JP2003530558A - 可変検出閾値および雑音抑制を有する多機能光センサ - Google Patents

可変検出閾値および雑音抑制を有する多機能光センサ

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Abstract

(57)【要約】 センサのフィールドの内部における物体の位置を光学的に検出するセンサには、センサのフィールドの内部にある第１、第２および第３感知ゾーンから、それぞれ光子を受信するように構成された、第１、第２および第３光検出器が含まれる。第１、第２および第３感知ゾーンは、互いに隣接し、センサには、第１、第２および第３光検出器から、それぞれ第１、第２および第３信号を受信する処理回路が含まれる。第１、第２および第３信号の１つは、センサのフィールドの内部にある物体によって反射された光子を示し、処理回路は、センサのフィールドの内部における物体の位置を決定するために、第１、第２および第３信号の１つを、第１、第２および第３信号の他の１つ、および所定の閾値と比較する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、一般にセンサに関し、より具体的には、センサのフィールドの内部
における物体の位置を光学的に検出する少なくとも１つの光検出器を有するセン
サに関する。
【０００２】 従来の光センサまたは光電センサには、通常、発光ダイオード（ＬＥＤ）など
、光子源と、ＬＥＤによって放出された光子をコリメートし、光子を感知フィー
ルドに向けるコリメーティング・レンズと、センサのフィールドの内部にある物
体によって反射された光子を検出する光検出器と、反射された光子（すなわち収
束ビーム）を光検出器のアパーチャに向ける収束レンズとが含まれる。一般に、
これらの従来の収束ビーム型光電センサは、光検出器が、センサの近焦点位置か
ら受信する光子に応答して、光検出器によって生成される絶対信号レベルに基づ
く感知出力を提供する。さらに、これらの従来の光電センサは、物体が、センサ
のフィールドの内部に配置されているかを判定するために、通常、絶対信号レベ
ルを所定の閾値と比較する。その結果、これらのセンサの感知能力は、目標の表
面条件（色、粗さ、形状など）、背景放射または雑音、および／または関心のな
いが感知フィールドの領域の内部に配置された物体が生じたスプリアス反射によ
って、著しく影響を受ける。
【０００３】 本発明は、これらの問題の１つまたは複数に取り組む。
【０００４】 発明の概要 本発明の以下の概要は、本発明に固有の刷新的な特徴のいくつかを理解するこ
とを容易にするために提供し、完全な記述を意図していない。本発明の様々な態
様の完全な理解は、全明細書、請求項、図面、および要約書を全体として考慮す
ることによって獲得することができる。
【０００５】 本発明の一態様によれば、フィールドの内部における物体の位置を光学的に検
出するセンサには、フィールドの内部の第１、第２および第３感知ゾーンからそ
れぞれ光子を受信するように構成された第１、第２および第３光検出器が含まれ
る。センサには、第１、第２および第３光検出器からそれぞれ第１、第２および
第３信号を受信する処理回路が含まれる。第１、第２および第３信号の１つは、
フィールドの内部の物体から反射された光子を示し、処理回路は、第１、第２お
よび第３信号の１つを、第１、第２、第３信号の他の１つと比較して、フィール
ドの内部における物体の位置を決定する。
【０００６】 本発明の他の態様によれば、フィールドの内部における物体の位置を光学的に
検出するセンサには、光子放射源と、第１レンズと、第１、第２および第３光検
出器と、第２レンズと、処理回路とが含まれる。第１レンズは、光子放射源から
放出された光子をコリメートして、フィールドの中へ向けられるコリメート放射
ビームを形成する。第１、第２および第３光検出器は、それぞれ、フィールドの
内部の第１、第２および第３感知ゾーンから光子を受信するように配列される。
第１、第２および第３感知ゾーンは、互いに隣接する。第２レンズは、第１、第
２および第３感知ゾーンの内部の物体から反射された光子を、それぞれ第１、第
２および第３光検出器に向ける。処理回路は、それぞれ第１、第２および第３光
検出器から第１、第２および第３信号を受信し、第１、第２および第３信号の１
つは、フィールドの内部の物体から反射された光子を示す。処理回路は、フィー
ルドの内部における物体の位置を決定するために、第１、第２および第３信号の
１つを、第１、第２および第３信号の他の１つと比較する。
