JP4967130B2

JP4967130B2 - 対象物測定装置

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Publication number: JP4967130B2
Application number: JP2007042929A
Authority: JP
Inventors: 晃木本; 克規信太; 聡史辻
Original assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION SAGA UNIVERSITY
Current assignee: NATIONAL UNIVERSITY CORPORATION SAGA UNIVERSITY
Priority date: 2007-02-22
Filing date: 2007-02-22
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2027-02-22
Also published as: JP2008203221A

Description

本発明は、ロボットハンド等のセンサとして用いられる対象物測定装置に関し、特に非接触で測定対象物の厚さ及び位置を測定できる対象物測定装置に関する。

従来、この種の対象物測定装置として、測定対象物に光を投射することにより測定対象物までの距離を計測する距離計測装置又は測定対象物の電気特性の差異により測定対象物の材質又は測定対象物との距離を判別する対象物測定装置がある。この従来の対象物測定装置の概略回路構成図を図１０に示す。

同図において対象物測定装置は、インピーダンス計測を自動平衡ブリッジ法に基づくＬＣＲメータが用いられるものがあり、測定対象物に総ての電流が流入するために、測定用のＬｏｗ側端子を電位が接地電位となる零となるように制御され、測定対象物１００である測定対象物１００の材質又は、測定対象物１００との距離を測定できることとなる。

また、非接触で測定対象物の厚さを検出するためのセンサとして、光センサや電気インピーダンスセンサを利用した対象物測定装置がある。

前記従来技術のいずれの装置も距離の計測、材質の判別を各々単独ではできるものの、単一の検出装置（センサー）で測定対象物１００の材質及び測定対象物１００までの距離を同時に確実に判別し、検出できないという課題を有していた。また、これらの判別及び検出を単一の検出装置（センサ）で実行しようとすると、距離の計測と材質の判定とを相前後して判別と検出とを行わなければならず、作業が繁雑化して簡易且つ迅速な判別及び検出ができないという課題を有していた。

特に、光センサを利用した対象物測定装置では、測定対象物が不透明体で有る場合には、測定対象物の表面で光が反射されて厚さの検出ができないという課題を有する。また、電気インピーダンスを利用した対象物測定装置は、測定対象物が不透明体であっても厚さの検出ができるものの、電気特性が周囲媒質に依存して測定対象物の正確な検出が困難となるという課題を有していた。従って、前記従来の各対象物測定装置は、測定対象物の厚さを検出するために、その物性に応じた複数種類の検出センサを利用した測定装置を選択しなければ測定できないという課題を有していた。

本発明は前記課題を解消するためになされたもので、透明体又は導電体からなる測定対象物の光特性及び電気特性を用いて単一の検知手段（センサ）で測定対象物の厚さ、及び、測定対象物の光導電素子からの距離を簡易で迅速且つ確実に測定できる対象物測定装置を提供することを目的とする。

本発明に係る対象物測定装置は、透明体又は導電体からなる測定対象物に対して光を照射する光照射手段と、前記測定対象物が透明体の場合は不透明な部材を背面に配設し、測定対象物が導電体の場合は不導電体の部材を背面に配設し、当該各々配設された測定対象物に光を照射して測定対象物からの反射光を受光し、当該受光光により二つの所定面積を有する電極間の光電半導体の抵抗値を変化させる複数の光導電素子を所定の間隔で離隔配設し、前記複数の光導電素子の少なくとも一の光導電素子の一方の電極に交流電源が接続されると共に、他の光導電素子の一方の電極が出力端子として形成される検知手段と、前記検知手段の検知動作と同じ条件で予め検出された前記測定対象物に関する厚さ情報及び位置情報が基準データとして格納される基準データ記録手段と、前記光照射手段で測定対象物に対して光を照射した場合と、光を照射しない場合の、前記検知手段の出力端子からの各検知信号、及び基準データに基づき、前記測定対象物の厚さ及び光導電素子からの距離を判別する測定対象物判別手段とを備えるものである。

