JP2006226851A - 位置検出型光電センサーとその基準距離設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系の調整機構による設定と受光素子から得られる信号の処理による変更調整とを併用することによって、基準距離の設定及び変更を容易かつ適切なものとする。
【解決手段】光を用いた三角測距によってワークまでの距離を測定すると共に基準距離との比較結果を出力する位置検出型光電センサーにおいて、まず、受光レンズ及び受光素子を含む受光部の角度を変更する受光部調整機構を用いて基準距離Ｄｒｅｆを大まかに設定する。この後、ティーチングによる基準距離の変更調整を行う。更に必要な場合はユーザーが増減キーを用いた手動調整によって基準距離の微調整を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、光を用いた三角測距によって対象物までの距離を検出する位置検出型光電センサーとその基準距離の可変方法に関する。

この種の光電センサーは、位置センサー又は変位センサーと呼称される場合もあり、光を用いた三角測距によって対象物（以下、ワークという）までの距離を測定する。図１に示すように、センサーヘッド１０１に発光素子１０２と受光素子１０３が所定の間隔で配設されている。発光素子１０２から投光された光が投光レンズ１０４を通ってワークＷＫに投光され、ワークＷＫで反射した光が受光レンズ１０５を通って受光素子１０３に入射する。受光素子１０３として、一定範囲の受光面を有し、入射光の受光面におけるスポット位置又は光量分布の重心位置を検出可能なＰＳＤ（位置検出半導体素子）やＣＣＤ（固体撮像素子）が使用される。

図１において、ワークＷＫの位置が破線で示すようにセンサーヘッド１０１に近づくと、受光素子１０３に入射する反射光が破線で示すように変化するので、受光素子１０３の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置が矢印で示すように移動する。ワークＷＫがセンサーヘッド１０１から遠ざかる方向に移動すれば受光素子１０３の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置は矢印と逆の方向に移動する。したがって、受光素子１０３の受光面における受光スポットの位置又は光量分布の重心位置を検出することによって、ワークＷＫまでの距離又はその変位を測定することができる。

このような光電センサーは通常、ワークまでの距離を測定して表示すると共に、測定結果と基準距離（しきい値）との比較結果を二値信号として表示し、外部へ出力する機能を有する。また、ワークまでの距離と基準距離との比較結果である２値信号を出力する機能に特化したものもあり、これを特に距離設定型光電スイッチと呼称することがある。このような距離設定型光電スイッチには、上記のようなＰＳＤやＣＣＤより安価な二分割ＰＤ（フォトダイオード）を受光素子として使用することができる。

図２に示すように、受光素子としての二分割ＰＤ１０３は受光面が２つに分割されており、各分割受光面から個別の受光量信号が得られる。一方の分割受光面をＮ側（Ｎｅａｒ側）受光面、他方の分割受光面をＦ側（Ｆａｒ側）受光面という。図２（ｂ）に示すように受光スポットＳＰがＮ側受光面とＦ側受光面との境界に位置するときに両方の分割受光面から同等の受光量信号が得られる。また、図２（ａ）に示すように受光スポットＳＰがＮ側受光面に偏ると、Ｎ側受光面から得られる受光量がＦ側受光面から得られる受光量より大きくなる（Ｎ＞Ｆ）。逆に図２（ｃ）に示すように受光スポットＳＰがＦ側受光面に偏ると、Ｆ側受光面から得られる受光量がＮ側受光面から得られる受光量より大きくなる（Ｎ＜Ｆ）。したがって、図２（ｂ）に示す状態を基準距離とすれば、Ｎ側受光面とＦ側受光面から得られる受光量の差が正であるか負であるかに基づいて、ワークＷＫまでの距離が基準距離より近いか遠いかを示す二値信号を出力することができる。

図１から分かるように、上記のような位置検出型光電センサーにおいて、測定可能な距離の範囲は受光素子の受光面の大きさと光学系の定数（発光素子１０２と受光素子１０３との間隔や受光レンズの倍率等）によって決まる。ワークの位置が測定可能な距離の範囲から外れると、反射光の受光スポットが受光素子の受光面から外れてしまい測定不可能となる。受光レンズの倍率を大きくすれば、小さな受光素子（受光面）で広い距離範囲をカバーすることができるが、分解能が低下することになる。このため、従来から近距離用の位置検出型光電センサーと遠距離用の位置検出型光電センサーが提供されている。

また、特に距離設定型光電スイッチの場合は、二値信号出力のための基準距離が発光素子と受光素子との位置関係や角度等で決まるために、ユーザーが基準距離を任意に変えることが困難である。例えば特許文献１には、センサーヘッド内に受光軸の角度等を変更調節する機構を設け、ユーザーが基準距離を変更することが可能な距離設定型光電スイッチが提案されている。
特開平６−１６８６５２号公報

