JP4860194B2 - 三角測距式光電センサー - Google Patents

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検出する三角測距式光電センサーに関し、特に投光部の光軸と前記受光部の光軸とが成す角度である測距角が変更設定可能な三角測距式光電センサーに関する。

光を用いた三角測距によって対象物までの距離を検出する三角測距式光電センサーは、位置センサー又は変位センサーと呼称されることもあり、以下に説明するような原理を利用している。図２０に示すように、光電センサーのヘッド部１１には、投光部２１と受光部２０が内蔵されている。投光部２１は発光素子２１１及び投光レンズ２１２を含み、受光部２０は受光素子２００及び受光レンズ２０１を含んでいる。そして、発光素子２１１から投光された光が投光レンズ２１２を通って対象物（以下、ワークという）ＷＫに投光され、ワークＷＫで反射した光が受光レンズ２０１を通って受光素子２００の受光面に入射するように構成されている。受光素子２００として、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）やＣＣＤ（固体撮像素子）等が使用される。

図２０において、ワークＷＫの位置が実線の位置から破線の位置（ＷＫ’）へ、すなわちヘッド部１１へ近づく方向に移動すると、受光素子２００に入射する反射光が破線で示すように変化し、受光素子２００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Ｆ側（離間側）からＮ側（接近側）へ移動する。逆に、ワークＷＫがヘッド部１１から遠ざかる方向に移動すれば受光素子２００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２００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検出することができる。

このような光電センサーは通常、ワークＷＫまでの距離を検出して表示すると共に、検出結果（検出距離）と予め設定したしきい値（基準距離）との比較結果をＯＮ又はＯＦＦの二値信号として表示し、外部へ出力する機能を有する。例えば、ワークＷＫまでの距離が基準距離より近ければＯＮ表示（出力）を行い、ワークＷＫまでの距離が基準距離より遠い（又はワークＷＫが存在しない）場合はＯＦＦ表示（出力）を行う。このような機能を有する三角測距式光電センサーを特に距離設定型光電センサーという。

上記のような三角測距式光電センサーで検出可能な対象物までの距離の範囲は、図２０から分かるように、受光素子２００の受光面の大きさと光学系の定数（投光部２１と受光部２０との間隔や受光レンズ２０１の倍率等）によって決まる。ワークＷＫの位置が検出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２００の受光面から外れてしまい検出不可能となる。受光レンズ２０１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、分解能が低下するデメリットがある。

そこで、近距離から遠距離までの広い距離範囲をカバーする方法として、図２０に示すように、投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが成す角度（以下、測距角という）ＭＡを変更設定可能とした三角測距式光電センサーが実用化されている（例えば特許文献１参照）。図２０に示す構成では、受光素子２００及び受光レンズ２０１を含む受光部２０が軸心ＡＸ周りに所定の角度範囲内で回動可能に構成されており、これによって測距角ＭＡを変更設定（調整）できるようにしている。

また、上記のような測距角の調整とティーチングによる基準距離の自動設定とを組み合わせた距離設定型光電センサーについて開発が進められ、本出願人によって先に特許出願が行われている。この距離設定型光電センサーを実際の設備等に設定して使用する際に、ユーザーは先ず、ワークＷＫまでの大まかな距離に応じて測距角の調整を手動で行う。この後、ワークＷＫを所定の位置に置いてティーチングを実行すれば、距離設定型光電センサー（のアンプ部）に内蔵された主制御部（マイクロコンピュータ）が検出距離から適切な基準距離を求めて設定する。
特開平６−１６８６５２号公報

上述の説明に用いた図２０は、ワークＷＫの変動範囲（ＷＫ〜ＷＫ’）に対して測距角ＭＡの調整（すなわち受光部２０の回動姿勢の調整）が最適に行われた状態を示している。ここでいう測距角ＭＡの最適な調整状態とは、受光素子２００の受光面のできるだけ中央部が使用されるように調整された状態をいう。すなわち、図２０の状態では、ワークＷＫの変動範囲（ＷＫ〜ＷＫ’）のほぼ中間において投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが交わるように調整されているので、受光素子２００の受光面のほぼ中央部を中心として受光スポット位置又は受光量分布の重心位置が変動する。

これに対して、図２１（ａ）に示す状態では、投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが交わる位置がワークＷＫの変動範囲（ＷＫ〜ＷＫ’）から接近側に外れている。つまり、図２０の最適な調整状態に比べて測距角ＭＡが大きい。その結果、受光スポット位置又は受光量分布の重心位置は受光素子２００の受光面のＦ側に偏った範囲で変動する。逆に、図２１（ｂ）に示す状態では、投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが交わる位置がワークＷＫの変動範囲（ＷＫ〜ＷＫ’）から離間（遠方）側に外れている。つまり、図２０の最適な調整状態に比べて測距角ＭＡが小さい。その結果、受光スポット位置又は受光量分布の重心位置は受光素子２００の受光面のＮ側に偏った範囲で変動する。

図２１（ａ）又は図２１（ｂ）の状態は最適な調整状態ではないが、ワークＷＫの変動範囲（ＷＫ〜ＷＫ’）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受光素子２００の受光面の範囲内に収まっているので距離又は変位の検出は可能である。また、これらの調整状態でもティーチングを実行すれば、基準位置が算出され、設定される。しかしながら、図２０の最適な調整状態は、図２１（ａ）又は図２１（ｂ）の状態に比べて以下の点で有利である。

第１に、図２０の最適な調整状態では受光レンズ２０１のより広い面積でワークＷＫからの反射光を集光することができるので、ワークＷＫの表面の光反射率が小さい場合でも、できるだけ多くの受光量を確保して検出精度を向上することができる。第２に、ワークＷＫが一定距離だけ変動（変位）したときに受光素子２００の受光面において受光スポット位置又は受光量分布の重心位置が変動する量は、図２１（ａ）又は図２１（ｂ）の調整状態のように受光部２０の光軸ＩＸからワークＷＫの位置が離れるほど小さくなり、検出精度が低下する。言い換えれば、図２０の最適な調整状態において、受光素子２００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の変動量が最も大きくなり、検出精度が向上する。

第３に、図２１（ａ）に示すように受光部２０の光軸ＩＸより離間側（遠方側）にワークＷＫの位置が大きく外れると、受光素子２００の受光面における受光スポットの径が大きくなる（デフォーカス状態になる）。その結果、受光スポットの全部が受光面に入りきらず、その一部がはみ出した場合は受光量が低下し、検出精度が悪くなる。したがって、図２１（ａ）又は図２１（ｂ）の状態では、ワークＷＫまでの距離又は変位の検出は可能であっても、図２０のような最適な調整状態となるように測距角ＭＡの再調整を行えば検出性能が向上する余地があることがわかる。

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、測距角が変更設定可能な三角測距式光電センサーにおいて、測距角の調整状態が最適か否かをユーザーに知らせ、測距角の再調整によって検出性能の向上が可能か否かをユーザーが知ることができるようにすることを目的とする。

本発明による三角測距式光電センサーの第１の構成は、対象物に向けて光を投光する投光部と、対象物からの反射光を受光する受光素子を含む受光部と、前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが成す角度である測距角を対象物までの距離に基づいて調整する測距角調整機構と、基準距離を設定するための設定入力部と、前記設定入力部により設定される基準距離を記憶する記憶部と、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を求めることにより対象物までの距離を求める主制御部と、を備え、前記主制御部は、さらに、求めた対象物までの距離と前記記憶部に記憶された基準距離との比較結果を出力する第１の機能と、前記測距角調整機構を用いて調整された測距角を成す前記投光部の光軸と前記受光部の光軸の交点までの距離と前記記憶部に記憶された基準距離との関係に基づいて、調整された該測距角の調整状態が適当か否かを判断するための情報を表示出力する第２の機能とを有することを特徴とする。なお、主制御部が算出し、比較する距離は、実際には距離に相当する値（ディジタル値）であればよく、したがって、本明細書の記述における「距離」は「距離相当量」を意味する。

