JPH0382909A - 光学式反射体検出装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、反射体からの反射光を受光して該反射体の
有無等を検出する光学式反射体検出装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

コーナーキエーブプリズム等の反射体に変調光を投光し
、該反射体からの回帰反射光を受光して、その信号位相
差を検出し、前記反射体までの距離を計測する光波距離
計あるいは回帰反射型光電スイッチ等に用いられる光学
式反射体検出装置は、従来第７図に示すような検出部の
構成を有している。第７図（ａ）は、発光部１と受光部
２とが各々の集光レンズ３．４による独立したレンズ系
を持つ分離型の構造を有した装置を示している。また、
第７図（ｂ）は、発光部１と受光部２とが共有のレンズ
５による単一のレンズ系を持つ体型の構造を有した装置
を示しており、レンズ５を装着した光分岐部６内のプリ
ズム（ミラーでも可）７により発光光と受光光とが分岐
されるようなっている。

上記発光部１と受光部２はそれぞれ発光素子。

受光素子を有しており、分離型、一体型の両装置共コー
ナーキューブプリズム等の反射体８に発光部１から変調
光（平行光）が投光され、受光部２によりその反射体８
からの反射光が受光される。

そして、この受光部２の受光素子によって変換された」
＝記反射光の光量に応じた電気信号が不図示の信号処理
回路で処理され、反射体８の有無あるいは反射体８まで
の距離などが検出される。

ここで、第７図（ａ）に示した分離型の装置は、受光系
の構造が簡単で且つ発光、受光の結合効率が高くとれる
ので、遠距離計測には有利である。しかし、−数的に遠
距離計測を目的とした場合には、光の拡散による損失を
低減させる目的で投光ビームをコリメート化（平行化）
する必要があるため、反射体８が至近距離にある場合に
は光源部である発光部１と受光部２の位置ずれによって
反射光の検出ができない領域が発生することがある。

一方、第７図（ｂ）に示した一体型の装置では、発光部
１と受光部２の受発光の光軸が一致しているので検出距
離に対する影響はないが、発光光と受光光とを内部で分
岐しているため、光学系の構造が複雑であり、分離型の
装置と比較して高い受発光の結合効率を維持することは
困難である。また、至近距離の計測時には反射光量が著
しく増大するので、受光素子の飽和を防止する目的で該
受光素子の受光量を濃度フィルタ等の機械的な光量絞り
機構によって制御する必要がある。これは、位相差測定
によって距離計測を行う場合、検出電気信号のレベルを
一定に保たないと正確な計測ができないことに起因する
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光学式反射体検出装置は上記のように構成されて
いるため、近距離での検出ができない場合があり、また
、光学的絞り機構が必要になるなどの問題点があった。

すなわち、第７図（ａ）の分離型の検出装置では、発光
部と受光部が・独立のレンズ系を有しているので効率の
良い受発光ができるが、発光部と受光部の位置ずれによ
って近距離で反射光を受光できない領域が発生する。

また、第７図（ｂ）の一体型の検出装置では、内部で光
分岐させるので特に受光効率が低下し、近距離での検出
時には反射光の光量が非常に多くなるので光学的絞り機
構を装着する必要がある。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、受発光の結合効率が良く、近距離での検出も確実に
でき、また光学的絞り機構が不要な光学式反射体検出装
置を得ることを目的とじている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明の光学式反射体検出装置は、次のように構成し
たものである。

ａ９反射体からの反射光を受光する受光部を有し、その
受光信号から該反射体の有無等を検出する反射体検出装
置において、前記反射体に平行光を投光する第１の発光
部と反射体に広指向角光を投光する第２の発光部を備え
、前記受光部での受光信号に応じてこれらの第１の発光
部と第２の発光部を選択するようにした。

ｂ、前記ａの光学式反射体検出装置において、受光部の
受光素子にアバランシェフォトダイオードを使用し、そ
の検出光量に応じて逆バイアス電圧を制御し、電気信号
に変換された検出信号のレベルを一定に保つようにした
。

Ｃ１前記ａまたはｂの光学式反射体検出装置において、
反射体の有無を検出する時は、第１の発光部と第２の発
光部から同時に投光するようにした。

ｄ、前記すの光学式反射体検出装置において、アバラン
シェフォトダイオードに印加される逆バイアス電圧を検
出し、その電圧が規定値以下の時に第１の発光部から第
２の発光部に自動的に切換えるようにした。

〔作用〕

この発明の光学式反射体検出装置においては、反射体に
それぞれ平行光と広指向角光を投光する二つの発光部が
設けられ、受光部での受光信号に応じてこれらの発光部
が選択される。そして、各発光部は受光部と独立したレ
ンズ系を持たせることができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を第１図ないし第６図につい
て説明する。

