JP2968423B2 - Photoelectric sensor and method for correcting received light signal level - Google Patents

Photoelectric sensor and method for correcting received light signal level

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JP2968423B2
JP2968423B2 JP24815293A JP24815293A JP2968423B2 JP 2968423 B2 JP2968423 B2 JP 2968423B2 JP 24815293 A JP24815293 A JP 24815293A JP 24815293 A JP24815293 A JP 24815293A JP 2968423 B2 JP2968423 B2 JP 2968423B2
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、検出対象の有無また
は検出対象の色変化または濃淡の読取を行う光電センサ
およびその受光信号レベルの補正方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a photoelectric sensor for reading the presence or absence of a detection object or a color change or shading of the detection object, and a method of correcting a light receiving signal level thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】コンベア上を移動する物体の有無やこの
物体の色変化または濃淡の読取を行うものとして、投光
素子と受光素子とからなる光電センサが用いられてい
る。この光電センサは、投光素子から検出対象である物
体に対して光を照射し、物体における反射光を受光素子
において受光する。投光センサの光の照射位置に検出対
象が存在しない場合には受光素子は光を受光しないた
め、受光素子から出力される受光信号レベルによって検
出対象の有無を検出することができる。同様に、検出対
象に色変化または濃淡がある場合には、検出対象の濃淡
等による反射率の変化により受光素子の受光量が変わる
ため、受光素子から出力される受光信号レベルによって
検出対象の濃淡を判別することができる。
2. Description of the Related Art A photoelectric sensor including a light projecting element and a light receiving element is used to read the presence or absence of an object moving on a conveyor and the color change or shading of the object. In this photoelectric sensor, light is emitted from a light emitting element to an object to be detected, and reflected light from the object is received by a light receiving element. When the detection target does not exist at the light irradiation position of the light emitting sensor, the light receiving element does not receive the light. Therefore, the presence or absence of the detection target can be detected based on the light receiving signal level output from the light receiving element. Similarly, when the detection target has a color change or shading, the amount of light received by the light receiving element changes due to a change in the reflectance due to the shading of the detection target or the like. Can be determined.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光電セ
ンサを構成する受光素子が受光する検出対象からの反射
光量は、検出対象と受光レンズとの間の距離の二乗に反
比例するため、受光素子の受光信号レベルは、検出対象
の反射率が一定であっても、図10の曲線91または9
2に示すように、検出対象と受光レンズとの間の距離に
よって大きく変化する。このため、物体表面に表記され
たマークの有無を検出する場合などのように、物体から
の反射光量の差異によって検出対象を検出する場合に
は、図10に示すように、マークからの反射光の受光信
号レベルの曲線91と下地からの反射光の受光信号レベ
ルの曲線92の関係においてしきい値レベルCとした場
合に、検出対象と光電センサの前面との間の距離の許容
変動範囲はΔxと狭く、受光信号の感度調整を厳格に維
持しなければならず、また検出対象の搬送位置を適正に
すべく搬送精度を高く維持する必要がある。特に、濃淡
を検出する場合、または、検出面に凹凸がある場合など
には誤動作を生じる問題がある。
However, the amount of light reflected by the light receiving element that constitutes the photoelectric sensor from the detection target is inversely proportional to the square of the distance between the detection target and the light receiving lens. The signal level is determined by the curve 91 or 9 in FIG. 10 even if the reflectance of the detection target is constant.
As shown in FIG. 2, it greatly changes depending on the distance between the detection target and the light receiving lens. For this reason, when detecting a detection target based on a difference in the amount of reflected light from an object, such as when detecting the presence or absence of a mark written on the surface of the object, as shown in FIG. When the threshold level C is set in the relationship between the light receiving signal level curve 91 and the light receiving signal level curve 92 of the reflected light from the background, the allowable variation range of the distance between the detection target and the front surface of the photoelectric sensor is as follows. Since it is narrow as Δx, the sensitivity adjustment of the received light signal must be strictly maintained, and the transport accuracy needs to be maintained high to make the transport position of the detection target appropriate. In particular, there is a problem in that a malfunction occurs when detecting light and shade or when the detection surface has irregularities.

【0004】この発明の目的は、光電センサを構成する
受光素子の受光信号レベルを、検出対象と受光レンズと
の間の距離情報を用いて補正することにより、受光信号
の距離依存性を除去して検出対象の反射率の変化のみを
正確に検出できる光電センサおよびその受光信号レベル
の補正方法を提供することにある。
An object of the present invention is to correct the light receiving signal level of a light receiving element constituting a photoelectric sensor using distance information between an object to be detected and a light receiving lens, thereby removing the distance dependency of the light receiving signal. It is an object of the present invention to provide a photoelectric sensor capable of accurately detecting only a change in reflectance of a detection target, and a method of correcting a light receiving signal level thereof.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載した発明
に係る光電センサは、検出対象に対して光を照射する投
光素子と、投光素子から照射された光の検出対象におけ
る反射光を受光レンズを介して受光して受光レベルに応
じた信号を出力する受光素子と、受光素子から出力され
た受光信号を検出対象の検出信号に変換する信号変換手
段と、を備えた光電センサにおいて、前記受光素子が、
検出対象からの反射光の入射角に応じた受光信号を出力
する光電素子であって、受光素子から出力された受光信
号を距離信号に変換する距離信号変換手段と、距離信号
変換手段の出力を二乗する演算手段と、演算手段の演算
結果に基づいて受光信号の距離依存性を除去する距離依
存性除去手段と、を設けたことを特徴とする。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a photoelectric sensor which irradiates light to a detection target, and light reflected from the detection target of light emitted from the light projection element. A light-receiving element that receives light through a light-receiving lens and outputs a signal corresponding to a light-receiving level; and a signal conversion unit that converts the light-receiving signal output from the light-receiving element into a detection signal to be detected. The light receiving element is
A photoelectric element for outputting a light receiving signal corresponding to the incident angle of the reflected light from the detection target, wherein the distance signal converting means for converting the light receiving signal output from the light receiving element into a distance signal; and an output of the distance signal converting means. It is characterized by comprising a calculating means for squaring and a distance dependency removing means for removing the distance dependency of the received light signal based on the calculation result of the calculating means.

