JP3439521B2 - 光電センサ - Google Patents
光電センサInfo
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- JP3439521B2 JP3439521B2 JP07573294A JP7573294A JP3439521B2 JP 3439521 B2 JP3439521 B2 JP 3439521B2 JP 07573294 A JP07573294 A JP 07573294A JP 7573294 A JP7573294 A JP 7573294A JP 3439521 B2 JP3439521 B2 JP 3439521B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、検出対象の有無、検
出対象の色変化または濃淡の読取、及び、検出対象の形
状若しくは位置変化の検出を行う光電センサに関する。
出対象の色変化または濃淡の読取、及び、検出対象の形
状若しくは位置変化の検出を行う光電センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】コンベア上を移動する物体の有無やこの
物体の色変化または濃淡の読取を行うものとして、投光
素子と受光素子とからなる光電センサが用いられてい
る。この光電センサは、投光素子から検出対象である物
体に対して光を照射し、物体における反射光を受光素子
において受光する。投光センサの光の照射位置に検出対
象が存在しない場合には受光素子は光を受光しないた
め、受光素子から出力される受光信号レベルによって検
出対象の有無を検出することができる。同様に、検出対
象に色変化または濃淡がある場合には、検出対象の濃淡
等による反射率の変化により受光素子の受光量が変わる
ため、受光素子から出力される受光信号レベルによって
検出対象の濃淡を判別することができる。
物体の色変化または濃淡の読取を行うものとして、投光
素子と受光素子とからなる光電センサが用いられてい
る。この光電センサは、投光素子から検出対象である物
体に対して光を照射し、物体における反射光を受光素子
において受光する。投光センサの光の照射位置に検出対
象が存在しない場合には受光素子は光を受光しないた
め、受光素子から出力される受光信号レベルによって検
出対象の有無を検出することができる。同様に、検出対
象に色変化または濃淡がある場合には、検出対象の濃淡
等による反射率の変化により受光素子の受光量が変わる
ため、受光素子から出力される受光信号レベルによって
検出対象の濃淡を判別することができる。
【０００３】ところが、光電センサを構成する受光素子
が受光する検出対象からの反射光量は、検出対象と受光
レンズとの間の距離の二乗に反比例するため、受光素子
の受光信号レベルは、検出対象の反射率が一定であって
も、図９の曲線９１または９２に示すように、検出対象
と受光レンズとの間の距離によって大きく変化する。こ
のため、物体表面に表記されたマークの有無を検出する
場合などのように、物体からの反射光量の差異によって
検出対象を検出する場合には、図９に示すように、マー
クからの反射光の受光信号レベルの曲線９１と下地から
の反射光の受光信号レベルの曲線９２の関係においてし
きい値レベルＣとした場合に、検出対象と光電センサの
前面との間の距離の許容変動範囲はΔｘと狭く、受光信
号の感度調整を厳格に維持しなければならず、また検出
対象の搬送位置を適正にすべく搬送精度を高く維持する
必要がある。特に、濃淡を検出する場合、または、検出
面に凹凸がある場合などには誤動作を生じる問題があ
る。
が受光する検出対象からの反射光量は、検出対象と受光
レンズとの間の距離の二乗に反比例するため、受光素子
の受光信号レベルは、検出対象の反射率が一定であって
も、図９の曲線９１または９２に示すように、検出対象
と受光レンズとの間の距離によって大きく変化する。こ
のため、物体表面に表記されたマークの有無を検出する
場合などのように、物体からの反射光量の差異によって
検出対象を検出する場合には、図９に示すように、マー
クからの反射光の受光信号レベルの曲線９１と下地から
の反射光の受光信号レベルの曲線９２の関係においてし
きい値レベルＣとした場合に、検出対象と光電センサの
前面との間の距離の許容変動範囲はΔｘと狭く、受光信
号の感度調整を厳格に維持しなければならず、また検出
対象の搬送位置を適正にすべく搬送精度を高く維持する
必要がある。特に、濃淡を検出する場合、または、検出
面に凹凸がある場合などには誤動作を生じる問題があ
る。
【０００４】そこで、出願人は、光電センサを構成する
受光素子の受光信号レベルを、検出対象と受光レンズと
の間の距離情報を用いて補正することにより、受光信号
の距離依存性を除去して検出対象の反射率の変化のみを
正確に検出できる光電センサを提案した。
受光素子の受光信号レベルを、検出対象と受光レンズと
の間の距離情報を用いて補正することにより、受光信号
の距離依存性を除去して検出対象の反射率の変化のみを
正確に検出できる光電センサを提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光電セ
ンサの用途として、例えばコンベア上を搬送される検出
対象である製品の検品のために表面色の違い等による反
射率の変化、および、形状の誤差による反射面までの距
離の変化の両方を検出する場合があり、距離依存性を除
去された光量信号のみを出力する光電センサでは、この
ような使用態様に適合させることができない問題があっ
た。即ち、検出対象までの距離が大きく変化する可能性
がある場合に、距離依存性を除去された光量信号のみに
よっては、検出対象が距離依存性除去可能な範囲を越え
て変動した場合、光量信号の変化が検出対象の反射率の
変化によるものか、または、検出対象までの距離の変化
によるものかを判別することができなかった。