しかし、特許文献１に記載された距離設定型光電スイッチでは、基準距離が光学系の調整機構のみによって設定されるために、最適な基準距離を設定することが難しく、特に作業者（ユーザー）間の設定ばらつきが大きい。また、ワークまでの距離を測定するタイプの位置検出型光電センサーでは、前述のように１台のセンサーで広い測定距離範囲をカバーすることが困難である。

本発明は、上記のような課題に鑑みて為されたものであり、光学系の調整機構による設定と受光素子から得られる信号の処理による変更調整とを併用することによって、ワークまでの距離と比較される基準距離の設定及び変更を容易かつ適切なものとすることを目的とする。

本発明による位置検出型光電センサーの構成（請求項１）は、対象物に向けて光を投光するための発光素子及び投光レンズと、対象物からの反射光を受光するための受光レンズ及び受光素子と、この受光素子からの信号を処理して受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を求めることにより対象物までの距離を算出する主制御部とを備えた位置検出型光電センサーであって、発光素子、投光レンズ、受光レンズ及び受光素子のうちの少なくとも１つの位置又は角度を調整することによって受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を変更する光学調整機構を備え、主制御部は、算出された対象物までの距離と基準距離との比較結果である二値信号を出力する機能を有すると共に、光学調整機構による調整が行われた状態で更に基準距離の変更調整をソフトウェアで行う機能を有することを特徴とする。
なお、位置検出型光電センサーの主制御部が算出する距離は、実際には距離に相当する値（ディジタル値）であればよく、したがって、ここでいう「距離」は「距離相当量」を意味する。

また、本発明による位置検出型光電センサーの基準距離設定方法（請求項４）は、対象物に向けて光を投光するための発光素子及び投光レンズと、対象物からの反射光を受光するための受光レンズ及び受光素子とを備え、光を用いた三角測距によって対象物までの距離を算出すると共に、算出された距離と基準距離との比較結果である二値信号を出力する位置検出型光電センサーにおける距離設定方法であって、発光素子、投光レンズ、受光レンズ及び受光素子のうちの少なくとも１つの位置又は角度を調整する光学調整機構によって受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を変更する第１ステップと、基準距離の変更調整をソフトウェアで行う第２ステップとを有することを特徴とする。

上記のような位置検出型光電センサーとその基準距離設定方法によれば、光学系の配置によって決まる基準距離を光学調整機構によって大まかに設定した後に、基準距離の変更調整（微調整）をソフトウェアで行うといった具合に複数段階に分けて基準距離の設定及び変更調整を行う。したがって、ユーザーは基準距離の設定及び変更を容易かつ適切に行うことができる。

好ましい構成（請求項３又は５）において、上記のソフトウェアによる基準距離の変更調整は、ティーチングによる自動変更調整及びユーザーの増減スイッチ操作による微調整のうち少なくともいずれか１つを含む。両方を含めば、基準距離の設定及び変更調整を更に細かく適切に行うことができる。

また、本発明による位置検出型光電センサーの好ましい構成（請求項２）では、受光素子として、受光面が第１受光面と第２受光面とに二分割され、各分割受光面から個別の受光量信号が得られる二分割ＰＤを使用し、主制御部は、第１受光面から得られた第１受光量と第２受光面から得られた第２受光量との差を両受光量の和で割る正規化演算を行うことにより、所定範囲内で距離に応じて略線形に変化する検出量を得、所定範囲内で基準距離の変更調整を行う。このような構成によれば、ＰＳＤやＣＣＤより安価な二分割ＰＤを用いて位置検出型光電センサーを構成することができ、しかも上記のように基準距離の設定及び変更調整をユーザーが適切に行うことができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図３は、本発明の実施例に係る位置検出型光電センサーの外観を示す斜視図である。この実施例の位置検出型光電センサーは、いわゆるアンプ分離型であり、ヘッド部１１とアンプ部１２が電気ケーブル１３で接続されている。

アンプ部１２は薄型直方体形状のケース１２１を有し、その前端側にはヘッド部１１に接続された電気ケーブル１３が接続され、後端側には上位の制御装置（ＰＬＣ等）に接続された電気ケーブル１４が接続されている。ケース１２１の下面１２２には、ＤＩＮレール（機器取付用規格レール）に装着するための構造が備えられている。複数のアンプ部１２を重ねるように並べてＤＩＮレールに取り付けることができ、その際にアンプ部１２の側面に設けられたコネクタ１２３によって隣接するアンプ部１２との電気的な接続をとることができる。