【0006】請求項2に記載した発明に係る光電センサ
は、前記距離依存性除去手段を、前記演算手段の出力を
受光信号に乗算する乗算手段およびその乗算結果に受光
信号の定数倍を加算する加算手段としたものである。
According to a second aspect of the present invention, in the photoelectric sensor, the distance dependence removing means multiplies a light receiving signal by an output of the arithmetic means and adds a constant multiple of the light receiving signal to a result of the multiplication. This is an addition means.

【0007】請求項3に記載した発明に係る光電センサ
は、前記距離依存性除去手段を前記演算手段の出力が所
定距離に対応する距離信号の二乗値からある定数を減じ
た値に一致するように投光素子の投光量を調整する投光
量調整手段としたものである。
According to a third aspect of the present invention, in the photoelectric sensor, the distance-dependency removing means controls the output of the calculating means to be equal to a value obtained by subtracting a constant from a square value of a distance signal corresponding to a predetermined distance. And a projection light amount adjusting means for adjusting the projection light amount of the light projection element.

【0008】請求項4に記載した発明に係る光電センサ
は、前記受光素子が、半導体位置検出素子によって構成
されたものである。
According to a fourth aspect of the present invention, in the photoelectric sensor, the light receiving element includes a semiconductor position detecting element.

【0009】請求項5に記載した発明に係る光電センサ
は、前記受光素子が、少なくとも2個のフォトダイオー
ドによって構成されたものである。
According to a fifth aspect of the present invention, in the photoelectric sensor, the light receiving element includes at least two photodiodes.

【0010】請求項6に記載した発明に係る受光信号レ
ベルの補正方法は、投光素子から照射した光の検出対象
における反射光の入射角に応じて受光素子から出力され
る受光信号に基づいて受光レンズから検出対象までの距
離を測定し、この測定結果を二乗演算して受光素子の受
光信号に乗算した後に、前記受光信号の定数倍を加算す
ることを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for correcting a light receiving signal level based on a light receiving signal output from a light receiving element according to an incident angle of reflected light on a detection target of light emitted from the light emitting element. The distance from the light receiving lens to the detection target is measured, the result of this measurement is squared, the light receiving signal of the light receiving element is multiplied, and a constant multiple of the light receiving signal is added.

【0011】請求項7に記載した発明に係る受光信号レ
ベルの補正方法は、投光素子から照射した光の検出対象
における反射光の入射角に応じて受光素子から出力され
る受光信号に基づいて受光レンズから検出対象までの距
離を測定し、この測定結果を二乗演算した後に一定値と
比較し、この比較において両者が一致するように投光素
子の投光量を調整することを特徴とする。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for correcting a light receiving signal level based on a light receiving signal output from a light receiving element according to an incident angle of reflected light on a detection target of light emitted from the light emitting element. The distance from the light receiving lens to the detection target is measured, the result of the measurement is squared, and the result is compared with a fixed value. In this comparison, the amount of light emitted from the light emitting element is adjusted so that the two coincide.

【0012】[0012]

【作用】請求項1に記載した発明においては、受光素子
から検出対象における反射光の入射角に応じた受光信号
が出力され、この受光信号が距離信号変換手段により距
離信号に変換される。更にこの距離信号の二乗値に受光
信号を乗算し、受光信号の定数倍を加算することによ
り、受光信号の距離依存性が除去される。このようにし
て、検出対象の反射率のみに基づく受光信号が得られ
る。
According to the first aspect of the present invention, a light receiving signal is output from the light receiving element according to the incident angle of the reflected light on the detection target, and the light receiving signal is converted into a distance signal by the distance signal converting means. Further, by multiplying the square value of the distance signal by the light receiving signal and adding a constant multiple of the light receiving signal, the distance dependency of the light receiving signal is removed. In this manner, a light receiving signal based on only the reflectance of the detection target is obtained.

【0013】請求項2および6に記載した発明において
は、距離信号の二乗値が受光素子の受光信号に乗算さ
れ、さらに受光信号の定数倍がこれに加算される。これ
は、検出対象と受光レンズとの間の距離の二乗に反比例
する反射光量の減少を除去した値となる。
According to the second and sixth aspects of the present invention, the square value of the distance signal is multiplied by the light receiving signal of the light receiving element, and a constant multiple of the light receiving signal is added thereto. This is a value from which a decrease in the amount of reflected light that is inversely proportional to the square of the distance between the detection target and the light receiving lens is removed.

