JP3821458B2 - Object information detection device by optical scanning - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発光部からの光を回転可能なスキャンミラーで反射させて再帰性反射体に照射し、この再帰性反射体で反射した光をスキャンミラーの反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーをしきい値と比較することによって、スキャンミラーと再帰性反射体の間に形成された光走査範囲内の対象物情報(例えば対象物が有るか否かの情報)を検出する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
上述した光走査による対象物情報検出装置には、図11に示すようなものが考えられている。すなわち、光学フィルタなどの基板10の一方の側面の中央部分に光走査ユニット11を配置し、基板10の一面の光走査ユニット11の取付け部を除く3方辺に再帰性反射体12が取り付けられている。
光走査ユニット11は、図12に示すように、ユニット支持板31の固定部(図示省略)が前記基板10に接着剤などで固着され、この固定部と一体の略L字形の支持部13の上にユニット本体14が載せられ角度調整自在に取り付けられている。
【0003】
ユニット本体14は、下面に前記支持部13に遊嵌する略L字形のL字溝15が形成され、内部には、半導体レーザ装置などの発光素子16と、受光素子17が収納され、上面には、発光素子16から出力したレーザ光(以下、単に光と記述する)18を屈折させる屈折プリズム19と、この屈折させた光18を透過させるハーフミラー20を具備したプリズム21と、スキャンミラー22とが設けられ、このスキャンミラー22はパルスモータ23により回転自在に設けられている。
【0004】
そして、発光素子16から出力した光18が屈折プリズム19で屈折し、ハーフミラー20及びプリズム21を透過してスキャンミラー22で反射し再帰性反射体12に照射する。この再帰性反射体12では、入射光と略同一光路を戻りスキャンミラー22で反射し、プリズム21のハーフミラー20で反射屈折して受光素子17で受光される。パルスモータ23によるスキャンミラー22の回転により光18は角度θ(例えば約180°)だけ走査される。この光走査範囲内に対象物24a、24bが有ると対象物24a、24bによって光18が遮断されるので、走査角度θや受光素子17の受光エネルギーを監視することによって対象物24a、24bの有無が検出される。
【0005】
図11において25は上述の光走査にとって障害となる障害物を表し、この障害物25は、発光素子16からの光18を再帰性反射体12や対象物24a、24b以外で反射させて受光素子17に受光させたり、不要な外来光を受光素子17に受光させる物体を総称し、装置の筐体であったり、装置の周囲に有る物体であったりする。
【0006】
図12の受光素子17の受光エネルギーを監視するための電気回路としては、図13に示すような回路が考えられる。すなわち、電流・電圧変換回路26によって受光素子17の受光エネルギーに相当した電流が電圧に変換され、この電圧が比較器27の+側に入力し、比較器27の−側に基準電圧源28からの基準電圧が入力し、この比較器27の比較出力のレベルがHレベルかLレベルかをMPU(マイクロプロセッサユニット)29で判断して、対象物24a、24bの有無を検出する。図中のSは、受光素子17が受光した光のうちの信号成分(再帰性反射体12や対象物24a、24bで反射した光)を表し、Nは雑音成分(障害物25で反射した光や外来光)を表す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図13に示した回路では、比較器27によって受光素子17の受光エネルギーに相当した電圧を基準電圧源28の基準電圧と比較し、比較出力に基づいて対象物24a、24bの有無を検出していたので、正しい対象物情報が得られないという問題点があった。すなわち、走査角度θによって受光素子17の受光エネルギーに差がでてくること、近傍の障害物25からの乱反射等による雑音でSN比が悪くなること等の理由によって正しい対象物情報が得られないという問題点があった。
また、対象物情報を判断する回路の応答速度によっては正しい対象物情報が得られないという問題点があった。
【0008】
例えば、図11に示すように光走査範囲内に2つの対象物24a、24bがある場合、走査角度θと受光エネルギーの関係が図14に示すようになり、一方の対象物24bの存在は検出できるが他方の対象物24aの存在を検出できないという問題点があった。すなわち、走査角度θが0(=0°)、π(=180°)のときに受光素子17は発光素子16からの光18の殆どを受光するので受光エネルギーが最大となり、再帰性反射体12は入射角が直角に近いほど反射エネルギーが大きいので再帰性反射体12の両端部と中央部に相当する走査角度θで受光エネルギーが大きくなり、さらに雑音によって受光エネルギーのDC(直流)レベルが上がる。
このように受光素子17の受光エネルギーJEが図14に示すように走査角度θに応じて変化するのに対して、スライスレベルSLが一定なので、一方の対象物24bの存在は検出できるが他方の対象物24aの存在を検出できないという問題点があった。図14中において、スライスレベルSLは比較器27の−入力側に入力する基準電圧に相当した光エネルギーの値を表し、Aは受光エネルギーJEの特性曲線のうちの対象物24aに対応した部分を表し、Bは受光エネルギーJEの特性曲線のうちの対象物24bに対応した部分を表す。
【0009】