【０００７】 本発明の他の態様によれば、物体の位置を光学的に検出する方法には、光子を
フィールドの中へ放出するステップと、フィールドの第１、第２および第３感知
ゾーンの内部の物体によって反射された光子を受信するステップと、光子を、第
１、第２および第３ゾーンに対応する第１、第２および第３信号に変換するステ
ップと、フィールド内における物体の位置を決定するために、第１、第２および
第３信号を処理するステップとが含まれる。
【０００８】 本発明の新規な特徴は、本発明の以下の詳細な記述を考察する際に、当業者に
は明らかになるであろう、また、本発明を実施することによって、習得すること
ができる。しかし、本発明の詳細な記述と提示した特有の例は、本発明のある種
の実施形態を示しているが、本発明の精神および範囲内での様々な変更および修
正が、本発明の詳細な記述と以下の請求項とから、当業者には明らかになるので
、単に例示の目的で提供されていることを理解されたい。
【０００９】 添付の図は、本明細書に組み込まれ、かつその一部を形成しており、本発明を
さらに例示し、かつ、本発明の詳細な記述と共に、本発明の原理を説明するのに
役立つ。
【００１０】 好ましい実施形態の詳細な記述 本明細書に記述したセンサは、センサのフィールドの内部にある物体によって
反射された光子を光学的に検出し、センサのフィールドの内部にある複数の所定
の感知ゾーンに関して、物体の位置を決定することができる。より具体的には、
本明細書に記述したセンサは、３つのそれぞれの感知ゾーンから光子を受信する
ように構成される３つの光検出器を有する。これらの光検出器のそれぞれは、そ
れぞれの感知ゾーンから受信した光子の量を示す信号を作成する。センサの内部
の処理回路は、物体が、感知ゾーンの特定の１つの内部にあるかを判定するため
に、光検出器の信号を処理し、処理回路は、この判定の結果を示す出力信号をさ
らに提供することができる。
【００１１】 一般に、処理回路は、センサ出力の誤った読取りをほぼ最小限に抑える、また
は排除するために、感知ゾーンの内部の雑音および／またはスプリアス反射の影
響と、目標物体の変動する表面条件とをほぼ最小限に抑える、または完全に排除
することができるように、光検出器の信号を互いに比較し、かつユーザが調節可
能な閾値と比較する。さらに、本明細書に記述したセンサは、様々なユーザ選択
可能感知モードを達成するように、いくつかの異なる方式で、光検出器の信号を
処理することができ、これにより、センサを応用する適応性が著しく増大する。
【００１２】 図１は、センサ１０のフィールド１２の内部における物体の位置を光学的に検
出するセンサ１０の概略図である。センサ１０には、センサ１０のフィールド１
２に向けて光子放射を放出するエミッタ１４と、コリメーティング・レンズ１６
と、収束レンズ１８と、第１、第２および第３光検出器２０〜２４と、処理回路
２６とが含まれる。エミッタ１４は、可視スペクトルおよび／または赤外スペク
トル内の波長を有する光子放射を放出するＬＥＤまたはレーザ・ダイオードであ
ることが好ましい。一般に既知であるように、エミッタ１４は、一定の電流源ま
たは電圧源によって給電することができ、または、代替として、センサ１０の特
定の応用に適合するように、任意の望ましい周波数とデューティ・サイクルを有
する電流パルスまたは電圧パルスによって給電することもできる。
【００１３】 コリメーティング・レンズ１６は、エミッタ１４によって放出された発散光子
が、ほぼフィールド１２へ向けられるコリメート光子ビーム２７内へコリメート
されるように、エミッタ１４とフィールド１２の間に挿入される。図１に示した
ように、フィールド１２の部分は、近距離感知ゾーン２８と、中距離感知ゾーン
３０と、遠距離感知ゾーン３２とに再分割される。３つの感知ゾーン２８〜３２
は、互いに隣接、または互いに連続しており、センサ１０から遠ざかるように延
びる軸３４に沿って配列される。
【００１４】 光子を反射することができる表面を有し、かつ近距離感知ゾーン２８の内部に
配置される物体は、コリメート光子ビーム２７からの光子を、収束レンズ１８を
通して、第１光検出器２０へ向けて反射する。同様に、物体が、中距離感知ゾー
ン３０内に配置されるときは、光子は、反射されて収束レンズ１８を通過し、第
２光検出器２２に向かい、物体が遠距離感知ゾーン３２の内部にあるときは、光
子は反射されて、収束レンズ１８を通過して第３光検出器２４に向かう。
【００１５】 第１、第２および第３光検出器２０〜２４は、軸３６に沿って構成される、従
来のフォトトランジスタまたはフォトダイオードとすることができる。第１、第