【0014】請求項3および7に記載した発明において
は、距離信号の二乗値が所定距離における受光信号レベ
ルに対応する値からある定数を減じた一定値に一致する
ように投光素子の投光量が調整される。したがって、距
離信号の二乗値に基づくフィードバック制御により、検
出対象と受光レンズとの間の距離の大小に応じて投光素
子の投光量が増減され、検出対象と受光レンズとの間の
距離変化に影響されない反射光が受光素子によって受光
される。
According to the third and seventh aspects of the present invention, the light projecting amount of the light emitting element is adjusted so that the square value of the distance signal matches a constant value obtained by subtracting a certain constant from a value corresponding to the light receiving signal level at a predetermined distance. Is adjusted. Therefore, by the feedback control based on the square value of the distance signal, the amount of light emitted from the light emitting element is increased or decreased according to the magnitude of the distance between the detection target and the light receiving lens, and the distance between the detection target and the light receiving lens changes. Unaffected reflected light is received by the light receiving element.

【0015】請求項4に記載した発明においては、受光
素子が半導体位置検出素子であり、精度の高い検出が行
える。
In the invention described in claim 4, the light receiving element is a semiconductor position detecting element, so that highly accurate detection can be performed.

【0016】請求項5に記載した発明においては、受光
素子が少なくとも2個のフォトダイオードによって構成
される。したがって、位置検出用の比較的高価な光電素
子を用いる必要がなく、コストが低廉化される。
In the invention described in claim 5, the light receiving element is constituted by at least two photodiodes. Therefore, it is not necessary to use a relatively expensive photoelectric element for position detection, and the cost is reduced.

【0017】[0017]

【実施例】図1は、この発明の実施例である光電センサ
の構成および検出対象からの反射光路の変化を示す図で
ある。光電センサ1はレーザダイオードなどによって構
成される投光素子2、投光レンズ3、受光レンズ4およ
びPSD(半導体位置検出素子)などの距離測定用の光
電素子である受光素子5を備えている。投光素子2から
照射された光はレンズ3により絞られ、検出対象に照射
される。検出対象からの反射光は受光レンズ4を透過し
て受光素子5上に集光される。受光素子5を構成するP
SDは、長さ2xの範囲において検出対象からの反射光
を受光し、その集光位置に応じた両端電流i1,2 を出
力する。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a photoelectric sensor according to an embodiment of the present invention and a change in an optical path reflected from an object to be detected. The photoelectric sensor 1 includes a light projecting element 2 including a laser diode, a light projecting lens 3, a light receiving lens 4, and a light receiving element 5 which is a photoelectric element for distance measurement such as a PSD (semiconductor position detecting element). The light emitted from the light projecting element 2 is converged by the lens 3 and is applied to a detection target. Light reflected from the detection target passes through the light receiving lens 4 and is collected on the light receiving element 5. P constituting the light receiving element 5
SD receives the reflected light from the detection object in the length range of 2x, and outputs both ends currents i 1, i 2 corresponding to the condensing position.

【0018】図1に示す位置関係において、同位角の関
係に基づいて下記(1) 式が得られる。ここに、距離R
は、光電センサ1の本体前面から受光素子5の中心SO
に反射光が集光する検出対象の位置PO から距離rだけ
遠方の基準位置Pr までの距離である。この距離Rは
(1) 式より(2) 式で表される。同様に、この基準位置P
rから距離ΔRだけ遠方の位置P1 までの距離R+ΔR
は(3) 式によって表すことができ、距離ΔRは(2) 式お
よび(3) 式から(4) 式で表すことができる。
In the positional relationship shown in FIG. 1, the following formula (1) is obtained based on the relationship between the isotopic angles. Where the distance R
Is the center S O of the light receiving element 5 from the front surface of the main body of the photoelectric sensor 1.
Is a distance from the detection target position P O where the reflected light is converged to the reference position Pr at a distance r . This distance R is
Equation (1) is expressed by equation (2). Similarly, the reference position P
Distance R + ΔR from r to a position P 1 distant by distance ΔR
Can be expressed by the equation (3), and the distance ΔR can be expressed by the equations (2) and (3) to (4).

【0019】上記位置P1 における検出対象からの反射
光が受光素子5の受光位置S1 に集光すると、受光素子
の両端電流i1,2 の比は、(5) 式で表される。この
(5) 式から(6) 式が得られ、基準位置Pr に位置する検
出対象からの反射光の受光位置Sr から受光位置S1
での受光素子5における距離Δxは、(6) 式から(7) 式
で表すことができる。この(7) 式を(4) 式に代入するこ
とにより(8) 式を得ることができる。このようにして、
基準位置Pr から検出対象までの距離ΔRを受光素子5
の両端電流i1,2 から求めることができる。しかし、
ここで問題となるのは、検出対象から受光レンズ4まで
の距離である。したがってPrから受光レンズ4までの
距離をT,P1 から受光レンズ4までの距離をT+ΔT
とすると(9) 式、(10)式となる。
When the reflected light from the object to be detected at the position P 1 is condensed on the light receiving position S 1 of the light receiving element 5, the ratio between the currents i 1 and i 2 at both ends of the light receiving element is expressed by the following equation (5). . this
(5) (6) is obtained from the formula, the distance Δx in the light-receiving element 5 from the receiving position S r of the reflected light from the detection object located at the reference position P r to the light receiving position S 1 is (6) To (7). By substituting equation (7) into equation (4), equation (8) can be obtained. In this way,
The distance ΔR from the reference position Pr to the detection target is determined by the light receiving element 5
From both ends currents i 1 and i 2 . But,
What matters here is the distance from the detection target to the light receiving lens 4. Therefore the distance from Pr to the light receiving lens 4 T, the distance from P 1 to the light receiving lens 4 T + [Delta] T
Then, equations (9) and (10) are obtained.

