SENSOR ÓPTICO CON CONCENTRADOR DE LUZ.

Sensor óptico (1) para detectar objetos (2) en un área de monitoreo,

con un emisor (5) que emite haces de luz de emisión (4), un receptor (8) que recibe haces de luz de recepción (7), una unidad de evaluación (10), en donde en función de las señales de recepción en la salida del receptor (8) se genera una señal de detección del objeto, y con un sistema óptico de emisión (6) que se encuentra situado delante del emisor (5) para la formación de haces de los haces de luz de emisión (4), caracterizado porque el emisor (5) se encuentra integrado en una carcasa (11), en cuya pared frontal se proporciona una ventana (12), porque el emisor (5) presenta un chip (13) que emite haces de luz de emisión (4), el cual se encuentra rodeado por un cono reflector (14), donde los haces de luz de emisión (4) que son emitidos por el chip (13), de forma directa o después de una reflexión, pasan desde del emisor (5) al cono reflector (14) y presenta un haz divergente característico, donde el sistema óptico de emisión (6) se encuentra conectado de forma directa al emisor (5), y porque el sistema óptico de emisión (6) presenta un concentrador (15) que forma un elemento de guía de la luz para los haces de luz de emisión (4) , donde para ello en la superficie lateral (17) del concentrador (15) tiene lugar una reflexión total de los haces de luz de emisión (4), donde el lado frontal del concentrador que se encuentra asociado al emisor (5) se encuentra diseñado como una superficie de acoplamiento (16) cóncava para los haces de luz de emisión (4) que cubre en su totalidad la superficie de la ventana (12), donde los haces de luz de emisión (4) son conducidos dentro del concentrador (15) en la dirección de su eje longitudinal, y donde en el lado frontal del concentrador (15) que se encuentra distanciado del emisor (5) se proporciona una superficie de salida (18) que forma un medio de formación de haces para los haces de luz de emisión (4), donde dicha superficie de salida es una superficie convexa

Sensor óptico con concentrador de luz

La presente invención hace referencia a un sensor óptico.

Los sensores ópticos de este tipo sirven para detectar objetos en un área de monitoreo. Los sensores ópticos, los cuales generalmente pueden diseñarse como exploradores de punto luminoso, sensores de distancia, barreras de luz reflectiva, barreras de luz y similares, presentan usualmente un emisor que emite haces de luz de emisión, un receptor que recibe haces de luz de recepción, así como una unidad de evaluación, donde a partir de las señales de recepción del receptor se genera una señal de detección del objeto. Los receptores pueden presentar un único elemento de recepción que recepta haces de luz de recepción o también una disposición múltiple de elementos de recepción de ese tipo.

Generalmente, un sistema óptico de emisión se encuentra situado delante de un emisor de ese tipo, para la formación de haces de los haces de luz de emisión. En el caso más sencillo, un sistema óptico de emisión de ese tipo se encuentra compuesto por una lente que se encuentra dispuesta a una distancia predeterminada del emisor. Según la distancia focal de la lente y de acuerdo a la distancia de la lente con respecto al emisor los haces de luz de emisión conducidos a través de la lente se concentran en un punto determinado o se genera un haz de luz colimado.

El primer problema de un sistema óptico de emisión diseñado de ese modo reside en que, condicionado por la característica divergente del haz del emisor, el cual a modo de ejemplo puede estar formado por un diodo luminoso, una cierta parte de la luz de emisión nunca es conducida hacia el sistema óptico de emisión que se encuentra dispuesto distanciado del emisor, de manera que esta parte de la luz de emisión se pierde. Para contrarrestar este problema ya se ha intentado utilizar un sistema óptico de emisión con dos lentes dispuestas una tras otra, donde la primera lente se encuentra distanciada a una distancia reducida con respecto al emisor, sirviendo así para captar la mayor cantidad posible de luz de emisión desde el emisor, para conducir entonces esta luz de emisión hacia la segunda lente que se encuentra situada detrás, la cual por tanto efectúa la formación de haces propiamente dicha de los haces de luz de emisión. Se considera en este caso como una desventaja el que también la primera lente deba estar dispuesta a una distancia considerable del emisor, de manera que también en este caso desde el sistema óptico de emisión sólo es captada una pequeña parte de la luz de emisión que se encuentra disponible para la detección del objeto, debido a lo cual se reduce la sensibilidad de detección del sensor óptico. Se considera además desventajoso que para la conformación del sistema óptico de emisión deban ser empleadas dos lentes separadas que deben encontrarse alineadas con respecto al emisor y relativamente una con respecto a la otra y que deben encontrarse por lo tanto fijadas en una posición.