ンサの用途として、例えばコンベア上を搬送される検出
対象である製品の検品のために表面色の違い等による反
射率の変化、および、形状の誤差による反射面までの距
離の変化の両方を検出する場合があり、距離依存性を除
去された光量信号のみを出力する光電センサでは、この
ような使用態様に適合させることができない問題があっ
た。即ち、検出対象までの距離が大きく変化する可能性
がある場合に、距離依存性を除去された光量信号のみに
よっては、検出対象が距離依存性除去可能な範囲を越え
て変動した場合、光量信号の変化が検出対象の反射率の
変化によるものか、または、検出対象までの距離の変化
によるものかを判別することができなかった。
【０００６】この発明の目的は、距離依存性を除去した
光量信号とともに検出対象までの距離信号を出力し、さ
らにこれら光量信号と距離信号とを用いて光量信号の変
化が検出対象の反射率の変化によるものか、または、検
出対象までの距離変化によるものかの判別信号を出力で
きる光電センサを提供することにある。
光量信号とともに検出対象までの距離信号を出力し、さ
らにこれら光量信号と距離信号とを用いて光量信号の変
化が検出対象の反射率の変化によるものか、または、検
出対象までの距離変化によるものかの判別信号を出力で
きる光電センサを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】請求項１に記載した発明
に係る光電センサは、検出対象に対して光を照射する投
光素子と、投光素子から照射された光の検出対象におけ
る反射光を受光レンズを介して受光して受光レベルに応
じた信号を出力する受光素子と、を備えた光電センサに
おいて、前記受光素子から出力された受光信号を距離信
号に変換する距離信号変換手段と、距離信号変換手段の
出力を二乗する演算手段と、演算手段の演算結果に基づ
いて受光信号の距離依存性を除去して光量信号を出力す
る距離依存性除去手段と、距離信号変換手段から出力さ
れた距離信号を予め設定された距離基準値と比較する距
離信号比較手段と、距離依存性除去手段から出力された
光量信号を予め設定された光量基準値と比較する光量信
号比較手段と、距離信号比較手段および光量信号比較手
段の比較結果に基づいて検出対象の適否を判断する光量
信号判断手段と、を設けたことを特徴とする。
に係る光電センサは、検出対象に対して光を照射する投
光素子と、投光素子から照射された光の検出対象におけ
る反射光を受光レンズを介して受光して受光レベルに応
じた信号を出力する受光素子と、を備えた光電センサに
おいて、前記受光素子から出力された受光信号を距離信
号に変換する距離信号変換手段と、距離信号変換手段の
出力を二乗する演算手段と、演算手段の演算結果に基づ
いて受光信号の距離依存性を除去して光量信号を出力す
る距離依存性除去手段と、距離信号変換手段から出力さ
れた距離信号を予め設定された距離基準値と比較する距
離信号比較手段と、距離依存性除去手段から出力された
光量信号を予め設定された光量基準値と比較する光量信
号比較手段と、距離信号比較手段および光量信号比較手
段の比較結果に基づいて検出対象の適否を判断する光量
信号判断手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載した発明に係る光電センサ
は、前記受光素子が、検出対象からの反射光の入射角に
応じた受光信号を出力する光電素子であることを特徴と
する。
は、前記受光素子が、検出対象からの反射光の入射角に
応じた受光信号を出力する光電素子であることを特徴と
する。
【０００９】請求項３に記載した発明に係る光電センサ
は、前記光量信号判断手段が、距離信号比較手段の比較
結果および光量信号比較手段の比較結果が適正である場
合に検出対象が正常である旨の信号を出力し、距離信号
比較手段の比較結果が不適正である場合に光量信号を無
効にすべき旨の信号を出力し、距離信号比較手段の比較
結果が適正であって光量信号比較手段の比較結果が不適
正である場合に検出対象が異常である旨の信号を出力す
ることを特徴とする。
は、前記光量信号判断手段が、距離信号比較手段の比較
結果および光量信号比較手段の比較結果が適正である場
合に検出対象が正常である旨の信号を出力し、距離信号
比較手段の比較結果が不適正である場合に光量信号を無
効にすべき旨の信号を出力し、距離信号比較手段の比較
結果が適正であって光量信号比較手段の比較結果が不適
正である場合に検出対象が異常である旨の信号を出力す
ることを特徴とする。
【００１０】請求項４に記載した発明に係る光電センサ
は、前記距離基準値が、前記距離依存性除去手段により
検出対象までの距離の与える影響が除去される所定の距
離範囲内の所定範囲に設定され、前記光量信号判断手段
が、光量信号比較手段における比較結果が適正である場
合に距離信号比較手段の比較結果に基づいて検出対象の
形状の適否を示す信号を出力することを特徴とする。
は、前記距離基準値が、前記距離依存性除去手段により
検出対象までの距離の与える影響が除去される所定の距
離範囲内の所定範囲に設定され、前記光量信号判断手段
が、光量信号比較手段における比較結果が適正である場
合に距離信号比較手段の比較結果に基づいて検出対象の
形状の適否を示す信号を出力することを特徴とする。
【００１１】
【作用】請求項１に記載した発明においては、受光素子
から検出対象における反射光に応じた受光信号が出力さ
れ、この受光信号が距離信号変換手段により距離信号に
変換される。さらにこの距離信号の二乗値を用いて受光
信号の距離依存性が除去される。距離依存性を除去した
光量信号は、光量信号比較手段において予め設定された
光量基準値と比較され、距離信号変換手段から出力され
た距離信号は、距離信号比較手段において予め設定され
た距離基準値と比較される。これら光量信号比較手段お
よび距離信号比較手段の比較結果に基づいて検出対象の
適否が判断される。
