JP2006226856A - 距離設定型光電センサー - Google Patents

Abstract

【課題】受光素子として二分割ＰＤを用い、安価な構成で測定可能な距離範囲を広げる改良を行った距離設定型光電センサーを提供する。
【解決手段】受光素子として、受光面が接近側受光面２２Ｎと離間側受光面２２Ｆとに二分割され、各分割受光面が個別の受光量信号を出力する二分割ＰＤ２２と、単一受光面を有する補助ＰＤ２２ａとを併用する。ワークが接近又は離間したときに受光スポットが移動する方向に沿って二分割ＰＤの離間側受光面２２Ｆ、接近側受光面２２Ｎ、及び補助ＰＤ２２ａの受光面が並ぶように配置され、補助ＰＤ２２ａの出力と、二分割ＰＤ２２の接近側受光面２２Ｎの出力とが並列接続されている。
【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測定し、測定された距離と基準距離との比較結果を出力する距離設定型光電センサーに関し、詳しくは受光部の構成に関する。

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を参照して、この測定原理を簡単に説明する。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）、ＣＣＤ（固体撮像素子）等のセンサー素子が使用される。

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（予め定めた距離）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二値信号を出力する機能に特化した光電センサー（光電スイッチ）として、二分割ＰＤ（フォトダイオード）を受光素子に用いたものがある。二分割ＰＤは、ＰＳＤやＣＣＤに比べて安価であること等のメリットがある。二分割ＰＤを用いた従来の距離設定型光電センサーの動作原理を図２に基づいて簡単に説明する。

図２に示すように、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ＮがＦ側受光面から得られる受光量Ｆ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ＦがＮ側受光面から得られる受光量Ｎ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Ｎ−Ｆ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。

上記のような距離設定型光電センサーで測定可能な距離範囲は、図１から分かるように、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。なお、特許文献１に記載されている光電スイッチのように、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、ユーザーが測定可能な距離範囲（基準距離）を変更調整することができるように構成したものがある。
特開平６−１６８６５２号公報

上述のように、距離設定型光電センサーで測定可能な距離範囲は受光素子の受光面の大きさと光学系の定数で決まる。測定精度に影響する分解能を下げることなく測定可能な距離範囲を広げるには、広い受光面を有する受光素子を用いる必要があるが、そのような受光素子は高価である。特に、コスト面のメリットを重視して二分割ＰＤを受光素子に用いる場合は、できるだけ安価な（受光面の小さい）二分割ＰＤを使用する必要がある。つまり、受光面が広い高価な二分割ＰＤをわざわざ使用するメリットは無い。また、対象物の測定範囲（検出範囲）を近距離側と遠距離側の両方に均等に広げるのではなく、一方の側（例えば近距離側）のみに広げたい場合がある。

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、受光素子として二分割ＰＤを用い、安価な構成で測定可能な距離範囲を広げる改良を行った距離設定型光電センサーを提供することを目的とする。

本発明による距離設定型光電センサーの第１の構成は、対象物に向けて光を投光するための発光素子を含む投光部と、前記対象物からの反射光を受光するための受光素子を含む受光部と、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に基づいて前記対象物までの距離を求め、基準距離との比較結果を出力する主制御部とを備えた距離設定型光電センサーにおいて、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、各分割受光面が個別の受光量信号を出力する二分割ＰＤと、単一受光面を有する補助ＰＤとが併用され、前記対象物が接近又は離間したときに前記受光スポットが移動する方向に沿って前記二分割ＰＤの第１受光面、第２受光面、及び前記補助ＰＤの受光面が並ぶように配置され、前記補助ＰＤの出力と、前記二分割ＰＤの第１受光面及び第２受光面のうちの前記補助ＰＤに隣接する側の分割受光面の出力とが並列接続されていることを特徴とする。

このような構成によれば、単一受光面の補助ＰＤを併用することによって第１受光面及び第２受光面のうちの一方の分割受光面を擬似的に広げた二分割ＰＤを得ることができる。その結果、測定可能な距離範囲を安価な構成で広げることができる。

本発明による距離設定型光電センサーの第２の構成は、上記第１の構成において、前記対象物が接近したときに前記受光スポットが移動する方向に配置された受光面を前記第１受光面とし、前記対象物が離間したときに前記受光スポットが移動する方向に配置された受光面を前記第２受光面としたときに、前記補助ＰＤが前記第１受光面の側に配置され、前記補助ＰＤの出力と前記第１受光面の出力とが並列接続されていることを特徴とする。

