door de fototransistor 5. De mate van ontlading vormt derhalve een maat voor de hoeveelheid door de fototransistor 5 ontvangen licht en daardoor voor de beweging 13 van de bal 11, aangezien de hoeveelheid licht van een lichtpuls als gevolg van een verandering van de bal 11 ten opzichte van een andere lichtpuls verandert.

Door het vergelijken met behulp van de processor 21 van de mate van ontlading of de ontladingssnelheid van de condensator 17 van twee 5 achtereenvolgende lichtpulsen, is te bepalen of de bal 11 zich in de ruimte 7 heeft verplaatst. De ontladingssnelheid kan op twee wijzen worden bepaald:

In de eerste uitvoeringsvorm wordt de ontladingstijd weergegeven met fase 2 van de condensator 17 tot een referentiewaarde Vref gemeten met behulp van de vergelijker 19 en de processor 21. Deze tijd wordt opgeslagen in een 10 geheugen. Gedurende fase 2 wordt met behulp van de processor 21 de spanning Vied afgegeven aan de LED 3 en is de schakelaar 15 open. De tijdsperiode van fase 2 is in deze uitvoeringsvorm de te meten variabele voor het bepalen van de ontladingssnelheid van de condensator 17.

Door ten minste twee tijdsperioden van fase 2 van verschillende 15 lichtpulsen met behulp van de processor 21 met elkaar te vergelijken, is te bepalen of de bal 11 zich in de ruimte heeft verplaatst. Mocht de bal 11 zich in de ruimte 7 verplaatst hebben dan heeft dit immers invloed op de hoeveelheid licht die door de fototransistor 5 wordt ontvangen, hetgeen ervoor zorgt dat de ontladingstijd van de condensator totdat Vref is bereikt, verandert.

20 Bij de eenvoudigste variant van de bewegingssensor is de frequentie van de lichtpulsen constant in de tijd, bijvoorbeeld 4, 40 of meer lichtpulsen per seconde, afhankelijk van de toepassing.

Bij een intelligentere meting kan de frequentie van de lichtpulsen als gevolg van een gedetecteerde beweging van de bal 11 worden verhoogd door 25 met behulp van de processor 21 en de vergelijker 19 Vref te verhogen. Een dergelijke verhoging van Vref zorgt ervoor dat de tijdsperiode van fase 2 normaliter korter wordt, waardoor het aantal lichtpulsen per tijdseenheid wordt verhoogd.

In de tweede uitvoeringsvorm is een A/D omzetter (niet getoond) voorzien en wordt het voltage Vc gemeten van een lichtpuls nadat een vaste tijd is 30 verstreken. Dit voltage Vc wordt via een A/D omzetter opgeslagen in de processor 19 en vergeleken met een daarna gemeten voltage Vc van een verdere lichtpuls. De tijdsperiode van fase 2 is bij deze uitvoeringsvorm constant en de te meten variabele voor het meten van de ontladingstijd van de condensator is Vc. Tijdens fase 2 wordt de LED 3 voorzien van Vied.

14

Door de twee waarden van twee lichtpuisen afkomstig uit de A/D omzetter met behulp van een processor 21 met elkaar te vergelijken, kan worden bepaald of de bal 11 zich in de ruimte 7 heeft verplaatst.

Bij een intelligentere meting kan ook hier de frequentie van de 5 lichtpuisen als gevolg van een gedetecteerde beweging van de bal 11 worden verhoogd door het verlagen van de tijdsperiode waarna Vc wordt gemeten.

Indien gewenst dient het verschil tussen de twee waarden Vc boven een vooraf te bepalen drempel te liggen. Een dergelijke drempel kan ook worden toegepast bij de eerste uitvoeringsvorm, waarin de tijdsduur van fase 2 wordt 10 gemeten voor het bepalen van de ontladingssnelheid.