本発明は、上述の問題点に鑑みなされたもので、走査角度θや雑音に起因する誤った対象物情報の検出を防止し、対象物が光走査範囲内の何処にあっても正しい対象物情報を得ることのできる光走査による対象物情報検出装置を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、発光部からの光を回転可能なスキャンミラーで反射させて再帰性反射体に照射し、この再帰性反射体で反射した光を前記スキャンミラーの反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーをしきい値と比較することによって、前記スキャンミラーと前記再帰性反射体の間に形成された光走査範囲内の対象物情報を検出する装置において、前記受光部の受光エネルギーに応じて前記しきい値を変化させるしきい値可変手段を設けてなり、このしきい値可変手段は、受光部の受光エネルギーに相当した信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力信号の一定期間の平均値を求める平均値算出回路と、この平均値算出回路で求めた平均値から前記A/D変換回路の出力信号に応じて異なる定数を減算する定数減算回路と、この定数減算回路の演算値をアナログ信号に変換ししきい値として出力するD/A変換回路とからなり、前記定数減算回路は、平均値算出回路で求めた平均値から相異なる定数K1、K2(K1<K2)を減算する第1、第2減算器と、A/D変換回路の出力信号と前記第1、第2減算器の一方の演算値とを比較する比較器と、この比較器の比較出力に応じて前記第1、第2減算器の演算値の一方を選択して出力するセレクタとからなることを特徴とする。
【0011】
走査角度θによって受光部の受光エネルギーに差がでてきたり、近傍の障害物からの乱反射等による雑音で受光部の受光エネルギーが一定レベルもち上がっても、しきい値可変手段によって受光エネルギーと比較するしきい値が受光部の受光エネルギーに応じて変化するので、走査角度θや雑音に起因する誤った対象物情報の検出を防止することができる。
【0012】
請求項2の発明は、発光部からの光を回転可能なスキャンミラーで反射させて再帰性反射体に照射し、この再帰性反射体で反射した光を前記スキャンミラーの反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーをしきい値と比較することによって、前記スキャンミラーと前記再帰性反射体の間に形成された光走査範囲内の対象物情報を検出する装置において、前記受光部の受光エネルギーに応じて前記しきい値を変化させるしきい値可変手段を設け、受光エネルギーに相当した信号を一定期間遅延させしきい値と比較する信号として出力する遅延手段を設け、前記しきい値可変手段は、受光部の受光エネルギーに相当した信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力信号の一定期間の平均値を求める平均値算出回路と、この平均値算出回路で求めた平均値から一定の定数を減算する減算回路と、この減算回路の演算値をアナログ信号に変換ししきい値として出力するD/A変換回路とからなることを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る光走査による対象物情報検出装置の一実施形態例を図1を用いて説明する。
図1において図13と同一部分は同一符号とする。図1において、12は再帰性反射体、16は発光素子、17は受光素子、18は前記発光素子16からの光、24a、24bは情報検出対象としての対象物、25は光走査にとって障害となる障害物、26は前記受光素子17の受光エネルギーに相当した電流を電圧に変換して出力する電流・電圧変換回路、27は比較器、29はMPUを表し、Sは前記受光素子17が受光した光のうちの信号成分を表し、Nは雑音成分を表す。
【0024】
30はしきい値可変手段で、このしきい値可変手段30は、前記電流・電圧変換回路26の出力電圧を分圧する分圧回路32と、この分圧回路32に結合され積分値をしきい値として出力する積分回路34とからなり、前記分圧回路32は抵抗36、38で構成され、前記積分回路34は前記抵抗36とコンデンサ40で構成されている。
【0025】
つぎに、図1の作用を図2を併用して説明する。
電流・電圧変換回路26は、受光素子17の受光エネルギーに相当した電流を電圧に変換し、この電圧を比較器27の+入力側に出力する。このため、比較器27の+入力側に入力する電圧に相当した受光エネルギーJEは、図14の場合と同様に、図2に示すような特性曲線となる。すなわち、この受光エネルギーJEは、走査角度θが0、πのときに受光エネルギーが最大となり、π/2のときに受光エネルギーが大きくなり、さらに雑音によって受光エネルギーのDCレベルが上がっている。図2中においてAは受光エネルギーJEの特性曲線のうちの対象物24aに対応した部分を表し、Bは受光エネルギーJEの特性曲線のうちの対象物24bに対応した部分を表す。
【0026】
しきい値可変手段30は、その分圧回路32が電流・電圧変換回路26の出力電圧を抵抗36、38の値に応じて分圧し、積分回路34が抵抗36とコンデンサ40による積分値をしきい値として比較器27の−入力側に入力する。このため、比較器27の−入力側への入力電圧に相当した光エネルギーであるスライスレベルSLaは、図2中に点線で示すように、、受光エネルギーJEの特性曲線を一定レベル下げた値となり、A、Bの下端点より高いレベルとなる。
したがって、対象物24a、24bの何れに対しても、比較器27の出力側に検出信号が現われ、MPU29によって対象物24a、24bが有ることを判別できる。すなわち、走査角度θや雑音に起因する誤った対象物情報の検出を防止することができる。
【0027】
図1の実施形態例では、しきい値可変手段を分圧回路と積分回路で構成した場合について説明したが、本発明はこれに限るものでなく、受光素子の受光エネルギーに応じてしきい値を変化させるものであればよい。
例えば、図3に示すように、しきい値可変手段30aを、電流・電圧変換回路26の出力電圧Esをその周波数の2倍以上の標本化周波数で標本化してディジタルの電圧Vsに変換するA/D(アナログ/ディジタル)変換回路42と、このA/D変換回路42の出力電圧Vsの一定期間(例えば3標本化周期)の平均値Vsaを求める平均値算出回路44と、この平均値算出回路44で求めた平均値VsaからA/D変換回路42の出力電圧Vsに応じて異なる定数を減算する定数減算回路46と、この定数減算回路46の演算値をアナログの電圧Erに変換ししきい値として出力するD/A(ディジタル/アナログ)変換回路48とで構成した場合についても利用することができる。