２および第３光検出器２０〜２４は、必要に応じて、プリント回路板上に構成さ
れる別々の装置とすることができ、または、代替として、集積回路チップ、ハイ
ブリッド回路など、単一基板上に一緒に統合することもできる。あらゆる場合に
、第１、第２および第３光検出器２０〜２４は、第１、第２および第３光検出器
２０〜２４のそれぞれが、感知ゾーン２８〜３２の対応する１つから光子を受信
するように構成される。さらに、第１、第２および第３光検出器２０〜２４は、
第１、第２および第３光検出器２０〜２４のそれぞれによって受信された反射光
子の量を示すそれぞれの信号３８（すなわちＳ1、Ｓ2、およびＳ3）を提供する
。例えば、第１、第２および第３光検出器２０〜２４が、フォトダイオードであ
る場合、信号３８は、低レベル電流信号とすることができる。第１、第２および
第３光検出器２０〜２４が、フォトトランジスタである場合、信号３８は、第１
、第２および第３光検出器２０〜２４のコレクタにおいて生成される低レベル電
圧信号とすることができる。
【００１６】 処理回路２６には、インタフェース回路４０と、プロセッサ４２と、メモリ４
４とが含まれる。インタフェース回路４０は、信号３８が、プロセッサ４２に適
合できるように、従来の信号条件付け機能を実施する。例えば、インタフェース
回路４０は、信号３８が、デジタル・ビットストリームまたはデジタル・ワード
として、プロセッサ４２と通信することができるように、光検出器の信号３８を
レベル・シフトして、レベル・シフトした信号のアナログ・デジタル変換を実施
することができる。プロセッサ４２は、メモリ４４内に実行可能プログラムとし
て記憶された方法（以下でより詳細に記述する）に従って、フォトトランジスタ
信号３８を処理する任意の従来のマイクロプロセッサまたはマイクロコントロー
ラとすることができる。
【００１７】 処理回路２６は、例えば、フィールド１２の内部における物体の位置と、信号
３８を処理するためにプロセッサ４２によって使用される処理方法とに基づいて
、デジタル信号（すなわちＯＮまたはＯＦＦのいずれか）とすることができる出
力信号４６を提供する。さらに、処理回路２６は、トリムポット４８から入力を
受信することができる。このトリムポットは、出力信号４６の適切な状態を決定
するために、プロセッサ４２によって使用される所定の閾値を、ユーザが変更す
ることを可能にする。さらに、処理回路２６は、モード選択スイッチ５０から、
モード選択入力を受信することができる。このモード選択スイッチは、ユーザが
、信号３８を処理するために、複数の記憶されたプログラムから１つを選択する
ことを可能にする。
【００１８】 図２Ａ〜２Ｃは、感知ゾーン２８〜３２の内部における物体の位置に応じた、
それぞれ第１、第２および第３の光検出器２０〜２４の例示的な応答特性７０〜
７４を示す図である。図２Ａに示したように、物体が、近距離フィールド感知ゾ
ーン２８の内部（すなわち、軸３４上の点Ｚ0とＺ1の間）にあるとき、第１の光
検出器２０によって提供された信号Ｓ1は、かなりの大きさを有し、一方、第２
の光検出器２２と第３の光検出器２４とによって提供された信号Ｓ2とＳ3は、著
しくより小さい大きさか、またはゼロの大きさを有する。同様に、図２Ｂに示し
たように、物体が、中距離感知ゾーン３０の内部（すなわち、軸３４上の点Ｚ1
とＺ2の間）にあるとき、第２の光検出器２２によって提供された信号Ｓ2は、か
なりの大きさを有し、一方、第１の光検出器２０と第３の光検出器２４とによっ
て提供された信号Ｓ1とＳ3は、著しくより小さい大きさか、またはゼロの大きさ
を有する。最後に、図２Ｃに示したように、物体が、遠距離感知ゾーン３２の内
部（すなわち、軸３４上の点Ｚ2とＺ3の間）にあるとき、第３の光検出器２４に
よって提供された信号Ｓ3は、かなりの大きさを有し、一方、信号Ｓ1とＳ2は、
著しくより小さい大きさか、またはゼロの大きさを有する。
【００１９】 したがって、上述しかつ図２Ａ〜２Ｃに示したように、第１、第２および第３
の光検出器２０〜２４それぞれの応答特性７０〜７４は、１組の互いに排他的な
（すなわち、重複しない）光検出器の信号を提供し、したがって、第１、第２お
よび第３光検出器２０〜２４は、物体が、関連する感知ゾーンの内部に配置され
たときは、かなりの出力を有し、物体が、光検出器に関連しない他の感知ゾーン
の内部に配置されたときは、著しくより小さい大きさか、またはゼロの大きさを
有する。具体的には、図２Ａ〜２Ｃに示したように、応答特性７０〜７４は、物
