JP3238953B2 - 物体検知装置 - Google Patents
物体検知装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、所定の検知エリア内に
物体が存在するか否かを検知する物体検知装置に係り、
特に位置検出素子として半導体位置検出素子（Position
Sensitive Detectors）（以下、ＰＳＤと称す）に関す
る。
物体が存在するか否かを検知する物体検知装置に係り、
特に位置検出素子として半導体位置検出素子（Position
Sensitive Detectors）（以下、ＰＳＤと称す）に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、位置検出素子としてＰＳＤを用い
た物体検知装置が知られている。その概略の構成を図５
を参照して説明する。物体検知装置は、投光部１、受光
部２、信号処理部３を備える。投光部１は発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）等からなる発光素子４と、該発光素子４を
パルス点灯させるためのパルス点灯回路５と、発光素子
４が発するパルス光を所定の検知エリアへ投光するため
の光学手段であるレンズ６を備えている。
た物体検知装置が知られている。その概略の構成を図５
を参照して説明する。物体検知装置は、投光部１、受光
部２、信号処理部３を備える。投光部１は発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）等からなる発光素子４と、該発光素子４を
パルス点灯させるためのパルス点灯回路５と、発光素子
４が発するパルス光を所定の検知エリアへ投光するため
の光学手段であるレンズ６を備えている。
【０００３】受光部２は位置検出素子としてのＰＳＤ７
と、検知エリア方向からの反射光をＰＳＤ７の受光面上
に集束結像させるための光学手段であるレンズ８を備え
ている。ここで、受光部２は投光部１および検知エリア
に対して三角測量的に配置されているものである。
と、検知エリア方向からの反射光をＰＳＤ７の受光面上
に集束結像させるための光学手段であるレンズ８を備え
ている。ここで、受光部２は投光部１および検知エリア
に対して三角測量的に配置されているものである。
【０００４】検知エリア内に被検知物体１８が存在しな
い場合には、投光部１から投光されたパルス光は図中実
線で示すように壁面や床面等の背景１９で反射され、そ
の反射光はレンズ８によりＰＳＤ７の受光面上のＰ1 の
位置に結像される。ＰＳＤ７からは受光面上の反射光の
結像位置に応じた二つの電流Ｉ1 ，Ｉ2 が出力される
が、これらは信号処理部３において次のように処理され
る。
い場合には、投光部１から投光されたパルス光は図中実
線で示すように壁面や床面等の背景１９で反射され、そ
の反射光はレンズ８によりＰＳＤ７の受光面上のＰ1 の
位置に結像される。ＰＳＤ７からは受光面上の反射光の
結像位置に応じた二つの電流Ｉ1 ，Ｉ2 が出力される
が、これらは信号処理部３において次のように処理され
る。
【０００５】まず、これら二つの出力電流Ｉ1 ，Ｉ2 は
電流／電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路と称す）
９，１２によってそれぞれ電圧Ｖ1 ，Ｖ2 に変換され、
増幅率αの増幅器１０，１３に入力される。この際、図
のＰＳＤ７の受光面上の結像位置から分かるようにＩ1
＞Ｉ2 であり、従ってＶ1 ＞Ｖ2 となるので、増幅器１
０，１３の出力αＶ1 ，αＶ2 にはαＶ1 ＞αＶ2 の関
係が成り立つ。
電流／電圧変換回路（以下、Ｉ／Ｖ変換回路と称す）
９，１２によってそれぞれ電圧Ｖ1 ，Ｖ2 に変換され、
増幅率αの増幅器１０，１３に入力される。この際、図
のＰＳＤ７の受光面上の結像位置から分かるようにＩ1
＞Ｉ2 であり、従ってＶ1 ＞Ｖ2 となるので、増幅器１
０，１３の出力αＶ1 ，αＶ2 にはαＶ1 ＞αＶ2 の関
係が成り立つ。
【０００６】ここでＡＧＣ回路１１は、αＶ1 が飽和す
ることがないように監視し、二つの増幅器１０，１３の
増幅率αを実用範囲内で制御する。増幅器１０，１３の
出力αＶ1 ，αＶ2 は演算回路１４に入力されて所定の
演算処理、例えば （αＶ1 −αＶ2 ）／（αＶ1 ＋αＶ2 ） ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ） …（１） あるいは Ｖ1 ／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ） …（２） 等の演算が施され、被検知物体までの距離を示す信号
（以下、距離信号と称す）が生成される。この距離信号
は比較手段１５に入力され、比較基準設定手段１６によ
って予め設定されている基準値と比較される。
ることがないように監視し、二つの増幅器１０，１３の
増幅率αを実用範囲内で制御する。増幅器１０，１３の
出力αＶ1 ，αＶ2 は演算回路１４に入力されて所定の
演算処理、例えば （αＶ1 −αＶ2 ）／（αＶ1 ＋αＶ2 ） ＝（Ｖ1 −Ｖ2 ）／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ） …（１） あるいは Ｖ1 ／（Ｖ1 ＋Ｖ2 ） …（２） 等の演算が施され、被検知物体までの距離を示す信号
（以下、距離信号と称す）が生成される。この距離信号
は比較手段１５に入力され、比較基準設定手段１６によ
って予め設定されている基準値と比較される。
【０００７】出力回路１７は比較手段１５の出力に応じ
て所定の処理を行うものであり、例えば比較手段１５の
出力が被検知物体の存在を示すものである場合には被検
知物体有りを示す信号を出力する。
て所定の処理を行うものであり、例えば比較手段１５の
出力が被検知物体の存在を示すものである場合には被検
知物体有りを示す信号を出力する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】ところで、投光部１及