【0028】
前記平均値算出回路44は、3段に結合されたシフトレジスタ501、502、503、加算器52及び除算器54からなり、前記シフトレジスタ501、502、503は前記A/D変換回路42の出力電圧Vsを順次1標本化クロック分遅延させ、前記加算器52は、前記A/D変換回路42の出力電圧Vsと前記シフトレジスタ501、502、503のそれぞれから出力する電圧とを加算し、前記除算器54は前記加算器52で求めた加算値を4(シフトレジスタの段数+1)で割った平均値Vsaを出力する。
【0029】
前記定数減算回路46は、前記除算器54から出力した平均値Vsaから相異なる定数K1、K2(K1<K2)を減算する第1、第2減算器56、58と、前記A/D変換回路42の出力電圧Vsと前記第1減算器56の演算値(Vsa−K1)とを比較する比較器60と、この比較器60の比較出力に応じて前記第1、第2減算器56、58の演算値の一方を選択して出力するセレクタ62とで構成されている。なお、比較器60は、A/D変換回路42の出力電圧Vsと第2減算器58の演算値(Vsa−K2)とを比較し、その比較出力でセレクタ62の切り替えを制御するようにしてもよい。
【0030】
つぎに、図3の場合の作用を図4を併用して説明する。
(イ)電流・電圧変換回路26の出力電圧Esがなだらかに変化している場合には、第1減算器56の演算値(Vsa−K1)がA/D変換回路42の出力電圧Vsより小さい(Vsa−K1<Vs)ので、比較器60の出力信号がLレベルとなりセレクタ62の可動片は実線で示すように第1減算器56の演算値(Vsa−K1)を選択する。このため、D/A変換回路48は、(Vsa−K1)をアナログ信号に変換した電圧Erを比較器27の−入力側に出力する。
【0031】
(ロ)受光素子17からの信号Sの強弱によってS/N比が極端に変化し、電流・電圧変換回路26の出力電圧Esが図4に示すようになだらかに変化している途中で急激に変化した場合、セレクタ62が第1減算器56の演算値(Vsa−K1)を選択し続けていると、平均値算出回路44の平均化処理によって比較器27の−入力側に入力する電圧Erと+入力側に入力する電圧Esとの間に部分的な逆転現象(Er>Es)が生じるが、この逆転現象が生じる直前に比較器60の出力信号がLレベルからHレベルに変化しセレクタ62の可動片が点線で示すように第2減算器58を選択するので、電圧Erが部分的に2点鎖線で示すように補正され、逆転現象による誤った対象物情報の検出を防止している。
すなわち、定数減算回路46が無く、代わりに第1減算器56が平均値算出回路44で求めた平均値Vsaから定数K1を減算した値(Vsa−K1)をD/A変換回路48へ出力するだけの構成とした場合には、D/A変換回路48の出力電圧Erが図4に×印で示すような値となり、部分的に逆転現象が生じる。しかし、図3の実施形態例では、定数減算回路46が有り、逆転現象が生じる直前にセレクタ62が第2減算器58を選択して(Vsa−K2)をD/A変換回路48へ出力するので、D/A変換回路48から出力するErは、その一部が図4に○印及び2点鎖線で示すように補正され、逆転現象による誤った対象物情報の検出を防止している。
【0032】
図3に示した実施形態例では、定数減算回路46を第1、第2減算器56、58、比較器60及びセレクタ62で構成し、平均値算出回路44で求めた平均値VsaからA/D変換回路42の出力電圧Vsに応じて異なる定数K1、K2を減算し、この減算で求めた演算値をD/A変換回路48へ出力し、さらに電流・電圧変換回路26の出力電圧Esを比較器27の+入力側に直接入力するようにしたが、本発明はこれに限るものでなく、定数減算回路46を無くして代わりに第1減算器56(又は第2減算器58)のみを設け、図3に2点鎖線で示すように電流・電圧変換回路26の出力側と比較器27の+入力側との間に遅延回路64を設けた場合についても利用することができる。
この場合、信号の強弱によってS/N比が極端に変化し、電流・電圧変換回路26の出力電圧Esが図5に実線で示すように急激な増加から急激な減少に変化しても、逆転現象(Er>Es)が生じるのを防止し、誤った対象物情報の検出を防止できる。すなわち、図3の実施形態例において、定数減算回路46を無くし、代わりに第1減算器56のみを設けただけでは、比較器27の−入力側に入力するErが図5に点線で示すようになり、Esがピークを過ぎて減少に転じた直後に逆転現象(Er>Es)が生じるが、遅延回路64によって出力電圧Esを一定期間遅延させた補正電圧Esd(図5に1点鎖線で示す)が比較器27の+入力側に入力するので、逆転現象が生じるのを防止し、誤った対象物情報の検出を防止している。
【0033】
図6は本発明の他の実施形態例を示すもので、図1と同一部分は同一符号とし説明を省略する。図6において、16は発光素子、17は受光素子、18は前記発光素子16からの光、26は電流・電圧変換回路、27は比較器、28は基準電圧源、42はA/D変換回路、66は各種の制御処理を行うMPU、68は標準電圧値Vrを置数する標準電圧値レジスタ、70は積分処理メモリ、72はD/A変換回路、74は電圧・電流変換回路、76は警告を報知するための報知部(例えば警告ランプや警告ブザー)である。
【0034】
前記MPU66は、以下の▲1▼〜▲5▼に記述する各機能を達成するためのプログラムを格納したROM(リード・オンリ・メモリ)(図示省略)を具備するとともに、前記発光素子16側へ出力する制御信号を一時的に置数するレジスタ78及び設定された極限値を置数する極限値レジスタ80を具備している。
▲1▼A/D変換回路42の出力電圧Vsの一定期間(例えば3標本化期間)における平均値Vsaを求める平均値演算機能。
