JP2014048280A - 近接センサの距離特性検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】近接センサの距離特性を短時間で正確に検査できる近接センサの距離特性検査方法を提供する。
【解決手段】この近接センサの距離特性検査方法によれば、近接センサ(１)の複数のサンプルについて予め測定した発光素子(６)の駆動電流と検知距離とに基づいて、駆動電流と検知距離との関係式(１)を求め、近接センサ(１)の新たなサンプルについては、被検知物(１)との間の距離を固定した状態において検知したときの発光素子(６)の駆動電流を測定して、この駆動電流と上記関係式(１)から新たなサンプルの検知距離を算出するので、距離特性検査対象の近接センサの距離特性を距離測定を行わずに短時間で正確に検査できる。
【選択図】図４

Description

この発明は、携帯電話やデジタルカメラ等に用いられる近接センサの距離特性検査方法に関する。

従来、近接センサとしては、特許文献１(特開２０１０−２５６１８２号公報)に、発光素子と受光素子とを備え、上記発光素子から出射された光が検知対象で反射した反射光を上記受光素子で受光し、上記受光素子が受光する光量によって、検知対象までの距離を検知するものが開示されている。

この近接センサの距離特性を検査する検査方法では、図８に示すように、モータ１１０で矢印Ｘ１,Ｘ２で示される方向へ移動させることが可能なアーム１０５を備えた一軸ロボット１０８が用いられる。

上記一軸ロボット１０８のアーム１０５には、予め定められた位置に固定された近接センサ１０１に対向するように反射紙１０９が取り付けられる。図８に示される位置では、近接センサ１０１は、検知信号を出力していない非検知状態である。そして、上記一軸ロボット１０８のモータ１１０を駆動して、アーム１０５を図８に示される位置から矢印Ｘ１の方向へ低速駆動して反射紙１０９を近接センサ１０１に低速で近づける。そして、図９に示される位置まで反射紙１０９が近接センサ１００１に近づいたときに上記近接センサ１０１が検知信号を出力する検知状態になったときに、一軸ロボット１０８を停止させ、このときの近接センサ１０１と反射紙１０９との間の距離を測定して検知距離とする。次に、上記アーム１０５を、図９の位置から矢印Ｘ２で示される方向へ低速で移動させ、近接センサ１０１が検知信号を出力する検知状態から検知信号を出力しない非検知状態になったときに、一軸ロボット１０８を停止させ、このときの近接センサ１０１と反射紙１０９との間の距離を測定して非検知距離とする。

特開２０１０−２５６１８２号公報

ところで、上記従来の近接センサの距離特性検査方法では、上記検知距離,非検知距離を正確に求めるために、反射紙１０９を低速で移動させる必要がある。このため、距離特性検査に長い時間を要するという問題がある。

ここで、上記反射紙を低速で移動させる必要がある理由について、以下により詳しく説明する。

近接センサの検知サンプリング速度は、消費電流を低くするために、遅く設定される。上記検知サンプリング速度とは、単位時間当たりのサンプリング回数(検知回数)である。

図１０は、横軸に検知距離(もしくは非検知距離)を取り、縦軸に検知サンプリング時間を取ったグラフである。上記検知サンプリング時間は、近接センサによる検知,非検知のサンプリング時刻を表している。

図１０において、特性Ｋ１１は、反射紙を低速で移動させた場合における特性であり、特性Ｋ１２は、上記反射紙を特性Ｋ１１における反射紙の移動速度よりも速い速度で移動させた場合の特性である。特性Ｋ１１および特性Ｋ１２において、〇印は、上記近接センサがサンプリングした時刻を表しており、特性Ｋ１１および特性Ｋ１２の両方において、上記近接センサのサンプリングの時間間隔は、１×１０^−３秒である。

速い速度で移動させた特性Ｋ１２では、上記近接センサのサンプリング時刻が一回ずれることで、検知距離(非検知距離)が約１５ｍｍだけずれるのに対して、低速で移動させた特性Ｋ１１では、上記サンプリング時刻が一回ずれることで、検知距離(非検知距離)が約１.５ｍｍだけずれる。