アンプ部１２の上面には、８桁（４桁×２）の７セグメントＬＥＤを用いたディジタル表示器１２４と、測定結果（基準距離との比較結果）を表示するための出力インジケータ（発光ダイオード）１２５が設けられている。また、基準距離値の設定、動作モードや表示モードの切り替え等に使用される複数の押釦スイッチ１２６〜１２８が設けられている。これらの押釦スイッチ１２６〜１２８やディジタル表示器１２４等を保護するための透明樹脂製の保護カバー１３０が設けられ、図３では保護カバー１３０を開いた状態が示されている。保護カバー１３０はアンプ部１２の後端側上部に設けられたヒンジ部で枢支されており、これを閉じた状態では押釦スイッチ１２６〜１２８やディジタル表示器１２４等を含むアンプ部１２の上面パネル（表示・操作パネル）が保護カバー１３０で覆われるようになっている。

ヘッド部１１には投光部及び受光部が内蔵され、投光部の発光素子から発した光ＬＢがヘッド部１１の前面からワークＷＫに向けて投光され、ワークＷＫからの反射光ＬＢ’が受光部の前面から受光素子に入射するように構成されている。図１を用いて既述したように、投光部には投光レンズが含まれ、受光部には受光レンズが含まれている。また、ヘッド部１１の背面には、後述する受光部調整機構を用いて基準距離の手動設定を行うためのトリマー１１２が設けられている。

図４は本発明の実施例に係る位置検出型光電センサーの回路構成を示すブロック図である。ヘッド部１１に内蔵された投光部２１には、レーザーダイオード又は発光ダイオードを用いた発光素子とその駆動回路が含まれている。また、受光部は二分割ＰＤを用いた受光素子２２を含む。二分割ＰＤは図２を用いて既述したように、受光面がＮ側受光面とＦ側受光面とに分割されており、各分割受光面から個別の受光量信号が出力される。なお、図２において、Ｎ側受光面から出力された受光量信号をＮで示し、Ｆ側受光面から得られる受光量信号をＦで示している。また、Ｎ側受光面から得られた受光量（電圧又はディジタル変換値）をＮで表し、Ｆ側受光面から得られた受光量をＦで表すこともある。

図４に示すように、Ｎ側受光面及びＦ側受光面から出力された受光量信号Ｎ及びＦはそれぞれの増幅器２３及び２４を経てアナログ演算部２５に入力される。そして、アナログ演算部２５から受光量信号Ｎと、２つの受光量信号の差（受光量差信号という）Ｎ−Ｆとが出力される。これらの信号は信号切替部２６に入力される。信号切替部２６は、アンプ部１２からの切替制御信号にしたがって、受光量信号Ｎと受光量差信号Ｎ−Ｆを交互に（時分割で）電気ケーブル１３に送り出す。信号切替部２６に与えられる切替制御信号は、投光部２１の制御信号に重畳されてアンプ部１２から電気ケーブル１３を介して送られる。なお、ヘッド部１１に内蔵された受光部調整機構２７については後述する。

アンプ部１２では、ヘッド部１１から電気ケーブル１３を介して送られた受光量信号Ｎ及び受光量差信号Ｎ−Ｆを信号増幅部３１で増幅し、ＡＤ変換部３２でディジタル値に変換して主制御部３３に入力する。主制御部３３は、ディジタル値となった受光量Ｎ及び受光量差Ｎ−Ｆから他方の受光量Ｆを復元する。なお、受光量差信号とそれに対応するディジタル値である受光量差についても便宜上、共にＮ−Ｆで表す。主制御部３３は更に、後述する受光量差の正規化演算処理を行い、その結果得られるディジタル量を表示部３４に表示させる。表示部３４は、図３に示したアンプ部１２の上面パネルに設けられたディジタル表示器１２４及び出力インジケータ１２５を含む。

また、アンプ部１２には、基準距離の設定（変更調整）等を行うための設定入力部３５と投光制御部３６が備えられている。設定入力部３５は、図３に示したアンプ部１２の上面パネルに設けられた押釦スイッチ１２６〜１２８を含む。投光制御部３６は、主制御部３３の指令に基づいて、ヘッド部１１の投光部２１に対して投光制御信号を与える。また、前述のように、ヘッド部１１からアンプ部１２へ送られる受光量信号Ｎと受光量差信号Ｎ−Ｆとを時分割で切り替えるための切替制御信号を投光制御信号に重畳する働きも有する。主制御部３３が測定モードで測定したワークＷＫまでの距離と基準距離との比較結果は、表示部３４に含まれる出力インジケータ１２５に表示されると共に、制御装置（ＰＬＣ等）に接続された電気ケーブル１４へ出力される。