In de fasen 3-5 in figuur 3 wordt een achtergrondmeting uitgevoerd om gemeten veranderingen tijdens fase 2 eventueel te corrigeren voor omgevingsinvloeden. In fase 3 wordt de condensator 17 opgeladen door het sluiten van de schakelaar 15. In fase 4 wordt geen lichtpuls met behulp van de LED 3 15 afgegeven, hetgeen is getoond in de onderste grafiek van figuur 3. Bij het begin van fase 4 wordt de schakelaar 15 geopend. Het op de fototransistor 5 vallende omgevingslicht, zorgt ervoor dat de fototransistor 5 gaat geleiden. Als gevolg daarvan wordt de condensator 17 ontladen en wordt de tijd gemeten totdat de spanning Vc over de condensator 17 gelijk is aan Vref. De gemeten tijd in fase 4 20 wordt in de evaluatie-fase met behulp van de processor 21 vergeleken met parameters en/of een kalibratiemeting en/of een eerder gemeten ontladingstijd in fase 4. Indien er bij het vergelijken sprake is van een te groot verschil, betekent dit dat hoogstwaarschijnlijk niet de bal 11 zich in de ruimte 7 heeft verplaatst, maar dat een gemeten verandering in fase 2 wordt veroorzaakt door omgevingsinvloeden.

25 In figuur 4 wordt het met behulp van de filter 10 verschafte niet uniforme lichtsterkteverdeling die wordt ontvangen door de fototransistor 5 nader verklaard. De lichtsterktegradiënt (weergegeven in lux) die wordt ontvangen door de fototransistor 5 neemt lineair toe van links naar rechts. De grafiek is een gedeeltelijke doorsnede door de bewegingssensor 1 volgens de onderhavige 30 uitvinding zoals deze is getoond in figuur 1, waarbij x overeenkomt met de lengte x in de langsrichting van de filter 10. Een bal 11 die zich bij een eerste lichtpuls tussen x1 en x1 bevindt, en die zich na de eerste lichtpuls bij een tweede lichtpuls heeft verplaatst naar een positie tussen x2 en x2, zal bij een lichtsterktegradiënt een versterkte verandering in de door de fototransistor 5 gemeten lichtintensiteit 15 veroorzaken.

In plaats van de fototransistor 5 voor het meten van de hoeveelheid licht, kan ook een intelligentere detector worden genomen, zoals een CMOS (complementary metal oxide semiconductor) detector of een CCD (charge coupled 5 device) detector met behulp waarvan een verandering in de op de detector vallende lichtverdeling waar te nemen is, doordat afbeeldingen worden gemaakt van de positie van de bal 11. Veranderingen in de lichtverdeling of in de afbeeldingen tussen twee lichtpulsen worden bepaald met behulp van de processor 21.

Het is ook mogelijk om een oppervlak waarover de bal 11 zich 10 verplaatst te voorzien van een naar een punt licht geheld vlak, waardoor de bal 11 na een verplaatsing zal terug rollen naar het vaste punt ofwel een referentiepositie.

De filter 10 kan ook zonder de lens 8 of vice versa, worden toegepast in de bewegingsensor 1.

De filter 10 kan ook zijn voorzien nabij de LED 3, bijvoorbeeld op de 15 positie waar in fig. 1, de lens 8 is weergegeven.

De filter 10 kan ook worden vervangen door een raster of een licht-ondoorlatende plaat met openingen (niet getoond). De openingen in het raster of de plaat zijn willekeurig verdeeld en/of hebben verschillende afmetingen. De ruimte 7 wordt met verschillende afgemeten en/of gepositioneerde lichtbundels belicht, 20 waardoor een beweging van de bal 11 relatief nauwkeurig met de fotodetector te detecteren is. De plaat of het raster kan zijn gelegen nabij de LED 3 of nabij de fotodetector.

De plaat, het raster, de filter 10 en de lens 8 worden gezamenlijk aangeduid als lichtbewerkingsmiddelen.

25 De lichtbundels verschaft met de plaat of het raster of de lens zijn bij voorkeur aangepast aan de diameter of vorm van het zich vrij door de ruimte verplaatsbare voorwerp, in het getoonde voorbeeld de bal 11.

Het voorwerp kan ook een asymmetrische vorm hebben.

De bal 11 kan volledig in de ruimte 7 verplaatsbaar zijn. Het 30 medium in de ruimte 7 is bijvoorbeeld lucht, een vloeistof of een gelachtige pasta. Een met een pasta gevulde of anderszins gedempte ruimte zorgt er bijvoorbeeld voor dat een beweging van de bal 11 nagenoeg geen hoorbaar geluid oplevert.

Bij voorkeur is de lichtbron diametraal ten opzichte van de fotodetector opgesteld. Het is ook mogelijk om de lichtbron onder een hoek ten 16 opzichte van de fotodetector op te stellen.