このような構成によれば、ユーザーは、測距角が最適に設定されているか否かを表示出力から容易に判断することができる。つまり、対象物までの距離の変動が検出可能な状態であっても、測距角を調整（変更）することにより、さらに検出性能を向上させることが可能か否かを判断することができる。ここでいう検出性能の向上とは、受光素子の受光面のできるだけ中央付近に受光スポットができるように調整することによって、できるだけ小さな距離の変動幅を検出できるようにしたり、対象物からの反射光のできるだけ多くを利用して検出感度をできるだけ高めたりすることを意味する。

本発明による三角測距式光電センサーの第２の構成は、上記第１の構成において、前記主制御部によって求められた対象物までの距離である検出距離と予め設定された基準距離との比較結果を出力する機能を有し、前記主制御部が、ティーチングによって前記基準距離を設定する際に、前記測距角が最適に設定されているか否かを判断し、その判断結果を表示出力することを特徴とする。ティーチングは、ユーザーが対象物を適当な位置に置いたり移動させたりしながら検出距離を主制御部に記憶させ、記憶された検出距離から基準距離を算出して設定する処理を主制御部に実行させる作業である。

本発明によれば、このようなティーチングの際に測距角が最適に設定されているか否かが表示出力から分かる。したがって、測距角が最適でないことが分かれば、ユーザーはその場で測距角を調整（変更）することにより、さらに検出性能を向上させることができる。なお、ティーチング以外の任意のタイミングで、所定の操作を行うことによって測距角が最適に設定されているか否かを判断し、判断結果を表示出力するように構成してもよい。

本発明による三角測距式光電センサーの第３の構成は、上記第２の構成における具体構成を示すものであり、対象物の接近側検出距離と離間側検出距離とをティーチングによって入力し、前記接近側検出距離と前記離間側検出距離との中間値又はその近傍の値を前記基準距離として設定する２点ティーチングを実行したときに、前記主制御部は、前記受光素子の受光面における略中央に受光スポット位置又は受光量分布の重心位置があるときに相当する所定の距離が前記接近側検出距離から前記離間側検出距離までの範囲内に含まれていれば前記測距角が最適に設定されていると判断することを特徴とする。対象物の接近側検出距離と離間側検出距離とのティーチングによる入力は、例えば対象物を実際にそれらの位置において所定の押ボタン操作を行うことによって実行される。そして、主制御部は基準距離を設定すると共に、上記のようにして測距角が最適に設定されているか否かを判断して判断結果を表示出力する。したがって、測距角が最適でないことが分かれば、ユーザーはその場で測距角を調整（変更）することにより、さらに検出性能を向上させることができる。

本発明による三角測距式光電センサーの第４の構成は、上記第２の構成における別の具体構成を示すものであり、対象物の離間側検出距離を入力することによって、その離間側検出距離より所定値だけ接近側の値を前記基準距離として設定する最大感度ティーチングを実行したときに、前記主制御部は、前記受光素子の受光面における略中央に受光スポット位置又は受光量分布の重心位置があるときに相当する所定の距離と前記離間側検出距離との差が所定範囲内であれば前記測距角が最適に設定されていると判断することを特徴とする。この場合も、例えば対象物を実際に離間側の位置において所定のキー（押釦）操作を行うことによって離間側検出距離が入力される。そして、主制御部は上記のようにして基準距離を設定すると共に、測距角が最適に設定されているか否かを判断して判断結果を表示出力する。したがって、測距角が最適でないことが分かれば、ユーザーはその場で測距角を調整（変更）することにより、さらに検出性能を向上させることができる。

本発明による三角測距式光電センサーの第５の構成は、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、各分割受光面から個別の受光量信号が得られる二分割ＰＤが使用されていることを特徴とする。二分割ＰＤはＰＳＤ（位置検出半導体素子）やＣＣＤ（固体撮像素子）等のリニアセンサーに比べて安価である。したがって、受光素子として二分割ＰＤを使用すれば三角測距式光電センサーのコスト低減に寄与することができる。

本発明の三角測距式光電センサーによれば、大まかな距離に応じて設定される測距角が最適に設定されているか否かをユーザーが表示出力から容易に判断することができる。つまり、対象物までの距離又は変位が検出可能な状態であっても、測距角を再調整（変更）することにより、さらに検出性能を向上させることが可能か否かをユーザーが容易に判断することができる。

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１は、本発明の実施例に係る三角測距式光電センサーであ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で接続された構成を有する。

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、検出結果である検出距離や予め設定する基準距離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、検出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。さらに、本実施例の距離設定型光電センサーは基準距離を２個設定して記憶することができ、現在いずれの基準距離を使用しているかを示す基準距離インジケータ１２９が設けられている。

これらのディジタル表示器１２４、インジケータ１２５，１２９及び押釦スイッチ１２６〜１２８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１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ディジタル表示器１２４、インジケータ１２５，１２９及び押釦スイッチ１２６〜１２８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は、略直方体の樹脂製のケース１１１に発光素子を含む投光部と受光素子を含む受光部、そして電子回路等が内蔵されたものである。投光部の発光素子から発した光ＬＢがヘッド部１１の前面から対象物（以下ワークという）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。

ケース１１１の背面（投光側及び受光側の面と反対側の面）の一端側（図１では下側）からはアンプ部１２に接続された電気ケーブル１３が引き出され、他端側（図１では上側）には判定インジケータ（ＯＮ／ＯＦＦ表示灯）１１２が設けられている。この判定インジケータ１１２は、アンプ部１２の出力インジケータ１２５と同様に、検出距離と基準距離との比較結果を表示するためのものである。例えば、検出距離が基準距離より小さい（すなわちワークＷＫの位置が近い）ときに判定インジケータ１１２が点灯し、検出距離が基準距離より大きい（すなわちワークＷＫの位置が遠い、又はワークＷＫが存在しない）ときに判定インジケータ１１２が消灯する。

また、ヘッド部１１には投光部の光軸と受光部の光軸とが成す角度である測距角（図２０における角度ＭＡ）をワークＷＫまでの大まかな距離に応じて調整（設定）するための測距角調整機構（測距角調整手段）が内蔵されており、その回転操作部であるトリマー１１３がケース１１１の背面に露出している。また、３個の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる測距角調整ガイドインジケータ１１４がケース１１１の背面に設けられ、トリマー１１３に近接するように配置されている。この測距角調整ガイドインジケータ１１４は、ユーザーがトリマー１１３を回転させて測距角の調整（設定）を行う際に調整すべき方向と最適な調整状態を表示する機能を有する。

図２は、本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーのヘッド部の内部概略構造を示す図である。これは、図１におけるヘッド部１１を左側面から透視した図に相当する。また、図３は、受光素子及び受光レンズのホルダーを示す図である。図３（ａ）はホルダーの側面から見た図であり、図３（ｂ）はホルダーの背面から見た図である。図２において、ヘッド部１１（ケース１１１）の内部空間の前面側一端部（図２では左上側）には発光素子２１１及び投光レンズ２１２を含む投光部２１が内蔵されている。また前面側他端部（図２では左下側）から中央部にわたる広い空間は、受光素子２００、受光レンズ２０１及びそれらのホルダー２０２を含む受光部２０が占めている。