から検出対象における反射光に応じた受光信号が出力さ
れ、この受光信号が距離信号変換手段により距離信号に
変換される。さらにこの距離信号の二乗値を用いて受光
信号の距離依存性が除去される。距離依存性を除去した
光量信号は、光量信号比較手段において予め設定された
光量基準値と比較され、距離信号変換手段から出力され
た距離信号は、距離信号比較手段において予め設定され
た距離基準値と比較される。これら光量信号比較手段お
よび距離信号比較手段の比較結果に基づいて検出対象の
適否が判断される。
【００１２】請求項２に記載した発明においては、受光
素子である光電素子が、検出対象からの反射光の入射角
度に応じた受光信号を出力する。したがって、光電素子
の出力信号を用いて三角測距法により検出対象までの距
離が容易に求められる。
素子である光電素子が、検出対象からの反射光の入射角
度に応じた受光信号を出力する。したがって、光電素子
の出力信号を用いて三角測距法により検出対象までの距
離が容易に求められる。
【００１３】請求項３に記載した発明においては、距離
基準値に対する距離信号の比較結果および光量基準値に
対する光量信号の比較結果が適正である場合に検出対象
が適正であると判断され、距離基準値に対する距離信号
の比較結果が不適正である場合に受光信号が無効にさ
れ、距離基準値に対する距離信号の比較結果が適正でっ
て光量基準値に対する光量信号の比較結果が不適正であ
る場合に検出対象が異常であると判断される。したがっ
て、光量信号が予め設定された光量基準値から外れた場
合に、検出対象の異常によるものか、または、検出対象
の位置的誤差によるものかが正確に判断される。
基準値に対する距離信号の比較結果および光量基準値に
対する光量信号の比較結果が適正である場合に検出対象
が適正であると判断され、距離基準値に対する距離信号
の比較結果が不適正である場合に受光信号が無効にさ
れ、距離基準値に対する距離信号の比較結果が適正でっ
て光量基準値に対する光量信号の比較結果が不適正であ
る場合に検出対象が異常であると判断される。したがっ
て、光量信号が予め設定された光量基準値から外れた場
合に、検出対象の異常によるものか、または、検出対象
の位置的誤差によるものかが正確に判断される。
【００１４】請求項４に記載した発明においては、光量
基準値に対する光量信号の比較結果が適正である場合に
距離基準値に対する距離信号の比較結果に基づいて検出
対象の大きさの適否が判断される。したがって、検出対
象の反射率および形状の両方について適正か否かの判断
がなされる。
基準値に対する光量信号の比較結果が適正である場合に
距離基準値に対する距離信号の比較結果に基づいて検出
対象の大きさの適否が判断される。したがって、検出対
象の反射率および形状の両方について適正か否かの判断
がなされる。
【００１５】
【実施例】図１は、請求項１に記載した発明の実施例に
係る光電センサの構成を示すブロック図である。受光素
子３１は、図外の投光素子から照射された光の検出対象
における反射光を受光し、受光状態に応じた受光信号を
出力する。この受光信号がアンプ３２を介して距離信号
変換回路３３に入力され、検出対象までの距離に応じた
距離信号に変換される。距離信号は距離信号比較回路３
６において予め設定された距離基準値と比較される。ま
た、距離信号は、二乗回路３４において二乗演算され、
乗算器３５において受光信号と乗算される。
係る光電センサの構成を示すブロック図である。受光素
子３１は、図外の投光素子から照射された光の検出対象
における反射光を受光し、受光状態に応じた受光信号を
出力する。この受光信号がアンプ３２を介して距離信号
変換回路３３に入力され、検出対象までの距離に応じた
距離信号に変換される。距離信号は距離信号比較回路３
６において予め設定された距離基準値と比較される。ま
た、距離信号は、二乗回路３４において二乗演算され、
乗算器３５において受光信号と乗算される。
【００１６】このように、距離信号の二乗値を受光信号
に乗算することにより、距離の二乗に反比例してて減少
する受光光量を補正して受光信号の距離依存性を除去す
る。こうして距離依存性を除去した光量信号は光量信号
比較回路３７において予め設定された光量基準値と比較
される。上記の距離信号比較回路３６および光量信号比
較回路３７の比較結果が光量信号判断回路３８に入力さ
れ、比較結果に基づいて検出対象の適否が判断される。
に乗算することにより、距離の二乗に反比例してて減少
する受光光量を補正して受光信号の距離依存性を除去す
る。こうして距離依存性を除去した光量信号は光量信号
比較回路３７において予め設定された光量基準値と比較
される。上記の距離信号比較回路３６および光量信号比
較回路３７の比較結果が光量信号判断回路３８に入力さ
れ、比較結果に基づいて検出対象の適否が判断される。
【００１７】距離信号変換回路３３において受光素子３
１から出力された受光信号を距離信号に変換する方法と
しては、周知のパルス時間差法、強度変調位相差法およ
びＦＭヘテロダイン法に加えて三角測距法などがある。
パルス時間差法とは、図２（Ａ）に示すように、検出対
象に対して照射したパルス光の照射タイミングから検出
対象における反射光の受光タイミングまでの時間を計時
し、この計時結果を距離に換算する方法である。強度変
調位相差法とは、同図（Ｂ）に示すように、検出対象に
対して強度変調した参照光を照射するとともに、検出対
象からの反射光による受光信号の参照信号に対する位相
の遅れを測定し、この測定結果を検出対象までの距離に
換算する方法である。ＦＭヘテロダイン法とは、同図
（Ｃ）に示すように、レーザダイオードの駆動信号をＦ
Ｍ変調して参照光を照射し、駆動信号である参照信号と
反射光の受光信号との間のビート信号の周波数を測定
し、この測定結果を検出対象までの距離に換算する方法
である。
１から出力された受光信号を距離信号に変換する方法と