び受光部２から背景１９までの距離は当該物体検知装置
の取り付け位置に応じて変化するものであり、従って比
較手段１５における基準値も背景１９までの距離に応じ
て変更する必要がある。なぜなら比較手段１５の基準値
は、当該検知エリア内に被検知物体が存在しない場合に
得られる距離信号、即ち背景１９までの距離に対応する
距離信号である必要があるからである。
び受光部２から背景１９までの距離は当該物体検知装置
の取り付け位置に応じて変化するものであり、従って比
較手段１５における基準値も背景１９までの距離に応じ
て変更する必要がある。なぜなら比較手段１５の基準値
は、当該検知エリア内に被検知物体が存在しない場合に
得られる距離信号、即ち背景１９までの距離に対応する
距離信号である必要があるからである。
【０００９】そのために、従来の物体検知装置において
は、可変抵抗器等から構成される比較基準設定手段１６
によって当該基準値を変更できるようになされるのが通
常であるが、この基準値の設定は物体検知装置の取り付
けの度毎に、しかも手作業で行わざるを得ないものであ
り、非常に面倒、且つ煩わしいものであるばかりでな
く、その設定を誤ると誤動作の原因となるものであっ
た。
は、可変抵抗器等から構成される比較基準設定手段１６
によって当該基準値を変更できるようになされるのが通
常であるが、この基準値の設定は物体検知装置の取り付
けの度毎に、しかも手作業で行わざるを得ないものであ
り、非常に面倒、且つ煩わしいものであるばかりでな
く、その設定を誤ると誤動作の原因となるものであっ
た。
【００１０】また、信号処理部３のＡＧＣ回路１１は信
号の安定化を図るために設けられているものであるが、
制御可能な信号レベルの範囲には限界があり、ＰＳＤ７
からの出力が非常に小さい場合にはノイズ成分をも増幅
してしまうので、Ｓ／Ｎ比の向上を期待することはでき
ないものであった。
号の安定化を図るために設けられているものであるが、
制御可能な信号レベルの範囲には限界があり、ＰＳＤ７
からの出力が非常に小さい場合にはノイズ成分をも増幅
してしまうので、Ｓ／Ｎ比の向上を期待することはでき
ないものであった。
【００１１】これに対して、ＡＧＣ回路を設ける代わり
に、発光素子４の発光光量を増幅器１０または増幅器１
３の出力信号レベルに応じて変化させることによって信
号の安定化を図るようにすることも提案されているが、
回路構成が複雑になるものであり、またＬＥＤに供給で
きる電流には限界があるので、Ｓ／Ｎ比を飛躍的に向上
させることは非常に困難なものである。
に、発光素子４の発光光量を増幅器１０または増幅器１
３の出力信号レベルに応じて変化させることによって信
号の安定化を図るようにすることも提案されているが、
回路構成が複雑になるものであり、またＬＥＤに供給で
きる電流には限界があるので、Ｓ／Ｎ比を飛躍的に向上
させることは非常に困難なものである。
【００１２】更に、演算回路１４において上記（１）式
で示す演算を施した場合には、そのＰＳＤの受光面上の
結像位置（ｘ）における演算特性は、図６のグラフに示
すように、ＰＳＤの受光面の中心ｘ0 を中心として対称
となるので、ＰＳＤの受光面の中心から一方の半分しか
使うことができず、また組み立て誤差等によって他方の
側に反射光が結像された場合には誤動作の原因となるも
のであった。
で示す演算を施した場合には、そのＰＳＤの受光面上の
結像位置（ｘ）における演算特性は、図６のグラフに示
すように、ＰＳＤの受光面の中心ｘ0 を中心として対称
となるので、ＰＳＤの受光面の中心から一方の半分しか
使うことができず、また組み立て誤差等によって他方の
側に反射光が結像された場合には誤動作の原因となるも
のであった。
【００１３】従ってこのような誤動作を防止するために
は受光レンズ８の中心とＰＳＤ７の受光面の中心を高い
精度で一致させる必要があり、組み立てが非常に面倒な
ものであった。
は受光レンズ８の中心とＰＳＤ７の受光面の中心を高い
精度で一致させる必要があり、組み立てが非常に面倒な
ものであった。
【００１４】また、上記（２）式の演算を施した場合に
は、その演算特性は図７に示すようになり、ＰＳＤの全
受光面を使用することが可能なため、上述したようなレ
ンズとＰＳＤの光軸調整は必要としないものの、（１）
式の結果得られる特性よりも特性曲線の傾きが穏やかで
あるので、物体検知の分解能が低下するという問題があ
る。
は、その演算特性は図７に示すようになり、ＰＳＤの全
受光面を使用することが可能なため、上述したようなレ
ンズとＰＳＤの光軸調整は必要としないものの、（１）
式の結果得られる特性よりも特性曲線の傾きが穏やかで
あるので、物体検知の分解能が低下するという問題があ
る。
【００１５】また更に、（２）式の演算を行うためには
加算回路と除算回路が必要であり、（１）式の演算を行
うためには更にそれに加えて減算回路も必要となるので
回路構成が複雑であり、且つコストがかかるという問題
があった。
加算回路と除算回路が必要であり、（１）式の演算を行
うためには更にそれに加えて減算回路も必要となるので
回路構成が複雑であり、且つコストがかかるという問題
があった。
【００１６】本発明は、上記の課題を解決するものであ
って、比較手段に供給する基準値、即ち物体検知の基準
となる距離に対応するレベルの設定を容易に、高精度に
行うことができるばかりでなく、信号が飽和することが
なく、しかも従来に比較してＳ／Ｎ比を大幅に向上させ
ることができる物体検知装置を提供することを目的とす
るものである。
って、比較手段に供給する基準値、即ち物体検知の基準
となる距離に対応するレベルの設定を容易に、高精度に
行うことができるばかりでなく、信号が飽和することが
なく、しかも従来に比較してＳ／Ｎ比を大幅に向上させ
ることができる物体検知装置を提供することを目的とす
るものである。
【００１７】また本発明は、簡単な回路構成で、距離に
対する分解能が高い物体検知装置を提供することを目的
とするものである。
対する分解能が高い物体検知装置を提供することを目的
とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の物体検知装置は、所定の検知エリアに向
けて投光ビームを投光する投光部と、位置検出素子とし
ての半導体位置検出素子と、その前面に配置される集光
光学系を備えてなり、前記投光部及び前記検知エリアに
対して三角測量的に配置されて前記投光部から投光され
た投光ビームの検知エリアからの反射光を受光する受光
部と、前記半導体位置検出素子の出力信号を処理する信
号処理手段とを備える物体検知装置において、前記集光
光学系の光軸は前記半導体位置検出素子の受光面の中心
位置から受光面の長手方向のいずれかの方向にずらされ
てなり、前記信号処理手段は、前記半導体位置検出素子
の二つの電流出力のうちの前記集光光学系の光軸がずら
されている側の電流出力を電圧に変換する第１の電流／
電圧変換手段と、前記半導体位置検出素子の他方の側の
電流出力を電圧に変換する第２の電流／電圧変換手段
と、前記第１及び第２の電流／電圧変換回路の出力電圧
をそれぞれ前記投光部の投光タイミングに同期して積分
する第１及び第２の積分手段と、前記第２の積分手段の
出力電圧が所定の閾値になったときに前記第１の積分手
段の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記
Ａ／Ｄ変換手段の出力値を物体検知のための基準値とし
て記憶するメモリ手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値
を前記メモリ手段に書き込むためのタイミングを与える
タイミング手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値と前記
メモリ手段に書き込まれている基準値とを比較して物体
が存在すると判断される場合には物体が存在する旨を示
す信号を出力する比較手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段のＡ
／Ｄ変換動作が終了した後に前記第１及び第２の積分手
段をリセットするリセット手段とを備えることを特徴と
する。
めに、本発明の物体検知装置は、所定の検知エリアに向
けて投光ビームを投光する投光部と、位置検出素子とし
ての半導体位置検出素子と、その前面に配置される集光
光学系を備えてなり、前記投光部及び前記検知エリアに
対して三角測量的に配置されて前記投光部から投光され
た投光ビームの検知エリアからの反射光を受光する受光
部と、前記半導体位置検出素子の出力信号を処理する信
号処理手段とを備える物体検知装置において、前記集光
光学系の光軸は前記半導体位置検出素子の受光面の中心
位置から受光面の長手方向のいずれかの方向にずらされ
てなり、前記信号処理手段は、前記半導体位置検出素子
の二つの電流出力のうちの前記集光光学系の光軸がずら
されている側の電流出力を電圧に変換する第１の電流／
電圧変換手段と、前記半導体位置検出素子の他方の側の
電流出力を電圧に変換する第２の電流／電圧変換手段
と、前記第１及び第２の電流／電圧変換回路の出力電圧
をそれぞれ前記投光部の投光タイミングに同期して積分
する第１及び第２の積分手段と、前記第２の積分手段の
出力電圧が所定の閾値になったときに前記第１の積分手
段の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換手段と、前記
Ａ／Ｄ変換手段の出力値を物体検知のための基準値とし
て記憶するメモリ手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値
を前記メモリ手段に書き込むためのタイミングを与える
タイミング手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値と前記
メモリ手段に書き込まれている基準値とを比較して物体
が存在すると判断される場合には物体が存在する旨を示
す信号を出力する比較手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段のＡ
／Ｄ変換動作が終了した後に前記第１及び第２の積分手
段をリセットするリセット手段とを備えることを特徴と
する。
【００１９】
【作用および発明の効果】本発明においては、メモリ手
段と、タイミング手段とを備える。メモリ手段は比較手
段において物体検知のための基準値として用いられる値
を格納するものであり、タイミング手段はこのメモリ手
段に基準値を書き込むタイミングを与えるものである。
従ってメモリ手段はタイミング手段から書き込みタイミ
ングを与えられると、そのときＡ／Ｄ変換手段から出力
されるデジタル値を書き込む。これが基準値である。こ
れによって物体検知の判定基準となる背景までの距離に
対応した距離信号を直接基準値として比較手段に設定す
ることができるので、物体検知を高精度に行うことがで
きるばかりでなく、その設定、変更を容易に行うことが
できる。
段と、タイミング手段とを備える。メモリ手段は比較手
段において物体検知のための基準値として用いられる値
を格納するものであり、タイミング手段はこのメモリ手
段に基準値を書き込むタイミングを与えるものである。
従ってメモリ手段はタイミング手段から書き込みタイミ
ングを与えられると、そのときＡ／Ｄ変換手段から出力
されるデジタル値を書き込む。これが基準値である。こ
れによって物体検知の判定基準となる背景までの距離に
対応した距離信号を直接基準値として比較手段に設定す
ることができるので、物体検知を高精度に行うことがで
きるばかりでなく、その設定、変更を容易に行うことが
できる。
【００２０】また、本発明においてはＰＳＤの前面に配
置される集光光学系の光軸はＰＳＤの受光面の中心位置
からその長手方向のいずれかの方向にずらされている。
このずれ量は集光光学系との位置調整を必要とする程正
確さを要求されるものではないので、組み立ての際の位
置調整の手間が省けるものである。
置される集光光学系の光軸はＰＳＤの受光面の中心位置
からその長手方向のいずれかの方向にずらされている。
このずれ量は集光光学系との位置調整を必要とする程正
