JPH0361812A

JPH0361812A - 近接センサ

Info

Publication number: JPH0361812A
Application number: JP1198334A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Fujita; 昌宏藤田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1989-07-31
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1991-03-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業の利用分野）この発明は、例えば宇宙空間に構築されるマニピュレー
タ等に搭載され、近接物体までの距離を検出するのに用
いる近接センサに関する。

（従来の技術）この種の近接センサは、例えばマニピュレータ駆動時等
に、その腕部が周辺の構造物等の近接物体に衝突したり
するのを防止して、宇宙空間における安全な作業を確保
するために、マニピュレータ等の移動体に搭載される。

このような近接センサとしては、宇宙空間という極限環
境での使用に耐えることの可能なものが要求されるとい
う点と、その検出精度等の点から、第５図に示すように
り、ＥＤやレーザダイオード等の発光素子１で発光した
光を投光用光学系２を介して放射し、この光を受けた近
接物体３からの反射光を受光用光学系４を介してフォト
ダイオード等の位置検出素子５で受光して、その受光位
置より近接物体３までの距離を検出する方式が有効であ
るとされている。

ところが、上記近接センサにあっては、その構成上、発
光素子１の出力や、受光素子の使用環境温度等の各種の
点から宇宙空間に直接的に使用することが困難であると
いう問題を有する。−１えば発光素子１の光量を数１０
ｃｔｒ＋以」二の近接物体３までの相互間距離を検出可
能に構成すると、第６図（ａ）に示す発光素子特性から
も明らかなように、宇宙開発において、特に厳しく要請
されるところの消費電力が非常に多くなるεいう不具合
が起こる。また、発光素子１の指向特性が第６図（ｂ）
に示すように狭く、いわゆるスポット的な検出範囲とな
ることから、広範囲に亘る検出を実現するのに、非常に
多数の発光素子１及び位置検出素子５を配置しなければ
ならないＬいうために、大形、・重量化が促進され乞ε
いう不具合が起こる。

（発明が解決しようとする課題）以上述べたように、従来の近接センサでは、高精度な検
出を実現するε、大きい消費ｉｔｉ力が必要となると共
に、大形で、重量がかさむという問題を有していた。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、構成簡
易にして、小形・軽量化を図り得、かつ、省電力化を図
り得るようにした近接センサを提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）この発明は複数の発光素子を所定の指向方向に向けて組
み合わせ配置した発光部と、この発光部の前記発光素子
をそれぞれパルス発光駆動する発光素子駆動手段と、前
記発光素子で放射した光の近接物体からの反射光を透過
する光学フィルタと、この光学フィルタを透過した前記
近接物体からの反ｑ１１光を受けて結像する撮像手段と
、この撮像手段で結像された像面積を基に前記近接物体
の距離を算出する演′１：ｙ−丁段とを備えて近接セン
サを構成したものである。

（作用〉上記構成によれば、近接物体との距離は、その複数の発
光素子でパルス発光された光が近接物体に照射され、そ
の反射光を光学フィルタを介して撮像部で受けて結像さ
せることにより、この結像の１象面積を基に演算部で求
められる。従って、発光素子からの光量を、発光素子の
パルス発光時における電流値のみを高く採ることにより
、平均電流値を従来と略同様の消費電力に確保１７た状
態で、その出力を大きく採るここができるため、省電力
化が実現される。また、複数の発光素子より所定の指向
方向に光が放射されることより、光が広範囲に亘って放
射されるため、その検出範囲の死角の少ない広範囲に亘
る高精度な検出が実現されることにより、その小形・軽
量化が実現される。

（実施例）以下、この発明の実施例について、図面を参照して詳細
に説明する。

第１図はこの発明の一実施例に係る近接センサを示すも
ので、１０ａ、１０ｂはＬＥＤ等の第１及び第２の発光
素子１０ａ、１０ｂで、所定の指向方向に指向配置され
る。第１及び第２の発光索子１０ａ、１０ｂたには発光
素子駆動回路１１が接続される。この発光素子駆動回路
１１の入力端にはパルス発生回路１２が接続され、この
パルス発生回路１２には発振回路１３が接続される。発
振回路１３は所定周波数で発振させた第２図（ａ）に示
すようなりロック信号を生成してパルス発生回路１２に
出力する。パルス発生回路１２はクロック信号に対応し
て第２図（ｂ）に示すような発光素子駆動用のスタート
パルスを発生して発光素子駆動回路】１に出力する。発
光素子駆動回路１１は人力したスタートパルスに対応し
て第１及び第２の発光素子１．Ｏａ、］、Ｏｂをオン／
オフ駆動制御してパルス発光駆動する。また、パルス発
生回路１２の出力端はタイミングジェネレータ１４の一
方の入力端に接続される。このタイミングジェネレータ
１４は、その他方の入力端に発振回路１３の出力端が接
続されており、発振回路１３からのクロック信号に対応
したＣＣＤ駆動信号を生成して撮像部、例えば固体撮像
索子（ＣＣＤ）１５を駆動１．制御する。ＣＣＤ１５と
しては、例えば１画素１０ＸＩ１．４μｍのものが４８
７Ｘ５７０画素配列されたものが用いられ、その全面部
には光学系１６を介して光学フィルタ、例えばバンドパ
スフィルタ１７が対向配置される。