受光部２０は、ケース１１１に対して枢支軸ＡＸを中心に所定の角度範囲内で回動自在に枢支されている。この枢支構造は、樹脂成形品であるホルダー２０２の略中央部から突出する軸部（図３の２０２ｄ）がケース１１１の側面１１１ａに形成された軸受孔（図示せず）に係合することによって実現されている。ホルダー２０２の下側にはケース側面と平行な（枢支軸ＡＸに垂直な）ホルダー側接触面２０２ａが形成されている。ケース１１１の下面１１１ｂから側面１１１ａと平行に延びるように設けられた固定側接触部１１１ｃの面（固定側接触面）がホルダー側接触面２０２ａと面接触する。同様に、ホルダー２０２の上側にもケース側面と平行なホルダー側接触面２０２ｂが形成されている。このホルダー側接触面２０２ｂに面接触する固定側接触面を有する固定側接触部材１１１ｄが固定螺子１１１ｅによってケース１１１の側面１１１ａに固定されている。ホルダー２０２に設けられたホルダー側接触面２０２ａ、２０２ｂが、ケース１１１の固定側接触部１１１ｃ及びケース１１１に固定された固定側接触部材１１１ｄに設けられた固定側接触面と面接触することによって、摩擦力でホルダー２０２の回動姿勢を保持するように構成されている。

上記のようなホルダー２０２を枢支軸ＡＸ周りに回動させる調整操作部として、送り螺子１３１とナット部材１３２とが設けられている。これらを含む調整操作部の動作を図２から図４を参照して説明する。図４は、送り螺子１３１の軸方向に移動してホルダー２０２を回動させるナット部材１３２の斜視図である。

送り螺子１３１は一端側に回転操作部１１３を備え、これは図１に示したケース１１１の背面に露出しているトリマー１１３に相当する。送り螺子１３１の軸方向中央部には雄螺子１３１ａが形成され、この雄螺子１３１ａに螺合する雌螺子１３２ａがナット部材１３２に形成されている。送り螺子１３１は、ケース１１１の側面１１１ａに立設された一対の送り螺子支持部１１１ｆ、１１１ｇに設けられた支持孔に挿通されるようにして保持されている。また、送り螺子１３１と平行に、送り螺子支持部１１１ｆ、１１１ｇの間に架け渡されるようにして傾き防止ロッド１３３が設けられている。傾き防止ロッド１３３は、ナット部材１３２に雌螺子１３２ａの孔と平行に形成された貫通孔１３２ｂに挿通されている。送り螺子１３１、ナット部材１３２、及び傾き防止ロッド１３３は金属製である。

図２に示すように、ナット部材１３２の下端部はケース前面側（図２では左側）に向かって直角に折れ曲がり、その先端部にはホルダー２０２の枢支軸ＡＸと平行に突出する円柱状の係合突起１３２ｃが設けられている。他方、ホルダー２０２のホルダー側接触面２０２ｂからケース背面側（図２では右側）に続く部分（ケース側面に平行な面）には、ナット部材１３２の係合突起１３２ｃに係合する係合溝２０２ｃが形成されている。

上記のような調整操作部の構造によって、ホルダー２０２を枢支軸ＡＸ周りに回動させる手動調整を行うことができる。すなわち、トリマー１１３を矢印線で示すように回転操作すると、送り螺子１３１の回転に伴ってナット部材１３２が矢印線で示すように前後方向（図２では左右方向）に移動する。その結果、ナット部材１３２の係合突起１３２ｃがホルダー２０２の係合溝２０２ｃに沿って移動しながらホルダー２０２に枢支軸ＡＸ周りの回転力を与える。このように、ユーザーがトリマー１１３を回転操作すると、ホルダー２０２の回動姿勢（角度）が変化するので、受光部２０の角度、ひいては測距角（図２０における角度ＭＡ）を変更設定することができる。

なお、ナット部材１３２の雌螺子と螺合する送り螺子１３１の雄螺子１３１ａは、送り螺子１３１の軸方向中央部のみに形成されている。つまり、ナット部材１３２が可動範囲の端部（送り螺子１３１の軸方向両端部）まで移動すると、ナット部材１３２の雌螺子１３２ａが送り螺子１３１の雄螺子１３１ａから外れるように構成されている。したがって、この状態でトリマー１１３の回転操作を続けても送り螺子１３１は空回り状態となり、これによって各部材の機械的な損傷が防がれる。

また、送り螺子１３１に外嵌するように一対のコイルバネ（弾性部材）１３４が設けられ、これらがナット部材１３２を送り螺子１３１の軸方向両端側から中央に向けて付勢している。したがって、送り螺子１３１が空回りする状態から逆方向にトリマー１１３を回転操作すれば、再びナット部材１３２の雌螺子が送り螺子１３１の雄螺子１３１ａに螺合し、ナット部材１３２が送り螺子１３１の軸方向に移動するようになる。

上記のような測距角調整機構の構造により、ユーザーはトリマー１１３を回転操作して、受光素子２００、受光レンズ２０１及びホルダー２０２を含む受光部２０の角度姿勢、ひいては測距角（図２０における角度ＭＡ）を調整することができる。測距角ＭＡはワークＷＫまでの大まかな距離に応じて調整（設定）される。具体的な調整手順の例については後述する。

図２に戻って、ヘッド部１１のケース１１１の内部において、右辺（背面側）及び上辺から中央部にかけて略三角形状の破線の輪郭で示すように、プリント配線板１４１が収容されている。このプリント配線板１４１には、発光素子２１１等の駆動回路や受光素子２００の出力信号の処理回路等が実装されている。発光素子２１１及び受光素子２００とプリント配線板１４１との電気接続は、それぞれフレキシブル配線板１４２及び１４３を用いて行われている。特に、受光素子２００とプリント配線板１４１との電気接続のためのフレキシブル配線板１４３は図示のように折り曲げられている。これは、測距角の調整に伴って受光素子２００の位置がプリント配線板１４１に対して移動するので、この変位をフレキシブル配線板１４３の折り曲げ部が吸収できるようにするためである。

また、図２では省略しているが、図１に示した判定インジケータ１１２のＬＥＤが右上コーナー部に装着され、プリント配線板１４１に電気接続される。同様に図１に示した調整ガイドインジケータ１１４を構成する３個のＬＥＤが別の小さいプリント配線板（図示せず）に実装され、プリント配線板１４１に電気接続される。

次に、距離設定型光電センサーの全体の回路構成について説明する。図５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に内蔵された受光部２０の受光素子２００として、本実施例の距離設定型光電センサーでは二分割ＰＤ（二分割フォトダイオード）が用いられている。二分割ＰＤは、ＰＳＤ（位置検出半導体素子）やＣＣＤ（固体撮像素子）に比べて安価であることが大きなメリットである。

図６は、二分割ＰＤから得られる受光信号について説明するための図である。二分割ＰＤである受光素子２００は受光面が２つに（図６では上下に）分割されており、各分割受光面から個別の受光量信号（Ｎ及びＦ）が得られる。一方の分割受光面をＮ側（接近側）受光面といい、他方の分割受光面をＦ側（離間側）受光面という。また、受光スポット位置（又は受光量分布の重心位置）を模式的に示すために、灰色に塗りつぶした円で受光スポットＳＰを表している。

