SE510796C2

SE510796C2 - Optical presence detector

Info

Publication number: SE510796C2
Application number: SE9402409A
Authority: SE
Inventors: Sten Loefving
Original assignee: Sten Loefving
Priority date: 1994-07-08
Filing date: 1994-07-08
Publication date: 1999-06-21
Also published as: SE9402409L; SE9402409D0

Abstract

The optical presence detector sender and receiver lobes overlap each other within an area. The level of the signal from the receiver is used to ascertain whether an object is detected or not. The receiver sensitivity is suitable for detecting a dark object within the whole detection area. The sender and receiver lobes emerge from points at a specific distance from each other. The area within which the object is detected coincides with the area where the sender lobe coincides with the receiver lobe, and is defined in an angle direction, relatively to a plane which includes the receiver lobe centre line and the sender. The lobes are limited to a level taken up by the receiver output signal to at most a twentieth part when the object is moved in a direction away from the receiver.

Description

510 796 l Ett mycket mörkt (mattsvart) föremål reflekterar ungefärligen 3% av vad ett vitt föremål gör. Därför måste man med hjälp av lobernas avgränsningar åstadkomma att mottagarsignalen minskar med mer än 97% när föremålet förflyttas ut ur det område inom vilket man vill att givaren skall detektera föremål. 510 796 l A very dark (matte black) object reflects approximately 3% of what a white object does. Therefore, with the help of the boundaries of the lobes, it must be achieved that the receiver signal decreases by more than 97% when the object is moved out of the area within which it is desired that the sensor should detect objects.

Utförningsexempel l.Exemplary embodiment l.

Följande beskrivning görs med referens till Figur l: Figur l visar schematiskt ett utförningsexempel i två projektioner av uppfinningen. En sändardel avger ljus i en begränsad lob och en mottagardel reagerar för ljus som härrör från sändaren men som faller in mot mottagaren inom vissa vinklar - en mottagarlob.The following description is made with reference to Figure 1: Figure 1 schematically shows an embodiment in two projections of the invention. A transmitter part emits light in a limited lobe and a receiver part reacts to light that originates from the transmitter but which falls towards the receiver within certain angles - a receiver lobe.

Sändar- och mottagarloberna är så arrangerade att de överlappar varandra i ett begränsat område framför enheten - detektionsomràdet. Detta område är sektionerat i figuren.The transmitter and receiver lobes are arranged so that they overlap in a limited area in front of the unit - the detection area. This area is sectioned in the figure.

Loberna är givetvis tredimensionella och dessutom räcker det inte att beskriva dem med endast en yttre begränsningslinje - normalt använder man sig av linjer för halva styrkan. D V s att man kan beskriva en sändarlob med hjälp av den linje som sammanbinder punkter där intensiteten är hälften så stor som den är där den är som störst. Man kan dock ordna så att t ex 5%-linjen hamnar endast obetydligt utanför 50%-linjen och 95%- linjen endast obetydligt utanför. Man har då åstadkommit relativt väl avgränsade lober vilket är nödvändigt i denna uppfinning.The lobes are of course three-dimensional and moreover it is not enough to describe them with only one outer boundary line - normally you use lines for half the strength. That is, you can describe a transmitter lobe using the line that connects points where the intensity is half as large as it is where it is greatest. However, it can be arranged so that, for example, the 5% line ends up only slightly outside the 50% line and the 95% line only slightly outside. Relatively well-defined lobes have then been provided, which is necessary in this invention.

Framför och bakom det området där sändar- och mottagarloberna överlappar varandra blir mottagarsignalen från ett föremål mycket mindre än vad den skulle bli om föremålet befinner sig t ex i områdets centrum. Om man lyckas avgränsa loberna mycket väl kan man komma dithän att mottagaren reagerar mer för ett svart föremål inne i området än den gör för ett vitt föremål just utanför. En viktig förutsättning för att realisera detta är givetvis att mottagaren är känslig nog för att detektera den diffusa reflexen från svarta föremål (vilket de flesta fotocellerna på marknaden inte är när avstånden överskrider låt oss säga 2 meter). Med hjälp av en speciell teknik som inte beskrivs här är det dock möjligt att klara detta på 5 meters håll även i dagsljus.In front of and behind the area where the transmitter and receiver lobes overlap, the receiver signal from an object becomes much smaller than it would be if the object is located, for example, in the center of the area. If you manage to delimit the lobes very well, you can get to the point where the receiver reacts more to a black object inside the area than it does to a white object just outside. An important prerequisite for realizing this is of course that the receiver is sensitive enough to detect the diffuse reflection from black objects (which most photocells on the market are not when the distances exceed let's say 2 meters). With the help of a special technology that is not described here, however, it is possible to manage this at a distance of 5 meters even in daylight.

Sändarloben skapas enlkast med hjälp av ett antal olika riktade lysdioder som skapar en konformad lob med ungefärligen rektangulärt tvärsnitt och toppvinklarna ungefärligen 0,2 * 0,6 radianer. Avgränsningarna kan göras med hjälp av linser men det enklaste är att helt enkelt skärma av med en kant. Det är också fullt möjligt att använda en laser som ljuskälla varvid konen lätt kan begränsas till t ex 0,001 *0,6 radianer, och systemets prestanda kan förbättras ytterligare.The transmitter lobe is created by means of a number of different directional LEDs which create a cone-shaped lobe with approximately rectangular cross-section and the apex angles approximately 0.2 * 0.6 radians. The boundaries can be made with the help of lenses, but the easiest way is to simply screen off with an edge. It is also quite possible to use a laser as a light source whereby the cone can easily be limited to, for example, 0.001 * 0.6 radians, and the performance of the system can be further improved.