【0020】 以上のようにして距離信号を得ることができる受光素子
5において、検出対象からの反射光の受光量は検出対象
からレンズ4までの距離の二乗に反比例する。
[0020] As described above, in the light receiving element 5 that can obtain a distance signal, the amount of light reflected from the detection target is inversely proportional to the square of the distance from the detection target to the lens 4.

【0021】したがって、基準の受光位置Sr における
受光量Wr と受光位置S1 における受光量W1 との比は
下記(11)式によって表すことができ、この(11)式は(12)
式のように表すことができる。ここで、受光位置S1
おける受光量W1 は受光素子5の両端電流i1,2 を用
いて(13)式のように表すことができる。ここに、K2
定数である。この受光位置S1 における受光量W1 が基
準の受光位置Sr における受光量Wr に一致するように
補正するのであるから、補正後の受光位置S1 の受光出
力CW1 は(14)式に示すように受光量Wr に等しくな
る。この(14)式を(12)式に代入して(15)式を得、この(1
5)式に(13)式を代入して整理することにより(20)式を得
る。この(20)式から明らかなように、補正後の受光出力
CW1 として検出物体までの距離に依存することのない
値を得ることができる。
[0021] Thus, the ratio of the amount of light received W 1 in the light receiving amount W r and the light receiving position S 1 at the reference light receiving position S r can be represented by the following equation (11), the (11) equation (12)
It can be expressed as an equation. Here, the amount of received light W 1 at the light receiving position S 1 can be expressed as in equation (13) using the currents i 1 and i 2 across the light receiving element 5. Here, K 2 is a constant. Since the received light amount W 1 of the light receiving position S 1 is at the corrected so as to match the received light amount W r in the light receiving position S r of the reference, the light receiving output CW 1 of the light receiving position S 1 of the corrected (14) equal to the amount of light received W r as shown in FIG. This equation (14) is substituted into equation (12) to obtain equation (15).
Equation (20) is obtained by substituting equation (13) into equation (5) and rearranging. The (20) As is apparent from the equation, it is possible to obtain a value of being dependent on the distance to the detection object as received light output CW 1 after correction.

【0022】 図2は、上記光電センサの信号変換回路の構成を示す図
である。受光素子5の両端電流i1,2 はアンプ11,
12を介して加算器13,15および減算器14に入力
される。加算器13にはアンプ11の出力が抵抗比1の
抵抗r1 を介して入力されるとともに、アンプ12の出
力が抵抗比Aの抵抗rA を介して入力される。この結
果、加算器13からは(i1 +Ai2 )の信号が出力さ
れる。減算器14にはアンプ11の出力が抵抗比Bの抵
抗rB を介して入力されるとともに、アンプ12の出力
が抵抗比Cの抵抗rC を介して入力される。したがっ
て、減算器14からは(Bi1 −Ci2 )の信号が出力
される。更に、加算器15にはアンプ11および12の
出力がそれぞれ抵抗比1の抵抗r1 を介して入力され
る。したがって、加算器15からは(i1 +i2 )の信
号が出力される。
[0022] FIG. 2 is a diagram showing a configuration of a signal conversion circuit of the photoelectric sensor. The currents i 1 and i 2 at both ends of the light receiving element 5 are
The signal is input to adders 13, 15 and a subtractor 14 via 12. The output of the amplifier 11 is input to the adder 13 via a resistor r 1 having a resistance ratio of 1, and the output of the amplifier 12 is input via a resistor r A having a resistance ratio A. As a result, a signal of (i 1 + Ai 2 ) is output from the adder 13. The output of the amplifier 11 is input to the subtractor 14 via a resistor r B having a resistance ratio B, and the output of the amplifier 12 is input via a resistor r C having a resistance ratio C. Therefore, a signal of (Bi 1 −Ci 2 ) is output from the subtractor 14. Further, the outputs of the amplifiers 11 and 12 are input to the adder 15 via a resistor r 1 having a resistance ratio of 1. Therefore, the adder 15 outputs a signal of (i 1 + i 2 ).