図６（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（Ｎ＝Ｆ）。また、図６（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６（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、Ｎ側受光面から得られる受光量ＮとＦ側受光面から得られる受光量Ｆとの差Ｎ−Ｆを用いて、受光スポット位置（又は受光量分布の重心位置）、すなわちワークＷＫまでの距離に関係する量を求めることが可能である。なお、以下の説明において、Ｎ側受光面から出力された受光量信号をＮで示し、Ｆ側受光面から得られる受光量信号をＦで表す場合があり、あるいは、Ｎ側受光面から得られた受光量（に相当する電圧又はディジタル変換値）をＮで表し、Ｆ側受光面から得られた受光量をＦで表すこともある。Ｎ−Ｆについても、受光量差信号を表す場合もあるし、受光量差（に相当する電圧又はディジタル変換値）を表す場合もある。

図５のブロック図に示すように、受光素子２００のＮ側受光面及びＦ側受光面から出力された受光量信号Ｎ及びＦはそれぞれの増幅器２３及び２４を経てアナログ演算部２５に入力される。そして、アナログ演算部２５から２つの受光量の差を表す信号（受光量差信号という）Ｎ−Ｆと受光量信号Ｆとが出力される。これらの信号は信号切替部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、受光量信号Ｆと受光量差信号Ｎ−Ｆを交互に（時分割で）電気ケーブル１３に送り出す。信号切替部２６に与えられる切替制御信号は、発光素子２１１等の駆動制御信号に重畳されてアンプ部１２から電気ケーブル１３を介して送られ、信号分離部２７で分離される。

ヘッド部１１には、レーザーダイオード等で構成された発光素子２１１の他に、前述の判定インジケータ１１２及び調整ガイドインジケータ１１４の各ＬＥＤが内蔵されている。これらの駆動回路２８が設けられ、アンプ部１２からの駆動制御信号にしたがって駆動回路２８が発光素子２１１と判定インジケータ１１２及び調整ガイドインジケータ１１４の各ＬＥＤをオン・オフ駆動する。

アンプ部１２では、ヘッド部１１から電気ケーブル１３を介して送られた受光量信号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受光量Ｆ及び受光量差Ｎ−Ｆから他方の受光量Ｎを復元する。主制御部３３は更に、受光量差Ｎ−Ｆを両受光量の和Ｎ＋Ｆで除算する正規化演算処理を行う。この正規化演算処理は、受光素子２００として用いた二分割ＰＤによる距離検出性能の直線性を得るために行われ、また、主としてワークＷＫの色の違いによる受光量の変動をキャンセルするために行われる。本実施例の距離設定型光電センサーは、正規化演算処理後の値を用いてワークＷＫまでの距離又は変位を検出する第１動作モードと、正規化演算前の受光量差Ｎ−Ｆを用いてワークＷＫの変位を検出する第２動作モードとを備えている。第１動作モードのメリットはワークＷＫの色の違いに起因する検出精度への悪影響を受けにくくなることであり、第２動作モードのメリットは高い検出分解能が維持されること、つまり、ワークＷＫまでの距離の変化が僅かであっても判別できることである。

また、アンプ部１２には、表示部３４が備えられている。表示部３４は前述のディジタル表示器１２４及び出力インジケータ１２５を含む。上記のようにして主制御部３３が求めたワークＷＫまでの検出距離（に相当するディジタル値）は、ディジタル表示器１２４に数値表示される。また、予め設定される基準距離や設定中又は検出動作中の各種記号表示もディジタル表示器１２４を用いて行われる。出力インジケータ１２５は、検出距離と基準距離との比較結果の表示に使用される。主制御部３３による検出距離と基準距離との比較結果は、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。電気ケーブル１４を介して行われる外部出力は、２個の出力インジケータ１２５（図１参照）に対応する２本の出力線を設けて行ってもよいし、１本の出力線のみでいずれかのインジケータ１２５に対応する出力を行ってもよい。

また、アンプ部１２には、基準距離の設定（変更調整）を含む各種パラメータの設定や各モードの切替等を行うための設定入力部３５が備えられている。設定入力部３５は、図１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。これらの設定入力部３５及び表示部３４を用いた設定入力の例については後述する。また、アンプ部１２には、ヘッド部制御出力部３６が備えられ、これは主制御部３３の指令に基づいて、ヘッド部１１に対する発光素子２１１等の駆動制御信号を生成して電気ケーブル１３へ送り出す。また、前述のように、ヘッド部１１からアンプ部１２へ送られる受光量信号Ｆと受光量差信号Ｎ−Ｆとを時分割で切り替えるための切替制御信号を駆動制御信号に重畳する働きも有する。

次に、主制御部３３が行う受光量差の正規化演算処理について説明する。図７は、受光量差の正規化演算を説明するためのグラフである。また、図８は、受光量差の正規化演算処理の流れを示すフローチャートである。前述したように、受光素子２００として使用されている二分割ＰＤは、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、受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる（図６参照）。受光スポットＳＰがＮ側受光面に偏るとＮ−Ｆは正の値になり、受光スポットＳＰがＦ側受光面に偏るとＮ−Ｆは負の値になる。この様子をグラフで表すと、図７（ａ）に示す実線又は破線の曲線のようになる。

図７（ａ）において、実線の曲線４１は表面の光拡散反射率が比較的高い（例えば白色に近い）ワークＷＫの場合の特性であり、破線の曲線４２は光拡散反射率が比較的低い（例えば黒色に近い）ワークＷＫの場合の特性である。いずれの場合も、受光素子２００の受光面の範囲内に受光スポットが存在する範囲に相当する距離範囲Ｒｇｄのほぼ中央の距離に相当する光学設定距離Ｄｓでは受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる。この光学設定距離Ｄｓは、受光素子２００のＮ側受光面とＦ側受光面との境界に受光スポットＳＰが位置するときの距離に相当し、前述の測距角ＭＡに対応して一意に決まる距離である。

しかし、光学設定距離Ｄｓからずれた点では、同じ距離のずれであってもワークＷＫの表面の光拡散反射率によっての受光量差Ｎ−Ｆの値が異なる。また、図７（ａ）からわかるように、光学設定距離Ｄｓ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、距離範囲Ｒｇｄの両端でゼロになる。つまり、受光スポットが受光素子２００の受光面の両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。これらのことから、受光量差Ｎ−Ｆを用いてワークＷＫの変位を検出することはできても、ワークＷＫまでの距離を表す数量として受光量差Ｎ−Ｆをそのまま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を除算することによって、ワークＷＫの表面の色等に起因する光拡散反射率の影響を除く処理である。更に、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）の絶対値を強制的に１にする処理を加えている。更に係数Ｄを掛けて得られる値が図７（ｂ）に図示されている。これらの処理について、図８のフローチャートに沿って以下に説明を加える。

図８は、主制御部３３が受光量Ｆ及び受光量差Ｎ−Ｆから正規化演算処理を行って検出距離に相当する表示値を算出する過程を示している。まず、ステップ＃１０１において主制御部３３は、受光量Ｆに受光量差Ｎ−Ｆを加える演算によって受光量Ｎを求め（復元し）内部メモリに保存する。次のステップ＃１０２において主制御部３３は、受光量Ｎと受光量Ｆとの和（受光量和）Ｎ＋Ｆを算出し、内部メモリに保存する。続くステップ＃１０３において主制御部３３は、受光量差Ｎ−Ｆを受光量和Ｎ＋Ｆで除算する処理を行い、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）を求める。この演算処理が狭義の正規化演算処理である。

更に、次のステップ＃１０４において主制御部３３は受光量Ｎ又はＦがゼロ近傍のときの補正処理を行う。これは、受光量Ｎ又はＦが予め定めたゼロに近い値より小さくなったときに、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に１にする処理である。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。