確さを要求されるものではないので、組み立ての際の位
置調整の手間が省けるものである。
【００２１】更に、本発明においては距離信号は、第２
の積分手段の出力電圧が所定の閾値になったときに前記
第１の積分手段の出力電圧をＡ／Ｄ変換することにより
得られるので、距離の分解能を従来より大幅に向上させ
ることができる。また、従来のような演算を行う回路は
不要であるので、安価に構成することができる。
の積分手段の出力電圧が所定の閾値になったときに前記
第１の積分手段の出力電圧をＡ／Ｄ変換することにより
得られるので、距離の分解能を従来より大幅に向上させ
ることができる。また、従来のような演算を行う回路は
不要であるので、安価に構成することができる。
【００２２】また更に本発明ではＡＧＣ回路は設けず、
ＰＳＤの二つの出力電流をそれぞれ電圧に変換した後に
投光部の投光タイミングに同期して積分する積分手段を
備えているので、背景からの反射光が非常に微弱なもの
であってもｎ回積分することによってＳ／Ｎ比をｎ1/2
倍に改善させることができ、信号が飽和することも防止
することができるものである。
ＰＳＤの二つの出力電流をそれぞれ電圧に変換した後に
投光部の投光タイミングに同期して積分する積分手段を
備えているので、背景からの反射光が非常に微弱なもの
であってもｎ回積分することによってＳ／Ｎ比をｎ1/2
倍に改善させることができ、信号が飽和することも防止
することができるものである。
【００２３】
【実施例】以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。
図１は本発明に係る物体検知装置の一実施例の構成を示
す図であり、図中、２０は制御手段、２１は投光部、２
２は駆動回路、２３は赤外線を発光する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤと称す）、２４はレンズ、３１は受光
部、３２はレンズ、３３はＰＳＤ、３４，３５はＩ／Ｖ
変換回路、３６，３７はスイッチ、３８，３９は積分回
路、４０，４１はリセットスイッチ、４４は比較回路、
４５はＡ／Ｄ変換回路、４６は操作部、４７はメモリ、
４８は比較器、４９は出力回路、５１、５２はハイパス
フィルタ（以下、ＨＰＦと称す）、５３は基準電圧発生
回路を示す。
図１は本発明に係る物体検知装置の一実施例の構成を示
す図であり、図中、２０は制御手段、２１は投光部、２
２は駆動回路、２３は赤外線を発光する発光ダイオード
（以下、ＬＥＤと称す）、２４はレンズ、３１は受光
部、３２はレンズ、３３はＰＳＤ、３４，３５はＩ／Ｖ
変換回路、３６，３７はスイッチ、３８，３９は積分回
路、４０，４１はリセットスイッチ、４４は比較回路、
４５はＡ／Ｄ変換回路、４６は操作部、４７はメモリ、
４８は比較器、４９は出力回路、５１、５２はハイパス
フィルタ（以下、ＨＰＦと称す）、５３は基準電圧発生
回路を示す。
【００２４】図１において、制御手段２０は当該物体検
知装置の各部の動作を統括して管理するものであり、マ
イクロプロセッサ及びその周辺回路で構成される。な
お、その動作の詳細については後述する。投光部２１
は、ＬＥＤ２３、ＬＥＤ２３を駆動するための駆動回路
２２及びＬＥＤ２３から発光されるパルス光を所定の検
知エリアの方向へ投光するためのレンズ２４を備えてい
る。駆動回路２２は、例えば図示のような定電流回路で
構成され、制御手段２０から出力されるドライブ信号Ｄ
Ｒが所定のレベル、例えば図２Ａに示すようにハイレベ
ルのときだけに動作するようになされている。
知装置の各部の動作を統括して管理するものであり、マ
イクロプロセッサ及びその周辺回路で構成される。な
お、その動作の詳細については後述する。投光部２１
は、ＬＥＤ２３、ＬＥＤ２３を駆動するための駆動回路
２２及びＬＥＤ２３から発光されるパルス光を所定の検
知エリアの方向へ投光するためのレンズ２４を備えてい
る。駆動回路２２は、例えば図示のような定電流回路で
構成され、制御手段２０から出力されるドライブ信号Ｄ
Ｒが所定のレベル、例えば図２Ａに示すようにハイレベ
ルのときだけに動作するようになされている。
【００２５】受光部３１はＰＳＤ３３及び検知エリア方
向からの反射光をＰＳＤ３３の受光面上に結像させるた
めの集光光学系としてのレンズ３２を備えているが、レ
ンズ３２の光軸はＰＳＤ３３の受光面の中心位置より受
光面の長手方向にオフセット量ＤOFだけずらされて配置
されている。
向からの反射光をＰＳＤ３３の受光面上に結像させるた
めの集光光学系としてのレンズ３２を備えているが、レ
ンズ３２の光軸はＰＳＤ３３の受光面の中心位置より受
光面の長手方向にオフセット量ＤOFだけずらされて配置
されている。
【００２６】ＰＳＤ３３の出力電流Ｉ1 ，Ｉ2 は、それ
ぞれ、Ｉ／Ｖ変換回路３４，３５によって電圧に変換さ
れ、ＨＰＦ５１、５２に入力される。ＨＰＦ５１、５２
は外乱光によるノイズ成分を除去するために設けられて
いるものである。
ぞれ、Ｉ／Ｖ変換回路３４，３５によって電圧に変換さ
れ、ＨＰＦ５１、５２に入力される。ＨＰＦ５１、５２
は外乱光によるノイズ成分を除去するために設けられて
いるものである。
【００２７】スイッチ３６、３７はＬＥＤ２３の発光と
同期して閉路される。即ち、スイッチ３６、３７はドラ
イブ信号ＤＲがハイレベルの時だけ閉路される。
同期して閉路される。即ち、スイッチ３６、３７はドラ
イブ信号ＤＲがハイレベルの時だけ閉路される。
【００２８】積分回路３８のリセットスイッチ４０及び
積分回路３９のリセットスイッチ４１は通常は開路され
ているので、スイッチ３６、３７を介して入力される信
号は順次積分される。積分回路３８の出力電圧Ｖ1 は比
較回路４４に入力され、予め定められた基準電圧Ｖ0 と
比較される。
積分回路３９のリセットスイッチ４１は通常は開路され
ているので、スイッチ３６、３７を介して入力される信
号は順次積分される。積分回路３８の出力電圧Ｖ1 は比
較回路４４に入力され、予め定められた基準電圧Ｖ0 と
比較される。
【００２９】比較回路４４はＶ1 と基準電圧Ｖ0 とを比