しては、周知のパルス時間差法、強度変調位相差法およ
びＦＭヘテロダイン法に加えて三角測距法などがある。
パルス時間差法とは、図２（Ａ）に示すように、検出対
象に対して照射したパルス光の照射タイミングから検出
対象における反射光の受光タイミングまでの時間を計時
し、この計時結果を距離に換算する方法である。強度変
調位相差法とは、同図（Ｂ）に示すように、検出対象に
対して強度変調した参照光を照射するとともに、検出対
象からの反射光による受光信号の参照信号に対する位相
の遅れを測定し、この測定結果を検出対象までの距離に
換算する方法である。ＦＭヘテロダイン法とは、同図
（Ｃ）に示すように、レーザダイオードの駆動信号をＦ
Ｍ変調して参照光を照射し、駆動信号である参照信号と
反射光の受光信号との間のビート信号の周波数を測定
し、この測定結果を検出対象までの距離に換算する方法
である。
【００１８】なお、受光素子３１に検出対象からの反射
光の入射角に応じた受光信号を出力する光電素子を用い
た三角測距法による距離信号の変換方法については、以
下に説明する。
光の入射角に応じた受光信号を出力する光電素子を用い
た三角測距法による距離信号の変換方法については、以
下に説明する。
【００１９】図３は、この発明の実施例である光電セン
サの構成および検出対象からの反射光路の変化を示す図
である。光電センサ１はレーザダイオードなどによって
構成される投光素子２、投光レンズ３、受光レンズ４お
よびＰＳＤ（半導体位置検出素子）などの距離測定用の
光電素子である受光素子５を備えている。投光素子２か
ら照射された光はレンズ３により絞られ、検出対象に照
射される。検出対象からの反射光は受光レンズ４を透過
して受光素子５上に集光される。受光素子５を構成する
ＰＳＤは、長さ２ｘの範囲において検出対象からの反射
光を受光し、その集光位置に応じた両端電流ｉ1,ｉ2 を
出力する。
サの構成および検出対象からの反射光路の変化を示す図
である。光電センサ１はレーザダイオードなどによって
構成される投光素子２、投光レンズ３、受光レンズ４お
よびＰＳＤ（半導体位置検出素子）などの距離測定用の
光電素子である受光素子５を備えている。投光素子２か
ら照射された光はレンズ３により絞られ、検出対象に照
射される。検出対象からの反射光は受光レンズ４を透過
して受光素子５上に集光される。受光素子５を構成する
ＰＳＤは、長さ２ｘの範囲において検出対象からの反射
光を受光し、その集光位置に応じた両端電流ｉ1,ｉ2 を
出力する。
【００２０】図３に示す位置関係において、同位角の関
係に基づいて下記(1) 式が得られる。ここに、距離Ｒ
は、光電センサ１の本体前面から受光素子５の中心ＳO
に反射光が集光する検出対象の位置ＰO から距離ｒだけ
遠方の基準位置Ｐr までの距離である。この距離Ｒは
(1) 式より(2) 式で表される。同様に、この基準位置Ｐ
rから距離ΔＲだけ遠方の位置Ｐ1 までの距離Ｒ＋ΔＲ
は(3) 式によって表すことができ、距離ΔＲは(2) 式お
よび(3) 式から(4) 式で表すことができる。
係に基づいて下記(1) 式が得られる。ここに、距離Ｒ
は、光電センサ１の本体前面から受光素子５の中心ＳO
に反射光が集光する検出対象の位置ＰO から距離ｒだけ
遠方の基準位置Ｐr までの距離である。この距離Ｒは
(1) 式より(2) 式で表される。同様に、この基準位置Ｐ
rから距離ΔＲだけ遠方の位置Ｐ1 までの距離Ｒ＋ΔＲ
は(3) 式によって表すことができ、距離ΔＲは(2) 式お
よび(3) 式から(4) 式で表すことができる。
【００２１】上記位置Ｐ1 における検出対象からの反射
光が受光素子５の受光位置Ｓ1 に集光すると、受光素子
の両端電流ｉ1,ｉ2 の比は、(5) 式で表される。この
(5) 式から(6) 式が得られ、基準位置Ｐr に位置する検
出対象からの反射光の受光位置Ｓr から受光位置Ｓ1 ま
での受光素子５における距離Δｘは、(6) 式から(7) 式
で表すことができる。この(7) 式を(4) 式に代入するこ
とにより(8) 式を得ることができる。このようにして、
基準位置Ｐr から検出対象までの距離ΔＲを受光素子５
の両端電流ｉ1,ｉ2 から求めることができる。しかし、
ここで問題となるのは、検出対象から受光レンズ４まで
の距離である。したがってＰｒから受光レンズ４までの
距離をＴ，Ｐ1 から受光レンズ４までの距離をＴ＋ΔＴ
とすると(9) 式、(10)式となる。
光が受光素子５の受光位置Ｓ1 に集光すると、受光素子
の両端電流ｉ1,ｉ2 の比は、(5) 式で表される。この
(5) 式から(6) 式が得られ、基準位置Ｐr に位置する検
出対象からの反射光の受光位置Ｓr から受光位置Ｓ1 ま
での受光素子５における距離Δｘは、(6) 式から(7) 式
で表すことができる。この(7) 式を(4) 式に代入するこ
とにより(8) 式を得ることができる。このようにして、
基準位置Ｐr から検出対象までの距離ΔＲを受光素子５
の両端電流ｉ1,ｉ2 から求めることができる。しかし、
ここで問題となるのは、検出対象から受光レンズ４まで
の距離である。したがってＰｒから受光レンズ４までの
距離をＴ，Ｐ1 から受光レンズ４までの距離をＴ＋ΔＴ
とすると(9) 式、(10)式となる。
【００２２】
以上のようにして距離信号を得ることができる受光素子
５を受光素子として用いることにより、前述のパルス時
間差法、強度変調位相差法およびＦＭヘテロダイン法に
比較して、容易に受光信号から距離信号を得ることがで
き、回路構成も簡略化できる。この受光素子５におい
て、検出対象からの反射光の受光量は検出対象からレン
ズ４までの距離の二乗に反比例する。したがって、基準
の受光位置Ｓr における受光量Ｗr と受光位置Ｓ1 にお
ける受光量Ｗ1 との比は下記(11)式によって表すことが
でき、この(11)式は(12)式のように表すことができる。
ここで、受光位置Ｓ1 における受光量Ｗ1 は受光素子５