図５は、受光量差の正規化演算を説明するためのグラフである。また、図６は、受光量差の正規化演算処理の流れを示すフローチャートである。背景技術の説明で図２を参照しながら述べたように、二分割ＰＤのＮ側受光面とＦ側受光面との境界に受光スポットＳＰが位置するときに両方の分割受光面から同等の受光量信号が得られ、受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる。受光スポットＳＰがＮ側受光面に偏るとＮ−Ｆは正の値になり、受光スポットＳＰがＦ側受光面に偏るとＮ−Ｆは負の値になる。この様子をグラフで表すと、図５（ａ）に示す実線又は破線の曲線のようになる。

図５（ａ）において、実線の曲線４１は表面の光の拡散反射率が比較的高いワークＷＫの場合の特性であり、破線の曲線４２は拡散反射率が比較的低いワークＷＫの場合の特性である。いずれの場合も、光学系の配置によって決まる基準距離Ｄｒｅｆでは受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる。つまり、このときに受光素子２２である二分割ＰＤのＮ側受光面とＦ側受光面との境界を中心にして受光スポットＳＰがＮ側受光面とＦ側受光面とに均等に分布している。しかし、基準距離Ｄｒｅｆからずれた点では、同じ距離のずれであってもワークＷＫの表面の光の拡散反射率によっての受光量差Ｎ−Ｆの値が異なる。

また、図５（ａ）からわかるように、基準距離Ｄｒｅｆからずれるにしたがって、受光量差Ｎ−Ｆの絶対値は増加した後に下降に転じる。そして、受光素子２２の受光面の範囲内に受光スポットが存在する範囲に相当する距離範囲Ｒｇｄの両端でゼロになる。つまり、受光スポットが受光素子２２の受光面の両端から外れれば受光量Ｎ及びＦは共にゼロになるので、受光量差Ｎ−Ｆの値も当然ゼロになる。これらのことから、受光量差Ｎ−Ｆをそのまま相対距離（変位）を表す検出量として使用することはできない。

そこで、本実施例の位置検出型光電センサーでは、主制御部３３が受光量差の正規化演算処理を行う。この処理は、基本的には受光量Ｎと受光量Ｆとの和（Ｎ＋Ｆ）で受光量差Ｎ−Ｆを割ることによって、ワークＷＫの表面の光の拡散反射率の影響を除く処理である。更に、受光量Ｎ又は受光量Ｆがゼロに近づいたときに（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値を強制的に１にする処理を加えている。図６のフローチャートに沿ってこれらの処理について以下に説明を加える。

図６は、図４に示したアンプ部の主制御部３３が入力された受光量Ｎ及び受光量差Ｎ−Ｆから正規化演算処理を行う過程を示している。まず、ステップ＃１０１において、受光量Ｎから受光量差Ｎ−Ｆを引く演算によって受光量Ｆを求める（復元する）。この受光量Ｆは、後に説明するように、受光量Ｎと共にディジタル表示器１２４に個別に表示する場合があるので、得られた受光量Ｆの値は受光量Ｎと共に主制御部３３内のメモリに保存される。

次のステップ＃１０２において、受光量Ｎと受光量Ｆとの和（受光量和）Ｎ＋Ｆを算出する。この値についても、ディジタル表示器１２４に表示する場合があるので、メモリに保存される。続くステップ＃１０３において受光量差Ｎ−Ｆを受光量和Ｎ＋Ｆで割って（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）を求める正規化演算を実行する。

更に、次のステップ＃１０４において受光量Ｎ又はＦがゼロ近傍のときの補正処理を行う。これは、受光量Ｎ又はＦが予め定めたゼロに近い値より小さくなったときに、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値を強制的に１にする処理である。この処理は、受光量Ｎ又は受光量Ｆがゼロに近づいたときに（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値が不安定になり、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）と距離との関係が一義的に定まらなくなるのを回避するために行われる。このようにして得られた（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値は、ステップ＃１０５で主制御部３３内のメモリに保存されると共に相対距離（変位）を表す数値としてディジタル表示器１２４にディジタル表示される。

上記のようにして得られた正規化演算処理結果である（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値をグラフで表すと図５（ｂ）のようになる。この図では、距離範囲Ｒｇｄにおける（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に所定の係数Ｄを掛けた値Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）が曲線４３で表されている。図５（ｂ）から分かるように、距離範囲Ｒｇｄのうちの両端部を除いた範囲Ｒｇｌでは、Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）が略直線的に変化する。この両端部が、図６のステップ＃１０４で（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値を強制的に１にした範囲に対応している。両端部を除いた範囲Ｒｇｌでは、Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）と距離との関係が略直線的になるので、この範囲内で基準距離を任意に設定するも可能である。

すなわち、従来のように光学系の配置によって決まる受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる距離Ｄｒｅｆを基準距離として固定する必要はなく、それを含む所定範囲（図５（ｂ）の範囲Ｒｇｌ）内で基準距離を設定（変更）することができる。この基準距離の変更設定は、主制御部３３がソフトウェアでディジタル値として行うことができる。したがって、従来のティーチングと同様にして基準距離を自動設定することができる。