Mottagarloben skapas lämpligen med ett eller flera avbildande linssystem som avbildar känslighetszonen på en eller flera 510 796 rektangulära detektor/er. I et? avbildande system kan man åstadkomma mycket skarpa lober genom att använda en detektor med mycket väl avgränsade kanter. Systemets förmåga att "lösa upp" avstånd bestäms alltstå bl a av skärpan i avbildningen och avståndet mellan sändare och mottagare, vinkelrätt mot sändarloben. I sidled däremot skapas avgränsningen lämpligen med hjälp av sändarens lob. Därför kan man med fördel använda sig av en cylinderlins med enkelkrökt yta i mottagaren.The receiver lobe is suitably created with one or more imaging lens systems that image the sensitivity zone of one or more 510 796 rectangular detector (s). I et? imaging systems, very sharp lobes can be created by using a detector with very well defined edges. The system's ability to "dissolve" distances is still determined, among other things, by the sharpness of the image and the distance between transmitter and receiver, perpendicular to the transmitter lobe. Laterally, on the other hand, the delimitation is suitably created with the aid of the transmitter's lobe. Therefore, it is advantageous to use a cylinder lens with a single curved surface in the receiver.

Det är en fördel om mottagarlinserna är så tjocka att de när ända ner till detektorn eftersom ljusstrålar som inte träffar detektorn (och inte ska) har mindre chans att göra det efter multipla reflektioner. Vidare är det en fördel om linserna är av sk asfärisk form vilket ger bättre skärpa i avbildningen.It is an advantage if the receiver lenses are so thick that they reach all the way down to the detector because light rays that do not hit the detector (and should not) have less chance of doing so after multiple reflections. Furthermore, it is an advantage if the lenses are of so-called aspherical shape, which gives better sharpness in the image.

Man kan också söka av en del motsvarande en delstrålningskälla, t ex en lysdiod, av den totala sändarloben i taget (time sharing)genom att driva dem en i taget varvid en möjlighet erbjuds att få fram information om "sidläget" för det detekterade föremålet. Denna teknik erbjuder bl a en möjlighet att bestämma i vilken riktning ett föremål rör sig.It is also possible to search for a part corresponding to a partial radiation source, for example an LED, of the total transmitter lobe at a time (time sharing) by driving them one at a time, whereby an opportunity is offered to obtain information about the "side position" of the detected object. This technology offers, among other things, an opportunity to determine in which direction an object is moving.

Det är också möjligt att driva de olika delstrålningskällorna med olika modulationer och sedan avkoda mottagarsignalen med hänsyn till detta varvid det blir möjligt att åstadkomma samma funktion kontinuerligt. 2.It is also possible to drive the different sub-radiation sources with different modulations and then decode the receiver signal with regard to this, whereby it becomes possible to achieve the same function continuously. 2.

I ett andra utförande kan mottagarloben byggas upp av två eller flera lober som subtraheras från varandra elektroniskt i mottagaren. T ex innebär detta att när föremålet som skall detekteras befinner sig på längre avstånd än ett visst inställbart avstånd så blir utsignalen negativ. Då kan man lägga triggnivån närmare noll än man kan i det första utförandet och få en bättre avgränsning som behandlar mörka och ljusa föremål på ett mer likartat sätt.In a second embodiment, the receiver lobe can be built up of two or more lobes which are subtracted from each other electronically in the receiver. For example, this means that when the object to be detected is at a longer distance than a certain adjustable distance, the output signal becomes negative. Then you can set the trigger level closer to zero than you can in the first embodiment and get a better delimitation that treats dark and light objects in a more similar way.

Claims

510 796

An optical presence detector consisting of an optical transmitter and an optical receiver where the receiver responds to visible or invisible light from the transmitter reflected or scattered on objects, wherein: The transmitter's and receiver's lobes overlap within an area The level of the signal from the receiver is used to determine an object is detected or not. The sensitivity of the receiver is sufficient to detect black objects within the entire detection area. The lobes of the transmitter and receiver are based on points at a certain distance from each other. The area in which the object is detected essentially coincides with the area where the transmitter lobe coincides with the receiver lobe. the area within which object is detected is defined in angular direction, relative to a plane comprising the center line of the receiver lobe and the transmitter, by the extent of the transmitter lobe and longitudinally, counted from the receiver, of the transmitter lobe and receiver lobe overlap the receiver lens is mounted directly on its detector.

Optical presence detector according to claim 1, characterized in that the receiver lobe is made up of the sum of two or more lobes with different shapes, at least one of the lobes being added with a negative sign so that the output signal for certain locations of measuring objects has a negative sign and for other locations a positive sign. sign

Optical presence detector according to claim 1, or 2 k a n n e t e c k n a d a v a t t: the transmitter lobe is divided into several sublobes which the receiver can identify separately.