JPH0335603B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、所定の距離範囲にある物体を検出
する検出装置であり、物体の有無の検出、物体ま
での距離またはその位置の検出などに利用するの
に適当な検出装置である。

「従来の技術」 物体の有無や距離などを検出する物体検出装置
としては様々な構成のものがあるが、その一例を
第８図に示す。

この図において、１は検出器、２は赤外ダイオ
ードからなる投光器、３，４は赤外線光を受光す
る受光器、５は検出しようとする物体である。

この検出器１は、投光器２からパルス変調した
赤外線光を物体５に投射し、受光器３，４が物体
５の反射光を受交し、これら受光器３，４の出力
電圧V₁，V₂の差電圧から物体距離を判別する構
成となつている。

具体的には、物体５がＡ位置にあるときには、
受光器３の出力電圧V₁が第８図ｂに示したよう
にV₁aまたはV₁bとなつて最大となり、物体５が
ｃ位置にあるときには、受光器４の出力電圧V₂
が図示するところのV₂aまたはV₂bとなつて最大
となる。

なお、出力電圧V₁a，V₂aは物体５が白色の場
合で、出力電圧V₁b，V₂bはこれが黒色の場合で
ある。

したがつて、V₁≧V₂の条件を定めれば、第８
図ｂの距離位置L₂が最大検出距離となり、この
位置L₂より左方向（物体位置ＢからＡ方向）が
検出領域、この位置L₂より右方向（物体位置Ｂ
からＣ方向）が非検出領域となり、所定距離内に
ある物体５を検出することができる。

「発明が解決しようとする問題点」 上記した検出器１は以下に述べる各点において
開発することが好ましい。

(1) 距離位置L₂を境にして、その内側が検出で
き、外側が検出できない。すなわち、検出のリ
ミツト点が遠点側の一点であるため、物体５の
有無は検出できても、その距離或いは位置につ
いては検出することができない。

(2) 一個の投光器２がパルス変調した赤外線光を
発生する構成であるため、パルス変調に伴なう
電圧変動が電源ラインに生じ他の回路に影響を
及ぼす。

この電圧変動の影響を解決するため、投光器
２にダミー抵抗を並列に接続し、投光器２の電
流が遮断される毎にこのダミー抵抗を介して電
流を流すようにすることが考えられるが、抵抗
の発熱、抵抗の大きさなどが問題となつて好ま
しくない。

(3) 周囲光がノイズとして受光器３または４のい
ずれかに入射することによつて誤動作の検出と
なることがある。

(4) 移動する物体を検出する場合に、検出器１の
取り付けに制限を受ける。例えば、第８図ａに
おいて、物体が上から下に向かつて移動すると
きには検出することができないため、検出器１
の取り付け位置が物体の移動方向によつて定め
られることになつて不便である。

「問題点を解決するための手段」 本発明は上記したところの問題点を解決するこ
とを目的とする。

しかして、本発明では、検出物体を異なる照射
角で交互に照射する第１の光源と第２の光源とを
含み、第１の光源の照射角に比べ第２の光源の照
射角を大きくして各々の光軸を交叉させるように
して検出物体の反射光が第１、第２の光源の照射
角にしたがつて変化するようにした投光器と、上
記検出物体の反斜面に対してほぼ直交する方向に
配置し、上記照射光軸の交叉点の側方を通る検出
物体の反射光を受光々軸として受光する受光器
と、第１の光源と第２の光源の照射による照射角
にしたがつた反射光を上記受光器の出力信号から
比較し、第１の光源の照射時の出力信号と第２の
光源の照射時の出力信号の大小より検出物体の位
置または距離を判断する信号処理回路とからなる
ことを特徴とする物体検出装置を提案する。

本発明では、物体が狭い検出範囲にあるときの
み検出されるので、物体の有無にかぎらず、物体
の位置またはその距離についても大体に検出する
ことができ、また、投光器は２つの光源を交互に
照射させる構成であり、照射光のパルス変調によ
つて発生する電圧変動の影響がなく、その上、受
光器が一個であるので、周囲光によるノイズによ
つて誤動作となることがなく、物体の移動方向に
よつて装置の取り付け位置が制限されることもな
い。