体が、感知ゾーン２８〜３２の境界に近付く際に、信号の大きさがほぼゼロまで
減少するようなものである。その結果、信号３８（すなわちＳ1、Ｓ2、およびＳ3 ）の応答特性間の分離領域７６および７８が形成される。これらの分離領域７
６および７８では、第１、第２および第３の光検出器２０〜２４のそれぞれの出
力は、実質的に低いかまたはゼロの大きさを有していた。その結果、信号３８は
重複せず、これにより、処理回路２６は、特に、物体が感知ゾーン２８〜３２の
１つの境界（Ｚ1、Ｚ2など）に近接しているとき、感知ゾーン２８〜３２を確実
に区別することが可能になる。しかし、多くの実用的な応用では、第１、第２お
よび第３の光検出器２０〜２４によって受信された光子は、通常、コリメート光
子ビーム２７を拡散する傾向がある表面特性を有する物体によって反射されるの
で、応答特性７０〜７４は、分離領域７６および７８の内部において、実質的に
ゼロの大きさを示さない可能性がある。事実、そのような実際の応用では、応答
特性７０〜７４は、ベル形状あることがあり、したがって、特性７０〜７４の重
要な重複が、分離領域７６および７８の内部と感知ゾーン２８〜３２に渡って生
じる。
【００２０】 光検出器の信号３８の上述した相互排除または分離は、第１、第２および第３
の光検出器２０〜２４のそれぞれの上に、適切なアパーチャを提供することによ
って、達成することができる。そのようなアパーチャは、光検出器が光子を受信
しかつ検出することができる物理領域を画定するために一般に使用される。本質
的には、これらのアパーチャは、望ましい感知ゾーンの外部の領域と矛盾のない
軌跡を有する光子の検出を阻止するスクリーンまたはマスクとして機能する。代
替としてまたは追加として、信号３８の間の分離領域は、光検出器の信号が、あ
る所定の大きさより小さくなるとき（ゼロより実質的に大きい可能性がある）、
コンパレータの出力が、状態を変化させて、例えば実質的にゼロ・ボルトになる
ように、例えば信号３８をさらに信号条件付けするコンパレータ回路を使用する
ことによって、電子的に達成することができる。
【００２１】 一方、ある応用では、信号３８の間にある量の応答重複を提供することが望ま
しい可能性がある。例えば、目標物体が、比較的小さく、かつ／または物体が、
感知ゾーンの境界付近にある可能性が高い応用では、そのような応答重複を提供
することが有利であることがある。あらゆる事象において、当業者なら、応答特
性間の重複または分離の量は、特定の応用に適合するように、変更することがで
きることを認識するであろう。
【００２２】 処理回路２６は、モード選択スイッチ５０を介してユーザによって選択可能で
あるいくつかの方式の１つで信号３８を処理するように、プログラムすることが
できる。プロセッサ４２は、モード選択スイッチ５０が設定された位置を決定す
ることができ、必要時に、メモリ４４に記憶された１つまたは複数のソフトウェ
ア・ルーチンを取り出して、実行することができる。
【００２３】 単に例示として、図３は、収束走査動作モードを達成するように、信号３８を
処理することができる、１つの方法１００を示すフロー図である。一般に、図３
に示した方法１００は、出力信号４６をＯＦＦ状態（論理ロー状態など）からＯ
Ｎ状態（論理ハイ状態など）に変化させることによって、中距離感知ゾーン３０
の内部に配置された物体の存在を示す。また、一般に、方法１００は、第２光検
出器２２によって提供され、かつ中距離感知ゾーン３０から放出される光子の量
を示す信号Ｓ2を、第１および第３光検出器２０および２４からそれぞれ提供さ
れ、かつそれぞれ近距離フィールド感知ゾーン２８と遠距離フィールド感知ゾー
ン３０から放出する光子の量を表す信号Ｓ1およびＳ3と比較する。また、方法１
００は、信号Ｓ2を所定の閾値Ｓ0（トリムポート４８を介して、ユーザ調節可能
である）とも比較する。方法１００は、絶対的な大きさとは対照的に、信号３８
の相対的な大きさに基づいて、物体の存在または不在を検出するので、方法１０
０は、背景雑音（すなわち電子回路雑音、背景放射など）、スプリアス反射光子
（例えば、感知フィールド１２の一部を通って移動するが、当該でない物体によ
って反射された光子）、および当該の感知ゾーン（例えば、中距離感知ゾーン３
０など）の内部の物体によって反射された光子をより確実に区別する。
【００２４】 より具体的には、ブロック１０２において、第２光検出器２２の信号Ｓ2を第
１光検出器２０の信号Ｓ1と比較して、Ｓ2の大きさが、Ｓ1の大きさより小さい
場合、方法１００は、ブロック１０４に入り、センサ出力４６をオフにする。信