較し、Ｖ1 ＜Ｖ0 である場合にはハイレベル、Ｖ1 ≧Ｖ
0 である場合にはローレベルを出力するが、この比較回
路４４は動作の安定化を図るためにヒステリシスを有す
るコンパレータ回路等で構成される。ヒステリシスを有
しない比較回路ではハイレベルからローレベルに立ち下
がるときの閾値ＶTH1 と、ローレベルからハイレベルに
立ち上がるときの閾値ＶTH2 とは同じ値であり、次のよ
うな不具合を生じる。即ち、積分回路３８の出力電圧Ｖ
1 は信号積分の効果によりＳ／Ｎ比の向上が図られてい
るものの、ノイズ成分が皆無ではなく、従ってノイズあ
るいはその他の要因により出力電圧Ｖ1は変動すること
があり、その電圧変動が図３Ａに示すように閾値ＶTH1
（＝ＶTH 2 ）の近傍で生じた場合には比較回路４４の出
力ＶCOM は図３Ｂに示すようにローレベルとハイレベル
を頻繁に繰り返すことになって安定した出力を得ること
ができない。
較し、Ｖ1 ＜Ｖ0 である場合にはハイレベル、Ｖ1 ≧Ｖ
0 である場合にはローレベルを出力するが、この比較回
路４４は動作の安定化を図るためにヒステリシスを有す
るコンパレータ回路等で構成される。ヒステリシスを有
しない比較回路ではハイレベルからローレベルに立ち下
がるときの閾値ＶTH1 と、ローレベルからハイレベルに
立ち上がるときの閾値ＶTH2 とは同じ値であり、次のよ
うな不具合を生じる。即ち、積分回路３８の出力電圧Ｖ
1 は信号積分の効果によりＳ／Ｎ比の向上が図られてい
るものの、ノイズ成分が皆無ではなく、従ってノイズあ
るいはその他の要因により出力電圧Ｖ1は変動すること
があり、その電圧変動が図３Ａに示すように閾値ＶTH1
（＝ＶTH 2 ）の近傍で生じた場合には比較回路４４の出
力ＶCOM は図３Ｂに示すようにローレベルとハイレベル
を頻繁に繰り返すことになって安定した出力を得ること
ができない。
【００３０】これに対してヒステリシスを有する比較回
路においては、ＶTH1 ＞ＶTH2 となるように設定されて
いるので、図３Ｃに示すように積分回路４４の出力電圧
Ｖ1が多少変動したとしても、Ｖ1 がＶTH2 を下回らな
い限り、図３Ｄに示すように一旦ローレベルになるとそ
の状態を維持するので、安定した出力を得ることができ
る。なお、図１に示す比較回路４４においてはＶTH1 と
ＶTH2 との差、即ちヒステリシスの幅は、ＶC ×Ｒ1 ／
（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）で与えられるが、実際には 0.1Ｖ程度あ
ればよいものである。
路においては、ＶTH1 ＞ＶTH2 となるように設定されて
いるので、図３Ｃに示すように積分回路４４の出力電圧
Ｖ1が多少変動したとしても、Ｖ1 がＶTH2 を下回らな
い限り、図３Ｄに示すように一旦ローレベルになるとそ
の状態を維持するので、安定した出力を得ることができ
る。なお、図１に示す比較回路４４においてはＶTH1 と
ＶTH2 との差、即ちヒステリシスの幅は、ＶC ×Ｒ1 ／
（Ｒ1 ＋Ｒ2 ）で与えられるが、実際には 0.1Ｖ程度あ
ればよいものである。
【００３１】以上のように背景あるいは検知物体からの
反射光に基づく信号は投光のタイミングに同期して順次
積分されるので、従来のＡＧＣ回路を用いた場合に比較
して、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができるもので
ある。例えば、遠くに反射率の小さい物体があった場合
には、反射光は非常に弱いものとなるが、反射光に基づ
く信号は投光の度毎に積分されていくので、積分回路３
８、３９からはＳ／Ｎ比の良好な出力信号を得ることが
できる。
反射光に基づく信号は投光のタイミングに同期して順次
積分されるので、従来のＡＧＣ回路を用いた場合に比較
して、Ｓ／Ｎ比を大幅に向上させることができるもので
ある。例えば、遠くに反射率の小さい物体があった場合
には、反射光は非常に弱いものとなるが、反射光に基づ
く信号は投光の度毎に積分されていくので、積分回路３
８、３９からはＳ／Ｎ比の良好な出力信号を得ることが
できる。
【００３２】比較回路４４の出力信号ＶCOM は制御手段
２０に転送される。そして、制御手段２０は信号ＶCOM
を監視して、図２Ｂ，Ｃに示すように信号ＶCOM がロー
レベルになると所定のタイミングでＡ／Ｄ変換回路４５
にＡ／Ｄ変換動作の開始を指示する信号ＡＤを出力し、
その後、Ａ／Ｄ変換動作が終了すると図２Ｄに示すよう
に積分回路３８のリセットスイッチ４０及び積分回路３
９のリセットスイッチ４１に対して閉路とする信号ＲＥ
Ｓを出力する。積分回路３８、３９は、（ｎ＋１）回目
の積分動作が行われるまではｎ回目の積分値を保持する
ので、サンプル／ホールドの機能をも備えているもので
あり、従ってｎ回目の積分動作が終了した後で且つ（ｎ
＋１）回目の積分動作が開始される前に信号ＶCOM がロ
ーレベルとなり、制御手段２０から信号ＡＤが出力され
た場合にはＡ／Ｄ変換回路４５は積分回路３９から安定
した出力電圧Ｖ2 を取り込んでＡ／Ｄ変換を行うことが
できる。
２０に転送される。そして、制御手段２０は信号ＶCOM
を監視して、図２Ｂ，Ｃに示すように信号ＶCOM がロー
レベルになると所定のタイミングでＡ／Ｄ変換回路４５
にＡ／Ｄ変換動作の開始を指示する信号ＡＤを出力し、
その後、Ａ／Ｄ変換動作が終了すると図２Ｄに示すよう
に積分回路３８のリセットスイッチ４０及び積分回路３
９のリセットスイッチ４１に対して閉路とする信号ＲＥ
Ｓを出力する。積分回路３８、３９は、（ｎ＋１）回目
の積分動作が行われるまではｎ回目の積分値を保持する
ので、サンプル／ホールドの機能をも備えているもので
あり、従ってｎ回目の積分動作が終了した後で且つ（ｎ
＋１）回目の積分動作が開始される前に信号ＶCOM がロ
ーレベルとなり、制御手段２０から信号ＡＤが出力され
た場合にはＡ／Ｄ変換回路４５は積分回路３９から安定
した出力電圧Ｖ2 を取り込んでＡ／Ｄ変換を行うことが
できる。
【００３３】また、積分回路３８、３９のリセットスイ