▲2▼前記▲1▼の平均値演算手段で求めた平均値Vsaを標準電圧値レジスタ68の標準電圧値Vrと比較し、Vsa<Vrのときに発光素子16の発光エネルギを上げるための制御信号をレジスタ78を介して発光素子16側へ出力し、Vsa>Vrのときに発光素子16の発光エネルギを下げるための制御信号をレジスタ78を介して発光素子16側へ出力する発光部制御機能。
▲3▼前記▲2▼の平均値演算機能で求めた平均値Vsaが、受光素子17の受光エネルギーが途切れたときに相当して予め設定された下限設定値Vb以下か否かを判別する下限判別機能。
▲4▼前記▲3▼の下限判別機能により平均値Vsaが下限設定値Vb以下と判別されたときに、レジスタ78の現在の置数値と直前の置数値との積分値を演算し、この積分値を積分処理メモリ70に記憶するとともに、レジスタ78を介して発光素子16側へ出力する積分処理機能。
▲5▼レジスタ78に置数された制御信号と極限値レジスタ80に置数された極限値Vuとを比較し、制御信号が極限値Vu以上のときに発光素子16の発光エネルギーが極限になったことを報知するための信号を報知部76へ出力する報知部制御機能。
【0035】
前記D/A変換回路72は、前記MPU66内のレジスタ78に置数された制御値をアナログの電圧に変換して出力し、前記電圧・電流変換回路74は、前記D/A変換回路72から出力した電圧を電流に変換して前記発光素子16へ出力する。
【0036】
つぎに、図6の作用を図7及び図8を併用して説明する。
(イ)電流・電圧変換回路26は、受光素子17の受光エネルギーに相当した電流を電圧Esに変換し、この電圧Esを比較器27の+入力側に出力する。A/D変換回路42は、電流・電圧変換回路26の出力電圧Esをディジタルの電圧Vsに変換し、この電圧VsをMPU66へ出力する。
【0037】
(ロ)MPU66は、その平均値演算機能▲1▼によって、一定期間(例えば3標本化期間)における入力電圧Vsについての平均値Vsaを演算し、発光部制御機能▲2▼によって、平均値Vsaを標準電圧値Vrと比較し、Vsa<Vrのときに発光素子16の発光エネルギを上げるための制御信号をレジスタ78を介して発光素子16側へ出力し、Vsa>Vrのときに発光素子16の発光エネルギを下げるための制御信号をレジスタ78を介して発光素子16側へ出力する。このMPU66のレジスタ78から出力した制御信号はD/A変換回路72でアナログの電圧に変換され、電圧・電流変換回路74で電流に変換されて発光素子16に供給される。このため、発光素子16の発光エネルギーHEは、図7に示すように走査角度θに対して変化し、受光素子17の受光エネルギーJEaは、図8に示すように光走査範囲内の走査角度θに対して一定となるとともに、対象物24a、24bに対応したA、Bの下端点より高いレベルとなる。したがって、対象物24a、24bの何れに対しても、比較器27の出力側に検出信号が現われ、て対象物24a、24bが有ることを判別できる。すなわち、走査角度θや雑音に起因する誤った対象物情報の検出を防止することができる。
さらに、受光エネルギーの平均値(平均値Vsaに相当するエネルギー)が一定となるように発光素子17の発光エネルギーを制御しているので、対象物24a、24bによって遮られた光エネルギーのDC値(ノイズ成分)が上がらないように制御することができる。
また、図6の場合では、図7に示すように、発光素子16の発光エネルギーHEが従来例のHEcより小さくなるので、エネルギーを節約できる。
【0038】
(ハ)対象物24a、24bによって受光素子17の受光エネルギーJEが途切れた場合、MPU66が、その下限判別機能▲3▼の判別信号に基づく積分処理機能▲4▼によって、レジスタ78に置数する現在の制御信号と直前まで置数していた制御信号との積分値を演算し、この積分値を積分処理メモリ70に記憶するとともにレジスタ78を介してD/A変換回路72へ出力するので、発光素子16の発光エネルギーが急激に上昇するのを防止している。
【0039】
(ニ)受光エネルギーの平均値に相当した平均値Vsaを標準電圧値Vrと比較し、比較出力で発光素子16の発光エネルギーを制御するフィードバック制御としたので、受光素子17の感度や発光素子16の発光効率が経年変化である程度劣化しても、又はスキャンミラー22や再帰性反射体12が埃等である程度汚れても、対象物24a、24bが有るか否かの情報を正しく検出することができる。
【0040】
(ホ)本発明による対象物情報検出装置を複数連携して使用する場合には、各装置の標準電圧値レジスタの標準電圧値Vrを共用することによって、同品質の検出感度(受信感度)を維持することができる。
すなわち、標準電圧値Vrを共用することによって各装置の受光素子の受光エネルギーを一定に保つことが可能となり、各装置の発光素子の発光効率のバラツキや受光素子の感度のバラツキが制御されるので、発光素子の発光効率や受光素子の感度のバラツキに起因する対象物情報の検出誤差を防止できる。
例えば、一方の装置の標準電圧値Vr1が他方の装置の標準電圧値Vr2より小さいため、発光素子の発光効率や受光素子の感度のバラツキによって、図9に実線で示すように、標準電圧値をVr1とした一方の装置の受光エネルギーJE1のレベルの一部にスライスレベルSLとの間で逆転現象が生じた場合には、同図に1点鎖線で示すような逆転現象が生じない他方の装置の受光エネルギーJE2に対応したVr2を共通の標準電圧値として共用すれば、発光素子の発光効率や受光素子の感度のバラツキに起因する対象物情報の検出誤差を防止できる。この場合、必要に応じてスライスレベルSLを逆転現象が生じない範囲で上げることによって、装置の検出感度を同一に保つことができる。
【0041】
(ヘ)受光素子17の感度や発光素子16の発光効率が経年変化によって限度以上劣化し、又はスキャンミラー22や再帰性反射体12が埃等である限度以上汚れて、レジスタに78に置数された制御信号が極限レジスタ80に置数された極限値Vu以上になると、MPU66は、その報知部制御機能▲5▼によって報知部76へ報知信号を出力し、警告ランプや警告ブザーを作動して特性劣化や汚れが限度以上に達していることを報知する。
【0042】