号Ｓ2の大きさが、信号Ｓ1の大きさより大きい場合、方法１００は、ブロック１
０６に入り、信号Ｓ2を信号Ｓ3と比較する。信号Ｓ2の大きさが、信号Ｓ3の大き
さより小さい場合、方法１００は、ブロック１０４に入り、センサ出力４６をオ
フにする。信号Ｓ2の大きさが、信号Ｓ3の大きさより大きい場合、方法は、ブロ
ック１０８に入る。ブロック１０８において、方法１００は、信号Ｓ2を所定の
閾値Ｓ0と比較して、信号Ｓ2の大きさが、所定の閾値Ｓ0より小さい場合、方法
１００は、ブロック１０４に入り、センサ出力４６をオフにする。信号Ｓ2の大
きさが、所定の閾値Ｓ0より大きい場合、方法１００は、ブロック１１０に入り
、センサ出力４６をオンにする。
【００２５】 図４は、近距離フィールド背景抑制動作モードを達成するために、信号３８を
処理する他の方法１２０を示すフロー図である。一般に、図４に示した方法１２
０は、出力信号４６をオフ状態からオン状態に変化させることによって、近距離
感知ゾーン２８の内部に配置された物体の存在を示す。より具体的には、ブロッ
ク１２２において、方法１２０は、信号Ｓ1を信号Ｓ2と比較して、信号Ｓ1の大
きさが、信号Ｓ2の大きさより小さい場合、方法１２０は、ブロック１２４に入
る。ブロック１２４において、方法１２０は、信号Ｓ2の大きさを所定の閾値Ｓ0 と比較して、信号Ｓ2の大きさが、所定の閾値Ｓ0より大きい場合、方法１２０は
、ブロック１２６に入り、センサ出力４６をオフにする。ブロック１２２におい
て、信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ2の大きさより大きい場合、方法１２０は、ブロ
ック１２８に入る。ブロック１２８において、方法１２０は、信号Ｓ1を所定の
閾値Ｓ0と比較して、信号Ｓ1の大きさが、所定の閾値Ｓ0より大きい場合、方法
１２０は、ブロック１３０に入り、センサ出力４６をオンにする。
【００２６】 一方、（ｉ）信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ2の大きさより大きくなく、かつ信号
Ｓ2の大きさが、所定の閾値Ｓ0より大きくない場合、または（ｉｉ）信号Ｓ1の
大きさが、信号Ｓ2より大きいが、信号Ｓ1の大きさが、所定の閾値Ｓ0より大き
くない場合、センサ出力４６に関してなんらの行動も取られない。
【００２７】 図５は、遠距離フィールド背景抑制動作モードを達成する信号３８を処理する
他の方法１４０を示すフロー図である。一般に、図５に示した方法１４０は、出
力信号４６を、オフ状態からオン状態に変化させることによって、近距離感知ゾ
ーン２８と中距離フィールド感知ゾーン３０のどちらかの内部に配置された物体
の存在を示す。より具体的には、ブロック１４２において、方法１４０は、信号
Ｓ1を信号Ｓ3と比較し、信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ3の大きさより小さい場合、
方法１４０は、ブロック１４４に入る。ブロック１４４において、方法１４０は
、信号Ｓ2を信号Ｓ3と比較して、信号Ｓ2の大きさが、信号Ｓ3の大きさより小さ
い場合、方法１４０は、ブロック１４６に入る。ブロック１４６において、方法
１４０は、信号Ｓ3を所定の閾値Ｓ0と比較して、信号Ｓ3の大きさが、信号Ｓ0の
大きさより大きい場合、方法１４０は、ブロック１４８に入り、センサ出力４６
をオフにする。ブロック１４４において、信号Ｓ2の大きさが、信号Ｓ3の大きさ
より大きい場合、方法１４０は、ブロック１５０に入る。ブロック１５０におい
て、方法１４０は、信号Ｓ2を所定の閾値Ｓ0と比較して、信号Ｓ2の大きさが、
所定の閾値Ｓ0より大きい場合、方法１４０は、ブロック１５２に入り、センサ
出力４６をオンにする。ブロック１４２において、信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ3 の大きさより大きい場合、方法１４０は、ブロック１５４に入る。ブロック１５
４において、方法１４０は、信号Ｓ1を所定の閾値Ｓ0と比較し、信号Ｓ1の大き
さが、所定の閾値Ｓ0より大きい場合、方法１４０は、ブロック１５２に入り、
センサ出力４６をオンにする。
【００２８】 一方、（ｉ）信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ3の大きさより大きくなく、信号Ｓ2
の大きさが、信号Ｓ3より大きくなく、かつ信号Ｓ3が、所定の閾値Ｓ0より大き
くない場合、または（ｉｉ）信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ3より大きくなく、信号