「実施例」 次に、本発明の実施例について図面に沿つて説
明する。

第１図は本発明の基本構成を示す説明図で、１
１は第１光源、１２は第２光源であり、これらは
交互に発光させる発光ダイオードなどの発光素子
で、第１光源１１が光軸１１Ｌを、第２光源１２
が光軸１２Ｌを有する投光器を形成している。

１３はフオト・トランジスタなどからなる受光
器で、これは受光軸１３Ｌを有している。

なお、上記した光軸１１Ｌ，１２Ｌ及び受光軸
１３Ｌは光が最も強く機能する光の主軸を意味す
る。上記受光軸１３Ｌはｙ軸に沿うように、ま
た、そのｘ軸には基線Ｇを合わせて各々設定して
あつて、これらｘ、ｙ座標に対して、 上記光軸１１Ｌが、ｙ＝a₁x＋b₁ 上記光軸１２Ｌが、ｙ＝−a₂x＋b₂ の方程式にしたがつて設定されている。

ただし、a₁＜a₂、b₁＜b₂である。

なお、受光軸１３Ｌは上記より明らかであるよ
うに、ｘ＝０の方程式にしたがつている。

上記した基本構成において、平面的な物体が基
線Ｇに平行に置かれた場合を想定すると、第１光
源１１と第２光源１２から交互に投光される照射
光が物体に反射されて受光器１３に入射し、受光
器１３には第１、第２光源１１，１２の照射光に
したがつた光電変換電流が流れる。

さて、第１光源１１と第２光源１２との照射光
の分布状態について考えてみる。第２図は第１光
源１１の照射光を基線Ｇと平行に切断した状態を
示す説明図であり、この図より分かるように、光
の分布状態は光軸１１Ｌから離れるほど強さが減
衰する。なお、この図において、１４は光の強さ
を、１５は光の分布状態を簡略的に示したもので
ある。上記の光の強さの減衰は第２光源１２につ
いても同様である。

このことから、第１光源１１、第２光源１２の
照射光の明るさは、光軸１１Ｌ，１２Ｌからの遠
近によつて判断することができるから、次に、こ
の遠近による判断にしたがつて本発明の検出手段
について説明する。

先ず、光軸１１Ｌと１２Ｌの交点をx₂、y₂と
し、基線Ｇと平行に置かれた物体がこの交点上に
ある場合に、第１光源１１の投光による受光軸１
３Ｌに及ぼす物体反射光１１LAと、第２光源１
２の投光による受光軸１３Ｌに及ぼす物体反射光
１２LAとが同一となるように、これら第１、第
２光源の照射光の強さを定める。つまり、物体が
上記した位置にあるときには、受光器１３が第１
光源１１を照射させたときと、第２光源１２を照
射させたときとで同一の光量を受光するように設
定する。このように設定するため、第１光源１１
の照射光は第２光源１２の照射光に比べて大きく
定めてある。

上記のように条件設定すると、第７図に示した
反射光特性より分かる如く、x₀＝０として物体が
（x₀、y₂）に置かれた場合の他に、（x₀、y₁）に置
かれた場合に11LA＝12LAとなる。

なお、点線１１L′は受光軸１３Ｌを対称軸とし
て画いたもので、交点（x₁、y₁）は光軸１２Ｌと
の交点である。基線Ｇに平行な物体がこの交点
（x₁、y₁）上にあるときには、受光軸１３Ｌに対
する光軸１１Ｌと光軸１２Ｌとの距離が等しく、
光軸１１Ｌと光軸１２Ｌによる物体反射光１１
LAと１２LAが等しくなる。

また、物体位置がｙ≦y₁、ｘ＝０となる場合に
は、光軸１２Ｌは光軸１１Ｌより受光軸１３Ｌ寄
りとなるから、11LA≦12LAとなり、また、物体
位置がｙ≧y₂となるときも同様の理由により、
11LA≦12LAとなる。

物体位置がy₁＜ｙ＜y₂の場合には、上記とは逆
に、光軸１１LAが光軸１２Ｌに比べて受光軸１
３Ｌ寄りとなるため、11LA＞12LAとなる。した
がつて、11LA＞12LAを検出条件とすれば、物体
がy₁＜ｙ＜y₂の位置にあることが判定できる。

なお、上記説明では交点（x₂、y₂）を正の領域
に定めたが、この交点は（−x₂、y₂）としてもよ
く、この場合、ｙ≦y₁、ｙ≧y₂の条件が反対とな
るが、y₁＜ｙ＜y₂の位置として同様に物体が検出
される。