図6の実施形態例では、積分処理メモリ70を設け、平均値が下限設定値以下と判別されたときに、MPU66の積分処理機能▲4▼によってレジスタ78に置数する現在の制御信号と直前まで置数していた制御信号との積分値を演算し、この積分値を積分処理メモリ70に記憶するとともにレジスタ78を介してD/A変換回路72へ出力することによって、対象物24a、24bで受光素子17の受光エネルギーJEが途切れても発光素子16の発光エネルギーが急激に上昇しないようにしたが、本発明はこれに限るものでなく、積分処理メモリ70を省略するとともに、積分処理機能▲4▼の代わりに置数値保持機能▲6▼をMPU66に付加することによって、対象物24a、24bによって受光素子17の受光エネルギーJEが途切れても発光素子16の発光エネルギーが急激に上昇しないようにしてもよい。この置数値保持機能▲6▼は、平均値が下限設定値以下と判別されたときに、レジスタ78の置数値を更新せずに直前の置数値を保持する機能を表す。
【0043】
図6の実施形態例では、報知部76を設けるとともに、MPU66に報知部制御機能▲5▼を設けることによって、レジスタ78に置数された制御信号と極限値レジスタ80に置数された極限値Vuとを比較し、制御信号が極限値Vu以上のときに報知部76の警告ランプや警告ブザーを作動し、受光素子17の感度や発光素子16の発光効率が経年変化によって限度以上劣化し、又はスキャンミラー22や再帰性反射体12が埃等である限度以上汚れてていることを報知するようにしたが、本発明はこれに限るものでなく、例えば図10に示すように、報知部制御機能▲5▼を省略したMPU66aを設け、報知部76の代わりに可視光発光手段82を設けるようにしてもよい。
この可視光発光手段82は直列接続されたツエナーダイオード84と発光ダイオード86からなり、D/A変換回路72から電圧・電流変換回路74へ出力するアナログの制御電圧を分岐して取り出し、この制御電圧をツエナーダイオード84を介して発光ダイオード86へ供給し、制御電圧が予め設定された極限値を越えたときに発光ダイオード86から可視光を発光し、受光素子17の感度や発光素子16の発光効率が経年変化によって限度以上劣化し、又はスキャンミラー22や再帰性反射体12が埃等で限度以上汚れてていることを報知するようにしてもよい。
【0044】
図6の実施形態例では、極限値設定手段及び報知手段、又は可視光発光手段を設けることによて、受光素子17の感度や発光素子16の発光効率が経年変化によって限度以上劣化し、又はスキャンミラー22や再帰性反射体12が埃等である限度以上汚れてていることを報知するようにしたが、本発明はこれに限るものでなく、極限値設定手段及び報知手段、及び可視光発光手段を省略した場合についても利用することができる。
【0045】
図6の実施形態例では、発光部制御手段が制御信号を一時的に置数するレジスタを具備し、平均値演算手段で求めた平均値が下限設定値以下か否かを判別する下限判別手段を設け、この下限判別手段で平均値が下限設定値以下と判別されたときにレジスタの置数値と直前の置数値との積分値を発光部へ出力する制御信号とする積分処理手段、又は下限判別手段で平均値が下限設定値以下と判別されたときにレジスタの置数値を更新せずに直前の置数値を保持する置数値保持手段を設けた場合について説明したが、本発明はこれに限るものでなく、レジスタ及び下限判別手段を省略するとともに、積分処理手段及び置数値保持手段を省略した場合についても利用することができる。
【0046】
図6の実施形態例では、発光エネルギー制御手段は、受光素子の受光エネルギーに相当した信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力信号の一定期間における平均値を求める平均値演算手段と、この平均値演算手段で求めた平均値を標準値と比較し、平均値が標準値より小さいときは発光エネルギを上げるための制御信号を発光素子へ出力し、平均値が標準値より大きいときは発光エネルギを下げるための制御信号を発光素子へ出力する発光部制御手段とで構成された場合について説明したが、本発明はこれに限るものでなく、受光素子の受光エネルギーが一定となるように発光素子の発光エネルギーを制御するものであればよい。
【0047】
【発明の効果】
請求項1の発明は、発光部からの光を回転可能なスキャンミラーで反射させて再帰性反射体に照射し、この再帰性反射体で反射した光をスキャンミラーの反射を介して受光部で受光し、受光エネルギーをしきい値と比較することによって、スキャンミラーと再帰性反射体の間に形成された光走査範囲内の対象物情報を検出する装置において、受光部の受光エネルギーに応じてしきい値を変化させるしきい値可変手段を設け、走査角度θによって受光部の受光エネルギーに差がでてきたり、近傍の障害物からの乱反射等による雑音によって受光部の受光エネルギーが一定レベルもち上がっても、しきい値可変手段によって受光エネルギーと比較するしきい値が受光部の受光エネルギーに応じて変化するようにしたので、走査角度θや雑音に起因する誤った対象物情報の検出を防止し、対象物が光走査範囲内の何処にあっても正しい対象物情報を得ることができる。
【0049】
加えて、しきい値可変手段を、受光部の受光エネルギーに相当した信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力信号の一定期間の平均値を求める平均値算出回路と、この平均値算出回路で求めた平均値からA/D変換回路の出力信号に応じて異なる定数を減算する定数減算回路と、この定数減算回路の演算値をアナログ信号に変換ししきい値として出力するD/A変換回路とで構成したので、しきい値可変手段の構成を簡単にすることができる。
【0050】
さらに、定数減算回路を、平均値算出回路で求めた平均値から相異なる定数K1、K2(K1<K2)を減算する第1、第2減算器と、A/D変換回路の出力信号と第1、第2減算器の一方の演算値とを比較する比較器と、この比較器の比較出力に応じて第1、第2減算器の演算値の一方を選択して出力するセレクタとで構成したので、信号の強弱でS/N比が極端に変化し、受光エネルギーがなだらかに変化する途中で急激に変化した場合でも、逆転現象に起因する誤った対象物情報の検出をしないようにすることができる。