このような構成によれば、単一受光面の補助ＰＤを併用することによって、二分割ＰＤの分割受光面のうち、対象物が接近したときに受光スポットが移動する方向に配置された受光面（接近側受光面）を擬似的に広げることができる。その結果、測定可能な距離範囲を安価な構成で接近側に広げることができる。なお、対象物までの距離と基準距離との比較結果（オン信号又はオフ信号）を出力する光電スイッチでは、対象物までの距離が基準距離より近い場合をオン信号出力、遠い場合をオフ信号出力に対応させることが一般的である。この場合に、測定可能な距離範囲を接近側に広げることのメリットが大きい。

本発明による距離設定型光電センサーの第３の構成は、上記第２の構成において、前記主制御部が、前記補助ＰＤの出力と前記第１受光面の出力との和に相当する近側受光量Ｎと前記第２受光面の出力に相当する遠側受光量Ｆとの差Ｎ−Ｆを両受光量の和Ｎ＋Ｆ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ることを特徴とする。

このような構成によれば安価な二分割ＰＤ及び補助ＰＤを受光素子として使用しながら、対象物までの距離を所定範囲内で測定することが可能となる。また、所定範囲内で基準距離の変更設定が可能になる。つまり、背景技術で述べたように、受光スポットが第１受光面と第２受光面との境界に位置するときを基準距離として固定する必要が無く、例えば従来のティーチング処理によって所定範囲内で基準距離の変更設定を行うことができる。

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距離設定型光電センサーの外観を示す斜視図である。この実施例の距離設定型光電センサーは、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、測定結果の数値表示等に使用される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、測定距離と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。

図４は本発明の実施例に係る距離設定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、受光部に含まれる受光素子として、二分割ＰＤ２２と補助ＰＤ２２ａが併用されている。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。Ｎ側受光面は、ワークＷＫが接近したときに受光スポットＳＰが移動する方向に配置された受光面であり、Ｆ側受光面はワークＷＫが離間したときに受光スポットＳＰが移動する方向に配置された受光面である。

補助ＰＤ２２ａは単一受光面を有する通常のＰＤ（フォトダイオード）である。図４に示すように、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面（接近側受光面）の更に接近側に並ぶように補助ＰＤ２２ａが配置され、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面からの出力と補助ＰＤ２２ａの出力とが並列に接続されている。つまり、両出力信号を加えたものがＮ側受光量信号として増幅器２３を経てアナログ演算部２５に入力されている。他方、二分割ＰＤ２２のＦ側受光面（離間側受光面）からの出力はそのままＦ側受光量信号として増幅器２４を経てアナログ演算部２５に入力されている。

上記のような受光部の構成によれば、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面を補助ＰＤ２２ａによって擬似的に広げることができる。すなわち、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面を接近側に延ばしたのと同様の効果が得られる。ワークＷＫまでの距離と基準距離との比較結果（オン信号又はオフ信号）を出力する場合に、ワークＷＫまでの距離が基準距離より近い場合をオン信号出力、遠い場合をオフ信号出力に対応させることが一般的である。したがって、測定可能な距離範囲を接近側に広げることによってオン信号が出力される距離範囲が広くなるので、見かけ上好ましい。なお、図４において、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面から出力された受光量信号と二分割ＰＤ２２の受光量信号との合成受光量信号をＮで示し、二分割ＰＤ２２の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、それぞれの受光量信号Ｎ及びＦが示す受光量（電圧又はディジタル変換値）をＮ及びＦで表すこともある。

図４において、アナログ演算部２５は、入力された受光量信号Ｎ及び受光量信号Ｆから両者の差信号（受光量差信号という）Ｎ−Ｆを生成する。そして、受光量差信号Ｎ−Ｆと受光量信号Ｆとがアナログ演算部２５から信号切替部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、受光量差信号Ｎ−Ｆと受光量信号Ｆとを交互に（時分割で）電気ケーブル１３のアナログ信号線１３ａに送り出す。また、信号切替部２６に与えられる切替タイミングを指示するための切替制御信号は、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の制御信号線１３ｂを介してヘッド部１１に与えられる。

アンプ部１２では、ヘッド部１１から電気ケーブル１３のアナログ信号線１３ａを介して受信した遠側受光量信号Ｆ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遠側受光量Ｆ及び受光量差Ｎ−Ｆから近側受光量Ｎを復元する。つまり、受光量差Ｎ−Ｆに遠側受光量Ｆを加えることによって、近側受光量Ｎが得られる。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へ送られる受光量差信号Ｎ−Ｆと受光量信号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して電気ケーブル１３の制御信号線１３ｂに送出する働きも有する。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。