近接センサのサンプリング速度は固定されているので、上記反射紙の移動速度が速いほど、検知距離(非検知距離)の分解能が低下するという問題がある。

そこで、この発明の課題は、近接センサの距離特性を短時間で正確に検査できる近接センサの距離特性検査方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の近接センサの距離特性検査方法は、発光素子と受光素子とを備えると共に上記発光素子から出射された光が検知対象で反射した反射光を上記受光素子で受光して被検知物の近接を検知する近接センサのサンプルを複数用意し、
上記複数のサンプルについて、上記発光素子を駆動する駆動電流と被検知物の近接を検知したときの上記被検知物との間の距離である検知距離とを測定し、
上記測定した駆動電流と上記検知距離との複数の組み合わせに基づいて、上記近接センサについて上記駆動電流と上記検知距離との関係式を求め、
距離特性検査対象である上記近接センサの別のサンプルを、被検知物との間の距離を固定して配置し、
上記別のサンプルの発光素子の駆動電流を変化させて、上記別のサンプルが非検知状態から検知状態に替わったときの上記発光素子の駆動電流を測定し、
上記測定した駆動電流と上記関係式とから、上記別のサンプルの検知距離を求めることを特徴としている。

この発明の近接センサの距離特性検査方法によれば、複数のサンプルについて予め測定した駆動電流と検知距離とに基づいて、駆動電流と検知距離との関係式を求め、距離特性検査対象である別のサンプルについては、被検知物との間の距離を固定した状態において検知したときの駆動電流を測定して、この駆動電流と上記関係式から新たなサンプルの検知距離を算出するので、距離特性検査対象の近接センサの距離特性を、距離測定を行わずに短時間で正確に検査できる。

この発明の近接センサの距離特性検査方法の実施形態の検査対象である近接センサの平面図である。 上記近接センサの側面図である。 上記近接センサの裏面図である。 上記近接センサの回路構成を示す構成図である。 上記実施形態の検査機構において近接センサに反射紙が対向していない状態を示す図である。 上記実施形態の検査機構において近接センサに反射紙を対向させた状態を示す図である。 上記実施形態において近接センサの５つのサンプルについて求めたＬＥＤ駆動電流と検知距離および近似曲線Ｋ１を示すグラフである。 上記実施形態で測定した近接センサの検知距離のばらつきの一例を示すグラフである。 上記近接センサの検知距離のランク分けの一例を示す図である。 従来の近接センサの距離特性検査方法において、近接センサの検知距離を測定する動作を説明する図である。 上記従来の近接センサの距離特性検査方法において、近接センサの非検知距離を測定する動作を説明する図である。 上記従来の近接センサの距離特性検査方法において反射紙の移動速度が速くなると検知距離(非検知距離)の分解能が低下することを示すグラフである。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１Ａは、この発明の近接センサの距離特性検査方法の実施形態の検査対象である近接センサ１の平面図である。図１Ｂは、上記近接センサ１の側面図、図１Ｃは、上記近接センサ１の裏面図である。また、図２は、上記近接センサ１の回路構成を示す構成図である。

図１Ａに示すように、上記近接センサ１は、ハウジング９の上面に受光レンズ２と発光レンズ３が予め設定された寸法だけ離隔して配置されている。図１Ｃに示すように、上記ハウジング９の裏面には、複数の接続端子４が形成されている。図２に示すように、この近接センサ１は、受光素子７と、この受光素子７の受光信号を信号処理する信号処理回路１０とを含む集積回路１３を備える。上記信号処理回路１０は、例えば、上記受光信号を増幅する増幅回路(図示せず)と、この増幅回路の出力信号が入力されるシュミットトリガ回路(図示せず)等で構成され、上記受光素子２の受光量に対応する受光信号が予め設定された閾値を超えたときに検知信号を出力すると共に上記受光信号が予め設定された閾値を超えていないときに非検知信号を出力する。なお、上記検知信号および非検知信号は、出力端子１５に出力される出力電圧Ｖoutでもって表される。また、上記集積回路１３は、電源電圧Ｖccの電源とグランドとの間に接続される。