このように本発明においては、透明体又は導電体からなる測定対象物に対して背面に不透明な部材又は不導電体の部材を配設して光を光照射手段にて照射し、二つの所定面積を有する電極間の光電半導体の抵抗値を変化させる複数の光導電素子を所定の間隔で離隔配設してなる検知手段が一方の電極に交流電源を接続すると共に、他の光導電素子の一方の電極を出力端子として検知信号を出力し、検知手段の出力端子からの検知信号及び予め検出された厚み情報及び位置情報の基準データに基づき前記測定対象物の厚さ及び距離を測定対象物判別手段が判別するようにしているので、測定対象物からの反射光量に応じて検知手段が検知する静電容量を変化させることができることとなり、簡易な構成で測定対象物の材質等の厚さ及び距離を同時に測定できる。

また、本発明に係る対象物測定装置は必要に応じて、検知手段が、二つの光導電素子を同一の平面上に各電極を整列状態にして配設し、当該整列状態の各電極における端部に位置する二つの電極のうちの一方に前記交流電源を接続し、他方を出力端子とするものである。

このように本発明においては、二つの光導電素子を同一の平面上に各電極を整列状態にして配設して検知手段を形成し、整列状態の各電極における端部に位置する二つの電極のうちの一方にこの交流電源を接続し、他方を出力端子とするようにしているので、検知手段における各電極間の空間領域を誘電体とすることができることとなり、簡易な構成で測定対象物の材質等の厚さ及び距離を同時に測定できる。

また、本発明に係る対象物測定装置は必要に応じて、光照射手段が、各光導電素子に直接光を照射しない位置に配設又は遮蔽部を配設するものである。
このように本発明においては、各光導電素子に直接光が照射しない位置に光照射手段を配設し、若しくは各光導電素子に入射する直接光を遮蔽する遮蔽部を配設するようにしているので、測定対象物からの反射光のみを各光導電素子が検出できることとなり、より高精度に測定対象物の厚さ及び距離を同時に測定できる。

また、本発明に係る対象物測定装置は必要に応じて、光照射手段が、二つの光導電素子が配設される平面近傍であって、二つの光導電素子の中間に配設されるものである。
このように本発明においては、二つの光導電素子が配設される平面近傍であって、二つの光導電素子の中間に光照射手段を配設するようにしているので、静電容量の対向電極を最小から最大とする変化量を最大限に形成できることとなり、簡易な構成で測定対象物の材質等の厚さ及び距離を同時に測定できる。

また、本発明に係る対象物測定装置は必要に応じて、光照射手段が測定対象物に特定波長の光を照射し、検出手段が当該特定波長のみを選択透過して検出するものである。
このように本発明においては、光照射手段が測定対象物に特定波長の光を照射し、検出手段が当該特定波長のみを選択透過して検出するようにしているので、測定対象物に入射する外来光を除去できることとなり、測定環境の状態に影響されることなく測定対象物の厚さ及び距離を同時に測定できる。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る対象物測定装置を図１ないし図４に基づいて説明する。図１は本実施形態に係る対象物測定装置の全体概略構成図、図２は図１記載の対象物測定装置における検知手段の透視斜視図、図３は図２に記載の検知手段の透明平面図・側面図及びＣｄＳセル・発光ダイオードの配置平面図、図４は図３（ｃ）に記載のＣｄＳセルの動作説明図を示す。