Verder kan de wand van het substraat 9 die de ruimte 7 begrenst, zijn voorzien van een reflecterende of licht absorberende coating of film.

5 1032680

Claims (20)

1. Bewegingssensor die is voorzien van ten minste een, in een afgesloten ruimte vrij verplaatsbaar voorwerp, welke bewegingssensor verder is 5 voorzien van ten minste een lichtbron voor het afgeven van licht aan de ruimte en van ten minste een fotodetector met behulp waarvan een verandering in het door de fotodetector ontvangen licht als gevolg van een beweging van het voorwerp detecteerbaar is, met het kenmerk, dat de bewegingssensor is ingericht om met behulp van de lichtbron lichtpulsen in de ruimte te versturen.

2. Bewegingssensor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat met behulp van de fotodetector een verandering in de lichtverdeling tussen ten minste twee lichtpulsen detecteerbaar is.

3. Bewegingssensor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat met behulp van de fotodetector een verandering in de lichtintensiteit tussen ten 15 minste twee lichtpulsen detecteerbaar is.

4. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bewegingssensor is voorzien van ten minste een lichtbewerkingsmiddel voor het onafhankelijk van het voorwerp verschaffen van een niet uniforme lichtsterkteverdeling van het door de fotodetector ontvangen licht.

5. Bewegingssensor volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het lichtbewerkingsmiddel een lens is die is gelegen tussen het voorwerp en de lichtbron.

6. Bewegingssensor volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het lichtbewerkingsmiddel een licht absorberend element is, dat het door de lichtbron 25 uitgezonden licht met een niet uniforme lichtsterkteverdeling doorlaat.

7. Bewegingssensor volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat het licht absorberend element is gelegen tussen het voorwerp en de fotodetector of tussen het voorwerp en de lichtbron.

8. Bewegingssensor volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat 30 het licht absorberend element een raster met onregelmatig opgestelde en/of afgemeten openingen of een filter is.

9. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het met behulp van de lichtbron opgewekte licht in de ruimte een niet uniforme intensiteitsverdeling heeft. 10^268°

10. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lichtbron en de fotodetector zodanig ten opzichte van elkaar zijn gepositioneerd dat de met de lichtbron uitgezonden lichtpuls een deeloppervlak van het detectieoppervlak van de fotodetector sterker verlicht dan het overige 5 detectieoppervlak.

11. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het vrij verplaatsbare voorwerp een asymmetrische vorm omvat.

12. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bewegingssensor is voorzien van ten minste een beschermmiddel 10 en/of correctiemiddel tegen externe omgevingsinvloeden, in het bijzonder infrarood licht.

13. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de lichtbron is verbonden met een regelaar voor het aansturen van de frequentie van de lichtpulsen.

14. Bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de fotodetector een fototransistor is, met behulp waarvan een condensator ontlaadbaar is, waarbij de mate van ontlading van de condensator een maat vormt voor de op de fototransistor vallende lichtpuls.

15. Werkwijze voor het uitvoeren van een detectie bij een 20 bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat met behulp van de lichtbron lichtpulsen in de ruimte worden verstuurd.

16. Werkwijze volgens conclusie 15, met het kenmerk, dat de fotodetector een fototransistor is, waarbij de werkwijze is voorzien van de volgende stappen: 25. het opladen van een condensator, - het ontladen van de condensator via de fototransistor, en - het meten van de mate van ontlading van de condensator, hetgeen een maat vormt voor de op de fototransistor vallende lichtpuls.

17. Werkwijze volgens conclusie 16, met het kenmerk, dat de mate van 30 ontlading van de condensator van verschillende lichtpulsen met elkaar worden vergeleken.

18. Werkwijze volgens conclusie 16 of 17, met het kenmerk, dat het door de fototransistor ontvangen licht, onafhankelijk van het voorwerp, een niet-uniforme lichtsterkteverdeling heeft.

19. Werkwijze volgens een der conclusie 16-18, met het kenmerk, dat voor en/of na een lichtpuls een achtergrondmeting met behulp van de fototransistor wordt uitgevoerd om te corrigeren voor externe omgevingsinvloeden, in het bijzonder infrarood licht.

20. Zender omvattende een bewegingssensor volgens een der voorgaande conclusies 1-14. 10326e0