【0023】加算器13および減算器14の後段には除
算器16および二乗演算回路17が接続されている。加
算器13および減算器14の出力信号は除算器16に入
力され、除算器16からは(Bi1 −Ci2 )/(i1
+Ai2 )の信号が出力される。この除算器16の出力
信号は二乗演算回路17を経て乗算器18に入力され
る。二乗演算回路17の出力は、(20)式の右辺第1項に
おける二乗部分に一致する。この乗算器18には加算器
15の出力信号も入力される。これによって乗算器18
の出力信号は上述の(20)式の右辺第1項に一致する。さ
らに乗算器18の出力信号は、抵抗比1の抵抗r1 を介
して加算器19に入力され、また加算器15の出力信号
も抵抗比Mの抵抗rM を介して加算器19に入力され
る。この加算器15から加算器19への入力は、(20)式
の右辺第二項に一致する。したがって、加算器19への
出力は(20)式の右辺に一致する。この(20)式の右辺にお
いてA〜CおよびMは定数K、基準距離Rおよびα、β
およびγによって定まる値であり、α,βおよびγの各
数値は(8) 式に示すように焦点距離f、レンズ4の配置
間隔D、受光素子5の受光範囲の長さの1/2の長さ
x、受光素子5における中央の受光位置So から基準の
受光位置Sr までの距離x′、および、レンズ4の中心
から受光素子5の中央の受光位置So までの垂直方向の
距離xo によって定まる値であり、いずれも光電センサ
1の配置状態に依存する固定された値である。
A divider 16 and a square operation circuit 17 are connected to the subsequent stage of the adder 13 and the subtractor 14. The output signals of the adder 13 and the subtractor 14 are input to a divider 16, which outputs (Bi 1 −Ci 2 ) / (i 1 ).
+ Ai 2 ) is output. The output signal of the divider 16 is input to the multiplier 18 via the square operation circuit 17. The output of the square operation circuit 17 matches the square part in the first term on the right side of the equation (20). The output signal of the adder 15 is also input to the multiplier 18. This allows the multiplier 18
Output signal coincides with the first term on the right side of the above equation (20). Further, the output signal of the multiplier 18 is input to the adder 19 via a resistor r 1 having a resistance ratio of 1, and the output signal of the adder 15 is also input to the adder 19 via a resistor r M having a resistance ratio of M. You. The input from the adder 15 to the adder 19 matches the second term on the right side of the equation (20). Therefore, the output to the adder 19 matches the right side of the equation (20). On the right side of this equation (20), A to C and M are constants K, reference distances R and α, β
The values of α, β, and γ are, as shown in equation (8), the focal length f, the distance D between the lenses 4, and の of the length of the light receiving range of the light receiving element 5. The length x, the distance x ′ from the central light receiving position S o of the light receiving element 5 to the reference light receiving position S r , and the vertical distance from the center of the lens 4 to the central light receiving position S o of the light receiving element 5 These values are determined by x o , and are all fixed values depending on the arrangement state of the photoelectric sensor 1.

【0024】このようにして加算器15から出力された
受光素子5の両端電流の加算値を二乗演算回路17から
出力された距離情報により補正し、さらに前記加算値の
定数倍を前記補正値に加えることにより、受光レンズ4
から検出対象までの距離に関わらず検出対象の反射率の
みに依存する受光信号レベルを出力することができる。
即ち、光電センサ1から出力される受光信号レベルは図
3に示すように、マークからの反射光の受光信号レベル
51と下地からの反射光の受光信号レベル52の関係に
おいてしきい値レベルCとした場合に、検出対象と光電
センサの前面との距離の許容変動範囲はΔXとなり広範
囲にわたって一定になり、検出対象までの距離に影響さ
れることなく、検出対象の反射率のみに依存する値とす
ることができる。
In this way, the added value of the currents at both ends of the light receiving element 5 output from the adder 15 is corrected by the distance information output from the squaring circuit 17, and a constant multiple of the added value is used as the corrected value. By adding, the light receiving lens 4
A light receiving signal level that depends only on the reflectance of the detection target can be output regardless of the distance from the detection target to the detection target.
That is, as shown in FIG. 3, the light receiving signal level output from the photoelectric sensor 1 is different from the threshold level C in the relationship between the light receiving signal level 51 of the light reflected from the mark and the light receiving signal level 52 of the light reflected from the base. In this case, the allowable variation range of the distance between the detection target and the front surface of the photoelectric sensor is ΔX, which is constant over a wide range, and is not affected by the distance to the detection target, and depends only on the reflectance of the detection target. can do.

【0025】図4は、請求項3に記載した発明に係る光
電センサの実施例の信号変換回路を示す図である。図2
に示した回路において二乗演算回路17の出力を誤差検
出回路21において一定電圧V0 との誤差を検出し、こ
の誤差信号を投光素子2の駆動回路22に供給する。誤
差検出回路21において二乗演算回路17の出力と比較
される電圧V0 は、基準位置における二乗演算回路17
の出力をV1 とすると、これは基準位置における(20)式
の右辺第一項の二乗部分に相当する。したがって、同第
二項の定数Mに相当する電圧をVr とすると(21)式より
(22)式のようになる。
FIG. 4 is a diagram showing a signal conversion circuit of an embodiment of the photoelectric sensor according to the third aspect of the present invention. FIG.
In the circuit shown in (1), the error of the output of the square operation circuit 17 is detected by an error detection circuit 21 from the constant voltage V 0, and this error signal is supplied to the drive circuit 22 of the light emitting element 2. The voltage V 0 compared with the output of the square operation circuit 17 in the error detection circuit 21 is equal to the voltage of the square operation circuit 17 at the reference position.
When the output of the V 1, which corresponds to (20) below the right side the square portion of the paragraph at the reference position. Thus, from the voltage corresponding to the constant M in the same paragraph and V r (21) formula
Equation (22) is obtained.