前記各図において本実施形態に係る対象物測定装置は、透明体又は導電体からなる測定対象物１００に対して可視光線（０．４〜０．８μｍ）を照射する光照射手段１と、不透明且つ不導電体の部材で形成される載置台５上に測定対象物１００を載置し、この測定対象物１００に前記可視光線を照射して測定対象物１００からの反射光を受光し、この受光光により二つの電極２２ａ・２２ｂ、２３ａ・２３ｂ間の光電半導体の抵抗値を変化させる二つのＣｄＳセル（Cadmium Sulfide Sell）２２、２３を間隔ｄで離隔配設し、このＣｄＳセル２２の外側の電極２２ａに交流電源２５が接続されると共に、他のＣｄＳセル２３の外側の電極２３ａが出力端子２６として形成される検知手段２と、前記検知手段２の検知動作と同じ条件で予め検出された前記測定対象物１００に関する厚さ情報及び位置情報が基準データとして格納されているデータベースメモリ３２と、この検知手段２の出力端子２６からの検知信号に基づき前記測定対象物１００の厚さ及び距離を判別する判別演算部３１を有する測定対象物判別手段３と、この判別結果を表示する表示手段４とを備える構成である。
前記検知手段２は、二つのＣｄＳセル２２、２３を平板状の取付基台２１上に間隔ｄで載置し、この間隔ｄの中間に光照射手段１の発光ダイオード１１を介装する構成である。

また、この検知手段２は取付基台２１、ＣｄＳセル２２及びＣｄＳセル２３をシールド容器２４に収納し、このシールド容器２４が導体で形成される筒体で上面を蓋体で閉蓋して形成され、この蓋体下面に取付基台２１を取付る構成である。このシールド容器２４は、筒体の真鍮板体を屈曲又は貼着して形成され、蓋体をアクリル板にて形成される。なお、この筒体は、導電性を有する金属又はカーボン等で形成され、板状体の他のメッシュ体で形成することもできる。

前記発光ダイオード１１は、取付基台２１の表面から発光面を露出させ、ＣｄＳセル２２及びＣｄＳセル２３より後退した位置となる状態で取付られ、発光する可視光線が前記二つのＣｄＳセル２２、２３の光電半導体面に直接入射しないように構成される。また、この発光ダイオード１１は直流電圧を直流電源１２から印加され、直流電源１２と共に光照射手段１を構成する。

前記測定対象物判別手段３は、測定対象物１００の厚さ及び配置距離の位置に関する各情報を予め測定された基準データに基づいて演算して判別する判別演算部３１と、この基準データをデータベースとして格納するデータベースメモリ３２とを備える構成である。このデータベースメモリ３２に格納される基準データは、表面形状及び表面色が特定される複数種類の材質が異なる測定対象物１００について、可視光線の照射の有無及び複数の配置距離に基づいて測定された各静電容量により求められた各測定対象物１００毎の特性データである。なお、この特性データは、可視光線が照射の有無及び複数の配置距離をサンプリングにより求め、このサンプリング値により各測定対象物１００毎の傾向特性を求めたものである。

前記載置台５は、透明体からなる測定対象物１００を載置する場合には不透明体の部材となり、導電体からなる測定対象物１００を載置する場合には不導電体の部材となるように構成される。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係る対象物測定装置の判別動作について説明する。まず、測定対象物１００を載置台５上に載置し、この測定対象物１００を検知手段２のシールド容器２４で覆い内部に収納する。この測定対象物１００の収納状態で直流電源１２をＯＦＦ状態とすると共に、交流電源２５をＯＮ状態として交流電源２５から交流電圧をＣｄＳセル２２の電極２２ａに印加する。この印加状態における出力端子２６からの検知信号を測定対象物判別手段３の判別演算部３１へ出力する。

この検知信号は、図４（Ａ）に示すように電極２２ａと電極２３ａによって形成される電気力線がシールド容器２４内の誘電体（空気）及び測定対象物１００を透過する際に受ける誘電率により特定されて出力される。なお、同一平面上に各電極２２ａ、２３ａが配設されるいわゆる平面コンデンサは、その静電容量を大きくするには電極２２ａ、２３ａの幅を広くし、間隔ｄを狭くすればよい。この電極２２ａ、２３ａの幅が一定の場合、電極２２ａ、２３ａの幅が狭いところではその間隔ｄが広いところより静電容量の変化が大きく、間隔ｄの寸法の影響を受けやすい性質を持つ。電極２２ａ、２３ａの間隔ｄが一定の場合、電極２２ａ、２３ａの幅を広くすると静電容量は大きくなるが、電気力線が長い部分での拡幅ゆえその影響は小さい。このように平面コンデンサは、理論上静電容量を計算できる。しかし、実際の計測では測定電極の外側両端においてその距離が長くなることにより、平行平板コンデンサにおける長間隔コンデンサのような状態になり、端部効果の影響が大きくなると考えられることから、実測によることなく理論値で検出信号（基準データ）を求める場合に端部効果を補正する必要がある。