次のステップ＃１０５において主制御部３３は、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に所定の係数（図７（ｂ）におけるＤ）を乗算すると共に所定のオフセットを加算して検出距離に相当する表示値を算出する。例えば８桁のディジタル表示器１２４の上位４桁又は下位４桁を用いて検出距離を表示する場合は、０〜９９９９の範囲内の数値表示が可能である。そこで、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に適切な係数Ｄを乗算することによって、４桁で表示可能な数値範囲を有効に利用する。また、０を中心に正負の値をとり得るＤ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に適切なオフセット値Ｃを加算してＣ＋Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）とすることによってＣ（例えば５０００）を中心に正の範囲内のみで変動するようになる。この算出結果Ｃ＋Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）は、検出距離を表す数値として主制御部３３の内部メモリに一旦保存されると共に、表示部３４のディジタル表示器１２４に表示される（ステップ＃１０６）。

上記のようにして得られた正規化演算処理結果である（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値をグラフで表すと図７（ｂ）のようになる。但し、図７（ｂ）のグラフは、ステップ＃１０５においてオフセット値Ｃを加算する前の値Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）を示している。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、この範囲内でワークＷＫまでの距離をほぼ正確に検出することが可能である。また、ティーチングによって主制御部３３が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設定手順の具体的な例については後で説明するが、その前に、ワークＷＫまでの大まかな距離に応じて調整（設定）される測距角ＭＡの調整手順の例について説明する。

測距角ＭＡを調整する第１の方法として、ユーザーはワークＷＫを測距角調整用の基準位置に置いて距離設定型光電センサーの検出動作を実行させる。そして、このときの検出距離の表示値が所定値（例えば５０００）となるように、トリマー１１３を回転操作すればよい。例えばトリマー１１３を時計回りに回転操作すれば検出距離の表示値が増加し、反時計回りに回転操作すれば検出距離の表示値が減少する。検出距離の表示値が所定値（例えば５０００）になれば、前述のように受光素子２００のＮ側受光面とＦ側受光面との境界に受光スポットＳＰが位置する状態であり、これは測距角ＭＡが適当に調整されたことを意味する。しかし、第１の方法では、ユーザーはアンプ部１２のディジタル表示器１２４に表示される検出距離を見ながらヘッド部１１のトリマー１１３の回転操作（調整）を行わなければならない。アンプ部１２がヘッド部１１から離れた場所に設置されている場合や、ヘッド部１１のトリマー１１３の回転操作中にアンプ部１２のディジタル表示器１２４の表示が見にくい場合はこの方法は採用しにくい。

第２の方法として、ヘッド部１１の判定インジケータ１１２の表示を見ながらトリマー１１３の回転操作を行う方法がある。すなわち、基準距離を所定値（例えば５０００）に設定してトリマー１１３の回転操作を行うと、検出距離の表示値が所定値になる前後で判定インジケータ１１２の点灯・消灯が反転するので、それによって測距角ＭＡが適当に調整された状態を知ることができる。しかし、基準距離と検出距離の比較処理にはチャタリングを回避するために一定のヒステリシス（不感帯）が設けられている。したがって、トリマー１１３を時計回りに回転操作したときに判定インジケータ１１２が変化する（例えば点灯から消灯へ）タイミングとトリマー１１３を反時計回りに回転操作したときに判定インジケータ１１２が変化する（例えば消灯から点灯へ）タイミングとの間にはヒステリシス分のずれがある。このため、慣れていないユーザーの場合は判定インジケータ１１２の点灯・消灯の反転から測距角ＭＡが適当に調整された状態を知ることは決して容易ではない。

第３の方法として、ヘッド部１１の測距角調整ガイドインジケータ１１４の表示を見ながらトリマー１１３の回転操作を行う方法がある。本実施例の距離設定型光電センサーでは、前述したようにヘッド部１１の背面にトリマー１１３と並ぶように３個の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる測距角調整ガイドインジケータ１１４が設けられている。図９に示すように、ヘッド部１１の背面において、トリマー１１３の左横に３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃからなる測距角調整ガイドインジケータ１１４が設けられている。

中央のＬＥＤ１１４ｂは測距角ＭＡが適当に調整されたとき、すなわち図６（ｂ）に示したように受光スポットが受光素子２００のＮ側受光面とＦ側受光面との境界に位置するときに点灯する。上側のＬＥＤ１１４ａは測距角ＭＡが適当な状態より少し小さいとき、すなわち、図６（ａ）に示したように受光スポットがＮ側に偏っているときに点灯する。下側のＬＥＤ１１４ｃは測距角ＭＡが適当な状態より少し大きいとき、すなわち、図６（ｃ）に示したように受光スポットがＦ側に偏っているときに点灯する。

これら３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃの駆動制御は、図５を参照して説明したように、アンプ部１２の主制御部３３によって実行される。主制御部３３は、前述のようにして入力された受光量差Ｎ−Ｆが正の場合はＬＥＤ１１４ａを点灯させ、受光量差Ｎ−Ｆがゼロの場合はＬＥＤ１１４ｂを点灯させ、受光量差Ｎ−Ｆが負の場合はＬＥＤ１１４ｃを点灯させるように駆動制御を行う。但し、受光量Ｎ及び受光量Ｆが共にゼロの場合は、３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃはすべて消灯する。この状態は、受光スポットが受光素子２００の受光面から外れていることを示している。

ユーザーが測距角ＭＡの調整のためにトリマー１１３の回転操作を行うと、受光スポットが受光素子２００の受光面内にあるときは、受光量差Ｎ−Ｆが正か負か、又はゼロであるかによって測距角調整ガイドインジケータ１１４の３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃのいずれかが点灯する。この場合は上述の判定インジケータ１１２の表示のようなヒステリシスがないので、ユーザーは測距角調整ガイドインジケータ１１４の表示を見ながらトリマー１１３を回転操作することによって容易に測距角ＭＡの調整を行うことができる。トリマー１１３をいずれの方向に回転操作すればよいかはＬＥＤ１１４ａ又は１１４ｃのいずれが点灯しているかによって容易に分かる。また、ＬＥＤ１１４ｂが点灯すれば適当な測距角ＭＡに調整されたことが分かる。

次に、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やディジタル表示器１２４等の機能の一部を説明する。図１０に、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を示す。出力インジケータ１２５は、既に説明したように、主制御部３３によるワークＷＫまでの検出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、前述のように、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。

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。下４桁の表示部１２４Ｌは、上４桁の表示部１２４Ｈより少し大きく、主として検出距離に相当する数値（０〜９９９９）の表示に使用される。上４桁の表示部１２４Ｈは、主として基準距離に相当する数値の表示に使用される。また、設定モードにおける各種記号表示や設定値等の表示が両方の表示部１２４Ｈ、１２４Ｌを用いて行われる。また、後述するように測距角ＭＡが最適に設定されているか否かの記号表示、あるいは前述の受光量Ｎ、受光量Ｆ、受光量差Ｎ−Ｆ、又は受光量和Ｎ＋Ｆの数値表示等、種々の表示のためにディジタル表示器１２４が使用される。