Ｓ2の大きさが、信号Ｓ3より大きいが、信号Ｓ2が、所定の閾値Ｓ0より大きくな
い場合、または（ｉｉｉ）信号Ｓ1の大きさが、信号Ｓ3より大きいが、信号Ｓ1
の大きさが、所定の閾値Ｓ0より大きくない場合、センサ出力４６に関して、な
んらの行動も取られない。
【００２９】 上記の記述からわかるように、本明細書に記述したセンサは、センサのフィー
ルドの内部における少なくとも１つであるが、３つであることが好ましい、それ
ぞれの感知ゾーンから、光子を受信する、少なくとも１つであるが、３つである
ことが好ましい、光検出器を使用することが有利である。具体的には、本明細書
に記述したセンサにより、ユーザは、光検出器の信号を処理するために、複数の
使用可能な方法から１つを選択することが可能になり、それにより、高度の応用
適応性が提供される。一般に、これらの処理方法は、光検出器の信号とユーザ調
整可能閾値とを使用して、相対比較を実施し、雑音と、他の偽信号と、当該の感
知ゾーンの内部の物体に関連する信号とを区別し、それにより、当該の１つまた
は複数の感知ゾーンの内部における物体の位置をより確実に決定する。さらに、
処理方法は、信号間の相対比較に基づくので、本明細書に記述したセンサは、当
該の１つまたは複数の感知ゾーンの内部において検出される物体の表面状態の変
動に、比較的鋭敏でない。
【００３０】 一般に、上述した処理回路２６は、メモリ４４など、コンピュータ読取り可能
メモリから取り出したいくつかのソフトウェア・コード・セグメントまたはモジ
ュールを実行するために、プロセッサ４６として汎用プロセッサを使用して、効
率的に実施される。しかし、例えば特定用途向け集積回路（すなわちＡＳＩＣ）
を使用するハードウェアまたはソフトウェアの他の組合わせ、または他のタイプ
のハードウェアあるいはファームウェアあるいはソフトウェアを単独で使用して
、本発明の範囲から逸脱せずに、同じ機能を達成することができる。
【００３１】 本明細書に示した実施形態および例は、本発明とその実用的な応用例とを最適
に説明し、それにより、当業者が、本発明を実施および使用することを可能にす
るために、提示される。例えば、センサを使用する３つのモードを上述した。し
かし、センサを使用する他のモードが、当業者には明らかなはずである。しかし
、当業者なら、以上の記述と例は、例証と例示のみのために提示されたことを認
識するであろう。本発明の他の変更および修正が、当業者には明らかになるであ
ろう。そのような変更と修正を網羅することが、添付の請求項の意図である。示
した記述は、本発明の範囲を網羅または限定することを意図していない。多くの
修正と変更が、以下の請求項の精神と範囲とを逸脱せずに、上記の教示を考慮す
ると可能である。本発明の使用は、様々な特性を有する構成要素を含むことがで
きることが予期される。本発明の範囲は、すべての点で等化物に対する認識を与
える、添付の特許請求の範囲によって確定されることを意図する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 センサのフィールドの内部における物体の位置を光学的に検出するセンサの概
略図である。
【図２】 図２Ａは、図１に示した光検出器の例示的な応答特性を示すグラフである。 図２Ｂは、図１に示した光検出器の例示的な応答特性を示すグラフである。 図２Ｃは、図１に示した光検出器の例示的な応答特性を示すグラフである。
【図３】 図１のセンサを使用して、収束走査動作モードを達成する１つの方法を示す例
示的なフロー図である。
【図４】 図１のセンサを使用して、近距離フィールド背景抑制動作モードを達成する方
法を示す他の例示的なフロー図である。
【図５】 図１のセンサを使用して、遠距離フィールド背景抑制動作モードを達成する方
法を示す他の例示的なフロー図である。

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 フィールドの内部の第１、第２および第３の感知ゾーンから
    それぞれ光子を受信するように配列された第１、第２および第３の検出器と、 各第１、第２および第３の検出器から、第１、第２および第３の信号を受信し
    、該第１、第２および第３の信号の１つがフィールド内の物体から反射された光
    子を示し、フィールドの内部における物体の位置を決定するために第１、第２お
    よび第３の信号の１つを、第１、第２および第３の信号の他の１つと比較する処
    理回路と、 を備えるフィールドの内部における物体の位置を光学的に検出するセンサ。