の両端電流ｉ1,ｉ2 を用いて(13)式のように表すことが
できる。ここに、Ｋ2 は定数である。この受光位置Ｓ1
における受光量Ｗ1 が基準の受光位置Ｓr における受光
量Ｗr に一致するように補正するのであるから、補正後
の受光位置Ｓ1 の受光出力ＣＷ1 は(14)式に示すように
受光量Ｗr に等しくなる。この(14)式を(12)式に代入し
て(15)式を得、この(15)式に(13)式を代入して整理する
ことにより(20)式を得る。この(20)式から明らかなよう
に、補正後の受光出力ＣＷ1 として検出物体までの距離
に依存することのない値を得ることができる。
５を受光素子として用いることにより、前述のパルス時
間差法、強度変調位相差法およびＦＭヘテロダイン法に
比較して、容易に受光信号から距離信号を得ることがで
き、回路構成も簡略化できる。この受光素子５におい
て、検出対象からの反射光の受光量は検出対象からレン
ズ４までの距離の二乗に反比例する。したがって、基準
の受光位置Ｓr における受光量Ｗr と受光位置Ｓ1 にお
ける受光量Ｗ1 との比は下記(11)式によって表すことが
でき、この(11)式は(12)式のように表すことができる。
ここで、受光位置Ｓ1 における受光量Ｗ1 は受光素子５
の両端電流ｉ1,ｉ2 を用いて(13)式のように表すことが
できる。ここに、Ｋ2 は定数である。この受光位置Ｓ1
における受光量Ｗ1 が基準の受光位置Ｓr における受光
量Ｗr に一致するように補正するのであるから、補正後
の受光位置Ｓ1 の受光出力ＣＷ1 は(14)式に示すように
受光量Ｗr に等しくなる。この(14)式を(12)式に代入し
て(15)式を得、この(15)式に(13)式を代入して整理する
ことにより(20)式を得る。この(20)式から明らかなよう
に、補正後の受光出力ＣＷ1 として検出物体までの距離
に依存することのない値を得ることができる。
【００２３】
図４は、上記光電センサの信号変換回路の構成を示す図
である。受光素子５の両端電流ｉ1,ｉ2 はアンプ１１，
１２を介して加算器１３，１５および減算器１４に入力
される。加算器１３にはアンプ１１の出力が抵抗比１の
抵抗ｒ1 を介して入力されるとともに、アンプ１２の出
力が抵抗比Ａの抵抗ｒA を介して入力される。この結
果、加算器１３からは（ｉ1 ＋Ａｉ2 ）の信号が出力さ
れる。減算器１４にはアンプ１１の出力が抵抗比Ｂの抵
抗ｒB を介して入力されるとともに、アンプ１２の出力
が抵抗比Ｃの抵抗ｒC を介して入力される。したがっ
て、減算器１４からは（Ｂｉ1 −Ｃｉ2 ）の信号が出力
される。更に、加算器１５にはアンプ１１および１２の
出力がそれぞれ抵抗比１の抵抗ｒ1 を介して入力され
る。したがって、加算器１５からは（ｉ1 ＋ｉ2 ）の信
号が出力される。
である。受光素子５の両端電流ｉ1,ｉ2 はアンプ１１，
１２を介して加算器１３，１５および減算器１４に入力
される。加算器１３にはアンプ１１の出力が抵抗比１の
抵抗ｒ1 を介して入力されるとともに、アンプ１２の出
力が抵抗比Ａの抵抗ｒA を介して入力される。この結
果、加算器１３からは（ｉ1 ＋Ａｉ2 ）の信号が出力さ
れる。減算器１４にはアンプ１１の出力が抵抗比Ｂの抵
抗ｒB を介して入力されるとともに、アンプ１２の出力
が抵抗比Ｃの抵抗ｒC を介して入力される。したがっ
て、減算器１４からは（Ｂｉ1 −Ｃｉ2 ）の信号が出力
される。更に、加算器１５にはアンプ１１および１２の
出力がそれぞれ抵抗比１の抵抗ｒ1 を介して入力され
る。したがって、加算器１５からは（ｉ1 ＋ｉ2 ）の信
号が出力される。
【００２４】加算器１３および減算器１４の後段には除
算器１６および二乗演算回路１７が接続されている。加
算器１３および減算器１４の出力信号は除算器１６に入
力され、除算器１６からは（Ｂｉ1 −Ｃｉ2 ）／（ｉ1
＋Ａｉ2 ）の信号が出力される。この除算器１６の出力
信号は二乗演算回路１７を経て乗算器１８に入力され
る。二乗演算回路１７の出力は、(20)式の右辺第１項に
おける二乗部分に一致する。この乗算器１８には加算器
１５の出力信号も入力される。これによって乗算器１８
の出力信号は上述の(20)式の右辺第１項に一致する。さ
らに乗算器１８の出力信号は、抵抗比１の抵抗ｒ1 を介
して加算器１９に入力され、また加算器１５の出力信号
も抵抗比Ｍの抵抗ｒM を介して加算器１９に入力され
る。この加算器１５から加算器１９への入力は、(20)式
の右辺第二項に一致する。したがって、加算器１９の出
力は(20)式の右辺に一致する。この(20)式の右辺におい
てＡ〜ＣおよびＭは定数Ｋ、基準距離Ｒおよびα、βお
よびγによって定まる値であり、α，βおよびγの各数
値は(8) 式に示すように焦点距離ｆ、レンズ４の配置間
隔Ｄ、受光素子５の受光範囲の長さの１／２の長さｘ、
受光素子５における中央の受光位置Ｓo から基準の受光
位置Ｓr までの距離ｘ′、および、レンズ４の中心から
受光素子５の中央の受光位置Ｓo までの垂直方向の距離
ｘo によって定まる値であり、いずれも光電センサ１の
配置状態に依存する固定された値である。このようにし
て加算器１５から出力された受光素子５の両端電流の加
算値を二乗演算回路１７から出力された距離情報により
補正し、さらに前記加算値の定数倍を前記補正値に加え
ることにより、受光レンズ４から検出対象までの距離に
関わらず検出対象の反射率のみに依存する受光信号レベ
ルを出力することができる。即ち、光電センサ１から出
力される受光信号レベルは図５に示すように、マークか
らの反射光の受光信号レベル５１と下地からの反射光の
受光信号レベル５２の関係においてしきい値レベルＣと
した場合に、検出対象と光電センサの前面との距離の許
容変動範囲はΔＸとなり広範囲にわたって一定になり、
検出対象までの距離に影響されることなく、検出対象の
反射率のみに依存する値とすることができる。