第３図は本発明の第１実施例を示す電気回路の
ブロツク図で、第１光源１１、第２光源１２及び
受光器１３は第１図に示した基本構成にしたがつ
て配置されている。

また、この図において、１６はクロツクパルス
PTを入力し、このパルスPTのローレベルで第１
状態、ハイレベルで第２状態となる切換スイツチ
で、第１状態では第１光源１１を給電し、第２状
態では第２光源１２を給電する。

１７はクロツクパルスPTを入力して動作する
信号分配器で、このパルスPTのローレベルで、
第１光源１１の照射光にもとずく受光器１３の出
力信号を積分器１８に供給し、上記パルスPTの
ハイレベルで、第２光源１２の照射光にもとずく
受光器１３の出力信号を積分器１９に供給する。

２０は積分器１８の積分電圧１８Ｅと、積分器
１９の積分電圧１９Ｅとを比較し、18E＞19Eの
とき出力“１”、18E≦19Eのとき出力“０”とな
るコンパレータである。

なお、上記した切換スイツチ１６、信号分配器
１７はトランジスタ回路、または論理回路などの
公知の手段で構成し、積分器１８，１９はコンデ
ンサやカウンタなどを用いる。

上記実施例では、切換スイツチ１６がクロツク
パルスPTを入力することで、第１光源１１と第
２光源１２とが交互に発光し、また、信号分配器
１７が受光器１３の出力信号を積分器１８または
１９に分配する。

そこで、第１図において説明したように、物体
がy₁＜ｙ＜y₂の範囲に位置していれば、物体反射
光１１LA（第１光源１１の照射による受光軸１３
Ｌ上の物体反射光）と、物体反射光１２LA（第２
光源１２の照射による受光軸１３Ｌ上の物体反射
光）との関係が、11LA＞12LAとなることによ
り、積分電圧が18E＞19Eとなつてコンパレータ
出力が“１”となる。

反面、物体がy₁≧ｙ、y₂≦ｙの範囲に位置して
いる場合には、既に説明したところから分かる通
り、11LA≦12LAとなるため、18E≦19Eとなり、
コンパレータ出力“０”となる。

このように、コンパレータ２０の出力状態か
ら、物体位置がy₁＜ｙ＜y₂の範囲にあることが判
知し得る。

また、周囲光（外光）があれば、受光器１３が
第１、第２光源の照射光と共に周囲光を受光とす
るが、積分器１８，１９の積分電圧が同じように
増加するからコンパレータ２０によつて相殺さ
れ、周囲光による影響がない。物体の反射率が違
う場合には積分器１８，１９の積分電圧が同じよ
うに増減することになるため、上記と同様な理由
により検出精度が低下しない。

第４図は本発明の第２実施例を示す電気回路の
ブロツク図である。

この実施例は、第１実施例の信号分配器１７、
積分器１８，１９及びコンパレータ２０に換え
て、微分回路２１、フリツプフロツプ２２を使用
し、受光器１３の出力信号の位相より物体位置を
検出する構成となつている。

上記微分回路２１は受光器１３の出力信号（パ
ルス信号）から直流バイアス分を取り除く回路で
あり、上記フリツプフロツプ２２は受光器１３の
出力信号を微分回路２１を介してＤ端子に、クロ
ツクパルスPTをＣ端子に各々入力し、クロツク
パルスPTの立ち上がり時にＤ端子に入力する出
力信号状態をＱ端子に出力するＤタイプフリツプ
フロツプである。

第５図は受光器１３の出力信号パルスを示すタ
イムチヤートを示し、第５図ａは物体がy₂＜ｙ
（例えば、ｙ＝b₂）に位置しているときの出力信
号パルスP₁、第５図ｂは物体がy₁＜ｙ＜y₂（例え
ば、ｙ＝b₁）に位置しているときの出力信号パル
スP₂、第３図ｃは物体がy₁＞ｙに位置していると
きの出力信号パルスP₃、第５図ｄはクロツクパ
ルスPTを各々示している。

物体位置がy₂＜ｙの範囲では、上記したよう
に、11LA＜12LAより、受光器１３に対してはク
ロツクパルスPTのハイレベル時に発光する第２
光源１２の照射光が大きく作用し、その結果、第
５図ａの出力信号パルスP₁はクロツクパルスPT
と同相となる。