ッチ４０、４１は信号ＲＥＳの立ち上がりで閉路され、
これによって積分回路３８、３９はリセットされる。従
ってこのときには比較回路４４の出力信号ＶCOM は図２
Ｂに示すようにハイレベルとなる。
ッチ４０、４１は信号ＲＥＳの立ち上がりで閉路され、
これによって積分回路３８、３９はリセットされる。従
ってこのときには比較回路４４の出力信号ＶCOM は図２
Ｂに示すようにハイレベルとなる。
【００３４】なお、制御手段２０が信号ＲＥＳを出力す
るタイミングは適宜設定することができる。例えば、Ａ
／Ｄ変換回路４５がＡ／Ｄ変換の開始が指示されてから
入力端子ＶINに与えられる電圧を取り込むまでに要する
時間は使用するＡ／Ｄ変換回路によって定まっているか
ら、信号ＡＤを出力してから当該時間が経過した後に信
号ＲＥＳを出力するようにしてもよいし、また、制御手
段２０はＡ／Ｄ変換回路４５から出力データが転送され
たことを検知したときに信号ＲＥＳを出力するようにす
ることもできる。
るタイミングは適宜設定することができる。例えば、Ａ
／Ｄ変換回路４５がＡ／Ｄ変換の開始が指示されてから
入力端子ＶINに与えられる電圧を取り込むまでに要する
時間は使用するＡ／Ｄ変換回路によって定まっているか
ら、信号ＡＤを出力してから当該時間が経過した後に信
号ＲＥＳを出力するようにしてもよいし、また、制御手
段２０はＡ／Ｄ変換回路４５から出力データが転送され
たことを検知したときに信号ＲＥＳを出力するようにす
ることもできる。
【００３５】Ａ／Ｄ変換回路４５は、制御手段２０から
の信号ＡＤを受けると、 ＶIN／（ＶREF(+)−ＶREF(-)） …（３） の値をデジタル値として出力するが、図１においてはＶ
REF(-)の端子は接地されているので、 ＶIN／ＶREF(+)＝Ｖ2 ／ＶREF(+) …（４） の値をデジタル化することになる。しかし、図１に示す
構成では ＶREF(+)／Ｖ0 ＝ＶREF(+)／Ｖ1 …（５） の関係が成り立ち、この（５）式の値をＫとすると、Ｋ
＞１であり、（４）式は Ｖ2／ＶREF(+)＝Ｖ2／Ｋ×Ｖ1＝（１／Ｋ）×Ｖ2／Ｖ1 …（６） となる。従ってＡ／Ｄ変換回路４５の出力は（６）式の
値をデジタル化したものとなる。このＡ／Ｄ変換回路の
出力が検知エリア内の背景または物体までの距離を示す
ものであることは明かである。（以下、これを距離デー
タと称す）。また物体の反射率の相違により積分される
回数は異なるが、同じ距離にある場合にはＡ／Ｄ変換回
路４５の出力は同一であることも明らかである。
の信号ＡＤを受けると、 ＶIN／（ＶREF(+)−ＶREF(-)） …（３） の値をデジタル値として出力するが、図１においてはＶ
REF(-)の端子は接地されているので、 ＶIN／ＶREF(+)＝Ｖ2 ／ＶREF(+) …（４） の値をデジタル化することになる。しかし、図１に示す
構成では ＶREF(+)／Ｖ0 ＝ＶREF(+)／Ｖ1 …（５） の関係が成り立ち、この（５）式の値をＫとすると、Ｋ
＞１であり、（４）式は Ｖ2／ＶREF(+)＝Ｖ2／Ｋ×Ｖ1＝（１／Ｋ）×Ｖ2／Ｖ1 …（６） となる。従ってＡ／Ｄ変換回路４５の出力は（６）式の
値をデジタル化したものとなる。このＡ／Ｄ変換回路の
出力が検知エリア内の背景または物体までの距離を示す
ものであることは明かである。（以下、これを距離デー
タと称す）。また物体の反射率の相違により積分される
回数は異なるが、同じ距離にある場合にはＡ／Ｄ変換回
路４５の出力は同一であることも明らかである。
【００３６】また、Ａ／Ｄ変換回路４５の出力特性は図
４に示すようになり、従来に比較して遠距離において分
解能が向上することが分かる。即ち、ＰＳＤ３３からの
出力電流Ｉ2 をＩ1 で除算した値は、 Ｉ2 ／Ｉ1 ＝（Ｌ−２ｘ）／（Ｌ＋２ｘ） …（７） で与えられる。なお、ＬはＰＳＤ３３の受光面長さであ
り、また図４における横軸ｘの原点はＰＳＤ３３の受光
面の中心位置である。そして、ＰＳＤ３３からの出力電
流Ｉ1 ，Ｉ2 はＩ／Ｖ変換回路３４、３５でそれぞれ電
流値に比例した電圧値に変換されるので、Ｉ2 ／Ｉ1 ＝
Ｖ2 ／Ｖ1 とすることができる。ここで図１の構成にお
いていま、レンズ３２の光軸とＰＳＤ３３の受光面が交
差する位置に結像したとすると、即ち、無限遠点から赤
外線が入射した場合の結像位置を図４のＰの位置とする
と、レンズ３２の光軸とＰＳＤ３３の受光面中心はオフ
セット量ＤOFだけずらされているので、Ｖ2 ＞Ｖ1 であ
り、従ってＰＳＤ３３の受光面上の結像位置ｘに対する
Ｖ2 ／Ｖ1 の演算の特性は図４のようになるのである。
従って、有限の位置から反射してきた反射光の結像点
が、被検知物体が当該物体検知装置に近付くにつれてＰ
ＳＤ３３の受光面上の中心を通り図４中の左方向へ移動
するようにレンズ３２とＰＳＤ３３とを配置するように
するとよいことが分かり、これによれば遠距離での分解
能を向上させることができる。なお、光結像位置ｘの点
Ｐからの変位量△ｘは、受光レンズ３２の焦点距離を
ｆ、基線長、即ち投光部２１のレンズ２４と受光部３１
のレンズ３２の中心間距離をＳ、物体までの距離をＬと
して、△ｘ＝ｆ×Ｓ／Ｌで求めることができる。この式
より、物体が近づくにつれて△ｘが大きくなり、近距離
の方が分解能が向上することが分かる。即ち、Ａ／Ｄ変
換回路の出力特性と光学的特性は相補的な関係にあると
いえる。
４に示すようになり、従来に比較して遠距離において分
解能が向上することが分かる。即ち、ＰＳＤ３３からの
出力電流Ｉ2 をＩ1 で除算した値は、 Ｉ2 ／Ｉ1 ＝（Ｌ−２ｘ）／（Ｌ＋２ｘ） …（７） で与えられる。なお、ＬはＰＳＤ３３の受光面長さであ
り、また図４における横軸ｘの原点はＰＳＤ３３の受光
面の中心位置である。そして、ＰＳＤ３３からの出力電
流Ｉ1 ，Ｉ2 はＩ／Ｖ変換回路３４、３５でそれぞれ電
流値に比例した電圧値に変換されるので、Ｉ2 ／Ｉ1 ＝
Ｖ2 ／Ｖ1 とすることができる。ここで図１の構成にお
いていま、レンズ３２の光軸とＰＳＤ３３の受光面が交
差する位置に結像したとすると、即ち、無限遠点から赤
外線が入射した場合の結像位置を図４のＰの位置とする