  2. 【請求項２】 フィールドの中へ光子を放出する光子放射源をさらに含む、
    請求項１に記載のセンサ。
  3. 【請求項３】 放出された光子をフィールドの中へ向けるためのレンズをさ
    らに含む、請求項２に記載のセンサ。
  4. 【請求項４】 前記光子放射源は発光ダイオードである、請求項２に記載の
    センサ。
  5. 【請求項５】 前記光子放射源はレーザ・ダイオードである、請求項２に記
    載のセンサ。
  6. 【請求項６】 前記第１、第２および第３の検出器はフォトダイオードであ
    る、請求項１に記載のセンサ。
  7. 【請求項７】 前記第１、第２および第３の検出器はフォトトランジスタで
    ある、請求項１に記載のセンサ。
  8. 【請求項８】 前記第１、第２および第３の検出器は第１の軸に沿って配列
    され、第１、第２および第３の感知ゾーンは第２の軸に沿って配置される、請求
    項１に記載のセンサ。
  9. 【請求項９】 前記第１および第２の軸は互いにほぼ垂直である、請求項８
    に記載のセンサ。
  10. 【請求項１０】 前記第１、第２および第３の感知ゾーンは互いに隣接する
    、請求項８に記載のセンサ。
  11. 【請求項１１】 前記第１、第２および第３の検出器は互いに隣接する、請
    求項８に記載のセンサ。
  12. 【請求項１２】 前記第１、第２および第３の感知ゾーンは互いに隣接する
    、請求項９に記載のセンサ。
  13. 【請求項１３】 前記第１、第２および第３の感知ゾーンは互いに隣接する
    、請求項１に記載のセンサ。
  14. 【請求項１４】 反射された光子を、第１、第２および第３の検出器の１つ
    に向けるためのレンズをさらに含む、請求項１に記載のセンサ。
  15. 【請求項１５】 フィールドの内部における物体の位置を光学的に検出する
    センサであって、 光子放射源と、 フィールドの内部に向けられるコリメートされた放射ビームを形成するために
    、光子放射源から放出された光子をコリメートする第１のレンズと、 第１、第２および第３の感知ゾーンは互いに隣接し、フィールド内の各第１、
    第２および第３の感知ゾーンから、光子を受信するように配列された第１、第２
    および第３の検出器と、 第１、第２および第３の感知ゾーン内の物体によって反射された光子をそれぞ
    れ第１、第２および第３の検出器に向ける第２レンズと、 第１、第２および第３検出器からそれぞれ第１、第２および第３の信号を受信
    し、該第１、第２および第３信号の１つはフィールド内の物体によって反射され
    た光子を示し、フィールド内における物体の位置を決定するために、第１、第２
    および第３の信号の１つを第１、第２および第３の信号の他の１つと比較する処
    理回路と、 を備えるセンサ。
  16. 【請求項１６】 前記光子放射源は発光ダイオードである、請求項１５に記
    載のセンサ。
  17. 【請求項１７】 前記光子放射源はレーザ・ダイオードである、請求項１５
    に記載のセンサ。
  18. 【請求項１８】 前記第１、第２および第３の光検出器はフォトダイオード
    である、請求項１５に記載のセンサ。
  19. 【請求項１９】 前記第１、第２および第３の検出器はフォトトランジスタ
    である、請求項１５に記載のセンサ。
  20. 【請求項２０】 前記第１、第２および第３の検出器は第１の軸に沿って配
    列され、第１、第２および第３の感知ゾーンは第２の軸に沿って配列される、請
    求項１５に記載のセンサ。
  21. 【請求項２１】 前記第１および第２の軸は互いにほぼ垂直である、請求項
    ２０に記載のセンサ。
  22. 【請求項２２】 光子をフィールドへ放出するステップと、 フィールドの第１、第２および第３の感知ゾーンの１つの内部にある物体によ
    って反射された光子を受信するステップと、 光子を、第１、第２および第３の感知ゾーンに対応する第１、第２および第３
    信号に変換するステップと、 フィールド内の物体の位置を決定するために、第１、第２および第３の信号を
    処理するステップと、 を含む物体の位置を光学的に検出する方法。
  23. 【請求項２３】 前記処理ステップは、第１、第２および第３の信号の１つ
    を、第１、第２および第３信号の他の１つと比較するステップを含む、請求項２
    ２に記載の方法。
  24. 【請求項２４】 前記比較ステップは、第２の信号を第１の信号および第３