Otro problema se produce cuando con sistemas ópticos de emisión de ese tipo deben ser generadas secciones transversales especiales del haz, en particular secciones transversales cuadradas o rectangulares del haz. Puesto que con las lentes del sistema óptico de emisión se generan siempre secciones transversales circulares o elípticas del haz, deben proporcionarse diafragmas como elementos adicionales del sistema óptico de emisión. Sin embargo, la utilización de diafragmas de ese tipo reduce aún más la cantidad de luz de la luz de emisión que se encuentra disponible para la detección del objeto, lo cual reduce asimismo la sensibilidad de detección del sensor óptico.

La solicitud EP 1 962 013 A1 hace referencia a una lente de enfoque para un diodo luminoso. La superficie de salida de luz de la lente presenta un elemento asférico convexo. En las superficies laterales envolventes de la lente tiene lugar una reflexión total de la luz emitida por el diodo luminoso. El diodo luminoso es introducido en una escotadura en el extremo posterior de la lente.

La solicitud JP 2003 28 19 09 A hace referencia a un proyector para la formación de haces de luz de una lámpara de diodo luminoso. El proyector presenta superficies reflectivas.

Por la solicitud EP 1 845 401 A1 se conoce un sensor óptico con las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Es objeto de la presente invención proporcionar un sensor óptico que con una inversión reducida en cuanto a la construcción presente una sensibilidad de detección lo más elevada posible.

Para alcanzar este objeto se proporcionan las características de la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen formas de ejecución ventajosas y perfeccionamientos convenientes de la presente invención.

El sensor óptico conforme a la invención sirve para detectar objetos en un área de monitoreo y comprende un emisor que emite haces de luz de emisión, un receptor que recibe haces de luz de recepción, una unidad de evaluación en donde en función de las señales de recepción en la salida del receptor se genera una señal de detección del objeto y

un sistema óptico de emisión que se encuentra situado delante del emisor para la formación de haces de los haces de luz de emisión. El emisor se encuentra integrado en una carcasa, en cuya pared frontal se proporciona una ventana. Los emisores presentan un chip que emite haces de luz de emisión, el cual se encuentra rodeado por un cono reflector. Los haces de luz de emisión que son emitidos por el chip, de forma directa o después de una reflexión, pasan desde el emisor al cono reflector y presenta un haz divergente característico. El sistema óptico de emisión se encuentra conectado de forma directa al emisor y presenta un concentrador que forma un elemento de guía de la luz para los haces de luz de emisión. Para ello, en la superficie lateral del concentrador tiene lugar una reflexión total de los haces de luz de emisión. El lado frontal del concentrador que se encuentra asociado al emisor se encuentra diseñado como una superficie de acoplamiento cóncava para los haces de luz de emisión que cubre en su totalidad la superficie de la ventana. La conducción de la luz de los haces de luz de emisión en el concentrador tiene lugar a lo largo de su eje longitudinal. En el lado frontal del concentrador que se encuentra distanciado del emisor se proporciona una superficie de salida que constituye un medio de formación de haces para los haces de luz de emisión y que es una superficie convexa.

Mediante el sistema óptico de emisión conforme a la invención se alcanza de manera sencilla un incremento significativo de la sensibilidad de detección del sensor óptico, puesto que el concentrador que se encuentra colocado directamente sobre el emisor capta casi toda la luz de emisión del emisor y sirve para la formación de haces, es decir que en comparación con los sistemas ópticos de emisión convencionales en forma de lentes individuales las pérdidas ópticas se reducen de manera significativa.

Se considera fundamental en este caso que el concentrador, cuyo eje longitudinal coincide de forma ventajosa con el eje óptico del emisor, a través de una reflexión total de los haces de luz de emisión en su superficie lateral, conduzca la luz de emisión completa hacia su espacio interior, donde ya a través de una conformación adecuada de la superficie lateral la formación de haces es predeterminada del modo deseado o al menos es influenciada.