次に、二分割ＰＤ２２及び補助ＰＤ２２ａからなる受光素子から得られた受光量の演算処理について図５から図７を参照しながら説明する。図５は、二分割ＰＤ、補助ＰＤ及び受光スポットの位置関係の例を示す模式図である。図５（ａ）は二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎに隣接するように補助ＰＤ２２ａを配置したときの例を示しており、図５（ｂ）は二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎから一定の距離を隔てて補助ＰＤ２２ａを配置したときの例を示している。図６は、図５（ａ）に対応する受光量差の正規化演算を説明するためのグラフであり、図７は図５（ｂ）に対応す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。

図５（ａ）の例では、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎに補助ＰＤ２２ａの受光面が加わることによって約２倍のＮ側受光面が得られる。つまり、Ｎ側受光面（接近側受光面）が擬似的に約２倍の面積まで広がっている。その結果、受光スポットＳＰが受光素子（二分割ＰＤ２２及び補助ＰＤ２２ａ）によって受光可能な範囲に相当する測定可能な距離範囲が接近側に広がる。なお、実際には、二分割ＰＤ２２と補助ＰＤ２２ａの端面同士が接触するように配置した場合であっても、それぞれに枠部分が存在するので、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面と補助ＰＤ２２ａの受光面との間には若干の間隔が発生する。

図５（ｂ）の例では、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎから少し離すように補助ＰＤ２２ａを配置することによって、図５（ａ）の構成例より更に接近側に測定可能な距離範囲を広げている。この場合に、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎと補助ＰＤ２２ａとの間隔の最大値は、受光スポットＳＰの直径によって決まる。つまり、図５（ｂ）に示すように受光スポットＳＰが二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎと補助ＰＤ２２ａとの間に位置したときに、少なくともいずれか一方の受光面に受光スポットＳＰが掛かっている必要がある。さもなければ、受光スポットＳＰが二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎから補助ＰＤ２２ａの受光面へ移動する際に、一旦受光量がゼロになってしまうので、近接側に広げた測定可能な距離範囲が非連続になってしまう。したがって、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎと補助ＰＤ２２ａとの間隔は、受光スポットＳＰの直径より小さい値に設定する必要がある。実際には受光スポットＳＰの輪郭がぼやける場合が多いので、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎと補助ＰＤ２２ａとの間隔を適当に設定することができる。

図６及び図７において、（ａ）はワークＷＫまでの距離と受光量差Ｎ−Ｆとの関係を示すグラフであり、（ｂ）は正規化処理後のレベルを示すグラフである。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る。また、このとき補助ＰＤ２２ａの受光面から得られる受光量は実質的にゼロとみなしてよい。したがって、このときに受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる。

受光スポットＳＰがＮ側（接近側）へ移動すると受光量差Ｎ−Ｆは正の値になり、受光スポットＳＰがＦ側（離間側）へ移動すると受光量差Ｎ−Ｆは負の値になる。この様子をグラフで表すと、図６（ａ）又は図７（ａ）に示す実線又は破線の曲線のようになる。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、このときに二分割ＰＤ２２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、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、二分割ＰＤ２２及び補助ＰＤ２２ａの受光面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、受光スポットが二分割ＰＤ２２及び補助ＰＤ２２ａの受光面の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。但し、基準距離Ｄｒｅｆを中心として、接近側の受光量差Ｎ−Ｆがゼロになるまでの距離範囲Ｒｇｎが離間側の受光量差Ｎ−Ｆがゼロになるまでの距離範囲Ｒｇｆより広くなっている。これは、上述の補助ＰＤ２２ａの働きによる。

なお、図７（ａ）では接近側の受光量差Ｎ−Ｆのピークが２個見られる。これは、図５（ｂ）に示したように、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎから少し離すように補助ＰＤ２２ａを配置しているからである。つまり、図５（ｂ）に示すように受光スポットＳＰが二分割ＰＤ２２のＮ側受光面２２Ｎと補助ＰＤ２２ａとの間に位置したときに、両受光面から得られる受光量の和が一旦低下するからである。