物体位置がy₁＜ｙ＜y₂の範囲では、11LA＞
12LAより、受光器１３に対してはクロツクパル
スPTのローレベル時に発光する第１光源１１の
照射光が大きく作用するため、出力信号パルス
P₂が第５図ｂに示すように、クロツクパルスPT
に対して逆位相となる。

物体位置がy₁＞ｙの範囲では、11LA＜12LAよ
り、第５図ａと同様にクロツクパルスPTと同相
の第５図ｃの出力信号パルスP₃となる。

第５図では説明の便宜上、クロツクパルスPT
の立ち上がりに対して、出力信号パルスP₂の立
ち下がりを一致させて画いたが、実際には、第１
光源１１の発光、物体の反射、受光器１３の受
光、微分回路２１の動作を伴い、フリツプフロツ
プ２２に入力される出力信号パルスP₂には位相
遅れが生じる。

第６図はクロツクパルスPTに対する出力信号
パルスP₂の位相遅れの関係を示す。なお、この
図は時間軸を引き延ばして示してある。フリツプ
フロツプ２２はクロツクパルスPTの立ち上がり
時のＤ端子の入力信号がＱ端子に出力して保持す
るから、出力信号パルスP₂のハイレベルの状態
が“１”出力としてＱ端子に発生し、この出力状
態より、物体がy₁＜ｙ＜y₂の範囲内に位置してい
ることが分かる。

本実施例の場合、周囲光、物体の反射率の違い
は出力信号パルスの位相には関係しないから、周
囲光や物体の反射率による影響がない。

なお、本発明は、第１光源、第２光源として赤
外ダイオードを使用し、受光器１３には赤外線透
過フイルタを設けることによつて赤外線エネルギ
ーを利用した物体検出装置として構成し得る。

「発明の効果」 上記した通り、本発明に係る物体検出装置は、
物体が狭い検出範囲にあるときのみ検出されるの
で、物体の有無にかぎらず、物体の位置または物
体までの距離についても大体に検出することがで
きる。

また、投光器については第１、第２光源を交互
に照射させる構成としたので、これら光源を並列
に接続して交互に電流に流すようにすることで、
電源電流が断続せず、照射光のパルス変調に伴な
う電圧変動の影響を防止し得る。

さらに、受光器を一個としたことから、周囲光
が第１、第２光源の照射光に同じように作用し、
この周囲光による影響がなく、移動する物体を検
出する場合に、その移動方向によつて検出装置の
取り付け位置が制限されることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の基本構成を説明す
るための説明図、第３図は本発明の第１実施例を
示す電気回路のブロツク図、第４図は本発明の第
２実施例を示す電気回路のブロツク図、第５図は
受光器の出力信号パルスを示すタイムチヤート、
第６図は物体の検出信号としての出力信号パルス
とクロツクパルスとの拡大部分図、第７図は物体
位置と物体反射光特性との関係を示す図、第８図
ａは従来例として示した物体検出装置の簡略図、
第８図ｂは受光器の出力特性と検出状態を示す図
である。 １１……第１光源、１２……第２光源、１３…
…受光器、１６……切換スイツチ、１７……信号
分配器、１８，１９……積分器、２０……コンパ
レータ、２１……微分回路、２２……フリツプフ
ロツプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 検出物体を異なる照射角で交互に照射する第
   １の光源と第２の光源とを含み、第１の光源の照
   射角に比べ第２の光源の照射角を大きくして各々
   の光軸を交叉させるようにして検出物体の反射光
   が第１、第２の光源の照射角にしたがつて変化す
   るようにした投光器と、上記検出物体の反射面に
   対してほぼ直交する方向に配置し、上記照射光軸
   の交叉点の側方を通る検出物体の反射光を受光々
   軸として受光する受光器と、第１の光源と第２の
   光源の照射による照射角にしたがつた反射光を上
   記受光器の出力信号から比較し、第１の光源の照
   射時の出力信号と第２の光源の照射時の出力信号
   の大小より検出物体の位置または距離を判断する
   信号処理回路とからなることを特徴とする物体検
   出装置。 ２ 上記第１、第２の光源が赤外ダイオードなど
   の赤外線エネルギー発生源、上記受光器が赤外線
   エネルギーを受けて電気変換する変換器からなる
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の物
   体検出装置。