上記受光素子２は、例えば、フォトダイオード等で構成される。また、上記受光素子２は、上記受光レンズ２を経由して、被検知物からの反射光を受光する。

また、この近接センサ１は、発光素子としての赤外発光ダイオード６を有する。この赤外発光ダイオード６は、そのアノードが電流制限抵抗素子５を経由してＬＥＤ電源ＶLEDに接続され、カソードが集積回路１３を経由してグランドＧＮＤに接続されている。この赤外発光ダイオード６による出射光は、上記発光レンズ３を経由して被検知物に照射されて反射し、上記受光レンズ２を経由して、上記受光素子２で受光される。

次に、この実施形態の近接センサ１の距離特性検査方法を実施するための検査機構を説明する。この検査機構では、図３に示すように、上記近接センサ１から予め設定された距離だけ離隔して配置される非検知確認用反射紙１２を備える。この非検知確認用反射紙１２は、上記近接センサ１に対向する矢印Ｘで示される方向において、例えば、上記近接センサ１の検知距離の最大値よりも上記近接センサ１から離れた距離に配置される。なお、この非検知確認用反射紙１２は、固定部材１４に着脱自在に取り付けられて、図３における位置が固定される。また、上記近接センサ１は、図示しない固定部材等に着脱自在に取り付けられて、図３における位置が固定される。

また、上記検査機構では、上記矢印Ｘで示される方向において、上記非検知確認用反射紙１２よりも上記近接センサ１に近い位置に配置されたエアシリンダ１３と、このエアシリンダ１３のロッド１３Ａに固定された固定部材１７に固定された被検知物としての反射紙１１とを備える。図３は、このエアシリンダ１３のロッド１３Ａを収縮させて被検知物である反射紙１１が近接センサ１に対向していない状態にした様子を示している。一方、図４は、上記エアシリンダ１３のロッド１３Ａを伸張させて被検知物である反射紙１１が近接センサ１の受光レンズ２,発光レンズに対向している状態にした様子を示している。なお、上記エアシリンダ１３は、図示しない固定部材等に着脱自在に取り付けられて、図３における位置が固定される。

この実施形態の距離特性検査方法では、まず、上記近接センサ１について、赤外発光ダイオード６に流すＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)と検知距離(ｍｍ)との関係式を求める。この関係式は、一例として、図５に示すような近似曲線Ｋ１で表される。図５において、横軸は上記ＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)であり、縦軸は上記検知距離(ｍｍ)である。

上記近似曲線Ｋ１の求め方を、以下に説明する。

まず、上記近接センサ１の複数のサンプルを用意する。ここでは、一例として、５つのサンプルＳ１,Ｓ２,Ｓ３,Ｓ４,Ｓ５を用意し、この５つのサンプルＳ１〜Ｓ５については、従来の距離特性検査方法と同様に、近接センサ１に対して反射紙を漸次接近させて、この近接センサ１が検知信号を出力したときの検知距離を測定し、このときに発光ダイオード６に流れるＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)を測定する。上記ＬＥＤ駆動電流は、上記電流制限抵抗素子５の両端間の抵抗値ＲLEDによる電圧降下値から求めることができる。

図５に示す５つの〇印は、上記５つのサンプルＳ１〜Ｓ５による５つの測定点を示している。

これら５つの測定点から、最小自乗法により、上記近似曲線Ｋ１を次式(１)の様に求める。
Ｙ＝ａＸ^２＋ｂＸ＋ｃ … (１)

上式(１)において、Ｙは、近接センサ１の検知距離(ｍｍ)であり、Ｘは、上記ＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)であり、係数ａ,ｂ,ｃは、上記最小自乗法により算出した値である。

図５に示す具体的一例の近似曲線Ｋ１では、係数ａ＝０.００５７、係数ｂ＝−１.５４６４、係数ｃ＝１５２.６であり、上記近似曲線Ｋ１は、次式(１ａ)となる。
Ｙ＝０.００５７Ｘ^２−１.５４６４Ｘ＋１５２.６ … (１ａ)