と、レンズ３２の光軸とＰＳＤ３３の受光面中心はオフ
セット量ＤOFだけずらされているので、Ｖ2 ＞Ｖ1 であ
り、従ってＰＳＤ３３の受光面上の結像位置ｘに対する
Ｖ2 ／Ｖ1 の演算の特性は図４のようになるのである。
従って、有限の位置から反射してきた反射光の結像点
が、被検知物体が当該物体検知装置に近付くにつれてＰ
ＳＤ３３の受光面上の中心を通り図４中の左方向へ移動
するようにレンズ３２とＰＳＤ３３とを配置するように
するとよいことが分かり、これによれば遠距離での分解
能を向上させることができる。なお、光結像位置ｘの点
Ｐからの変位量△ｘは、受光レンズ３２の焦点距離を
ｆ、基線長、即ち投光部２１のレンズ２４と受光部３１
のレンズ３２の中心間距離をＳ、物体までの距離をＬと
して、△ｘ＝ｆ×Ｓ／Ｌで求めることができる。この式
より、物体が近づくにつれて△ｘが大きくなり、近距離
の方が分解能が向上することが分かる。即ち、Ａ／Ｄ変
換回路の出力特性と光学的特性は相補的な関係にあると
いえる。
【００３７】さて、制御手段２０は、押ボタンスイッチ
等のスイッチで構成される操作部４６が操作された場合
には、その直後にＡ／Ｄ変換回路４５からの距離データ
をメモリ４７に書き込むが、操作部４６が操作されてい
ない場合には距離データを比較器４８に転送する。即
ち、操作部４６はメモリ４７の書き込みタイミングを与
えるものである。
等のスイッチで構成される操作部４６が操作された場合
には、その直後にＡ／Ｄ変換回路４５からの距離データ
をメモリ４７に書き込むが、操作部４６が操作されてい
ない場合には距離データを比較器４８に転送する。即
ち、操作部４６はメモリ４７の書き込みタイミングを与
えるものである。
【００３８】比較器４８は、Ａ／Ｄ変換回路４５から転
送された距離データとメモリ４７に書き込まれている基
準値としての距離データとを比較して物体の存在の有無
を示す信号を出力するものであり、扱うデータが２値化
されたデジタル値であることを除けばその動作は図５に
示す従来の物体検知装置の比較手段１５と同じである。
また出力回路４９も図５に示す出力回路１７と同様であ
る。
送された距離データとメモリ４７に書き込まれている基
準値としての距離データとを比較して物体の存在の有無
を示す信号を出力するものであり、扱うデータが２値化
されたデジタル値であることを除けばその動作は図５に
示す従来の物体検知装置の比較手段１５と同じである。
また出力回路４９も図５に示す出力回路１７と同様であ
る。
【００３９】従って、この物体検知装置を設置した後に
操作部４６を操作することによってメモリ４７に物体検
知のための距離の基準となる距離データを書き込むこと
ができる。そして、一旦距離の基準を設定した後に検知
エリアが変更された場合等、距離の基準を変更する必要
が生じた場合には再度操作部４６を操作することによっ
て、新たな距離の基準をメモリ４７に書き込むことがで
きるものである。
操作部４６を操作することによってメモリ４７に物体検
知のための距離の基準となる距離データを書き込むこと
ができる。そして、一旦距離の基準を設定した後に検知
エリアが変更された場合等、距離の基準を変更する必要
が生じた場合には再度操作部４６を操作することによっ
て、新たな距離の基準をメモリ４７に書き込むことがで
きるものである。
【００４０】このような物体検知装置は種々の用途に使
用することができ、例えば駐車場の駐車スペース毎に車
輌の有無を検知するためのセンサーとして使用した場合
について説明すれば以下のようになる。
用することができ、例えば駐車場の駐車スペース毎に車
輌の有無を検知するためのセンサーとして使用した場合
について説明すれば以下のようになる。
【００４１】天井の高さは駐車場によって異なるもので
あるから、従来のように手作業により物体検知の基準値
である距離の設定を可変抵抗器等で行っていたのでは大
変時間を要するが、上記の構成によればこの物体検知装
置を天井に設置した後に操作部４６を操作するだけで簡
単に背景である床面までの距離データを基準値としてメ
モリ４７に書き込むことができ、これによって駐車スペ
ースに車輌が存在する場合には、車輌の存在を示す信号
を出力することができる。また逆に、車輌が存在すると
きに操作部４６を操作して基準値をメモリ４７に書き込
んだ場合には、車輌が出車したときはその旨を示す信号
を出力することができる。
あるから、従来のように手作業により物体検知の基準値
である距離の設定を可変抵抗器等で行っていたのでは大
変時間を要するが、上記の構成によればこの物体検知装
置を天井に設置した後に操作部４６を操作するだけで簡
単に背景である床面までの距離データを基準値としてメ
モリ４７に書き込むことができ、これによって駐車スペ
ースに車輌が存在する場合には、車輌の存在を示す信号
を出力することができる。また逆に、車輌が存在すると
きに操作部４６を操作して基準値をメモリ４７に書き込
んだ場合には、車輌が出車したときはその旨を示す信号
を出力することができる。
【００４２】以上、本発明の一実施例について説明した
が、本発明は上記実施例に限定されあるものでなく種々
の変形が可能である。例えば、制御手段、比較手段、メ
モリ、Ａ／Ｄ変換回路を１パッケージのマイクロコンピ
ュータＩＣ等で構成することができ、その場合には部品
点数も少なくなり、且つコストダウンを図ることが可能
である。
が、本発明は上記実施例に限定されあるものでなく種々
の変形が可能である。例えば、制御手段、比較手段、メ
モリ、Ａ／Ｄ変換回路を１パッケージのマイクロコンピ
ュータＩＣ等で構成することができ、その場合には部品
点数も少なくなり、且つコストダウンを図ることが可能
である。
【００４３】また、上記実施例では操作部は作業者が手
で操作するとしたが、電源投入時に自動的に物体検知の
基準となる距離データをメモリに書き込むようにすれば
一度に多数の物体検知装置に対して基準値の設定が可能
である。更に、メモリに値の異なる二つの基準値を記憶
させて所望の範囲内、または所望の範囲外の大きさを有
する物体だけを検知することも可能である。