押釦スイッチ１２６〜１２８のうち、１２６はセットボタン、１２７はモードボタン、１２８は増減ボタンである。モードボタン１２７は各種設定モードや検出モードの切り替えに使用される。例えば、前述の第１動作モードと第２動作モードとの切り替えに使用される他に、簡易検出モードとフル機能モードとの切り替え、検出距離と基準距離との比較結果の表示や出力をＮＣ（ノーマルクローズ）とするか又は（ＮＯ）ノーマルオープンとするかの切り替え、分解能（応答速度）の設定、タイマーモードのオン・オフ切り替え等に使用される。モードボタン１２７は短押し（例えば２秒未満）するか長押し（例えば２秒以上）するかによって異なる機能を持たせている。また、各種モードは階層構造を採っており、モードボタン１２７の長押し又は短押しを使い分けることによって各モード間を移動することができる。

セットボタン１２６は、ティーチングにおける検出距離の確定（記憶）や各種パラメータ（設定情報）の入力確定等に使用される。また、増減ボタン１２８は、前述の分解能（応答速度）の設定、タイマーモードにおける遅延時間の設定、ヒステリシスの設定等において設定値の増減変更を行う際に使用される。

基準距離インジケータ１２９は、２種類記憶可能な基準距離のどちらが選択されているかを示すＬＥＤである。検出モードにおいて、選択されている基準距離と検出距離との比較が行われる。また。設定モードにおいて、選択されている基準距離について前述のＮＣ又はＮＯの切り替え設定やタイマーモードのオン・オフ切り替え、遅延時間の設定等を行うことができる。

次に、ティーチングによる基準距離の自動設定の例を説明する。ティーチングは、ユーザーが対象物を適当な位置に置いたり移動させたりしながら検出距離を主制御部３３に記憶させ、記憶された検出距離から基準距離を算出して設定する処理を主制御部３３に実行させる作業である。ここでは、２点ティーチング及び最大感度ティーチングについて説明する。

図１１は、２点ティーチングにおける主制御部３３の処理の流れを例示するフローチャートである。２点ティーチングでは、ユーザーがワークＷＫを検出すべき位置（接近側位置）と検出すべきでない位置（離間側位置）とに置いてセットボタン１２６を押し、それぞれの検出距離（接近側検出距離及び離間側検出距離）を記憶させる。主制御部３３は、これら２点の検出距離の中間値（又はその近傍の値）を算出し、算出結果を基準距離として設定する。

図１１において、ステップ＃２０１で主制御部３３はセットボタン１２６の入力の監視を行っている。このとき、ワークＷＫは第１の位置（例えば接近側位置）に置かれている。セットボタン１２６が押されたことがチェックされると（ステップ＃２０２のＹｅｓ）、ステップ＃２０３で検出距離が算出され、第１距離（例えば接近側検出距離）として記憶される。続くステップ＃２０４で再びセットボタン１２６の入力の監視が行われる。このとき、ワークＷＫは第２の位置（例えば離間側位置）に置かれる。そして、セットボタン１２６が押されたことがチェックされると（ステップ＃２０５のＹｅｓ）、ステップ＃２０６で検出距離が算出され、第２距離（例えば離間側検出距離）として記憶される。次のステップ＃２０７で主制御部３３は第１距離と第２距離との中間値を算出し、算出結果を基準距離として設定（記憶）する。

図１２は、最大感度ティーチングにおける主制御部３３の処理の流れを例示するフローチャートである。最大感度ティーチングでは、ユーザーがワークＷＫを離間側位置に置いてセットボタン１２６を押し、そのときの検出距離（離間側検出距離）を記憶させる。主制御部３３は、この離間側検出距離より所定値だけ接近側の値を算出し、算出結果を基準距離として設定する。

図１２において、ステップ＃３０１で主制御部３３はセットボタン１２６の入力の監視を行っている。このとき、ワークＷＫは離間側位置に置かれている。セットボタン１２６が長押しされた後に離されたことがチェックされると（ステップ＃３０２のＹｅｓ）、主制御部３３はこのときの検出距離（離間側検出距離）を算出し記憶する。（ステップ＃３０３）。更に主制御部３３は、離間側検出距離より所定値だけ接近側の値を算出し、算出結果を基準距離として設定する（ステップ＃３０４）。

上記のようにしてティーチングによって基準距離が設定された後は、例えばコンベア上を流れて来るワークＷＫまでの距離を所定間隔で検出し、基準距離との比較結果を出力する動作が距離設定型光電センサーによって実行される。

本実施例の距離設定型光電センサーは、上記のようなティーチングによって基準距離を設定する際に、測距角ＭＡが最適に設定されているか否かを主制御部３３が判断し、その判断結果を表示出力する機能を備えている。前述のように測距角ＭＡの調整をティーチングの前に毎回行う場合は問題ないが、測距角ＭＡの調整を省略してティーチングを行う場合もあり得る。この場合に、測距角ＭＡが最適に調整されていなくても、受光スポットが受光素子２０の受光面内にある限りティーチングが行われ、基準距離が設定される。しかし、「発明が解決しようとする課題」の欄で詳しく説明したように、受光素子２０の受光面の中央付近に受光スポットが位置するように測距角ＭＡを最適に調整した状態は、そうでない状態に比べて検出性能が向上する利点を有する。そこで、本実施例の距離設定型光電センサーは、ティーチングによって基準距離を設定した際に測距角ＭＡが最適に設定されているか否かを主制御部３３が判断し、その判断結果を表示出力する。これによって、測距角ＭＡの再調整を行えば検出性能が向上する余地がある場合は、ユーザーがそれを知ることができる。この機能に関して、２点ティーチングによって基準距離を設定した場合と、最大感度ティーチングによって基準距離を設定した場合とについて以下に説明する。

図１３は、２点ティーチングによって基準距離を設定した場合に測距角ＭＡが最適に設定されているか否かを判断して表示出力を行う処理の流れを例示するフローチャートである。この処理は、図１１のフローチャートに示した２点ティーチングの処理に続いて実行される。すなわち、主制御部３３は、基準距離の設定（ステップ＃４０１）に続いて、２点ティーチングで記憶した第１距離と第２距離との差を算出する（ステップ＃４０２）。そして、この差が所定値（例えば１００）より大きいか否かをチェックする（ステップ＃４０３）。第１距離と第２距離との差が所定値以下である場合（ステップ＃４０３のＮｏ）は、基準距離は設定されるが実際の検出モードでそのような僅かな変位を検出することができない（検出できたとしてもその動作が不安定になる）ので、その旨をユーザーに知らせる表示を行う（ステップ＃４０４）。表示の具体例は後で説明するが、ディジタル表示器１２４を用いて１．５秒間の点滅表示を行う。この後、基準距離（設定値）の表示（連続点灯表示）を行う（ステップ＃４０８）。

ステップ＃４０３で第１距離と第２距離との差が所定値より大きい場合（ステップ＃４０３のＹｅｓ）は、次のステップ＃４０５で第１距離から第２距離までの範囲内に所定の距離が含まれるか否かを判断する。ここでいう所定の距離は、受光素子２０の受光面における略中央に受光スポット位置又は受光量分布の重心位置があるときに相当する距離であり、例えば０〜９９９９の表示値の中間の値５０００がこれに相当する。第１距離から第２距離までの範囲内に所定の距離が含まれている場合（ステップ＃４０６のＹｅｓ）は、測距角ＭＡが最適に設定されていると判断され、続くステップ＃４０７でその旨が表示される。表示の具体例は後で説明するが、ディジタル表示器１２４を用いて１．５秒間の点滅表示を行う。この後、基準距離（設定値）の表示（連続点灯表示）を行う（ステップ＃４０８）。第１距離から第２距離までの範囲から所定の距離が外れている場合（ステップ＃４０６のＮｏ）は、ステップ＃４０７はスキップして、ステップ＃４０８の基準距離の表示に移行する。