ティーチングによる基準距離の自動設定の一例を図７及び図８に基づいて説明する。図７は、アンプ部１２の押釦スイッチ１２６〜１２８やディジタル表示器１２４を含む上面パネルの平面図である。また、図８はティーチングの一例を示すフローチャートである。ティーチングの一例の説明の前に、図７に示す上面パネルの表示や操作について簡単に説明する。

図７において、出力インジケータ１２５は、既に説明したように、主制御部３３が測定モードで測定したワークＷＫまでの距離と基準距離との比較結果が表示されるＬＥＤである。例えば、ワークＷＫまでの距離が基準距離より短ければ左側の出力インジケータ１２５が点灯し、ワークＷＫまでの距離が基準距離より長ければ右側の出力インジケータ１２５が点灯する。なお、出力インジケータ１２５の表示等のチャタリングを回避するために、ワークＷＫまでの距離と基準距離との比較結果には一定のヒステリシス（不感帯）が設けられている。つまり、ワークＷＫがヘッド部１１に対して接近するときと離間するときとでは出力インジケータ１２５等の切り替わりのタイミングがヒステリシス分だけ異なる。

ディジタル表示器１２４は８桁の７セグメントＬＥＤであり、上４桁の表示部１２４Ｈと下４桁の表示部１２４Ｌとに分かれている。これら表示部１２４Ｈ及び１２４Ｌを用いて設定モード及び測定モードにおける多様な表示を行うことができる。例えば、測定モードにおいて表示部１２４Ｈに基準距離に相当する数値を表示し、表示部１２４ＬにワークＷＫまでの距離の現在値に相当する数値（正規化演算処理後のＤ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値）を表示する。前述の受光量Ｎと受光量Ｆとを表示部１２４Ｈと表示部１２４Ｌとに表示してもよい。あるいは、受光量差Ｎ−Ｆと受光量和Ｎ＋Ｆを表示部１２４Ｈと表示部１２４Ｌとに表示してもよい。これらの複数の表示モードを押釦スイッチ１２６又は１２７で切り替えるようにしてもよい。ディジタル表示器１２４は、上記のような数値表示だけでなく、エラーコードや動作モードの記号等を簡易的に表示することもできる。

押釦スイッチ１２６又は１２７は、表示モードや動作モード（設定モード、測定モード等）の切り替え等に使用される。また、押釦スイッチ１２８はアップダウンキー（増減キー）であり、設定された基準距離の手動による微調整等に使用される。

図８のフローチャートは、ティーチングの一例をユーザーによる操作の流れとして示している。ステップ＃２０１においてユーザーは、複数種類用意されたティーチングモードの中からティーチングモードＡを選択する。この選択は、押釦スイッチ１２６又は１２７の押下、またはそれらの組み合わせ押下によって行われる。

次のステップ＃２０２において、ユーザーはワークＷＫをヘッド部１１の前方の第１位置にセットする。この第１位置は、ワークＷＫの存在を検出すべき近距離側の位置である。このとき、主制御部３３はワークＷＫまでの距離の現在値に相当する数値を求め、ディジタル表示器１２４の例えば左側表示部１２４Ｈに表示させる。この状態で次のステップ＃２０３においてユーザーは設定スイッチ（押釦スイッチ１２６又は１２７）を押下する。その結果、ディジタル表示器１２４に表示された近距離側の位置に相当する数値が固定される。

次のステップ＃２０４において、ユーザーはワークＷＫをヘッド部１１の前方の第２位置にセットする。この第２位置は、ワークＷＫの存在を検出すべきでない遠距離側の位置である。このとき、主制御部３３はワークＷＫまでの距離の現在値に相当する数値を求め、ディジタル表示器１２４の例えば右側表示部１２４Ｌに表示させる。この状態で次のステップ＃２０５においてユーザーは設定スイッチを押下する。その結果、ディジタル表示器１２４に表示された遠距離側の位置に相当する数値が固定される。最後にユーザーはディジタル表示器１２４に表示された第１位置及び第２位置の数値を確認し、決定スイッチ（押釦スイッチ１２６又は１２７）を押下する（ステップ＃２０６）。これでティーチングモードＡの操作は終了する。主制御部３３は第１位置及び第２位置の数値の例えば中間値を求め、これを基準距離として設定する。設定された基準距離はディジタル表示器１２４の例えば左側表示部１２４Ｈに表示される。