【0026】Vr =V1 +VM (21) V0 =V1 =Vr −VM (22) 前述のように二乗演算回路17から出力される電圧は、
検出対象までの距離のみによって変化し、検出対象の反
射率に影響されない値であるため、誤差検出回路21に
おいては基準位置に対する検出対象の位置の距離的な誤
差が求められる。この距離的誤差を補正するように駆動
回路22における投光素子2の駆動電圧が制御されるた
め、検出対象までの距離が基準位置までの距離より遠い
場合には投光素子2の駆動電圧が大きくされて投光量が
増加し、検出対象までの距離が基準位置までの距離より
近い場合には投光素子2の駆動電圧が小さくされて投光
量が減少する。このように投光素子2の投光量を検出対
象までの距離に応じて増減することにより、加算器15
の出力である光電センサ1の受光信号から検出対象まで
の距離的誤差を除去して検出対象の反射率のみに依存す
る値を出力することができる。
V r = V 1 + V M (21) V 0 = V 1 = V r −V M (22) As described above, the voltage output from the square operation circuit 17 is
Since the value changes only depending on the distance to the detection target and is not affected by the reflectance of the detection target, the error detection circuit 21 calculates the distance error of the position of the detection target with respect to the reference position. Since the driving voltage of the light emitting element 2 in the driving circuit 22 is controlled so as to correct the distance error, when the distance to the detection target is longer than the distance to the reference position, the driving voltage of the light emitting element 2 is reduced. When the distance to the detection target is shorter than the distance to the reference position, the driving voltage of the light projecting element 2 is reduced and the projected light quantity is reduced. By increasing or decreasing the light projection amount of the light projecting element 2 in accordance with the distance to the detection target, the adder 15
The distance error from the light receiving signal of the photoelectric sensor 1 which is the output of the photoelectric sensor 1 to the detection target can be removed, and a value depending only on the reflectance of the detection target can be output.

【0027】図5は、受光素子の出力信号の補正をディ
ジタル回路を用いて行う場合を示すブロック図である。
受光素子5の両端出力i1 ,i2 のそれぞれはアンプ1
1,12を介してA/Dコンバータ31を介して二値化
され、CPU32に入力される。CPU32は図6に示
す処理を実行する。すなわち、CPU32はA/Dコン
バータ31から所定のタイミングで受光素子5の両端電
流データを読み出し(n1)、予め記憶されている定数
A〜Cを用いて距離データDの演算を行う(n2)。更
に、距離データDの二乗値を演算し(n3)、この距離
データの二乗値D2 に受光素子5の両端出力の加算値
(i1 +i2 )を乗算し(n4)、これに両端出力の加
算値(i1 +i2 )のM倍を加算し(n5)、この値を
D/Aコンバータ33を介してアナログ信号として出力
する(n6)。
FIG. 5 is a block diagram showing a case where the output signal of the light receiving element is corrected using a digital circuit.
Each of the outputs i 1 and i 2 at both ends of the light receiving element 5 is an amplifier 1
The signals are binarized via an A / D converter 31 via the first and the second 12 and input to the CPU 32. The CPU 32 executes the processing shown in FIG. That is, the CPU 32 reads current data on both ends of the light receiving element 5 from the A / D converter 31 at a predetermined timing (n1), and calculates distance data D using constants A to C stored in advance (n2). Furthermore, calculates the square value of the distance data D (n3), the sum of both ends output of the light receiving element 5 to the square value D 2 of the distance data (i 1 + i 2) multiplied by (n4), which across the output Is multiplied by M times (i 1 + i 2 ) (n5), and this value is output as an analog signal via the D / A converter 33 (n6).

【0028】図7は、受光素子5の受光信号に基づいて
投光素子2の投光量を変えることにより、受光信号の距
離依存性を除去する場合の構成を示すブロック図であ
る。CPU32には誤差増幅回路34を介して投光素子
2を構成するレーザダイオードLDの駆動回路35が接
続されている。この構成においてCPU32は図8に示
すように、A/Dコンバータ31から受光素子5の両端
電流のディジタルデータを読み出し(n11)、距離デ
ータDの算出および距離データの二乗値の演算を行う
(n12,n13)。CPU32はこの距離データの二
乗値D2 を基準値V0 と比較し、その誤差を誤差増幅回
路34に出力する(n15)。この後一定時間後に再び
A/Dコンバータ31から両端信号のディジタルデータ
を読み出し(n16)、両端出力の加算値(i1
2 )を受光素子5における受光量に応じた出力データ
CWとして演算し、これを出力する(n17,n1
8)。以上のようにして、投光素子2からの投光量を調
整した後における受光素子5の受光信号に基づいて受光
量を決定する。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration in which the distance dependence of the light receiving signal is removed by changing the light projecting amount of the light projecting element 2 based on the light receiving signal of the light receiving element 5. The drive circuit 35 of the laser diode LD constituting the light projecting element 2 is connected to the CPU 32 via an error amplifier circuit 34. In this configuration, as shown in FIG. 8, the CPU 32 reads the digital data of the current at both ends of the light receiving element 5 from the A / D converter 31 (n11), calculates the distance data D, and calculates the square value of the distance data (n12). , N13). CPU32 compares the squared value D 2 of the distance data and the reference value V 0, and outputs the error to the error amplifier 34 (n15). After a certain period of time, the digital data of the signal at both ends is read out again from the A / D converter 31 (n16), and the added value (i 1 +
i 2 ) is calculated as output data CW corresponding to the amount of light received by the light receiving element 5 and output (n17, n1)
8). As described above, the light receiving amount is determined based on the light receiving signal of the light receiving element 5 after adjusting the light projecting amount from the light projecting element 2.