図１４は、測距角ＭＡが最適に設定されている状態で２点ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。図１４（ａ）において、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈには、今まで（前回）の基準距離が表示され、下位４桁１２４Ｌには現在のワークＷＫまでの検出距離（３８００）が表示されている。このとき、ワークＷＫは前述の２点ティーチングにおける接近側位置に置かれている。この状態でセットボタン１２６が押下されると、この検出距離（３８００）が接近側検出距離（第１距離）として記憶される。次にワークＷＫが離間側位置に置かれ、図１４（ｂ）に示すように、検出距離（５２００）が表示されている。なお、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈの表示は、図１４（ａ）の表示からセットボタン１２６が押下された時点で図１４（ｂ）に示すような表示に変化し、ティーチング中であることを表している。

図１４（ｂ）の状態でセットボタン１２６が再び押下されると、この検出距離（５２００）が離間側検出距離（第２距離）として記憶される。第１距離と第２距離との差は１４００であるので所定値（１００）より大きく（図１３、ステップ＃４０３のＹｅｓ）、かつ、第１距離から第２距離までの範囲（３８００〜５２００）に所定の距離（５０００）が含まれている（図１３、ステップ＃４０６のＹｅｓ）。したがって、この場合は図１４（ｃ）に示すように、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈを用いて、測距角ＭＡが最適に設定されている旨の表示（Ｇｏｏｄ）が行われる（図１３、ステップ＃４０７）。この表示は１．５秒間の点滅表示として行われ、その後、図１４（ｄ）に示すように、第１距離と第２距離との中間値として算出された基準距離の設定値（４６００）がディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈに表示される。

図１５は、測距角ＭＡが最適に設定されていない状態で２点ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）では、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の場合と同様の操作によって、接近側検出距離すなわち第１距離（５４００）と離間側検出距離すなわち第２距離（７２００）が記憶される。この場合も、第１距離と第２距離との差は１８００であるので所定値（１００）より大きい（図１３、ステップ＃４０３のＹｅｓ）。しかし、第１距離から第２距離までの範囲（５４００〜７２００）に所定の距離（５０００）は含まれていない（図１３、ステップ＃４０６のＮｏ）。したがって、この場合は図１４（ｃ）のような表示が行われず、図１５（ｃ）に示すように、すぐに基準距離の設定値（６３００）がディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈに表示される。

変形例として、図１５（ｂ）の表示から図１５（ｃ）の表示に移行する前に、測距角ＭＡの再調整をユーザーに促す表示を行うようにしてもよい。この場合に、所定の距離（５０００）が第１距離から第２距離までの範囲より離間側に外れているのか接近側に外れているのかを主制御部３３が判断し、測距角ＭＡの再調整をすべき方向を表示させるようにしてもよい。例えば、図１５（ｄ）に示すように離間側に調整すべきことを示す表示（ＦＡＲ）をディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈを用いて行う。あるいは、図１５（ｅ）に示すように接近側に調整すべきことを示す表示（ＮＥＡＲ）をディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈを用いて行う。このような表示の場合も、図１４（ｃ）の表示（Ｇｏｏｄ）と同様に、１．５秒間の点滅表示として行われる。

図１６は、２点ティーチングが適正に行われなかった場合の表示の推移を例示する図である。つまり、接近側検出距離（第１距離）と離間側検出距離（第２距離）との差が小さすぎて変位を検出できないような２点ティーチングが行われた場合の表示例である。図１６（ａ）及び図１６（ｂ）の表示は、図１４（ａ）及び図１４（ｂ）の場合と同様の操作によって、第１距離（５０６０）と第２距離（５１２０）が記憶されたことを示している。この場合は、第１距離と第２距離との差は６０であるので所定値（１００）より小さい（図１３、ステップ＃４０３のＮｏ）。したがって、図１６（ｃ）に示すように、変位を検出できないことを示す表示がディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈを用いて行われる。１．５秒間の点滅表示の後、図１６（ｄ）に示すように、基準距離の設定値（５０９０）がディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈに表示される。

図１７は、最大感度ティーチングによって基準距離を設定した場合に測距角ＭＡが最適に設定されているか否かを判断して表示出力を行う処理の流れを例示するフローチャートである。この処理は、図１２のフローチャートに示した最大感度ティーチングの処理に続いて実行される。すなわち、主制御部３３は、基準距離の設定（ステップ＃５０１）に続いて、最大感度ティーチングで記憶した離間側検出距離と所定の距離との差を算出する（ステップ＃５０２）。ここでいう所定の距離は、受光素子２０の受光面における略中央に受光スポット位置又は受光量分布の重心位置があるときに相当する距離であり、例えば０〜９９９９の表示値の中間の値５０００がこれに相当する。

次のステップ＃５０３において主制御部３３は、離間側検出距離と所定の距離との差が所定範囲（例えば±１００の範囲）に入っているか否かをチェックする。つまり、差の絶対値が所定値（例えば１００）より小さいか否かをチェックする。差の絶対値が所定値より小さい場合（ステップ＃５０３のＹｅｓ）は、測距角ＭＡが最適に設定されていると判断され、続くステップ＃５０４でその旨が表示される。表示の具体例は後で説明するが、ディジタル表示器１２４を用いて１．５秒間の点滅表示を行う。この後、基準距離（設定値）の表示（連続点灯表示）を行う（ステップ＃５０５）。差の絶対値が所定値以上である場合（ステップ＃５０３のＮｏ）は、ステップ＃５０４はスキップして、ステップ＃５０５０の基準距離の表示に移行する。

図１８は、測距角ＭＡが最適に設定されている状態で最大感度ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。図１８（ａ）において、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈには、今まで（前回）の基準距離が表示され、下位４桁１２４Ｌには現在のワークＷＫまでの検出距離（５０５０）が表示されている。このとき、ワークＷＫは前述の最大感度ティーチングにおける離間側位置に置かれている。この状態でセットボタン１２６を押下し続ける（長押しする）と、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈの表示が図１８（ｂ）から図１８（ｄ）に示すように変化していく。そして、図１８（ｄ）の表示でセットボタン１２６を離すと、検出距離（５０５０）が離間側検出距離として記憶される。

この例では離間側検出距離（５０５０）と所定の距離（５０００）との差が５０であり、所定範囲（±１００の範囲）に入っている。したがって、図１８（ｅ）に示すように、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈを用いて、測距角ＭＡが最適に設定されている旨の表示（Ｇｏｏｄ）が行われる。この表示は１．５秒間の点滅表示として行われる。この後、図１８（ｆ）に示すように、離間側検出距離（５０５０）より所定値（２００）だけ接近側の値（４８５０）として設定された基準値がディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈに表示される。

図１９は、測距角ＭＡが最適に設定されていない状態で最大感度ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。図１９（ａ）から図１９（ｄ）までの表示では、図１８（ａ）から図１８（ｄ）の場合と同様の操作によって、最大感度ティーチング中であることをディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈが示している。また、離間側位置に置かれたワークＷＫまでの検出距離（７０５０）がディジタル表示器１２４の下位４桁１２４Ｌに表示されている。そして、図１９（ｄ）の表示でセットボタン１２６を離すと、検出距離（７０５０）が離間側検出距離として記憶される。

この例では離間側検出距離（７０５０）と所定の距離（５０００）との差が２０５０であり、所定範囲（±１００の範囲）に入っていない。したがって、この場合は図１８（ｅ）のような表示は行われない。図１９（ｅ）に示すように、離間側検出距離（７０５０）より所定値（２００）だけ接近側の値（６８５０）として設定された基準値がすぐにディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈに表示される。