前記検知信号が入力された判別演算部３１は、内部メモリ（図示を省略する。）にこの検知信号を格納する。この状態で直流電源１２をＯＮ状態に切換えて直流電圧を発光ダイオード１１に印加し、この発光ダイオード１１は可視光線を発生させて測定対象物１００に照射する。この測定対象物１００からの反射光がＣｄＳセル２２、２３で受光され、この受光光量に応じてＣｄＳセル２２及びＣｄＳセル２３は、各光電半導体の抵抗値を変化させる。

図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように各々のＣｄＳセル２２、２３の内側の電極２２ｂ、２３ｂを浮かした状態で外側の電極２２ａ、２３ａにより静電容量を測定する。その時の静電容量は、外側電極２２ａ、２３ａ間の静電容量をＣ_out1、内側電極２２ｂ、２３ｂ間の静電容量をＣ_out、ＣｄＳセル２２、２３の抵抗（可変抵抗）を、Ｒ₁、Ｒ₂とおくと、以下の式で表される。

Ｒ＝Ｒ₁＋Ｒ₂
ω＝２πｆ
ここで、測定対象物１００からＣｄＳセル２２、２３への入射光（反射光）がない場合、ＣｄＳセル２２、２３の可変抵抗Ｒは大きく絶縁状態に等しいことから、静電容量ＣはＣ_outで近似できる。よって、静電容量Ｃより測定対象の電気的特性が得られる。次に、発光ダイオード１１により測定対象物１００に照射した光が、測定対象物１００の表面によって反射され、ＣｄＳセル２２、２３に入射する場合、ＣｄＳの可変抵抗Ｒ₁、Ｒ₂は小さくなる。よって、（１）式の関係により、静電容量Ｃが静電容量Ｃ_inの影響を受ける。この静電容量Ｃに対する静電容量Ｃ_inの影響は、測定対象物１００の表面の反射率により異なるゆえ、静電容量Ｃにより、測定対象の光特性が得られる。

このように抵抗値Ｒ₁、Ｒ₂が変化して完全に導通状態となった場合を図４（Ｂ）に示す。同図において各Ｃｄｓセル２２、２３が導通状態であることから、ＣｄＳセル２２の電極２２ａ及び電極２２ｂが電気的に一体となり、またＣｄＳセル２３の電極２３ａ及び電極２３ｂも電気的に一体となることから、電極２２ａ及び電極２２ｂが電気的に一体となり、またＣｄＳセル２３の電極２３ａ及び電極２３ｂも電気的に一体となることから、電極２２ａ及び電極２２ｂと電電極２３ａ及び電極２３ｂとは平面型コンデンサの一対の電極を構成することとなる。

即ち、発光ダイオード１１により可視光線を照射した場合は、照射しないときよりも電極２２ａ及び電極２３ａで形成される平面型コンデンサの電極面積が２倍となり、この２倍の電極面積により生じる電気力線がシールド容器２４内の誘電体（空気）及び測定対象物１００を透過する。この電気力線の透過する際の誘電率により特定される検知信号が出力端子２６を介して判別演算部３１へ出力される。

前記判別演算部３１は、可視光線が照射されない場合と、照射された場合との各検出信号を、データベースメモリ３２から読出した基準データと比較演算して測定対象物１００の配置距離と材質とを同時に判別する。この判別結果を判別演算部３１から表示手段４へ出力し、表示手段４は測定対象物１００の配置距離及び材質を報知することとなる。