上記のように、主制御部３３がソフトウェアによって基準距離を設定可能な範囲、つまり、上記のティーチングモードＡの操作でユーザーが第１位置及び第２位置を設定できる範囲は、前述のように図５（ｂ）の範囲Ｒｇｌに相当する。この範囲は、光学系の配置と受光素子２２の受光面の大きさによって決まり、比較的狭い範囲に限定されてしまう。そこで、本実施例の位置検出型光電センサーは、受光部の角度を変更することによって図５（ａ）及び（ｂ）における基準距離Ｄｒｅｆを変更する受光部調整機構（図４の２７）が備えられている。

図９は、受光部調整機構２７の構成例を模式的に示す図である。図９（ａ）は手動調整の場合であり、図９（ｂ）は電動調整の場合である。ヘッド部１１内には、投光部２１と受光部２０が内蔵され、投光部２１は発光素子２１１及び投光レンズ２１２を含む。受光部２０は受光素子２２と受光レンズ２０１を含む。この例では、投光部２１は位置及び角度が固定されており、受光部２０は受光素子２２及び受光レンズ２０１が一体として軸心ＡＸ周りに回転可能になっている。受光部２０には扇形部材２０２が固定され、その周縁部には軸心ＡＸを中心とする円弧に沿ってヘリカルギア２０３が形成されている。また、ヘリカルギア２０３に噛合するギア溝が形成された回転操作ロッド２０４が設けられ、その端部が図３に示した回転操作されるトリマー１１２としてヘッド部１１の背面に露出している。

上記のような構造によれば、ユーザーがトリマー１１２（回転操作ロッド２０４）を回転操作することにより、受光部２０が軸心ＡＸ周りに回転操作される。その結果、ワークＷＫからの反射光ＬＢ’が受光素子２２の中心に入射するときの光軸の角度が変化するので、光学系の配置によって決まる基準距離Ｄｒｅｆを変更することができる。

図９（ｂ）に示す構成では、トリマー１１２（回転操作ロッド２０４）に代えて、電動モータ（ステッピングモータ又はギアドモータ等）２０５が設けられ、その回転軸に上記扇形部材２０２のヘリカルギア２０３に噛合するギア２０６が固定されている。アンプ部１２の主制御部３３からの制御信号によって電動モータ２０５を回転駆動すれば、図９（ａ）の手動操作のときと同様に受光部２０を軸心ＡＸ周りに回転し、光学系の配置によって決まる基準距離Ｄｒｅｆを変更することができる。軸心ＡＸ周りの受光部２０の回転角度をロータリーエンコーダ等によって検出するように構成すれば、主制御部３３による基準距離Ｄｒｅｆの自動調整も可能となる。また、図９（ａ）の手動操作による設定の場合は、トリマー１１２の回転角等から基準距離Ｄｒｅｆの目安をユーザーが視認できるようにしておくことが好ましい。

図９に示した受光部調整機構２７の例では受光素子２２及び受光レンズ２０１を一体として回転操作することによって基準距離Ｄｒｅｆを変更するが、受光素子２２及び受光レンズ２０１を一体として平行移動することによっても基準距離Ｄｒｅｆを変更することが可能である。つまり、投光部２１に対して受光部２０を接近又は離間する方向（図９で上下方向）に平行移動すれば、受光素子２２の受光面における受光スポット位置が変化するので基準距離Ｄｒｅｆが変化する。あるいは、受光素子２２又は受光レンズ２０１を単独で上下方向に移動させても同様に基準距離Ｄｒｅｆを変化させることができる。

更に、受光部２０の代わりに投光部２１の角度や位置を変更した場合も受光素子２２の受光面における受光スポット位置が変化し、基準距離Ｄｒｅｆが変化することがこれまでの記述から明らかであろう。つまり、受光素子２２の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を変更することによって基準距離Ｄｒｅｆを変更するには、発光素子２１１、投光レンズ２１２、受光レンズ２０１及び受光素子２２のうちの少なくとも１つの位置又は角度を調整する光学調整機構を設ければよい。図９に示した受光部調整機構２７は、この光学調整機構の一例に過ぎない。例えば、受光部２０及び投光部２１の角度が同時に互いに逆方向に変更されるように構成すれば、特に光を正反射する表面（鏡面）を有するワークＷＫの検出に際して好ましい。

本実施例の位置検出型光電センサーは、上記のような光学調整機構（受光部調整機構２７）による基準距離Ｄｒｅｆの設定と、前述の主制御部３３がソフトウェアによって行う所定範囲内での基準距離の設定（変更調整又は微調整）とを併用することによってユーザーにとって便利な設定機能を提供している。

図１０は、本実施例の位置検出型光電センサーにおける設定モード及び測定モードの概略を示すフローチャートである。ステップ＃３０１において設定モードであるか測定モードであるかが判断され、設定モードである場合は次のステップ＃３０２で受光部調整機構２７による基準距離Ｄｒｅｆの設定が行われる。この設定は、図９（ａ）に示したような機構を用いた手動設定でもよいし、図９（ｂ）に示したような機構を用いた電動（又は自動）設定でもよい。