次に、上記サンプルとは別の近接センサ１の新たなサンプルをこの実施形態による距離特性検査対象として用意する。

そして、上記エアシリンダ１３を収縮させた状態にして、図３に示すように、上記反射紙１１を上記近接センサ１に対向しない状態にする。

そして、上記非検知確認用反射紙１２を、上記近接センサ１で検知できないような距離だけ上記近接センサ１から離れた位置に配置する。つまり、上記非検知確認用反射紙１２は、上記近接センサ１のＬＥＤ電源ＶLEDを最大の電源電圧ＶLEDにしても、上記近接センサ１の出力電圧Ｖoutが検出信号とならないような距離だけ上記近接センサ１から離した位置に配置する。

次に、上記エアシリンダ１３を伸張させて、図４に示すように、上記近接センサ１に対して上記反射紙１１を対向させる。このとき、上記反射紙１１は、上記非検知確認用反射紙１２よりも上記近接センサ１に近い位置にある。一例として、図４に例示されるように、上記非検知確認用反射紙１２と上記反射紙１１との間の距離に比べて、上記反射紙１１と上記近接センサ１との間の距離が短い位置に、上記反射紙１１が配置される。

次に、上記ＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)が例えば５０ｍＡから漸次増加するように、上記ＬＥＤ電源ＶLEDの電源電圧ＶLEDを漸次上昇させるスイープ動作を行い、近接センサ１の出力電圧Ｖoutが非検知信号から検知信号となったときの検知時のＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)を求める。このＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)は、上述した様に、電流制限抵抗素子５の両端間の電圧降下の測定値から求める。この求めたＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)をＩＬＥＤ(on)で表すと、この近接センサ１の検知距離Ｙ(on)は、上記近似曲線式(１)による次式(２)に、上記ＩＬＥＤ(on)を代入して算出できる。
Ｙ(on)＝ａ×{ＩＬＥＤ(on)×ＩＬＥＤ(on)}
＋ｂ×ＩＬＥＤ(on)＋ｃ …(２)

すなわち、上記具体的一例の式(１ａ)では、次式(２ａ)となる。
Ｙ(on)＝０.００５７×{ＩＬＥＤ(on)×ＩＬＥＤ(on)}
−１.５４６４×ＩＬＥＤ(on)＋１５２.６ …(２ａ)

したがって、上記検知時のＬＥＤ駆動電流ＩＬＥＤ(on)が、１００ｍＡであるときは、検知距離Ｙ(on)は、次式で求められ、検知距離Ｙ(on)＝５５ｍｍとなる。
Ｙ(on)＝０.００５７×{１００×１００}
−１.５４６４×１００＋１５２.６＝５５

また、上記検知時のＬＥＤ駆動電流ＩＬＥＤ(on)が、８０ｍＡであるときは、検知距離Ｙ(on)は、次式で求められ、検知距離Ｙ(on)＝６５ｍｍとなる。
Ｙ(on)＝０.００５７×{８０×８０}
−１.５４６４×８０＋１５２.６＝６５

このように、この実施形態の近接センサ１の距離特性検査方法によれば、複数のサンプルＳ１〜Ｓ５について予め測定したＬＥＤ駆動電流と検知距離とに基づいて、ＬＥＤ駆動電流と検知距離との関係式としての近似曲線Ｋ１を求め、距離特性検査対象である新たなサンプルについては、被検知物である反射紙１１との間の距離を固定した状態において検知したときのＬＥＤ駆動電流を測定して、このＬＥＤ駆動電流と上記近似曲線Ｋ１の式(１)から新たなサンプルの検知距離を算出する。つまり、上記距離特性検査対象である新たなサンプルは、上記測定したＬＥＤ電流にて使用され、その検知距離は、上記算出された検知距離となる。これにより、上記距離特性検査対象である近接センサの距離特性を、反射紙のような反射体の位置を変えて近接センサが検知信号を出力したときの距離測定を行うことなく、短時間で正確に検査できる。

また、上記近似曲線Ｋ１は、近接センサに反射紙を漸次接近させて上記近接センサが検知信号を出力したときの上記近接センサと上記反射紙との間の距離を測定して検知距離として求めた複数の基準サンプルを用いることで、誤差の少ない近似曲線が得られ、近接センサの距離特性の検査精度を向上できる。