算器１６および二乗演算回路１７が接続されている。加
算器１３および減算器１４の出力信号は除算器１６に入
力され、除算器１６からは（Ｂｉ1 −Ｃｉ2 ）／（ｉ1
＋Ａｉ2 ）の信号が出力される。この除算器１６の出力
信号は二乗演算回路１７を経て乗算器１８に入力され
る。二乗演算回路１７の出力は、(20)式の右辺第１項に
おける二乗部分に一致する。この乗算器１８には加算器
１５の出力信号も入力される。これによって乗算器１８
の出力信号は上述の(20)式の右辺第１項に一致する。さ
らに乗算器１８の出力信号は、抵抗比１の抵抗ｒ1 を介
して加算器１９に入力され、また加算器１５の出力信号
も抵抗比Ｍの抵抗ｒM を介して加算器１９に入力され
る。この加算器１５から加算器１９への入力は、(20)式
の右辺第二項に一致する。したがって、加算器１９の出
力は(20)式の右辺に一致する。この(20)式の右辺におい
てＡ〜ＣおよびＭは定数Ｋ、基準距離Ｒおよびα、βお
よびγによって定まる値であり、α，βおよびγの各数
値は(8) 式に示すように焦点距離ｆ、レンズ４の配置間
隔Ｄ、受光素子５の受光範囲の長さの１／２の長さｘ、
受光素子５における中央の受光位置Ｓo から基準の受光
位置Ｓr までの距離ｘ′、および、レンズ４の中心から
受光素子５の中央の受光位置Ｓo までの垂直方向の距離
ｘo によって定まる値であり、いずれも光電センサ１の
配置状態に依存する固定された値である。このようにし
て加算器１５から出力された受光素子５の両端電流の加
算値を二乗演算回路１７から出力された距離情報により
補正し、さらに前記加算値の定数倍を前記補正値に加え
ることにより、受光レンズ４から検出対象までの距離に
関わらず検出対象の反射率のみに依存する受光信号レベ
ルを出力することができる。即ち、光電センサ１から出
力される受光信号レベルは図５に示すように、マークか
らの反射光の受光信号レベル５１と下地からの反射光の
受光信号レベル５２の関係においてしきい値レベルＣと
した場合に、検出対象と光電センサの前面との距離の許
容変動範囲はΔＸとなり広範囲にわたって一定になり、
検出対象までの距離に影響されることなく、検出対象の
反射率のみに依存する値とすることができる。
【００２５】また、除算器１６の出力信号は、距離信号
ＬＳとして信号レベル調整回路２０に入力される。この
信号レベル調整回路２０により、出力電力または電圧の
範囲を所望の値に一致させる。距離信号ＬＳおよび光量
信号ＣＷは、それぞれ比較回路２１，２２に入力され、
それぞれ予め設定された距離基準値および光量基準値と
比較される。距離基準値は、光電センサ１において検出
対象の反射光量を正確に測定可能な範囲、即ち、図６に
示す関係において、距離信号ＬＳが直線変化する範囲の
上限および下限を特定する値である。光量基準値は、上
記測定可能範囲における検出対象の反射光量として光量
信号が採り得る範囲の上限および下限の間の任意の値で
ある。比較回路２１および２２は、距離信号ＬＳが距離
基準値に適合しない場合、および、光量信号ＣＷが光量
基準値に適合する場合に、“Ｈｉ”レベルの信号を出力
する。
ＬＳとして信号レベル調整回路２０に入力される。この
信号レベル調整回路２０により、出力電力または電圧の
範囲を所望の値に一致させる。距離信号ＬＳおよび光量
信号ＣＷは、それぞれ比較回路２１，２２に入力され、
それぞれ予め設定された距離基準値および光量基準値と
比較される。距離基準値は、光電センサ１において検出
対象の反射光量を正確に測定可能な範囲、即ち、図６に
示す関係において、距離信号ＬＳが直線変化する範囲の
上限および下限を特定する値である。光量基準値は、上
記測定可能範囲における検出対象の反射光量として光量
信号が採り得る範囲の上限および下限の間の任意の値で
ある。比較回路２１および２２は、距離信号ＬＳが距離
基準値に適合しない場合、および、光量信号ＣＷが光量
基準値に適合する場合に、“Ｈｉ”レベルの信号を出力
する。
【００２６】比較回路２１，２２の出力は、光量信号判
断回路３０に入力される。光量信号判断回路３０におい
ては、比較回路２１の“Ｈｉ”レベルの出力はそのまま
検出対象までの距離が不適正であることを示す信号Ｓ１
として出力されるとともに、その反転信号がＡＮＤゲー
ト２３に入力される。ＡＮＤゲート２３には、比較回路
２２の出力信号も入力され、ＡＮＤゲート２３は、比較
回路２１の判定出力と比較回路２２の出力との論理積を
とって受光信号が適正であることを示す信号Ｓ２として
出力する。比較回路２１の反転信号は、さらにＡＮＤゲ
ート２４にも入力される。ＡＮＤゲート２４には、比較
回路２２の反転出力も入力され、ＡＮＤゲート２４は、
比較回路２１の反転出力と比較回路２２の反転出力との
論理積をとって検出対象が不良であることを示す信号Ｓ
３として出力する。
断回路３０に入力される。光量信号判断回路３０におい
ては、比較回路２１の“Ｈｉ”レベルの出力はそのまま
検出対象までの距離が不適正であることを示す信号Ｓ１
として出力されるとともに、その反転信号がＡＮＤゲー
ト２３に入力される。ＡＮＤゲート２３には、比較回路
２２の出力信号も入力され、ＡＮＤゲート２３は、比較
回路２１の判定出力と比較回路２２の出力との論理積を
とって受光信号が適正であることを示す信号Ｓ２として
出力する。比較回路２１の反転信号は、さらにＡＮＤゲ
ート２４にも入力される。ＡＮＤゲート２４には、比較
回路２２の反転出力も入力され、ＡＮＤゲート２４は、
比較回路２１の反転出力と比較回路２２の反転出力との
論理積をとって検出対象が不良であることを示す信号Ｓ
３として出力する。
【００２７】以上のようにしてこの実施例によれば、距
離依存性が除去された光量信号が、適正な範囲から外れ
た場合に、検出対象の反射率の変化によるものか、また
は、検出対象までの距離が測定可能範囲を越えたことに
より生じたものかを判別できるとともに、光量信号の信