なお、前記測定動作においては発光ダイオード１１により測定対象物１００に対する可視光線の照射に基づく反射光によりＣｄＳセル２２、２３の各光電半導体が完全に導通状態となる場合について説明したが、受光光量に応じた任意の導通状態となったときも、この導通状態で特定される抵抗値による通電量で検出信号が出力されることとなる。
（本発明の他の実施形態）
本発明の他の実施形態に係る対象物測定装置は、光照射手段１の発光ダイオード１１をＣｄＳセル２２及びＣｄＳセル２３の光電半導体面より後退した位置に取付る構成としたが、光照射手段１の発光ダイオード１１とＣｄＳセル２２及びＣｄＳセル２３との各中間に発光ダイオード１１からの可視光線が直接入射しないように遮蔽部を配設する構成とすることもできる。この遮蔽部の配設により、測定対象物からの反射光のみを各光導電素子が検出できることとなり、より高精度に測定対象物の厚さ及び距離を同時に測定できることとなる。

前記実施形態に係る対象物測定装置は、検知手段２のＣｄＳセル２２及びＣｄＳセル２３が均等に導電状態を変化させる構成としたが、測定対象物１００からの反射光の状態によりＣｄＳセル２２とＣｄＳセル２３とが不均等に導電状態を変化させ、この不均等な導電状態に基づき出力される検出信号により判別演算部３１が測定対象物１００の配設状態、配設位置をも併せて判別することもできる。

前記実施形態に係る対象物測定装置は発光ダイオード１１からの可視光線を測定対象物１００に照射し、判別演算部３１の判別基準となる基準データも可視光線以外に紫外線、赤外線、遠赤外線、放射線等を発光ダイオード１１から照射すると共に、基準データを作成することもできる。この紫外線を用いた場合には、ＺｕＳセル、ＺｎＯセル等があり、赤外線を用いた場合には光導電素子としてＰｂＳセル、ＰｂＳｅセル、ＩｎＳｂセル等で構成することができる。

なお、前記第１の実施形態で可視光線用の光導電素子としてＣｄＳセルを用いたがＣｄＳｅセルを用いることもできる。このＣｄＳセル及びＣｄＳｅセル可視光線以外に放射線（ｘ線、γ線）に用いることもできる。

また、発光ダイオード１１に対する直流電源１２からの印加電圧を調整することにより測定対象物１００の種類に応じて検知信号が特徴的に現れるようにすることもできる。この印加電圧の調整により検知手段２で検知される検出値が変化してピーク的な検出信号により、他の測定対象物１００と明確に区別して判別できることとなる。

図１及び図２に示す本実施形態に示す対象物測定装置を用いて測定対象物１００の厚さ及び位置（距離）の測定を行った。
静電容量測定のための電極として、ＣｄＳセル（最大感度５１５ｎｍ）２２、２３を用い、光の状態を変化させるための発光素子としてＬＥＤ（ピーク波長５２５ｎｍ、指向角１５°）の発光ダイオード１１を用いた。直径６０ｍｍのアクリル板の中心に発光ダイオード１１を配置し、その両側に１対のＣｄｓセル２２、２３を固定し、アクリル板をステンレス板のシールド容器２４で被うことでシールドとした。また、外部からの光の入射を防ぐとともにＣｄＳセル２２、２３から測定対象物１００までの距離ｄ₁を変化させるために外径６０ｍｍ、内径５０ｍｍのアクリルパイプを用いセンサを覆った。測定対象物１００は、大きさ１００ｍｍ×１００ｍｍ×30ｍｍのアクリル板（黒）の載置台５上に載置した。

