(57)【要約】自動廃棄物容器などの自動作動装置または容器のための連続した平行検知領域を形成するためのシステムおよび要素であって、前記検知領域が、前記容器の開口部の外周部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、周辺光の変動による影響を受けず、比較的単純かつ安価に製造することができるシステムおよび要素について開示する。
2004501042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の画定された空間内で物体を検知するためのシステムであって、
複数の発光源と、
前記発光源から放射される光が、光学素子の１つまたは複数の表面内を透過して、該表面から複数の平行光の領域に放射されるように方向付けるための個々の光学素子であって、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放射されるエミッションの結合した輪郭を有し、前記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、前記複数の領域が、実質的にその端部と端部とが結合され、その結果、前記画定範囲の外周部を完全にまたは部分的に囲み、前記外周部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、前記放射光の部分により照明され、前記物体を照明する前記光の部分が、前記物体の表面から反射する光学素子と、
前記反射光に感応し、前記画定範囲に隣接する位置に配置された少なくとも１つの検知器であって、前記物体からの前記反射光の部分が、前記検知器を照明し、前記検知器が、前記反射光による前記検知器の照明に対応して変化する出力状態を有する検知器と、
を備えるシステム。
【請求項２】
複数の一次光学表面を備え、前記一次光学表面が、前記光学素子の表面領域における個々の部分であり、前記一次光学表面の各々が１つの焦点を有し、前記発光源の１つが前記焦点に実質的に位置し、その結果、前記発光源から放射されて、前記一次光学表面に衝突する光の部分が、平行光ビーム状に屈折し、前記平行ビームの各々が、前記光学素子内を透過して前記光学素子の１つまたは複数の放射表面に達する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記放射表面の少なくとも１つが、前記屈折素子内の前記平行ビームの１つに対して直角に位置し、前記平行ビームが前記放射表面上に直角に入射し、その結果、前記平行ビームは、出射時に放射表面に対して直角を保つ、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記放射表面の少なくとも１つが、前記光学素子内の前記平行ビームに対して垂直ではない角度に位置し、前記平行ビームが、垂直ではない角度で前記放射表面上に入射し、その結果、前記放射表面を出射する時に、前記放射表面に対して所定の角度で平行ビーム状に屈折する、請求項２に記載のシステム。
【請求項５】
前記発光源が、１つまたは複数の遠隔の一次光源から光ファイバ伝送システムを介して光エネルギーを受光する、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記発光源の各々が、前記一次光学表面の１つにのみ光を放射し、前記発光源が、前記一次光学表面の焦点に実質的に位置する、請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記発光源の各々が、複数の前記一次光学表面に光を放射し、前記一次光学表面が共通の１つの焦点を共有し、前記発光源が、前記一次光学表面の前記共通焦点に実質的に位置し、
前記発光源の１つから受光する前記複数の一次光学表面の各々が、不連続の前記一次光学表面から成る、請求項２に記載のシステム。
【請求項８】
物理的境界壁部を備え、前記境界壁部の表面が、前記発光源から放射される光に対して実質的に不透明かつ非反射性であり、前記境界壁部が、前記一次光学表面の焦点に実質的に位置しない前記発光源の何れかにより、前記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、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記発光源から放射される光を規定の周波数でパルス化するための電気制御手段と、
前記検知器の前記出力状態のいずれかが、所定の閾値レベルを超える振幅の変動、および前記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手段と、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記検知領域内で前記物体から放射される光の反射が、前記検知器の少なくとも１つの出力状態のレベルが前記閾値レベルを超えるのに十分な放射エネルギーで、前記検知器を照明する、前記光学素子の前記放射表面からの最大距離があり、
前記検知器の前記出力状態のいずれかが前記閾値レベルを超える振幅を有する時を特定するための電気回路構成手段と、
前記発光源が放射する光エネルギーの振幅を変えることにより、前記最大距離を調節するための電気制御手段と、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記検知領域内で前記物体から放射される光の反射が、前記検知器の少なくとも１つの出力状態のレベルが前記閾値レベルを超えるのに十分な放射エネルギーで、前記検知器を照明する、前記光学素子の前記放射表面からの最大距離があり、
前記検知器の前記出力状態のいずれかが、前記閾値レベルを超える振幅を有する時を特定するための電気回路構成手段と、
前記閾値レベルの設定値を変更することにより、前記最大距離を調節するための電気制御手段と、
を備える、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
容器であって、
前記容器の内部空間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、前記ドアが、閉鎖して前記容器の前記開口部を実質的覆い、開放して前記容器の前記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で物体を検知するための手段であって、前記空間容積が、前記開口部に近似して、部分的または完全に前記開口部を囲む基部輪郭を有し、前記空間容積が、前記基部輪郭から外側に、前記容器からの距離が増加する方向に延在する平行な側部を有する手段と、