第１図は受発光系の構成を示す図であり、図において、
１１は図外の反射体（第７図参照）に遠（長）距離計測
用のコリメート光（平行光）を投光する第１の発光部（
光源）、１２は反射体に近距離計測用の広指向角光を投
光する第２の発光部で、これらの発光部１１．１２はそ
れぞれＬＥＤあるいはレーザーダイオード等の発光素子
り、、Ｌ２及び集光レンズ１３．１４を備えている。１
５は上記反射体からの反射光を受光する受光部で、受光
素子として一般に遠距離計測に用いられるアバランシェ
フォトダイオード（以下ＡＰＤという）ＤＩが使用され
、また集光レンズ１６を備えている。そして、この受光
部１５での受光信号に応じて第１の発光部１１と第２の
発光部１２が選択されて反射体に投光されるようになっ
ている。

第２図は反射体までの距離と受光部１５での反射光の受
光量との関係を示したもので、曲線Ａは第１の発光部１
１からのコリメート光のみによる受光部１５の受光特性
、曲線Ｂは第２の発光部１２からの広指向角光のみによ
る受光部１５の受光特性をそれぞれ示している。図で示
されるように、第１の発光部工１のコリメート光のみの
場合、前述のように受光部１５との位置ずれによって至
近距離では受光量が著しく低下する。

一方、第２の発光部１２の広指向角光のみの場合、反射
光受光量は低下するが、至近距離での受光量低下は発生
しない。従って、遠距離を計測する場合は第１の発光部
１１、近距離を計測する場合は第２の発光部１２をそれ
ぞれ選択し、反射体までの距離に応じて発光部１１．１
２からの投光光を切換えることで、遠距離から近距離ま
での計測が可能である。

このように、第１図の検出装置は構造が簡単で且つ受発
光の結合効率の高い分離型を基本としているが、近距離
での検出も確実にでき、また光学的絞り機構も不要であ
る。

第３図は検出制御（処理）系の回路構成を示すブロック
図である。前述のＡＰＤ　　Ｄ、　　により電気信号に
変換された反射変調光の検出信号は、交流増幅器１７に
よって変調成分のみ増幅され、位相差検出回路１８に人
力される。そして、この位相差検出回路１８で反射体ま
での距離が計測され、その測距データが出力される。そ
の際、上記交流増幅器１７の出力信号は同時に検波回路
１９により直流信号に変換され、誤差増幅器２０に人力
される。そして、この誤差増幅器２０で基準直流信号発
生器２１からの基準の直流レベルの信号と比較され、そ
の差に応じた出力が逆バイアス電圧制御回路２２に人力
される。その結果、ＡＰＤ　　ＤＩには誤差増幅器２０
の出力に応じた逆バイアス電圧が印加される。この時、
逆バイアス電圧制御回路２２は、上記検波回路１９の出
力Ｖｌが基準の直流レベルの信号ｖ２よりレベルが高け
れば（Ｖｌ　＞Ｖ２　）ＡＰＤ　　ＤＩに印加する逆バ
イアス電圧を低減させ、検波回路１９の出力Ｖ、が信号
Ｖ２より低ければ（Ｖｌ＜Ｖ２）逆バイアス電圧を増加
させるように作用する。すなわち、ＡＰＤ　　Ｄ、の検
出光量に応じて逆バイアス電圧を制御し、ＡＰＤ　　Ｄ
、により電気信号に変換された検出信号のレベルを一定
に保つようにしている。また、ＡＰＤＤ＋に印加される
逆バイアス電圧は逆バイアス電圧検出回路２３により検
出され、ＣＰＵ２４に取り込まれる。そして、このＣＰ
Ｕ２４で逆バイアス電圧が規定値風」二であるか以下で
あるかが判別され、規定値以下の時には光源選択回路２
５により第１の発光部１１から第２の発光部１２に光源
か自動的に切換えられる。なお、第３図中、Ｒ８は負荷
抵抗を示している。

第４図は上述したＡＰＤ　　Ｄ＋の逆バイアス電圧と受
光感度の関係を示したものである。図から明らかなよう
に、ＡＰＤＤ宜は印加される逆バイアス電圧により受光
感度が変化する。従って、第３図に示したような閉ルー
プの回路を構成することにより、受光量の大小にかかわ
らず一定した交流増幅器１７の出力を得ることができる
。