上記の説明から分かるように、受光量差Ｎ−ＦをそのままワークＷＫまでの距離（又は変位）を表す検出量として使用することはできない。そこで、本実施例の距離設定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、受光量差Ｎ−Ｆの絶対値がピークになった後にゼロになるまでの間の（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に１にする処理を加えている。図８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８は、図４に示したアンプ部の主制御部３３が、入力された受光量差Ｎ−Ｆと離間側受光量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、受光量差Ｎ−Ｆに離間側受光量Ｆを加える演算によって接近側受光量Ｎを求める（復元する）。この接近側受光量Ｎは、後に説明するように、受光量Ｆ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、得られた接近側受光量Ｎの値は離間側受光量Ｆ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、接近側受光量Ｎと離間側受光量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、受光量差Ｎ−Ｆの絶対値がピークになった後にゼロになるまでの間の（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に１にする補正を行う。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。また、この補正処理によって、図５（ｂ）に示した二分割ＰＤ２２及び補助ＰＤ２２ａの配置例において図７（ａ）に示したように接近側の受光量差Ｎ−Ｆのピークが２個みられる場合であっても、図７（ｂ）に示すように距離に対して単調減少する検出データが得られる。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。

図６（ｂ）及び図７（ｂ）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６（ｂ）及び図７（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８のステップ＃１０４で（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に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ことが可能である。

すなわち、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６（ｂ）及び図７（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９及び図１０に基づいて説明する。図９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１０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９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９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の表示及び外部への出力信号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処理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。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。また、後述するように、受光部調整機構（光学部可動機構）による基準距離の手動設定を行う際にユーザーの助けとなる増減方向の表示や検出余裕度の表示をディジタル表示器１２４によって行うことができる。

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１０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。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記の実施例に限らず、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センサーに限らず、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センサーにも本発明を適用することができる。

また、上記の実施例では、二分割ＰＤ２２のＮ側受光面（接近側受光面）の側に補助ＰＤ２２ａを配置して補助ＰＤ２２ａの出力とＮ側受光面の出力とを並列接続しているが、別の実施例として二分割ＰＤ２２のＦ側受光面（離間側受光面）の側に補助ＰＤ２２ａを配置して補助ＰＤ２２ａの出力とＦ側受光面の出力とを並列接続するように構成してもよい。この場合は、測定可能な距離範囲が離間側に広がることになる。ワークＷＫまでの距離と基準距離との比較結果（オン信号又はオフ信号）を出力する場合に、上記の実施例とは逆にワークＷＫまでの距離が基準距離より遠い場合をオン信号出力、近い場合をオフ信号出力に対応させるときは、測定可能な距離範囲が離間側に広げることによってオン信号が出力される距離範囲が広くなるので、見かけ上好ましい。

距離設定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距離設定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距離設定型光電センサーの回路構成を示すブロック図である。 二分割ＰＤ、補助ＰＤ及び受光スポットの位置関係の例を示す模式図である。 図５（ａ）に対応す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。 図５（ｂ）に対応す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等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。

符号の説明

２２ 二分割ＰＤ（受光素子）
２２ａ 補助ＰＤ（受光素子）
２２Ｎ 接近側受光面（第１受光面）
２２Ｆ 離間側受光面（第２受光面）
３３ 主制御部
ＳＰ 受光スポット
ＷＫ ワーク（対象物）

Claims (3)

1. 対象物に向けて光を投光するための発光素子を含む投光部と、前記対象物からの反射光を受光するための受光素子を含む受光部と、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に基づいて前記対象物までの距離を求め、基準距離との比較結果を出力する主制御部とを備えた距離設定型光電センサーであって、
   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、各分割受光面が個別の受光量信号を出力する二分割ＰＤと、単一受光面を有する補助ＰＤとが併用され、
   前記対象物が接近又は離間したときに前記受光スポットが移動する方向に沿って前記二分割ＰＤの第１受光面、第２受光面、及び前記補助ＰＤの受光面が並ぶように配置され、
   前記補助ＰＤの出力と、前記二分割ＰＤの第１受光面及び第２受光面のうちの前記補助ＰＤに隣接する側の分割受光面の出力とが並列接続されていることを特徴とする距離設定型光電センサー。
2. 前記対象物が接近したときに前記受光スポットが移動する方向に配置された受光面を前記第１受光面とし、前記対象物が離間したときに前記受光スポットが移動する方向に配置された受光面を前記第２受光面としたときに、前記補助ＰＤが前記第１受光面の側に配置され、前記補助ＰＤの出力と前記第１受光面の出力とが並列接続されていることを特徴とする
   請求項１記載の距離設定型光電センサー。
3. 前記主制御部が、前記補助ＰＤの出力と前記第１受光面の出力との和に相当する近側受光量Ｎと前記第２受光面の出力に相当する遠側受光量Ｆとの差Ｎ−Ｆを両受光量の和Ｎ＋Ｆ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ることを特徴とする
   請求項２記載の距離設定型光電センサー。
   

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