で操作するとしたが、電源投入時に自動的に物体検知の
基準となる距離データをメモリに書き込むようにすれば
一度に多数の物体検知装置に対して基準値の設定が可能
である。更に、メモリに値の異なる二つの基準値を記憶
させて所望の範囲内、または所望の範囲外の大きさを有
する物体だけを検知することも可能である。
【図１】 本発明の一実施例の構成を示す図である。
【図２】 図１の構成で用いられる信号のタイミングを
示す図である。
示す図である。
【図３】 比較回路４４のヒステリシスを説明するため
の図である。
の図である。
【図４】 本発明の効果を説明するための図である。
【図５】 ＰＳＤを用いた物体検知装置の従来の構成例
を示す図である。
を示す図である。
【図６】 従来の物体検知装置の問題を説明するための
図である。
図である。
【図７】 従来の物体検知装置の問題を説明するための
図である。
図である。
２０…制御手段、２１…投光部、２２…駆動回路、２３
…ＬＥＤ、２４…レンズ、３１…受光部、３２…レン
ズ、３３…ＰＳＤ、３４，３５…Ｉ／Ｖ変換回路、３
６，３７…スイッチ、３８，３９…積分回路、４０，４
１…リセットスイッチ、４４…比較回路、４５…Ａ／Ｄ
変換回路、４６…操作部、４７…メモリ、４８…比較
器、４９…出力回路、５１、５２…ハイパスフィルタ、
５３…基準電圧発生回路。
…ＬＥＤ、２４…レンズ、３１…受光部、３２…レン
ズ、３３…ＰＳＤ、３４，３５…Ｉ／Ｖ変換回路、３
６，３７…スイッチ、３８，３９…積分回路、４０，４
１…リセットスイッチ、４４…比較回路、４５…Ａ／Ｄ
変換回路、４６…操作部、４７…メモリ、４８…比較
器、４９…出力回路、５１、５２…ハイパスフィルタ、
５３…基準電圧発生回路。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01C 3/00 - 3/32 G01V 1/00 - 13/00 G02B 7/11
Claims (1)
- 【請求項１】所定の検知エリアに向けて投光ビームを投
光する投光部と、 位置検出素子としての半導体位置検出素子と、その前面
に配置される集光光学系を備えてなり、前記投光部及び
前記検知エリアに対して三角測量的に配置されて前記投
光部から投光された投光ビームの検知エリアからの反射
光を受光する受光部と、 前記半導体位置検出素子の出力信号を処理する信号処理
手段とを備える物体検知装置において、 前記集光光学系の光軸は前記半導体位置検出素子の受光
面の中心位置から受光面の長手方向のいずれかの方向に
ずらされてなり、 前記信号処理手段は、 前記半導体位置検出素子の二つの電流出力のうちの前記
集光光学系の光軸がずらされている側の電流出力を電圧
に変換する第１の電流／電圧変換手段と、 前記半導体位置検出素子の他方の側の電流出力を電圧に
変換する第２の電流／電圧変換手段と、 前記第１及び第２の電流／電圧変換回路の出力電圧をそ
れぞれ前記投光部の投光タイミングに同期して積分する
第１及び第２の積分手段と、 前記第２の積分手段の出力電圧が所定の閾値になったと
きに前記第１の積分手段の出力電圧をＡ／Ｄ変換するＡ
／Ｄ変換手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値を物体検知のための基準値
として記憶するメモリ手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値を前記メモリ手段に書き込
むためのタイミングを与えるタイミング手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段の出力値と前記メモリ手段に書き込
まれている基準値とを比較して物体が存在すると判断さ
れる場合には物体が存在する旨を示す信号を出力する比
較手段と、 前記Ａ／Ｄ変換手段のＡ／Ｄ変換動作が終了した後に前
記第１及び第２の積分手段をリセットするリセット手段
とを備えることを特徴とする物体検知装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23330692A JP3238953B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 物体検知装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23330692A JP3238953B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 物体検知装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0682251A JPH0682251A (ja) | 1994-03-22 |
| JP3238953B2 true JP3238953B2 (ja) | 2001-12-17 |
Family
ID=16953057
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23330692A Expired - Lifetime JP3238953B2 (ja) | 1992-09-01 | 1992-09-01 | 物体検知装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3238953B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4789482B2 (ja) * | 2005-02-18 | 2011-10-12 | 株式会社キーエンス | 位置検出型光電センサーとその基準距離設定方法 |
-
1992
- 1992-09-01 JP JP23330692A patent/JP3238953B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0682251A (ja) | 1994-03-22 |
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