【0051】
請求項2の発明は、受光エネルギーに相当した信号を一定期間遅延させしきい値と比較する信号として出力する遅延手段を設け、しきい値可変手段を、受光部の受光エネルギーに相当した信号をディジタル信号に変換するA/D変換回路と、このA/D変換回路の出力信号の一定期間の平均値を求める平均値算出回路と、この平均値算出回路で求めた平均値から一定の定数を減算する減算回路と、この減算回路の演算値をアナログ信号に変換ししきい値として出力するD/A変換回路とで構成したので、信号の強弱でS/N比が極端に変化し、受光エネルギーが急激な増加から急激な減少へ変化した場合でも、逆転現象に起因する誤った対象物情報の検出をしないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る光走査による対象物情報検出装置の一実施形態例を示すブロック図である。
【図2】 図1の作用を説明する受光エネルギーの特性図である。
【図3】 図1のしきい値可変手段の他の実施形態例を示すブロック図である。
【図4】 図3の作用を説明する受光エネルギーの特性図である。
【図5】 図3において、定数減算回路46を単なる減算器で置き換えるとともに、遅延回路64を挿入した実施形態例の作用を説明する受光エネルギーの特性図である。
【図6】 本発明に係る光走査による対象物情報検出装置の他の実施形態例を示すブロック図である。
【図7】 図6中の発光素子の発光エネルギーの特性図である。
【図8】 図6中の受光素子の受光エネルギーの特性図である。
【図9】 図6に係る装置を2個連携して使用する場合の標準電圧値レジスタに置数する標準電圧値を共用する場合を説明する受光エネルギーの特性図である。
【図10】 図6の実施形態例において、一部を省略し、一部を変更し、一部を付加した実施形態例の要部を示すブロック図である。
【図11】 本発明を利用した光走査による対象物情報検出装置の平面図である。
【図12】 図11中の光走査ユニットの取付け状態を示す側面図である。
【図13】 図11の装置に用いる電気回路の従来例を示すブロック図である。
【図14】 図13の作用を説明する受光エネルギー特性図である。
【符号の説明】
11…光走査ユニット、 12…再帰性反射体、 16…発光素子、 17…受光素子、 18…発光素子16から出力した光、 24a、24b…対象物、 25…障害物、 26…電流・電圧変換回路、 27…比較器、 29…MPU(マイクロプロセッサ)、 30、30a…しきい値可変手段、 32…分圧回路、 34…積分回路、 36、38…抵抗、 40…コンデンサ、 42…A/D変換回路、 44…平均値算出回路、 46…定数減算回路、 48、72…D/A変換回路、 501〜503…シフトレジスタ、 52…加算器、 54…除算器、 56、58…減算器、 60…比較器、 62…セレクタ、 64…遅延回路、 66、66a…MPU(発光エネルギー制御手段の要部を構成するマイクロプロセッサ)、 68…標準電圧値レジスタ、 70…積分処理メモリ、 74…電圧・電流変換回路、 76…報知部、 78…レジスタ、 80…極限値レジスタ、 82…可視光発光手段、 84…ツエナーダイオード、 86…発光ダイオード、 A…受光エネルギーJEの特性曲線のうちの対象物24aに対応した部分、 B…受光エネルギーJEの特性曲線のうちの対象物24bに対応した部分、 JE、JEa、JE1、JE2…受光エネルギー、 K1、K2…定数、 SL、SLa…スライスレベル。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention reflects the light from the light emitting unit with a rotatable scan mirror and irradiates the retroreflector. The light reflected by the retroreflector is received by the light receiving unit through the reflection of the scan mirror, The present invention relates to an apparatus for detecting object information (for example, information on whether or not an object exists) within an optical scanning range formed between a scan mirror and a retroreflector by comparing received light energy with a threshold value. Is.
[0002]
[Prior art]
As the object information detection apparatus based on the optical scanning described above, the one shown in FIG. 11 is considered. That is, the
In the
[0003]
The unit
[0004]
The
[0005]
In FIG. 11,
[0006]
As an electric circuit for monitoring the light reception energy of the
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the circuit shown in FIG. 13, the
In addition, there is a problem that correct object information cannot be obtained depending on the response speed of the circuit for determining the object information.