また、第５図はＡＰＤ　　Ｄ、の逆バイアス電圧と応答
速度の関係を示したものである。図示のように、ある逆
バイアス電圧以下になるとＡＰＤ　　Ｄ、の応答速度が
著しく変化する領域かある。従って、第１の発光部１１
を選択している時、反射体が比較的近距離にある場合は
反射光量が増大し、ＡＰＤ　　Ｄ、の逆バイアス電圧が
低下する。そして、この逆バイアス電圧が１ ＡＰＤ　　Ｄ、の応答速度が変化する領域に入ると正確
な位相差測定ができなくなる。しかし、第３図の回路で
は逆バイアス電圧検出回路２３及び光源選択回路２５が
設けられているので、自動的に第２の発光部１２に光源
が切換ねる。

第６図は上述した動作の概略を示すフローチャートであ
る。本システムの作動が開始し、反射体の有無等を検出
する時には先ず第１の発光部１１と第２発光部１２から
同時に反射体に投光する（ステップＳｌ）。この状態で
反射光の有無を受光部１５を通して判断しくステップＳ
２）、本システムの測定範囲内に反射体が存在するか否
かの信号を出力する。すなわち、反射光が有ればＣＰＵ
２４に反射体検出信号を出力し、反射光が無ければ反射
体非検出信号を出力する。そして、反射光が有れば同時
に第１の発光部１１を選択しくステップＳ３）、再び反
射体からの反射光の有無を判断する（ステップＳ４）。

この時、反射光を受光していれば前述のＡＰＤＤ＋に印
加される逆バイア電圧Ｖ。が規定値Ｖ　ｒｅｆ以上　２ であるか否かを判断しくステップＳ５〉、逆バイアス電
圧Ｖ。が規定値Ｖ　ｒａｆ以上であれば位相差測定を行
う（ステップＳ６）。また、上記ステップＳ４で第１の
発光部１１からの反射光を受光できないか、あるいはス
テップＳ５で逆バイアス電圧Ｖ。が規定値Ｖ　ｒ　ｅ　
ｆ以下であれば第２の発光部１２を選択しくステップＳ
７）、その後ステップＳ６の動作に入る。そして、位相
差測定結果から反射体までの距離を計測し、その測距デ
ータを出力する（ステップＳ８）。

（発明の効果〕 以上のように、この発明によれば、反射体にそれぞれ平
行光と広指向角光を投光する二つの発光部を設け、受光
部での受光信号に応じてこれらの二つの発光部の選択を
行うようにしたので、構造か簡単で受発光の結合効率が
良く、近距離での検出も確実にでき、また光学的絞り機
構が不要であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図はこの発明の一実施例を示す図で、
第１図は受発光系の構成図、第２図は反射体までの距離
と反射光の受光量との関係を示す特性図、第３図は検出
制御系の回路構成を示すブロック図、第４図はＡＰＤの
逆バイアス電圧と受光感度の関係を示す特性図、第５図
はＡＰＤの逆バイアス電圧と応答速度の関係を示す特性
図、第６図は第３図の回路動作を示すフローチャート、
第７図（ａ）、（ｂ）は従来例を示す構成図である。 １１・・・・・・第１の発光部 １２・・・・・・第２の発光部 １３．１４・・・・・・集光レンズ １５・・・・・・受光部 １６・・・・・・集光レンズ １７・・・・・・交流増幅器 １８・・・・・・位相差検出回路 １９・・・・・・検波回路 ２０・・・・・・誤差増幅器 ２１・・・・・・基準直流信号発生器 ２２−−−−−−逆バイアス電圧制御回路２３・−・・
・・逆バイアス電圧検出回路２４　・・・・・・ＣＰＵ ２５・・・・・・光源選択回路 り。 ２ ・・・・・・発光素子 スタンレー電気株式会社 吃Ｘ紀壷架− 虐■鮒漫 一番梁彎墜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）反射体からの反射光を受光する受光部を有し、そ
   の受光信号から該反射体の有無等を検出する反射体検出
   装置において、前記反射体に平行光を投光する第１の発
   光部と反射体に広指向角光を投光する第２の発光部を備
   え、前記受光部での受光信号に応じてこれらの第１の発
   光部と第２の発光部を選択するようにしたことを特徴と
   する光学式反射体検出装置。
2. （２）前記受光部の受光素子にアバランシェフォトダイ
   オードを使用し、その検出光量に応じて逆バイアス電圧
   を制御し、電気信号に変換された検出信号のレベルを一
   定に保つようにしたことを特徴とする請求項１記載の光
   学式反射体検出装置。
3. （３）前記反射体の有無を検出する時は、第１の発光部
   と第２の発光部から同時に投光するようにしたことを特
   徴とする請求項１または２記載の光学式反射体検出装置
   。
4. （４）前記アバランシェフォトダイオードに印加される
   逆バイアス電圧を検出し、その電圧が規定値以下の時に
   第１の発光部から第２の発光部に自動的に切換えるよう
   にしたことを特徴とする請求項２記載の光学式反射体検
   出装置。