【0029】以上のように、ディジタル回路を用いても
図2および図4に示した構成と同様の効果を得ることが
できる。
As described above, even if a digital circuit is used, the same effect as the configuration shown in FIGS. 2 and 4 can be obtained.

【0030】なお、図9に示すように、図2に示す受光
素子5をPSDに代えて2個のフォトダイオード51
a,51bによって構成することもできる。これは、図
4、図5および図7においても同様であり、PSDを用
いた場合に比較してこの発明の光電センサを安価に構成
することができる。
As shown in FIG. 9, two photodiodes 51 are used instead of the light receiving element 5 shown in FIG.
a, 51b. This is the same in FIGS. 4, 5, and 7, and the photoelectric sensor of the present invention can be configured at a lower cost as compared with the case where a PSD is used.

【0031】[0031]

【発明の効果】請求項1に記載した発明によれば、受光
素子の受光信号に基づいて検出対象までの距離を表す距
離信号を求め、距離信号を用いて受光信号の距離依存性
を除去することができるため、検出対象の反射率のみに
基づく受光信号を得ることができ、検出対象までの距離
を厳格に規定する必要がなく、検出対象の反射面の変形
等によっても誤動作を生じることがない。
According to the first aspect of the present invention, a distance signal representing the distance to the detection target is obtained based on the light receiving signal of the light receiving element, and the distance dependency of the light receiving signal is removed using the distance signal. Therefore, it is possible to obtain a light receiving signal based only on the reflectance of the detection target, and it is not necessary to strictly define the distance to the detection target, and a malfunction may occur due to deformation of the reflection surface of the detection target or the like. Absent.

【0032】請求項2に記載した発明によれば、受光素
子から出力された受光信号に基づく距離信号の二乗値を
受光信号に乗算し、受光信号の定数倍をそれに加算する
ことにより、任意の位置にある検出対象からの受光信号
を光電センサから一定の距離に位置する検出対象から反
射された光の受光信号レベルに補正することができる。
According to the second aspect of the present invention, an arbitrary value is obtained by multiplying the square of the distance signal based on the light receiving signal output from the light receiving element by the light receiving signal and adding a constant multiple of the light receiving signal thereto. The light reception signal from the detection target at the position can be corrected to the light reception signal level of the light reflected from the detection target located at a fixed distance from the photoelectric sensor.

【0033】請求項3に記載した発明によれば、受光素
子から出力された受光信号に基づく距離信号が一定にな
るように投光素子の投光量をフィードバック制御するこ
とができ、光電センサから検出対象までの距離が変化し
た場合にも、この変化に応じた投光量の光を検出対象に
照射することにより、検出対象までの距離によらない受
光信号を得ることができる。
According to the third aspect of the present invention, it is possible to feedback-control the amount of light emitted from the light emitting element so that the distance signal based on the light receiving signal output from the light receiving element becomes constant, and the detection from the photoelectric sensor is performed. Even when the distance to the target has changed, a light receiving signal independent of the distance to the detection target can be obtained by irradiating the detection target with light having a projected light amount corresponding to the change.

【0034】請求項4に記載した発明によれば、受光素
子として半導体位置検出素子を用いることにより、検出
精度を高くすることができる。
According to the invention described in claim 4, the detection accuracy can be improved by using the semiconductor position detecting element as the light receiving element.

【0035】請求項5に記載した発明によれば、受光素
子として比較的安価なフォトダイオードを用いることが
でき、この発明の光電センサを安価に構成できる利点が
ある。
According to the fifth aspect of the present invention, a relatively inexpensive photodiode can be used as the light receiving element, and there is an advantage that the photoelectric sensor of the present invention can be configured at low cost.

【0036】請求項6および請求項7に記載した発明に
よれば、受光信号の距離依存性を除去するための補正を
ディジタル回路によって実行することができる。
According to the sixth and seventh aspects of the invention, the correction for removing the distance dependency of the received light signal can be executed by the digital circuit.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明の実施例である光電センサの構成を示
す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a photoelectric sensor according to an embodiment of the present invention.

【図2】請求項2に記載した発明に係る光電センサの要
部の構成を示す回路図である。
FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of the photoelectric sensor according to the second embodiment.

【図3】この発明の実施例に係る光電センサの受光信号
レベルと検出対象までの距離との関係を示す図である。
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a light receiving signal level of a photoelectric sensor and a distance to a detection target according to the embodiment of the present invention.

【図4】請求項3に記載した発明の実施例に係る光電セ
ンサの要部の構成を示す回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of a photoelectric sensor according to an embodiment of the invention described in claim 3;

【図5】請求項4に記載した発明の実施例に係る受光信
号レベルの補正方法が適用される光電センサの構成を示
すブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a photoelectric sensor to which a method of correcting a light receiving signal level according to an embodiment of the invention described in claim 4 is applied.

【図6】同光電センサの制御部における処理手順を示す
フローチャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure in a control unit of the photoelectric sensor.