前記空間容積内で物体が検知される時に前記ドアを開放させるための電気制御手段および電気機械的動力手段と、
を備える容器。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムを備え、その結果、物体を検知するための空間容積が形成される、請求項１２に記載の容器。
【請求項１４】
ばね要素と、
機械的結合手段であって、前記ドアの閉鎖運動時に、前記ばね要素を変形させて弾性エネルギーを蓄積する手段と、
機械的結合手段であって、前記ばね要素内に蓄積された前記弾性エネルギーを制御可能に解放して、ドアを駆動して開放するための原動力を提供する手段と、を備える、請求項１２に記載の容器。
【請求項１５】
前記電子機械的動力手段が、設定された時限後であって、前記時限中における前記検知器の前記出力レベルが前記閾値レベル未満である時限後にドアを閉鎖するようにする電気制御手段と、
前記時限を調節するための電気制御手段と、
を備える、請求項１２に記載の容器。
【請求項１６】
容器であって、
前記容器の内部空間内に挿入される物体が通る開口部であり、前記内部空間が、前記内部空間を前記容器の外部空間から分離する側壁を有する開口部と、
可動ドアであり、前記ドアが、閉鎖して前記容器の前記開口部を実質的に覆い、開放して前記容器の前記開口部を露出させ、前記ドアが可撓性の材料から成るドアと、
開閉時に前記可撓性ドアを変形させて、前記ドアが、開閉位置にある時に前記容器の１つまたは複数の前記側壁に近似する構成内に案内される案内手段と、
前記容器に近接する１つまたは複数の空間容積内で物体を検知するための手段と、
前記空間容積内で物体が検知された時に、ドアを開放させ、前記空間容積内で物体が検知されない設定時限後にドアを閉鎖させる電気制御および機械的動力手段と、
を備える容器。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムを備え、その結果、物体を検知するための前記空間容積が形成される、請求項１２に記載の容器。
【請求項１８】
複数の構造要素と、
前記複数の構造要素を互いに対して固定位置に保持するための固締手段であって、前記構造要素の固定関係がハウジングモジュールを形成し、前記ハウジングモジュールが内部空間を備え、前記内部空間が、前記発光源および前記電気制御手段を実質的に囲む固締手段と、
変形可能なガスケット手段であって、前記固締手段によって、前記ガスケット手段が変形し、前記構造要素の界面間を液体が通過して、前記内部空間に入るのを実質的妨げるガスケット手段と、
を備える、請求項１２に記載の容器。
【請求項１９】
前記ドアの動作を方向付けるための案内表面を備えるハウジングと、
前記ドアを前記案内表面上で移動させる力を与える駆動係合表面を備えるドアと、
駆動係合表面を備え、前記駆動係合表面が、前記ドアの前記駆動係合表面に接触して、前記駆動係合表面に力を加え、前記ドアを前記案内表面上で移動させる機械的動力手段と、
を備える、請求項１６に記載の容器。
【請求項２０】
前記ドアの１つまたは複数の画定位置を検知するための検知器手段であって、前記検知器が出力状態を有し、前記出力状態が、前記画定位置に関連する前記ドアの位置に対応して変化する検知器手段と、
前記機械的動力手段を調整して、前記検知器手段を前記出力状態に対応して前記ドアを駆動させるための第１電気制御手段と、
前記検知器の少なくとも１つの前記出力状態が前記閾値レベルを超えた時を指示するための可視または可聴信号を送信する表示器手段と、
前記ドアの複数の動作モードを設定するための第２電気制御手段であって、前記モードが、
前記閾値レベルを超える少なくとも１つの前記検知器の出力状態レベルに応答して、前記ドアが開放するモードと、
前記検知器の出力状態レベルに関係なく、前記ドアが開放位置を保つモードと、
前記検知器の出力状態レベルに関係なく、前記ドアが閉鎖位置を保つモードとを含む第２電気制御手段と、
をさらに備える、請求項１２に記載の容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
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、赤外光グリッドのビームを遮断し、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、物体がグリッドラインの間に位置する場合、「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。光電検知グリッド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。グリッドは、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、グリッド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、光学素子表面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、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３７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、消費財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９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ＬＥＤエミッションが、１つまたは複数の平行検知領域２５および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。
【国際公開パンフレット】
2004501042.tif 000003
2004501042.tif 000004
2004501042.tif 000005
2004501042.tif 000006
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2004501042.tif 000035
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004501042.tif 000036
【国際調査報告】
2004501042.tif 000037
2004501042.tif 000038
2004501042.tif 000039