基準距離Ｄｒｅｆが設定された後にステップ＃３０３においてティーチングによる基準距離の変更調整が行われる。このティーチングの一例については既に説明した通りである。更に、続くステップ＃３０４において手動による基準距離の微調整が行われる。つまり、ユーザーはアンプ部１２の上面パネルに設けられたアップダウンキーである押釦スイッチ１２８を用いて、基準距離の設定値を増減調整することができる。このとき、ディジタル表示器１２４（の右側表示部１２４Ｈ)には設定された基準距離が表示されており、押釦スイッチ１２８の操作に伴ってその表示値が増減する。この後、押釦スイッチ１２６又は１２６の操作によって設定モードから測定モードに変更されると、基準距離の設定値が確定されると共に測定モードが開始する（ステップ＃３０５）。

ステップ＃３０３及びステップ＃３０４のいずれかを省略した設定も可能である。例えば、ステップ＃３０２における受光部調整機構２７による基準距離Ｄｒｅｆの設定の後に、ステップ＃３０３のティーチングによる基準距離の変更調整を省略してすぐにステップ＃３０４の押釦スイッチ１２８を用いた手動による基準距離の微調整を行ってもよい。あるいは、ステップ＃３０３のティーチングによる基準距離の変更調整の後に、ステップ＃３０４の手動による基準距離の微調整を省略して設定モードから測定モードに変更してもよい。ステップ＃３０３及びステップ＃３０４の処理は共に主制御部３３がソフトウェアによって行う基準距離の変更調整（又は微調整）である。

ステップ＃３０１において測定モードであると判断されたときは、次のステップ＃３０６でワークＷＫまでの距離が測定される。この測定は、図５に示したように受光量差の正規化演算後の値Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）が距離に応じて略直線的に変化する範囲Ｒｇｌで行われる。続くステップ＃３０７において、測定結果と基準距離との比較を行い、ワークＷＫまでの距離が基準距離より近いか遠いかを判断する。比較結果は前述のように制御装置（ＰＬＣ等）に接続された電気ケーブル１４へ出力される（ステップ＃３０８）と共に表示部３４に含まれる出力インジケータ１２５に表示される（ステップ＃３０９）。これ以降、動作終了（ステップ＃３１０のＹｅｓ）まで上記の処理が繰り返される。
なお、本実施例では設定モードにおいてティーチングを行っているが、別実施例として測定モードでティーチングを行い、測定中に基準距離Ｄｒｅｆの変更・設定を実施するようにしてもよい。

以上、本発明の実施例及び変形例を説明したが、本発明は上記の実施例及び変形例に限らず、種々の形態で実施することができる。例えば、図３に示したようなヘッド部１１とアンプ部１２が電気ケーブル１３で接続されたアンプ分離型の光電スイッチに限らず、ヘッド部とアンプ部とが１つの筐体に内蔵されたアンプ一体型の光電スイッチにも本発明を適用することができる。
また、本実施例では光学調整機構（受光部調整機構２７）の例として、扇形部材２０２やヘリカルギア２０３を用いた構造を示したが、この他に、例えばラック・ピニオン機構や螺子送り機構等、種々の公知の構造を採用することができる。

また、本実施例では安価な二分割ＰＤを受光素子２２として使用しているが、従来から一般に使用されているＰＳＤ（位置検出半導体素子）やＣＣＤ（固体撮像素子）を受光素子２２として使用してもよい。ＰＳＤは、図１１（ａ）に示すように、受光面を構成する高抵抗半導体基板の長手方向両端に一対の信号出力端子が設けられたものである。受光面に光が当たると光起電力によって一対の信号出力端子から光電流Ｉ１及びＩ２が取り出される。光電流Ｉ１及びＩ２の値は、受光面における受光スポットの位置によって変化する。図１１（ａ）に示すように、受光面の長さをＬ、その中心から受光スポットＳＰの重心までの距離をｘとすれば、（Ｉ２−Ｉ１）／（Ｉ１＋Ｉ２）＝２ｘ／Ｌの関係式が成立する。したがって、光電流Ｉ１及びＩ２の値が分かれば、光スポットＳＰの長手方向位置ｘを算出することができる。

また、ＣＣＤは、図１１（ｂ）に示すように、長手方向に並んだ画素ごとに受光量に相当する信号を得ることができる。したがって、画素ごとの受光量信号から受光量分布信号５１が得られ、これをディジタル処理することによって受光スポットＳＰの重心を求めることができる。なお、図１１（ｂ）は一次元ＣＣＤ（リニアイメージセンサー）の例であるが、二次元ＣＣＤ（エリアイメージセンサー）を用いてもよい。