前記第１の実施形態に係る対象物測定装置による静電容量の測定は、測定対象物１００を検知手段２で囲み、各ＣｄＳセル２２、２３の外側電極２２ａ、２３ａにＬＣＲメータ（周波数５００ｋＨｚ、印加電圧１０Ｖ）を接続し（図示を省略する。）、光なし（ＬＥＤ；印加電圧０Ｖ）の場合と光あり（ＬＥＤ；印加電圧２．８Ｖ）の場合で行われた。実験として各測定対象物１００についてＣｄＳセル２２、２３から測定対象物１００までの距離（ｄ₁）を１ｍｍから４ｍｍまで１ｍｍ間隔で変化させ、光なしと光ありの場合で静電容量Ｃの測定を行った。

距離ｄ₁の調節は、測定装置のアクリルパイプの高さを調節することにより行われた。発光ダイオード１１の発光電圧は、測定対象物１００の表面の色に対する静電容量Ｃの変化が比較的大きい２．８Ｖを用いた。また、実験は、恒温室内温度２５℃の一定にした条件で行った。

この実験によるそれぞれの測定値は、１回の設定で５個のデータを取り、それを３回繰り返した合計１５個のデータの平均と標準偏差で示した。この実験に用いられた測定対象物１００は、導電性材質として銀色のアルミニウムを、絶縁性材質として透明のアクリルを用いた。また、それぞれの測定対象物１００について、４種類の厚さ、２ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍ及び１０ｍｍを用意した。各測定対象物１００の大きさは３０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍとした。

図５（Ａ）、（Ｂ）にアクリル、アルミニウムにおける静電容量の測定結果を示す。図５（Ａ）、（Ｂ）の横軸には測定対象物１００までの距離ｄ₁を、縦軸には光なし（印加電圧０Ｖ）の場合の静電容量Ｃ_offと光あり（印加電圧２．８Ｖ）の場合の静電容量Ｃ_onをそれぞれ示す。図５（Ａ）より、電極と各測定対象物１００までのそれぞれの距離における測定値は、絶縁性材料であるアクリルが小さく、導体であるアルミニウムが大きいことがわかる。

また、ＣｄＳセル２２、２３と測定対象物１００との距離ｄ₁が離れていくに従い、徐々に静電容量Ｃの値が減少することがわかる。よって、ＣｄＳセル２２、２３による測定対象物１００の電気特性の測定が可能であると解る。ここで、アクリルにおいて材質の厚さの変化により、静電容量Ｃの値に変化が見られない。これは、測定対象物１００と試料を置いた載置台５の比誘電率が同じであることから、測定対象物１００の厚さを変化させても、静電容量Ｃの値は変化しないと考えられる。

一方、アルミニウムにおいては、材質の厚さの変化により静電容量Ｃの値に変化が見られる。これは、測定対象物１００が導体であるのに対して載置台５が絶縁体であることから、対象の厚さの変化により測定部に対する載置台５の比誘電率の影響が変化することにより静電容量Ｃが変化したのではないかと考えられる。

この結果より、測定電極と測定対象物１００の距離ｄ₁が４ｍｍ以内であれば、静電容量Ｃに変化が見られるゆえ、距離ｄ₁もしくは材質及び材質の厚さが既知であれば、静電容量Ｃの測定から、載置台５と異なる電気特性を有する測定対象物１００の厚さあるいは距離の検出の可能性を有していることがわかる。

図５（Ｂ）より、各測定対象物１００において、ＣｄＳセル２２、２３と測定対象物１００の距離ｄ₁の変化及び厚さに対し、静電容量Ｃの値の変化が見られるため、距離ｄ₁もしくは材質及び材質の厚さが既知であれば、静電容量Ｃの測定から、材質の厚さあるいは距離ｄ₁の検出の可能性を有していることがわかる。結果より、光なしあるいは光ありのどちらかの静電容量Ｃから材質識別、厚さ及び距離の検出は困難である。

しかしながら、光なしの場合と光ありの場合における静電容量の測定値は距離ｄ₁、材質及び材質の厚さの変化に対して異なっているゆえ、それらの測定値を用いることで、絶縁体と導電体の種類の材質識別、距離及び厚さの検出の可能性を有していると言える。