[0008]
For example, as shown in FIG. 11, when there are two
As shown in FIG. 14, the light receiving energy JE of the
[0009]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, prevents detection of erroneous object information due to the scanning angle θ and noise, and correct the object regardless of where the object is in the optical scanning range. An object of the present invention is to provide an object information detection apparatus by optical scanning that can obtain information.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
According to the first aspect of the present invention, the light from the light emitting unit is reflected by a rotatable scan mirror and applied to the retroreflector, and the light reflected by the retroreflector is received through the reflection of the scan mirror. In the apparatus for detecting object information within an optical scanning range formed between the scan mirror and the retroreflector by comparing the received light energy with a threshold value, the light receiving unit receives the light. Ri Na provided threshold changing means for changing the threshold depending on the energy, the threshold varying means, a / D conversion circuit for converting a corresponding signal to the receiving energy of the light receiving unit into a digital signal An average value calculation circuit for obtaining an average value of output signals of the A / D conversion circuit over a certain period, and constants that differ from the average value obtained by the average value calculation circuit according to the output signal of the A / D conversion circuit The A constant subtraction circuit for calculating, and a D / A conversion circuit for converting an operation value of the constant subtraction circuit into an analog signal and outputting it as a threshold value. The constant subtraction circuit is an average value obtained by an average value calculation circuit. The first and second subtracters for subtracting different constants K1 and K2 (K1 <K2) from the output signal of the A / D conversion circuit and one operation value of the first and second subtractors are compared. It comprises a comparator and a selector that selects and outputs one of the operation values of the first and second subtracters according to the comparison output of the comparator .
[0011]
Even if there is a difference in the light receiving energy of the light receiving unit depending on the scanning angle θ, or the light receiving energy of the light receiving unit rises to a certain level due to noise due to irregular reflection from nearby obstacles, it is compared with the light receiving energy by the threshold variable means Since the threshold value to be changed changes according to the light reception energy of the light receiving unit, it is possible to prevent detection of erroneous object information due to the scanning angle θ or noise.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, the light from the light emitting unit is reflected by a rotatable scan mirror and applied to the retroreflector, and the light reflected by the retroreflector is received through the reflection of the scan mirror. In the apparatus for detecting object information within an optical scanning range formed between the scan mirror and the retroreflector by comparing the received light energy with a threshold value, the light receiving unit receives the light. Threshold variable means for changing the threshold value according to energy is provided, delay means for delaying a signal corresponding to the received light energy for a certain period and outputting it as a signal to be compared with the threshold value is provided, and the threshold value variable The means includes an A / D conversion circuit that converts a signal corresponding to the light reception energy of the light receiving unit into a digital signal, and an average value calculation for obtaining an average value of the output signal of the A / D conversion circuit over a certain period. And a subtracting circuit for subtracting a constant from the average value obtained by the average value calculating circuit, and a D / A conversion circuit for converting the operation value of the subtracting circuit into an analog signal and outputting it as a threshold value. It is characterized by that.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of an object information detection apparatus by optical scanning according to the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, the same parts as those in FIG. In FIG. 1, 12 is a retroreflector, 16 is a light emitting element, 17 is a light receiving element, 18 is light from the
[0024]
[0025]
Next, the operation of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
The current /
[0026]
In the threshold variable means 30, the
Therefore, a detection signal appears on the output side of the
[0027]
In the embodiment shown in FIG. 1, the case where the threshold variable means is constituted by a voltage dividing circuit and an integrating circuit has been described. However, the present invention is not limited to this, and the threshold is changed according to the light receiving energy of the light receiving element. As long as it changes the value.
For example, as shown in FIG. 3, the threshold value changing means 30a converts the output voltage Es of the current /
[0028]
The average value calculation circuit 44 includes shift registers 50 1 , 50 2 , 50 3 , an
[0029]
The
[0030]
Next, the operation in the case of FIG. 3 will be described with reference to FIG.
(A) When the output voltage Es of the current /
[0031]
(B) The S / N ratio changes drastically due to the strength of the signal S from the
That is, there is no
[0032]
In the embodiment shown in FIG. 3, the
In this case, the S / N ratio changes drastically due to the strength of the signal, and even if the output voltage Es of the current /
[0033]
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. The same parts as those in FIG. In FIG. 6, 16 is a light emitting element, 17 is a light receiving element, 18 is light from the
[0034]
The
(1) An average value calculation function for obtaining an average value Vsa of the output voltage Vs of the A /
(2) Control for increasing the light emission energy of the light-emitting
(3) Lower limit for determining whether or not the average value Vsa obtained by the average value calculation function of (2) is equal to or lower than a preset lower limit set value Vb corresponding to when the light receiving energy of the
(4) When the average value Vsa is determined to be less than or equal to the lower limit set value Vb by the lower limit determination function of (3), the integration value between the current value of the
(5) The control signal placed in the
[0035]
The D /
[0036]
Next, the operation of FIG. 6 will be described with reference to FIGS.
(A) The current /
[0037]
(B) The
Furthermore, since the light emission energy of the
In the case of FIG. 6, as shown in FIG. 7, the light emission energy HE of the
[0038]
(C) When the light reception energy JE of the
[0039]
(D) Since the average value Vsa corresponding to the average value of the light reception energy is compared with the standard voltage value Vr and the feedback control is performed to control the light emission energy of the
[0040]
(E) When a plurality of object information detection apparatuses according to the present invention are used in cooperation, the standard voltage value Vr of the standard voltage value register of each apparatus is shared, so that the detection sensitivity (reception sensitivity) of the same quality can be obtained. Can be maintained.
That is, by sharing the standard voltage value Vr, it becomes possible to keep the light receiving energy of the light receiving element of each device constant, and the variation in the light emitting efficiency of the light emitting element and the sensitivity of the light receiving element in each device is controlled. Thus, it is possible to prevent detection errors of object information due to variations in light emission efficiency of light emitting elements and sensitivity of light receiving elements.