ＣＣＤ１５には、上記第１及び第２の発光素子１０ａ、
１０ｂの光の反射光のみがバンドバスフィルタ１７及び
光学系１６を介して入力されて結像され、その結像デー
タをパルス発生回路１２からのスタートパルスに対応し
た立上りエツジの時間ｔ２で二値化回路１８に転送する
。二値化回路１８には記憶部１９を接続されており、入
力した画像データを所定のしきい値で二値化して記憶部
１つに出力する。そして、こ、の記憶部１９には演算部
２０が接続される。演算部２０は記憶部１９に記録され
た画像データを例えば、スタートパルスのｔ１期間に１
周期前の画像データを読取って１周期の残りの時間でＣ
ＣＤ１５に結像された結像データの像面積を求め、この
面積を基に図示しないマニピュレータ等の被搭載物体か
ら近接物体２１（第３図参照）までの距離を算出する。

上記構成において、第３図に示すようにパルス発光駆動
される第１及び第２の発光素子１０ａ。

１０ｂからの光が近接物体２１に照射さると、反射光は
バンドパスフィルタ１７及び光学系１６を介してＣＣＤ
１５に結像される。このＣＣＤ１５に結像された画像デ
ータは上述したように時間ｔ２のタイミングで二値化回
路１８に転送されて二値化された後、記憶部１つに記録
される。ここで、演算部２０は記憶部１９に記録された
画像データをスタートパルスのｔ１期間に１周期前の画
像データを読取って１周期の残りの時間でＣＣＤ１５に
結像された画像データの像面積を求めて、この面積が近
接物体２１のＭ間距離に応じて、第４図（ａ）及び（ｂ
）に示すように異なることから、その結像面積を基に上
記被搭載物体（図示せず）から上記近接物体２１までの
距離を算出する。

このように、上記近接センサは、所定の指向方向に指向
させて配置した第１及び第２の発光素子１０ａ、１０ｂ
をパルス発光駆動して、その放射した光の近接物体２１
からの反射光をバンドパスフィルタ１７を介してＣＣＤ
１５で受けて結像させることにより、この画像データの
像面積を基に演算部２０で近接物体２１までの距離を求
めるように構成した。これによれば、第１及び第２の発
光素子１０ａ、１０ｂの光量を、パルス発光時における
電流値のみを高く採ることにより、平均電流値を従来と
略同様の消費電力に確保した状態で、その出力を大きく
採ることができるため、省電力化が実現される。また、
第１及び第２の発光素子１０ａ、１０ｂより所定の指向
方向に光が放射されることより、発光した光を広範囲に
亘って放射することができることにより、その検出範囲
の死角の少ない広範囲に亘る高精度な検出が実現されて
、その構成部品の削減が図れるために、可及的に小形・
軽量化が実現される。

なお、上記実施例では、発光部を第１及び第２の発光素
子１０ａ、１０ｂを組み合わせ配置して、いわゆる平面
内の近接物体２１の距離を検出するように構成したが、
これに限ることなく、例えば３個の発光素子を略正三角
形状に配置してそれぞれを所定の指向方向に指向させた
発光部を構成することも可能で、これによると、検出範
囲が立体的となることにより、さらに高精度な検出が実
現される。

また、上記実施例では撮像部として、ＣＣＤ１５を用い
て構成したが、これに限ることなく、各種の構成が可能
である。

よって、この発明は上記実施例に限ることなく、その他
、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形を実施
し得ることは勿論のことである。

〔発明の効果］以上詳述したように、この発明によれば、構成簡易にし
て、小形・軽量化を図り得、かつ、省電力化を図り得る
ようにした近接センサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る近接センサの構成を
示すブロック図、第２図は第１図の動作タイミングを示
す波形図、第３図及び第４図は第１図の動作を説明する
ために示した図、第５図及び第６図は従来の近接センサ
の問題点を説明するために示した図である。１０ａ、１０ｂ・・・第１及び第２の発光素子、１１・
・・発光素子駆動回路、１２・・・パルス発生回路、１
３・・・発振回路、１４・・・タイミングジェネレータ
、１５・・・ＣＣＤ、１６・・・光学系、１７・・・バ
ンドバスフィルタ、１８・・・二値化回路、〕９　・・・　５己　憶　部　、０・・・演算部、１・・・近接物体。

Claims

【特許請求の範囲】複数の発光素子を所定の指向方向に向けて組み合わせ配
置した発光部と、この発光部の前記発光素子をそれぞれパルス発光駆動す
る発光素子駆動手段と、前記発光素子で放射した光の近接物体からの反射光を透
過する光学フィルタと、この光学フィルタを透過した前記近接物体からの反射光
を受けて結像する撮像手段と、この撮像手段で結像された像面積を基に前記近接物体の
距離を算出する演算手段とを具備したことを特徴とする
近接センサ。