図６にそれぞれの測定対象物１００の厚さ及び距離をパラメータとして光なしと光ありにおける静電容量値の関係を示す。横軸に光なし（ＬＥＤ；印加電圧０Ｖ）の場合の静電容量Ｃ_offを、縦軸に光あり（ＬＥＤ；印加電圧２．８Ｖ）の場合の静電容量Ｃ_onを示す。例えば、光なしの測定結果Ａだけでは、距離ｄ及び厚さ検出を含めた材質識別は困難であり、また光ありの測定結果Ｂだけでも、アルミニウムの３種類の厚さの可能性があり、距離及び厚さ検出を含めた材質識別は困難である。

しかしながら、これらの２種類の測定値を用いることで、厚さ５ｍｍのアルミニウム、距離３ｍｍと決定できる。これにより、２種類の材質識別と２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲の厚さ及びの範囲の距離の検出が可能であるといえる。

次に、図５（Ｂ）における静電容量の測定結果が、測定対象物１００の光特性を含んだものであるかを検討するために、同じ測定条件で１個のＣｄＳセルの抵抗値の測定を行った。図７に光あり（ＬＥＤ；印加電圧２．８Ｖ）における各測定対象物１００の表面の反射に対するＣｄＳセルの抵抗の測定結果を示す。横軸に測定対象物１００までの距離ｄを、縦軸にＣｄＳセルの抵抗値を示している。アルミニウムの場合は反射光が測定対象物１００表面で生じ、距離ｄによってのみ変化するゆえ、測定対象物１００の厚さに対して抵抗値に変化が見られないことがわかる。

これに対して、透明のアクリルの場合は、測定対象物１００の厚さが変化することで、反射の光量が変化し、抵抗値が変化しているのは、測定対象物１００の表面よりもむしろ光が測定対象物１００を透過し、測定対象物１００と載置台５との間で反射光の影響を受けていることが考えられる。

図８に光あり（ＬＥＤ；印加電圧２．８Ｖ）における測定対象物１００を設置しない場合、すなわち黒のアクリルの載置台５の表面の反射に対する１個のＣｄＳセルの抵抗値の測定結果を示す。横軸の距離は各厚さの測定対象物１００が設置されたときの載置台５の距離ｄ₂を示す。図８より距離10ｍｍ付近までは抵抗値が減少し、それ以降は増加していることがわかる。これは、距離を短くすると発光ダイオード１１の指向性によりＣｄＳセルで反射光を受光できないため抵抗値が大きくなり、距離ｄ₂を長くすると光が減衰することから抵抗値が大きくなることが考えられる。

図７と図８を比較すると同等の抵抗値を示しているゆえ、抵抗の変化は載置台５に用いたアクリルでの反射光の影響であると言える。しかし、図７と図８の厚さ8ｍｍと10ｍｍにおいて、抵抗値及び距離に対する変化の傾向が異なっていることがわかる。これは、空気の屈折率が約１に対して、アクリルの屈折率が約１．５であることから、スネルの法則によりわかるように屈折角が変化し、極値をとる距離が等価的に長くなったことが原因ではないかと考えられる。

図５（Ｂ）と図７でのアクリルを比較すると、ＣｄＳセル２２、２３の抵抗値が小さい値を示す測定対象物１００の厚さほど、大きい静電容量値を示しているゆえ、静電容量Ｃの値は測定対象物１００の光特性の情報を含んでいると言える。よって、図５（Ｂ）及び図７の結果から静電容量Ｃの値に光と電気特性の情報が含まれていることがわかる。本実験例では、４ｍｍ以上で測定対象物１００の比誘電率の変化による静電容量Ｃの変化が小さくなるために、４ｍｍ以上で得られる情報は、ほとんど光情報のみになる。また、１ｍｍ未満では、逆に発光の指向性及び配置の関係から光の情報が少なくなり、対象の電気的な情報になる。このことより、現段階では、１ｍｍから４ｍｍまでの範囲において測定対象の光及び電気特性が得られる。