頼性を判断することができる。
離依存性が除去された光量信号が、適正な範囲から外れ
た場合に、検出対象の反射率の変化によるものか、また
は、検出対象までの距離が測定可能範囲を越えたことに
より生じたものかを判別できるとともに、光量信号の信
頼性を判断することができる。
【００２８】図７は、請求項４に記載した発明の実施例
に係る光電センサをディジタル回路で構成した場合を示
すブロック図である。受光素子５の両端出力ｉ1 ，ｉ2
のそれぞれはアンプ１１，１２およびＡ／Ｄコンバータ
６１を介してＣＰＵ６２に入力される。ＣＰＵ６２は図
８に示す処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ６２はＡ／
Ｄコンバータ６１から所定のタイミングで受光素子５の
両端電流データを読み出し（ｎ１）、予め記憶されてい
る前述の定数Ａ〜Ｃを用いて距離データＤの演算を行う
（ｎ２）。更に、距離データＤの二乗値を演算し（ｎ
３）、この距離データの二乗値Ｄ2 に受光素子５の両端
出力の加算値（ｉ1 ＋ｉ2 ）を乗算し（ｎ４）、これに
両端出力の加算値（ｉ1 ＋ｉ2 ）のＭ倍を加算して光量
データを得る（ｎ５）。
に係る光電センサをディジタル回路で構成した場合を示
すブロック図である。受光素子５の両端出力ｉ1 ，ｉ2
のそれぞれはアンプ１１，１２およびＡ／Ｄコンバータ
６１を介してＣＰＵ６２に入力される。ＣＰＵ６２は図
８に示す処理を実行する。すなわち、ＣＰＵ６２はＡ／
Ｄコンバータ６１から所定のタイミングで受光素子５の
両端電流データを読み出し（ｎ１）、予め記憶されてい
る前述の定数Ａ〜Ｃを用いて距離データＤの演算を行う
（ｎ２）。更に、距離データＤの二乗値を演算し（ｎ
３）、この距離データの二乗値Ｄ2 に受光素子５の両端
出力の加算値（ｉ1 ＋ｉ2 ）を乗算し（ｎ４）、これに
両端出力の加算値（ｉ1 ＋ｉ2 ）のＭ倍を加算して光量
データを得る（ｎ５）。
【００２９】ＣＰＵ６２は、この光量データを予め設定
された光量基準値と比較し（ｎ６）、光量が検出対象に
おける反射光量として適正でなければ、検出対象の反射
率が異常である旨の信号ＪＳ１を出力する（ｎ７，ｎ
８）。光量基準値に対して演算により求めた光量が適正
であれば、距離データＤを距離基準値と比較する（ｎ
９）。この比較において、距離データＤが、検出対象の
形状誤差の許容値（例えば、図６に示すΔｄ）の範囲内
にない場合には、検出対象の形状が異常である旨の信号
ＪＳ２を出力する（ｎ１０，ｎ１１）。距離基準値に対
して距離データＤが適正である場合には、検出対象が正
常である旨の信号ＪＳ３を出力する（ｎ１２）。
された光量基準値と比較し（ｎ６）、光量が検出対象に
おける反射光量として適正でなければ、検出対象の反射
率が異常である旨の信号ＪＳ１を出力する（ｎ７，ｎ
８）。光量基準値に対して演算により求めた光量が適正
であれば、距離データＤを距離基準値と比較する（ｎ
９）。この比較において、距離データＤが、検出対象の
形状誤差の許容値（例えば、図６に示すΔｄ）の範囲内
にない場合には、検出対象の形状が異常である旨の信号
ＪＳ２を出力する（ｎ１０，ｎ１１）。距離基準値に対
して距離データＤが適正である場合には、検出対象が正
常である旨の信号ＪＳ３を出力する（ｎ１２）。
【００３０】なお、図４に示した請求項３に記載した発
明の実施例に係る回路をディジタル回路で構成すること
もでき、請求項４に記載した発明の実施例に係る回路を
アナログ回路により構成することもできる。
明の実施例に係る回路をディジタル回路で構成すること
もでき、請求項４に記載した発明の実施例に係る回路を
アナログ回路により構成することもできる。
【００３１】また、図４に示した比較回路２１，２２、
および、図７に示したＣＰＵ６２にトリマを設け、距離
信号および光量信号と比較する距離基準値および光量基
準値の設定を変更できるようにしてもよい。
および、図７に示したＣＰＵ６２にトリマを設け、距離
信号および光量信号と比較する距離基準値および光量基
準値の設定を変更できるようにしてもよい。
【００３２】
【発明の効果】請求項１に記載した発明によれば、受光
素子の受光信号の距離依存性を除去した光量信号と、検
出対象までの距離を表す距離信号と、に基づいて検出対
象の適否を判断することができる利点がある。
素子の受光信号の距離依存性を除去した光量信号と、検
出対象までの距離を表す距離信号と、に基づいて検出対
象の適否を判断することができる利点がある。
【００３３】請求項２に記載した発明によれば、入射角
に応じて出力信号が変化する光電素子により反射光を受
光することにより、受光信号を距離信号に比較的簡単に
変換することができる。
に応じて出力信号が変化する光電素子により反射光を受
光することにより、受光信号を距離信号に比較的簡単に
変換することができる。
【００３４】請求項３に記載した発明によれば、検出対
象の光量信号レベルの変化が、検出対象の不良によるも
のか、または、検出対象の位置的誤差によるものかを判
別でき、検出対象の適否を正確に判断できる。
象の光量信号レベルの変化が、検出対象の不良によるも
のか、または、検出対象の位置的誤差によるものかを判
別でき、検出対象の適否を正確に判断できる。
【００３５】請求項４に記載した発明によれば、単一の
光電センサにより検出対象の反射率の適否および形状の
適否の両方を検出することができる利点がある。
光電センサにより検出対象の反射率の適否および形状の
適否の両方を検出することができる利点がある。
【図１】請求項１に記載した発明に係る光電センサの構
成を示すブロック図である。
成を示すブロック図である。
【図２】上記光電センサに含まれる距離信号変換回路に
おける信号変換方法を示す図である。
おける信号変換方法を示す図である。
【図３】請求項２に記載した発明に係る光電センサの構
成を示す概略図である。
成を示す概略図である。
【図４】請求項３に記載した発明に係る光電センサの要