【図7】請求項5に記載した発明の受光信号レベルの補
正方法が適用される光電センサの制御部の構成を示すブ
ロック図である。
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a control unit of a photoelectric sensor to which a method of correcting a light receiving signal level according to the invention described in claim 5 is applied.

【図8】同制御部の処理手順を示すフローチャートであ
る。
FIG. 8 is a flowchart showing a processing procedure of the control unit.

【図9】この発明の別の実施例に係る光電センサの要部
の構成を示す回路図である。
FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a main part of a photoelectric sensor according to another embodiment of the present invention.

【図10】従来の光電センサにおける受光信号レベルと
検出対象までの距離との関係を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a relationship between a light receiving signal level and a distance to a detection target in a conventional photoelectric sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1−光電センサ 2−投光素子 4−レンズ 5−受光素子 1-photoelectric sensor 2-light emitting element 4-lens 5-light receiving element

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G01C 3/00 - 3/32 G01B 11/00 - 11/30 102 G01V 8/10 Continuation of front page (58) Fields investigated (Int.Cl. 6 , DB name) G01C 3/00-3/32 G01B 11/00-11/30 102 G01V 8/10

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】検出対象に対して光を照射する投光素子
と、投光素子から照射された光の検出対象における反射
光を受光レンズを介して受光して受光レベルに応じた信
号を出力する受光素子と、受光素子から出力された受光
信号を検出対象の検出信号に変換する信号変換手段と、
を備えた光電センサにおいて、 前記受光素子が、検出対象からの反射光の入射角に応じ
た受光信号を出力する光電素子であって、受光素子から
出力された受光信号を距離信号に変換する距離信号変換
手段と、距離信号変換手段の出力を二乗する演算手段
と、演算手段の演算結果に基づいて受光信号の距離依存
性を除去する距離依存性除去手段と、を設けたことを特
徴とする光電センサ。
A light projecting element for irradiating light to the object to be detected, and a reflected light of the light emitted from the light projecting element on the object to be detected is received via a light receiving lens to output a signal corresponding to a light receiving level. A light receiving element, and signal conversion means for converting a light receiving signal output from the light receiving element into a detection signal to be detected,
Wherein the light receiving element is a photoelectric element that outputs a light receiving signal in accordance with an incident angle of reflected light from a detection target, and converts the light receiving signal output from the light receiving element into a distance signal. Signal converting means, calculating means for squaring the output of the distance signal converting means, and distance dependency removing means for removing the distance dependency of the received light signal based on the calculation result of the calculating means. Photoelectric sensor.
【請求項2】前記距離依存性除去手段が、前記演算手段
の出力を受光信号に乗算する乗算手段およびその乗算結
果に受光信号の定数倍を加算する加算手段である請求項
1に記載の光電センサ。
2. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein said distance dependency removing means is a multiplying means for multiplying a light receiving signal by an output of said calculating means, and an adding means for adding a constant multiple of the light receiving signal to a result of the multiplication. Sensor.
【請求項3】前記距離依存性除去手段が、前記演算手段
の出力が所定距離に対応する距離信号の二乗値からある
定数を減じた値に一致するように投光素子の投光量を調
整する投光量調整手段である請求項1に記載の光電セン
サ。
3. The distance dependency removing means adjusts the light projecting amount of the light emitting element such that the output of the calculating means coincides with a value obtained by subtracting a certain constant from a square value of a distance signal corresponding to a predetermined distance. The photoelectric sensor according to claim 1, wherein the photoelectric sensor is a projection light amount adjusting unit.
【請求項4】前記受光素子が半導体位置検出素子である
請求項1、2または3に記載の光電センサ。
4. The photoelectric sensor according to claim 1, wherein said light receiving element is a semiconductor position detecting element.
【請求項5】前記受光素子が、少なくとも2個のフォト
ダイオードによって構成された請求項1、2または3に
記載の光電センサ。
5. The photoelectric sensor according to claim 1, wherein said light receiving element comprises at least two photodiodes.
【請求項6】投光素子から照射した光の検出対象におけ
る反射光の入射角に応じて受光素子から出力される受光
信号に基づいて受光レンズから検出対象までの距離を測
定し、この測定結果を二乗演算して受光素子の受光信号
に乗算した後に、前記受光信号の定数倍を加算すること
を特徴とする光電センサの受光信号レベルの補正方法。
6. A distance from a light receiving lens to a detection target is measured based on a light receiving signal output from the light receiving element in accordance with an incident angle of reflected light on a detection target of light emitted from the light projecting element. And multiplying the received light signal of the light receiving element by a square operation, and then adding a constant multiple of the received light signal to correct the light receiving signal level of the photoelectric sensor.
【請求項7】投光素子から照射した光の検出対象におけ
る反射光の入射角に応じて受光素子から出力される受光
信号に基づいて受光レンズから検出対象までの距離を測
定し、この測定結果を二乗演算した後に一定値と比較
し、この比較において両者が一致するように投光素子の
投光量を調整することを特徴とする光電センサの受光信
号レベルの補正方法。
7. A distance from a light receiving lens to a detection target is measured based on a light receiving signal output from the light receiving element according to an incident angle of reflected light on a detection target of light emitted from the light projecting element, and the measurement result is obtained. , And comparing with a constant value, and adjusting the amount of light emitted from the light emitting element so that the two values match in this comparison.
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