この場合も、２点ティーチングの場合の変形例と同様に、図１９（ｄ）の表示から図１９（ｅ）の表示に移行する前に、測距角ＭＡの再調整をユーザーに促す表示を行うようにしてもよい。離間側検出距離と所定の距離との差が接近側に外れている（−１００より小さい）のか離間側に外れている（＋１００より大きい）のかを主制御部３３が判断し、測距角ＭＡの再調整をすべき方向を表示させるようにしてもよい。すなわち、図１５（ｄ）及び図１５（ｅ）に例示したように、離間側に調整すべきことを示す表示（ＦＡＲ）又は接近側に調整すべきことを示す表示（ＮＥＡＲ）をディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈを用いて行ってもよい。
他の変形例として、測距角が最適に設定されているか否かを、ティーチングにより設定された基準距離の設定値が所定の距離（例えば５０００）から所定範囲（例えば±５００）に入るか否かにより判定してもよい。

以上、本発明の実施例について適宜変形例を含めながら説明したが、本発明は上記の実施例及び変形例の構成に限らず種々の構成で実施することができる。例えば、２点ティーチング又は最大感度ティーチングを実行したときに、測距角が最適に設定されているか否かを判断し、判断結果を表示出力する処理を実行する例を説明したが、他のティーチングを実行したときもそのような処理を実行することが可能である。また、ティーチング以外の任意のタイミングで上記の処理を実行するようにしてもよい。例えば、ティーチングの操作に類似の操作を行うことによって、あるいは専用の押ボタンを設けて、その押ボタンが押されたときに測距角が最適に設定されているか否かを判断し、判断結果を表示出力する処理を実行するように構成することが可能である。

また、上記の実施例では受光素子２００及び受光レンズ２０１を含む受光部２０を枢支軸ＡＸ周りに回動させる機構を採用することによって測距角が変更設定可能な構成を実現しているが、この構成は他の機構によって実現することも可能である。例えば、発光素子及び投光レンズを含む投光部を枢支軸周りに回動させる機構を採用してもよい。あるいは、受光部及び投光部の両方を互いに逆方向に同じ角度だけ回動させる機構を採用してもよい。このような機構は、特に光を正反射する表面（鏡面）を有するワークの検出に適している。

また、上記の実施例ではアンプ部１２に設けられた主制御部３３が光電センサー全体の制御を司っているが、ヘッド部にも補助制御部（マイクロコンピュータ）を設け、一部の制御をヘッド部でできるようにしてもよい。例えば、受光量差Ｎ−Ｆの値に基づいて測距角調整ガイドインジケータ１１４の点灯制御を行う処理をヘッド部に内蔵した補助制御部が行うようにすれば、主制御部３３の処理負荷やヘッド部とアンプ部との間の通信処理負荷が軽減される。

また、本発明は、ヘッド部とアンプ部が電気ケーブル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適用することができる。また、上記の実施例では受光素子２００として二分割ＰＤを用いているが、ＰＳＤやＣＣＤを受光素子２００として用いた構成にも本発明を適用することができる。更に本発明は、基準距離を設定して検出距離との比較結果を表示及び出力する機能を有する距離設定型光電センサーに限らず、三角測距式光電センサーに広く適用することが可能である。

本発明の実施例に係る三角測距式光電センサーであ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ヘッド部の内部概略構造を示す図である。 受光素子及び受光レンズのホルダーを示す図である。 送り螺子の軸方向に移動してホルダーを回動させるナット部材の斜視図である。 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から得られる受光信号について説明するための図である。 受光量差の正規化演算を説明するためのグラフである。 受光量及び受光量差から正規化演算処理を行って検出距離に相当する表示値を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 ヘッド部の背面を示す図である。 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。 ２点ティーチングにおける主制御部の処理の流れを例示するフローチャートである。 最大感度ティーチングにおける主制御部の処理の流れを例示するフローチャートである。 ２点ティーチングによって基準距離を設定した場合に測距角が最適に設定されているか否かを判断して表示出力を行う処理の流れを例示するフローチャートである。 測距角が最適に設定されている状態で２点ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。 測距角が最適に設定されていない状態で２点ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。 ２点ティーチングが適正に行われなかった場合の表示の推移を例示する図である。 最大感度ティーチングによって基準距離を設定した場合に測距角が最適に設定されているか否かを判断して表示出力を行う処理の流れを例示するフローチャートである。 測距角が最適に設定されている状態で最大感度ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。 測距角が最適に設定されていない状態で最大感度ティーチングを行ったときの表示の推移を例示する図である。 測距角が変更設定可能な三角測距式光電センサーの動作原理を示す図である。 図１の距離設定型光電センサーにおいて測距角が最適に設定されていない状態を示す図である。

符号の説明

２０ 受光部
２１ 投光部
３３ 主制御部
２００ 受光素子
ＩＸ 受光部の光軸
ＯＸ 投光部の光軸
ＭＡ 測距角
ＳＰ 受光スポット
ＷＫ ワーク（対象物）

Claims (5)

1. 対象物に向けて光を投光する投光部と、
   対象物からの反射光を受光する受光素子を含む受光部と、
   前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが成す角度である測距角を対象物までの距離に基づいて調整する測距角調整機構と、
   基準距離を設定するための設定入力部と、
   前記設定入力部により設定される基準距離を記憶する記憶部と、
   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を求めることにより対象物までの距離を求める主制御部と、を備え、
   前記主制御部は、さらに、
   求めた対象物までの距離と前記記憶部に記憶された基準距離との比較結果を出力する第１の機能と、
   前記測距角調整機構を用いて調整された測距角を成す前記投光部の光軸と前記受光部の光軸の交点までの距離と前記記憶部に記憶された基準距離との関係に基づいて、調整された該測距角の調整状態が適当か否かを判断するための情報を表示出力する第２の機能とを有することを特徴とする三角測距式光電センサー。
2. 前記主制御部は、前記設定入力部を用いたティーチングによって前記基準距離が設定される際に、前記測距角調整機構を用いて調整された測距角の調整状態が適当か否かを判断するための情報を表示出力することを特徴とする請求項１記載の三角測距式光電センサー。
3. 対象物の接近側検出距離と離間側検出距離とをティーチングによって入力し、前記接近側検出距離と前記離間側検出距離との中間値又はその近傍の値を前記基準距離として設定する２点ティーチングを実行したときに、前記主制御部は、前記受光素子の受光面における略中央に受光スポット位置又は受光量分布の重心位置があるときに相当する所定の距離が前記接近側検出距離から前記離間側検出距離までの範囲に含まれていれば、前記測距角調整機構を用いて調整された測距角の調整状態が適当である旨の情報を表示出力することを特徴とする請求項２記載の三角測距式光電センサー。
4. 対象物の離間側検出距離を入力することによって、その離間側検出距離より所定値だけ接近側の値を前記基準距離として設定する最大感度ティーチングを実行したときに、前記主制御部は、前記受光素子の受光面における略中央に受光スポット位置又は受光量分布の重心位置があるときに相当する所定の距離と前記離間側検出距離との差が所定範囲内であれば、前記測距角調整機構を用いて調整された測距角の調整状態が適当である旨の情報を表示出力すると判断することを特徴とする請求項２記載の三角測距式光電センサー。
5. 前記主制御部は、前記測距角調整機構を用いて調整された測距角の調整状態が適当か否かを判断するための情報を表示出力するときに、該測距角を再調整すべき方向を併せて表示出力することを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の三角測距式光電センサー。

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