部の構成を示す回路図である。
部の構成を示す回路図である。
【図５】この発明の実施例に係る光電センサの受光信号
レベルと検出対象までの距離との関係を示す図である。
レベルと検出対象までの距離との関係を示す図である。
【図６】同光電センサにおける光量信号と距離信号との
関係を示す図である。
関係を示す図である。
【図７】請求項４に記載した発明の実施例に係る光電セ
ンサの構成を示すブロック図である。
ンサの構成を示すブロック図である。
【図８】同光電センサの制御部における処理手順を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図９】従来の光電センサにおける受光信号レベルと検
出対象までの距離との関係を示す図である。
出対象までの距離との関係を示す図である。
１−光電センサ
２−投光素子
４−レンズ
５−受光素子
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平７−103755（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−67508（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−187619（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−25533（ＪＰ，Ａ)
特開 昭59−202084（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01N 21/17 - 21/61
G01B 11/00 - 11/30 102
G01C 3/00 - 3/32
G01J 1/00 - 1/60
Claims (4)
- 【請求項１】検出対象に対して光を照射する投光素子
と、投光素子から照射された光の検出対象における反射
光を受光レンズを介して受光して受光レベルに応じた信
号を出力する受光素子と、を備えた光電センサにおい
て、 前記受光素子から出力された受光信号を距離信号に変換
する距離信号変換手段と、距離信号変換手段の出力を二
乗する演算手段と、演算手段の演算結果に基づいて受光
信号の距離依存性を除去して光量信号を出力する距離依
存性除去手段と、距離信号変換手段から出力された距離
信号を予め設定された距離基準値と比較する距離信号比
較手段と、距離依存性除去手段から出力された光量信号
を予め設定された光量基準値と比較する光量信号比較手
段と、距離信号比較手段および光量信号比較手段の比較
結果に基づいて検出対象の適否を判断する光量信号判断
手段と、を設けたことを特徴とする光電センサ。 - 【請求項２】前記受光素子が、検出対象からの反射光の
入射角に応じた受光信号を出力する光電素子である請求
項１に記載の光電センサ。 - 【請求項３】前記光量信号判断手段が、距離信号比較手
段の比較結果および光量信号比較手段の比較結果が適正
である場合に検出対象が正常である旨の信号を出力し、
距離信号比較手段の比較結果が不適正である場合に光量
信号を無効にすべき旨の信号を出力し、距離信号比較手
段の比較結果が適正であって光量信号比較手段の比較結
果が不適正である場合に検出対象が異常である旨の信号
を出力する請求項１または２に記載の光電センサ。 - 【請求項４】前記距離基準値が、前記距離依存性除去手
段により検出対象までの距離の与える影響が除去される
所定の距離範囲内の所定範囲に設定され、前記光量信号
判断手段が、光量信号比較手段における比較結果が適正
である場合に距離信号比較手段の比較結果に基づいて検
出対象の形状の適否を示す信号を出力する請求項１また
は２に記載の光電センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07573294A JP3439521B2 (ja) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | 光電センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07573294A JP3439521B2 (ja) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | 光電センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07280553A JPH07280553A (ja) | 1995-10-27 |
| JP3439521B2 true JP3439521B2 (ja) | 2003-08-25 |
Family
ID=13584747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07573294A Expired - Fee Related JP3439521B2 (ja) | 1994-04-14 | 1994-04-14 | 光電センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3439521B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107748359B9 (zh) * | 2017-12-06 | 2024-03-22 | 北醒（北京）光子科技有限公司 | 一种环境光噪声抑制电路及激光雷达 |
-
1994
- 1994-04-14 JP JP07573294A patent/JP3439521B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07280553A (ja) | 1995-10-27 |
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