次に、上記近接センサ１の非検知距離Ｙ(off)の測定方法について説明する。

前述と同様、上記反射紙１１を、図４に示すように、近接センサ１に対向するように配置する。そして、上記ＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)が例えば１５０ｍＡから漸次減少するように、ＬＥＤ電源ＶLEDの電源電圧ＶLEDを高い電圧から漸次降下させるスイープ動作を行い、上記近接センサ１の出力電圧Ｖoutが検知信号から非検知信号になったときのＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)を求める。このＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)は、上述した様に、電流制限抵抗素子５の両端間の電圧降下の測定値から求める。この求めたＬＥＤ駆動電流(ｍＡ)をＩＬＥＤ(off)で表すと、この近接センサ１の非検知距離Ｙ(off)は、上記近似曲線式(１)による次式(３)に、上記ＩＬＥＤ(off)を代入して算出できる。
Ｙ(off)＝ａ×{ＩＬＥＤ(off)×ＩＬＥＤ(off)})
＋ｂ×ＩＬＥＤ(off)＋ｃ …(３)

ところで、１個の上記近接センサ１について、上述のように、ＬＥＤ駆動電流を用いて検知距離を測定する場合にも、上記検知距離の測定を繰り返すと、測定毎に上記検知距離の測定結果にばらつきが生じる。この検知距離の測定結果のばらつきの一例を、図６に示す。図６では、横軸は、検知距離の測定結果の平均値を零とし、この平均値からの測定結果のばらつき(ｍｍ)を示している。図６の縦軸は、各ばらつきの測定結果の度数を示している。

図６を参照すれば、１回の測定結果をその近接センサ１の検知距離とすると、測定誤差が一例として、１.５ｍｍ〜２.５ｍｍだけ生じることが分かる。

一方で、近接センサ１は、検知距離のレンジによって、例えば、図７に示すようにランク分けされる。

図７の一例では、検知距離が４０ｍｍ以上かつ６０ｍｍ未満の近接センサがＡランク、検知距離が６０ｍｍ以上かつ８０ｍｍ未満の近接センサがＢランク、検知距離が８０ｍｍ以上かつ１００ｍｍ未満の近接センサがＣランクにランク分けされる。また、図７の一例では、検知距離が４０ｍｍ未満の近接センサおよび検知距離が１００ｍｍ以上の近接センサは、ランク外不良に分類される。図７の一例では、検知距離４０ｍｍ,６０ｍｍ,８０ｍｍ,１００ｍｍがそれぞれ第１の境界Ｍ１,第２の境界Ｍ２,第３の境界Ｍ３,第４の境界Ｍ４に相当する境界値とする。

そこで、例えば、１個の上記近接センサ１の検知距離についての上記１回の測定結果について、±５ｍｍのばらつきがあると仮定する。この場合、図７のようなランク分けにおいて、１回目の検知距離の測定結果(第１の検知距離)が、３５〜４５ｍｍ，５５〜６５ｍｍ，７５〜８５ｍｍ，および９５〜１０５ｍｍの範囲Ｌ１,Ｌ２,Ｌ３,Ｌ４内である場合には、それぞれ、上記ＬＥＤ駆動電流を変化させる速度が１回目の測定におけるＬＥＤ電流の変化速度より遅くなるように上記電源電圧ＶLEDを漸次降下させるスイープ動作を３回行う(第２の測定)。この第２の測定で、上記近接センサが非検知状態から検知状態に替わったときのＬＥＤ駆動電流と上記式(２)から求めた３つの第２の検知距離と、上記１回目の測定(第１の測定)で求めた第１の検知距離の平均値を取ることで検知距離の測定精度を向上できる。