De forma particularmente ventajosa, la superficie lateral presenta una forma parabólica. Asimismo, las superficies laterales pueden estar diseñadas también en forma de superficies de forma libre o como superficies cilíndricas.

Por lo general, la superficie lateral del concentrador se encuentra diseñada de modo tal que en ésta tiene lugar una reflexión total de los haces de luz de emisión, debido a lo cual se garantiza que sólo una parte reducida de los haces de luz de emisión salgan por la superficie lateral.

A través de la reflectividad de la superficie lateral puede impedirse incluso completamente una salida de luz de emisión por la superficie lateral.

Gracias a ello se logra que casi toda la luz de emisión del emisor sea conducida al concentrador y salga por la superficie de salida del concentrador, de manera tal que se encuentre disponible para la detección del objeto.

Otra ventaja esencial de la presente invención reside en que a través de la predeterminación de la superficie... [Seguir leyendo]

1. Sensor óptico (1) para detectar objetos (2) en un área de monitoreo, con un emisor (5) que emite haces de luz de emisión (4) , un receptor (8) que recibe haces de luz de recepción (7) , una unidad de evaluación (10) , en donde en función de las señales de recepción en la salida del receptor (8) se genera una señal de detección del objeto, y con un sistema óptico de emisión (6) que se encuentra situado delante del emisor (5) para la formación de haces de los haces de luz de emisión (4) , caracterizado porque el emisor (5) se encuentra integrado en una carcasa (11) , en cuya pared frontal se proporciona una ventana (12) , porque el emisor (5) presenta un chip (13) que emite haces de luz de emisión (4) , el cual se encuentra rodeado por un cono reflector (14) , donde los haces de luz de emisión (4) que son emitidos por el chip (13) , de forma directa o después de una reflexión, pasan desde del emisor (5) al cono reflector

(14) y presenta un haz divergente característico, donde el sistema óptico de emisión (6) se encuentra conectado de forma directa al emisor (5) , y porque el sistema óptico de emisión (6) presenta un concentrador (15) que forma un elemento de guía de la luz para los haces de luz de emisión (4) , donde para ello en la superficie lateral (17) del concentrador (15) tiene lugar una reflexión total de los haces de luz de emisión (4) , donde el lado frontal del concentrador que se encuentra asociado al emisor (5) se encuentra diseñado como una superficie de acoplamiento

(16) cóncava para los haces de luz de emisión (4) que cubre en su totalidad la superficie de la ventana (12) , donde los haces de luz de emisión (4) son conducidos dentro del concentrador (15) en la dirección de su eje longitudinal, y donde en el lado frontal del concentrador (15) que se encuentra distanciado del emisor (5) se proporciona una superficie de salida (18) que forma un medio de formación de haces para los haces de luz de emisión (4) , donde dicha superficie de salida es una superficie convexa.

2. Sensor óptico conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque el eje longitudinal (A) del concentrador (15) coincide con el eje del haz de los haces de luz de emisión (4) emitidos por el emisor (5) , donde la conducción de la luz de los haces de luz de emisión (4) en el concentrador (15) tiene lugar a lo largo de su eje longitudinal (A) .

3. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el concentrador (15) presenta una superficie lateral (17) parabólica.

4. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la superficie lateral (17) del concentrador (15) presenta una forma cilíndrica o forma una superficie de forma libre.

5. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la superficie de salida (18) del concentrador (15) se encuentra diseñada como una superficie toroidal, como una superficie esférica o asférica o como una superficie de forma libre.

6. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la superficie de acoplamiento

(16) es una superficie esférica.

7. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la superficie de acoplamiento (16) es una superficie asférica.

8. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la superficie de acoplamiento (16) es una superficie de forma libre.

9. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el concentrador (15) se encuentra compuesto por un material plástico.

10. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las superficies laterales (17) del concentrador (15) son reflectivas.

11. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque para la fijación de la posición del sistema óptico de emisión (6) se proporciona un soporte (20) que presenta elementos de contacto (22) en forma de puntos o de líneas, los cuales se encuentran junto a la superficie lateral (17) del concentrador (15) .

12. Sensor óptico conforme a la reivindicación 11, caracterizado porque el soporte (20) forma un apoyo en tres puntos del concentrador (15) .

13. Sensor óptico conforme a una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque el emisor (5) se encuentra formado por un diodo láser o por un diodo luminoso.