    の信号と比較するステップと、比較に基づいて、物体が第２の感知ゾーン内に配
    置されているかを判定するステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
  25. 【請求項２５】 前記決定ステップは、第２の信号が、第１信号より大きい
    か否かを判定するステップと、第２の信号が第３信号より大きいかを決定するス
    テップとを含む、請求項２４に記載の方法。
  26. 【請求項２６】 前記物体が第２の感知ゾーン内に配置されているかを決定
    するステップは、第２の信号が、所定の閾値より大きいか否かを決定するステッ
    プを含む、請求項２５に記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記比較するステップは、第１の信号を第２の信号と比較
    するステップと、比較に基づいて、物体が第１の感知ゾーン内に配置されている
    か否かを決定するステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記物体が第１の感知ゾーン内に配置されているか否かを
    決定するステップは、第１の信号が、第２の信号より大きいか否かを決定するス
    テップを含む、請求項２７に記載の方法。
  29. 【請求項２９】 前記物体が第１の感知ゾーン内に配置されているか否かを
    決定するステップは、第１信号が所定の閾値より大きいか否かを決定するステッ
    プを含む、請求項２８に記載の方法。
  30. 【請求項３０】 前記物体が第１の感知ゾーン内に配置されているか否かを
    決定するステップは、第２の信号が所定の閾値より大きいか否かをするステップ
    を含む、請求項２８に記載の方法。
  31. 【請求項３１】 前記物体が第１の感知ゾーン内に配置されているか否かを
    決定するステップは、第１の信号が所定の閾値より大きいか否かを決定するステ
    ップを含む、請求項３０に記載の方法。
  32. 【請求項３２】 前記比較するステップは、第１の信号を第３の信号と比較
    するステップと、第２の信号を第３の信号と比較するステップと、比較に基づい
    て、物体が第１および第２の感知ゾーンの１つに配置されているか否かを決定す
    るステップとを含む、請求項２３に記載の方法。
  33. 【請求項３３】 前記物体が第１および第２感知ゾーンの１つに配置されて
    いるか否かを決定するステップは、第１の信号が第２信号より大きいか否かを決
    定するステップと、第２の信号が第３の信号より大きいか否かを決定するステッ
    プとを含む、請求項３２に記載の方法。
  34. 【請求項３４】 前記物体が第１および第２の感知ゾーンの１つの内部に配
    置されているか否かを決定するステップは、第１および第２の信号の１つが、所
    定の閾値より大きいか否かを決定するステップを含む、請求項３３に記載の方法
    。
  35. 【請求項３５】 前記物体が第１および第２の感知ゾーンの１つの内部に配
    置されているか否かを決定するステップは、第３の信号が所定の閾値より大きい
    か否かを決定するステップを含む、請求項３４に記載の方法。
  36. 【請求項３６】 前記第１、第２および第３の信号を処理するステップは、
    第１、第２および第３の信号の１つを所定の閾値と比較するステップを含む、請
    求項２２に記載の方法。
  37. 【請求項３７】 フィールド内の物体の位置を示す出力信号を生成するステ
    ップをさらに含む、請求項２２に記載の方法。
  38. 【請求項３８】 フィールド内の物体の位置を光学的に検出するセンサであ
    って、 フィールド内の少なくとも１つの感知ゾーンと、 少なくとも１つの感知ゾーンから信号を受信するように配列された少なくとも
    １つの検出器と、 少なくとも１つの検出器から信号を受信し、該信号の第１の信号がフィールド
    内の物体によって反射された光を示し、物体によって反射された光に基づいてフ
    ィールド内の物体の位置を決定するプロセッサと、 を備えるセンサ。
JP2001574507A 2000-04-10 2001-04-09 可変検出閾値および雑音抑制を有する多機能光センサ Withdrawn JP2003530558A (ja)

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