一方で、上記１回目の測定結果が、上記各範囲Ｌ１,Ｌ２,Ｌ３,Ｌ４の外である場合には、上記１回目に測定した検知距離をそのまま検知距離とする。

これにより、ランク分け精度を向上させると共に検知距離の測定にかかる時間の短縮を図れる。

なお、上記１回目の測定(第１の測定)に続く上記３回のスイープ動作に替えて４回以上のスイープ動作を行って４つ以上の第２の検知距離と第１の検知距離との平均値を上記近接センサの検知距離としてもよい。また、上記１回目の第１の測定に続く第２の測定において１回のスイープ動作を行って１つの第２の検知距離と１つの第１の検知距離との平均値を上記近接センサの検知距離としてもよい。

そして、上記１回目の検知距離の測定結果と、上記複数回あるいは１回の検知距離の測定結果との平均値を取ることで検知距離の測定値の精度を向上できる。

尚、上記実施形態で用いた検査機構では、エアシリンダ１３で反射紙１１を近接センサ１に対する対向位置と非対向位置とに移動させたが、エアシリンダ１３に替えて、サーボモータとギア機構等を用いてもよい。また、上記実施形態の検査対象としての近接センサ１では、発光素子を赤外発光ダイオードとしたが可視光発光ダイオードとしてもよく、発光ダイオード以外の発光素子でもよい。また、上記実施形態では、被検知物として反射紙を採用したが、反射紙に限らないのは勿論で、板状部材や塊状物体でもよい。また、上記実施形態では、上記ＬＥＤ駆動電流と検知距離との関係式としての近似曲線を５つのサンプルの測定結果から求めたが、４つ以下のサンプルもしくは６つ以上のサンプルの測定結果からＬＥＤ駆動電流と検知距離との関係式を求めても良い。

１… 近接センサ
２… 受光レンズ
３… 発光レンズ
４… 接続端子
５… 電流制限抵抗素子
６… 赤外発光ダイオード
７… 受光素子
９… ハウジング
１０… 信号処理回路
１１… 反射紙
１２… 非検知確認用反射紙
１３… エアシリンダ
１３Ａ… ロッド
１４,１７… 固定部材

Claims (2)

1. 発光素子と受光素子とを備えると共に上記発光素子から出射された光が検知対象で反射した反射光を上記受光素子で受光して被検知物の近接を検知する近接センサのサンプルを複数用意し、
   上記複数のサンプルについて、上記発光素子を駆動する駆動電流と被検知物の近接を検知したときの上記被検知物との間の距離である検知距離とを測定し、
   上記測定した駆動電流と上記検知距離との複数の組み合わせに基づいて、上記近接センサについて上記駆動電流と上記検知距離との関係式を求め、
   距離特性検査対象である上記近接センサの別のサンプルを、被検知物との間の距離を固定して配置し、
   上記別のサンプルの発光素子の駆動電流を変化させて、上記別のサンプルが非検知状態から検知状態に替わったときの上記発光素子の駆動電流を測定し、
   上記測定した駆動電流と上記関係式とから、上記別のサンプルの検知距離を求めることを特徴とする近接センサの距離特性検査方法。
2. 請求項１に記載の近接センサの距離特性検査方法において、
   上記近接センサの複数の別のサンプルについて、検知距離の長短に応じたランク分けを行う場合に、
   上記ランク分けの境界をなす上記検知距離の境界値に対応する境界駆動電流を上記関係式から算出し、
   上記駆動電流を変化させて上記別のサンプルが非検知状態から検知状態に替わったときの上記駆動電流を測定する第１の測定で測定した駆動電流と上記関係式とから求めた第１の検知距離と上記ランク分けの境界をなす検知距離の境界値との差の絶対値が予め設定された値以下である場合に、
   上記第１の検知距離を求めたときの上記駆動電流を変化させる速度よりも遅い速度で上記駆動電流を変化させて、上記別のサンプルが非検知状態から検知状態に替わったときの上記駆動電流を測定する第２の測定を、少なくとも１回行い、上記第１の測定による第１の検知距離と、上記第２の測定で測定した駆動電流と上記関係式とから求めた少なくとも１つの第２の検知距離とに基づいて、上記別のサンプルの検知距離を求める一方、
   上記第１の検知距離と上記境界値との差の絶対値が予め設定された値を超えている場合に、上記第１の検知距離を上記別のサンプルの検知距離とすることを特徴とする近接センサの距離特性検査方法。

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