For example, since the standard voltage value Vr 1 of one device is smaller than the standard voltage value Vr 2 of the other device, the standard voltage value as shown by the solid line in FIG. 9 varies depending on the light emission efficiency of the light emitting element and the sensitivity of the light receiving element. When a reverse phenomenon occurs between the slice level SL and a part of the level of the received light energy JE 1 of one apparatus with the value Vr 1 , the reverse phenomenon as shown by a one-dot chain line in the figure occurs. If Vr 2 corresponding to the light reception energy JE 2 of the other device that is not used is shared as a common standard voltage value, it is possible to prevent detection error of object information due to variations in light emission efficiency of the light emitting element and sensitivity of the light receiving element. In this case, the detection sensitivity of the apparatus can be kept the same by raising the slice level SL within a range where the reverse phenomenon does not occur as necessary.
[0041]
(F) The sensitivity of the light-receiving
[0042]
In the embodiment of FIG. 6, the
[0043]
In the embodiment shown in FIG. 6, the
The visible light emitting means 82 includes a
[0044]
In the embodiment example of FIG. 6, by providing the limit value setting means and the notification means or the visible light emitting means, the sensitivity of the
[0045]
In the embodiment of FIG. 6, the light emitting unit control means includes a register for temporarily storing the control signal, and the lower limit determination means for determining whether or not the average value obtained by the average value calculation means is less than or equal to the lower limit set value. Integration processing means that uses the integral value of the register value of the register and the immediately preceding value as a control signal to be output to the light emitting unit when the lower limit determination means determines that the average value is less than or equal to the lower limit set value, or the lower limit Although the description has been given of the case where there is provided a numeric value holding means for holding the previous numeric value without updating the numeric value of the register when the average value is determined to be equal to or lower than the lower limit set value by the discrimination means, the present invention is based on this. The present invention is not limited, and the present invention can also be used when the register and the lower limit determination unit are omitted, and the integration processing unit and the numeric value holding unit are omitted.
[0046]
In the embodiment of FIG. 6, the light emission energy control means includes an A / D conversion circuit that converts a signal corresponding to the light reception energy of the light receiving element into a digital signal, and an average of output signals of the A / D conversion circuit over a certain period. An average value calculating means for obtaining a value and an average value obtained by the average value calculating means are compared with a standard value, and when the average value is smaller than the standard value, a control signal for increasing the light emission energy is output to the light emitting element, The case where the average value is larger than the standard value has been described with the light emitting unit control means for outputting a control signal for reducing the light emission energy to the light emitting element, but the present invention is not limited to this, and the light receiving element Any light-emitting element may be used as long as the light-emitting energy of the light-emitting element is controlled to be constant.
[0047]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the light from the light emitting unit is reflected by a rotatable scan mirror and irradiated to the retroreflector, and the light reflected by the retroreflector is reflected by the scan mirror at the light receiving unit. In an apparatus for detecting object information within an optical scanning range formed between a scan mirror and a retroreflector by receiving light and comparing the received light energy with a threshold value, according to the received light energy of the light receiving unit A threshold variable means is provided to change the threshold value, and the light reception energy of the light receiving unit varies depending on the scanning angle θ, or the light receiving energy of the light receiving unit has a certain level due to noise due to irregular reflection from nearby obstacles. Even if the threshold value rises, the threshold value comparison means changes the threshold value to be compared with the received light energy according to the received light energy of the light receiving unit. Detection of incorrect object information can be prevented, and correct object information can be obtained wherever the object is in the optical scanning range.
[0049]
In addition, the threshold variable means includes an A / D conversion circuit that converts a signal corresponding to the light reception energy of the light receiving unit into a digital signal, and an average for obtaining an average value of the output signal of the A / D conversion circuit over a certain period. A value calculating circuit, a constant subtracting circuit that subtracts different constants from the average value obtained by the average value calculating circuit according to the output signal of the A / D conversion circuit, and an arithmetic value of the constant subtracting circuit is converted into an analog signal. Since it is configured with the D / A conversion circuit that outputs the threshold value, the configuration of the threshold variable means can be simplified.
[0050]
Further, the constant subtracting circuit includes first and second subtractors for subtracting different constants K1 and K2 (K1 <K2) from the average value obtained by the average value calculating circuit, and the output signal of the A / D conversion circuit and the first 1 and a comparator for comparing one of the operation values of the second subtractor, and a selector for selecting and outputting one of the operation values of the first and second subtractors according to the comparison output of the comparator. Therefore, even if the S / N ratio changes drastically due to the strength of the signal and the received light energy changes suddenly in the middle, the erroneous object information caused by the reverse phenomenon is not detected. be able to.
[0051]
The invention of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of an object information detection apparatus by optical scanning according to the present invention.
FIG. 2 is a characteristic diagram of received light energy for explaining the operation of FIG. 1;
FIG. 3 is a block diagram showing another embodiment of the threshold variable means in FIG. 1;
4 is a characteristic diagram of received light energy for explaining the operation of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram of received light energy for explaining the operation of the embodiment in which the
FIG. 6 is a block diagram showing another embodiment of the object information detecting apparatus by optical scanning according to the present invention.
7 is a characteristic diagram of light emission energy of the light emitting element in FIG. 6. FIG.
FIG. 8 is a characteristic diagram of received light energy of the light receiving element in FIG. 6;
FIG. 9 is a characteristic diagram of received light energy for explaining a case where a standard voltage value set in a standard voltage value register is shared when two devices according to FIG. 6 are used in cooperation.
FIG. 10 is a block diagram illustrating a main part of the embodiment in which a part is omitted, a part is changed, and a part is added in the embodiment in FIG. 6;
FIG. 11 is a plan view of an object information detection apparatus by optical scanning using the present invention.
12 is a side view showing a mounting state of the optical scanning unit in FIG. 11. FIG.
13 is a block diagram showing a conventional example of an electric circuit used in the apparatus of FIG.
FIG. 14 is a light reception energy characteristic diagram for explaining the operation of FIG.
[Explanation of symbols]
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