図９に現段階における材質厚さ検出のフローチャートを示す。測定対象が透明な場合は、測定対象の厚さの違いにより光の影響が異なることから、材質の厚さにより静電容量が変化し、測定対象物１００が載置台５の電気特性と異なる場合、測定対象物１００の厚さの違いにより静電容量Ｃが変化する。よって、材質が透明である場合又は、測定対象物１００が載置台５の比誘電率と異なる場合、材質識別及び厚さ検出及び距離検出の可能性を有していることがわかる。

本発明の第１の実施形態に係る対象物測定装置の全体概略構成図である。図１記載の対象物測定装置における対象物測定装置における検知手段の透視斜視図である。図２に記載の検知手段の透明平面図・側面図及びＣｄＳセル・発光ダイオードの配置平面図である。図３（ｃ）に記載のＣｄＳセルの動作説明図である。本発明の実施例１における実験用で得られた光を照射しない場合と照射した場合の測定対象物までの距離ｄと静電容量Ｃとの特性図を示す。本発明の実施例１における実験で得られた光を照射した場合の測定対象物における各静電容量Ｃ_on、Ｃ_nffとの特性図を示す。本発明の実施例１における実験で得られた光を照射した場合の測定対象物までの距離と静電容量との特性図を示す。本発明の実施例１における実験で得られた図６及び図７を距離をパラメータとした各静電容量特性図を示す。本発明の実施例１における実験判別フローチャートである。従来の対象物測定装置の概略回路構成図である。

符号の説明

１光照射手段
１１発光ダイオード
１２直流電源
２検知手段
２２、２３ＣｄＳセル
２２ａ、２２ｂ、２３ａ、２３ｂ電極
２４シールド容器
２５交流電源
２６出力端子
３測定対象物判別手段
３１判別演算部
３２データベースメモリ
４表示手段
５載置台
１００測定対象物

Claims

透明体又は導電体からなる測定対象物に対して光を照射する光照射手段と、
前記測定対象物が透明体の場合は不透明な部材を背面に配設し、測定対象物が導電体の場合は不導電体の部材を背面に配設し、当該各々配設された測定対象物に光を照射して測定対象物からの反射光を受光し、当該受光光により二つの所定面積を有する電極間の光電半導体の抵抗値を変化させる複数の光導電素子を所定の間隔で離隔配設し、前記複数の光導電素子の少なくとも一の光導電素子の一方の電極に交流電源が接続されると共に、他の光導電素子の一方の電極が出力端子として形成される検知手段と、
前記検知手段の検知動作と同じ条件で予め検出された前記測定対象物に関する厚さ情報及び位置情報が基準データとして格納される基準データ記録手段と、
前記光照射手段で測定対象物に対して光を照射した場合と、光を照射しない場合の、前記検知手段の出力端子からの各検知信号、及び基準データに基づき、前記測定対象物の厚さ及び光導電素子からの距離を判別する測定対象物判別手段とを備えることを
特徴とする対象物測定装置。
前記請求項１に記載の対象物測定装置において、
前記検知手段が、二つの光導電素子を同一の平面上に各電極を整列状態にして配設し、当該整列状態の各電極における端部に位置する二つの電極のうちの一方に前記交流電源を接続し、他方を出力端子とすることを
特徴とする対象物測定装置。
前記請求項１又は２に記載の対象物測定装置において、
前記光照射手段が、各光導電素子に直接光を照射しない位置に配設又は遮蔽部を配設することを
特徴とする対象物測定装置。
前記請求項２に記載の対象物測定装置において、
前記光照射手段が、二つの光導電素子が配設される平面近傍であって、二つの光導電素子の中間に配設されることを
特徴とする対象物測定装置。
前記請求項１ないし４のいずれかに記載の対象物測定装置において、
前記光照射手段が測定対象物に特定波長の光を照射し、検出手段が当該特定波長のみを選択透過して検出することを
特徴とする対象物測定装置。