上記のように、受光素子２２としてＰＳＤやＣＣＤを用いた場合も、上記の実施例と同様に、光学調整機構（受光部調整機構等）によって大まかな基準距離を設定した後に、基準距離の変更調整（微調整）をソフトウェアで行うことにより、広い測定距離範囲をカバーしながら基準距離の設定及び変更を容易かつ適切に行うことができる。
また、上記の実施例では、ヘッド部１１から受光量信号Ｎと受光量差信号Ｎ−Ｆが交互に（時分割で）電気ケーブル１３を介してアンプ部１２に送られるように構成されているが、別実施例として、受光量信号Ｎに代えて受光量信号Ｆを送るように構成してもよい。つまり、受光量信号Ｆと受光量差信号Ｎ−Ｆが交互に電気ケーブル１３を介してアンプ部１２に送られるように構成してもよい。一般に受光量信号Ｆ（遠側受光量信号）の方が受光量信号Ｎ（近側受光量信号）よりピークレベルが低く飽和が発生し難い利点がある。

位置検出型光電センサーの動作原理を示す図である。 受光素子としての二分割ＰＤの動作原理を示す図である。 本発明の実施例に係る位置検出型光電センサーの外観を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る位置検出型光電センサーの回路構成を示すブロック図である。 受光量差の正規化演算を説明するためのグラフである。 受光量差の正規化演算処理の流れを示すフローチャートである。 アンプ部の押釦スイッチやディジタル表示器を含む上面パネルの平面図である。 ティーチングの一例を示すフローチャートである。 受光部調整機構の構成例を模式的に示す図である。 本実施例の位置検出型光電センサーにおける設定モード及び測定モードの概略を示すフローチャートである。 別実施例としてＰＳＤ又はＣＣＤを受光素子に使用した場合の動作原理を説明する図である。

符号の説明

２２ 受光素子（二分割ＰＤ）
２７ 受光部調整機構（光学調整機構）
３３ 主制御部
１２４ ディジタル表示器（表示部）
２０１ 受光レンズ
２１１ 発光素子
２１２ 投光レンズ
ＷＫ ワーク（対象物）

Claims (5)

1. 対象物に向けて光を投光するための発光素子及び投光レンズと、前記対象物からの反射光を受光するための受光レンズ及び受光素子と、この受光素子からの信号を処理して受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を求めることにより前記対象物までの距離を算出する主制御部とを備えた位置検出型光電センサーであって、
   前記発光素子、前記投光レンズ、前記受光レンズ及び前記受光素子のうちの少なくとも１つの位置又は角度を調整することによって前記受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を変更する光学調整機構を備え、
   前記主制御部は、前記算出された対象物までの距離と基準距離との比較結果である二値信号を出力する機能を有すると共に、前記光学調整機構による調整が行われた状態で更に前記基準距離の変更調整をソフトウェアで行う機能を有することを特徴とする位置検出型光電センサー。
2. 前記受光素子として、受光面が第１受光面と第２受光面とに二分割され、各分割受光面から個別の受光量信号が得られる二分割ＰＤを使用し、
   前記主制御部は、前記第１受光面から得られた第１受光量と前記第２受光面から得られた第２受光量との差を両受光量の和で割る正規化演算を行うことにより、所定範囲内で距離に応じて略線形に変化する検出量を得、前記所定範囲内で前記基準距離の変更調整を行うことを特徴とする
   請求項１記載の位置検出型光電センサー。
3. 前記ソフトウェアによる基準距離の変更調整は、ティーチングによる自動変更調整及びユーザーの増減スイッチ操作による微調整のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする
   請求項１又は２記載の位置検出型光電センサー。
4. 対象物に向けて光を投光するための発光素子及び投光レンズと、前記対象物からの反射光を受光するための受光レンズ及び受光素子とを備え、光を用いた三角測距によって対象物までの距離を算出すると共に、算出された距離と基準距離との比較結果である二値信号を出力する位置検出型光電センサーにおける距離設定方法であって、
   前記発光素子、前記投光レンズ、前記受光レンズ及び前記受光素子のうちの少なくとも１つの位置又は角度を調整する光学調整機構によって前記受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を変更する第１ステップと、
   前記基準距離の変更調整をソフトウェアで行う第２ステップとを有することを特徴とする位置検出型光電センサーの基準距離設定方法。
5. 前記第２ステップは、ティーチングによる前記基準距離の自動変更調整及びユーザーの増減スイッチ操作による微調整のうち少なくともいずれか１つを含むことを特徴とする
   請求項４記載の位置検出型光電センサーの基準距離設定方法。

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