JPH0627810B2 - 反射形光電センサ - Google Patents

反射形光電センサ

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JPH0627810B2
JPH0627810B2 JP59091501A JP9150184A JPH0627810B2 JP H0627810 B2 JPH0627810 B2 JP H0627810B2 JP 59091501 A JP59091501 A JP 59091501A JP 9150184 A JP9150184 A JP 9150184A JP H0627810 B2 JPH0627810 B2 JP H0627810B2
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light emitting
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dimensional semiconductor
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千代春 堀口
俊彦 富田
忠男 鈴木
正孝 鈴木
佐喜雄 鈴木
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

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  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は反射形の光電センサ、さらに詳しくいえば、種
々の距離にある障害物の検出等に利用できる反射形の光
電センサに関する。
(従来技術) 従来の反射形の光電センサを利用した障害物検出を第8
図を参照して簡単に説明する。
光源101からの光は到達距離を大きくするために投光
レンズ102により、平行光束に近い状態にし、障害物
103方向に投射される。
障害物103からの反射光は受光レンズ104を介して
受光素子105で光電変換される。
この光電変換力は増幅および信号成分抽出回路107で
処理され障害物検知判別回路108により、障害物の存
在が検知される。
すなわち、光源101からの光の反射光を受光素子10
5で受け、検出電流のあるなしで障害物103を検知す
る方式となっているので次のような問題がある。
当然のことではあるが、障害物103の光源101か
らの光束の当る位置になければ検知できない。
前述したように通常光源101からの光は到達距離を大
きくするために投光レンズ102により、平行光束に近
い状態にし障害物103方向に投射されるから、検出視
野は非常に狭い。
障害物103の背後に反射率の高い壁や物体がある
と、障害物103からの反射光と区別できず、誤動作し
てしまう可能性がある。
(発明の目的) 本発明の目的を前方の空間のどの部分からの反射光であ
るかを知ることができる反射形の光電センサを提供する
ことにある。
(発明の構成) 前記目的を達成するために本発明による反射形光電セン
サは、発光手段と受光手段を一定基線長離して配置し三
角測量方式で前方の反射物体までの距離を検出する反射
形光電センサにおいて、 発光手段は、基線長方向に直交する方向に一列に配置さ
れた複数の発光素子と、発光素子の前方に配置された平
行光形成用の発光レンズとを備え、発光素子の夫々が時
分割的に点燈し、一定の角度範囲を光束により走査する
ように構成され、 受光手段は、発光手段の光束を走査する平面から一定基
線長離れて配置され基線長方向に位置検出可能な1次元
半導体位置検出器と、1次元半導体位置検出器の前方に
1次元半導体位置検出器の位置検出面の電気的中心位置
と光軸が一致するように配置され前方からの反射光を1
次元半導体位置検出器の位置検出面に集光させる受光レ
ンズとを備え、1次元半導体位置検出器の位置検出方向
に直交方向する方向の幅は、複数の発光素子の両端間の
距離より大きく、基線長方向と直交する方向の走査範囲
で前方からの反射光を受光して、基線長方向の入射位置
検出をするように構成され、 更に、受光手段の出力を発光手段からの光束の出射方向
に対応させて処理し、どの領域からの反射であるかを判
別する判別回路を備え、 三角測量方式は、反射物体までの距離をL、基線長を
B、受光レンズの焦点距離をf、受光レンズの光軸と1
次元半導体位置検出器の位置検出面の電気的中心位置か
ら受光レンズにより集光されたスポット光の受信位置ま
での距離をxとした場合に得られる式 L=(B・f)/x から距離Lを求める方式であり、 距離xは、1次元半導体位置検出器の基線長方向の両端
に設けられた2つの電極から得られる反射光検出電流を
それぞれi,i、2つの電極間の距離をCとした場
合に得られる式 i/i=(C/2+x)/(C/2−x) から求めるものであることを特徴とする。
(実施例) 以下図面等を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
第1図は、本発明による反射形光電センサを用いて障害
物の測定原理を示すための原理図であって、同図(A)
は平面的配置図、同図(B)は左側面配置図、同図
(C)は回路のブロック図である。
光束走査装置付き光源10は前方の空間の一定の角度範
囲(ω)を光束により走査するように構成されてい
る。
この光束走査装置付き光源10は光源駆動電源13から
のパルス列状の駆動電力に駆動され前方の空間を順次走
査する。
この前方空間に障害物11があれば、障害物11からの
反射光が受光素子12により検出され光電変換される。
受光素子12の光電変換出力は光電変換素子出力処理回
路14により増幅される。
検出対象別回路15には前記光電変換素子出力処理回路
14からの出力と前記光源駆動電源13からのタイミン
グ信号が接続されており、前方空間のどの角度または距
離からの反射があったのかが判別される。
今、障害物11が前方の空間の一定の角度範囲(ω
内の(ω)の範囲内に存在したとすると、光束が前記
(ω)の範囲内を走査しているときに限り第1図
(A)に示すような反射が発生し、受光素子12により
検出される。その期間だけ前記光電変換素子出力処理回
路14から出力が現れる。
検出対象判別回路15は前記光電変換素子出力処理回路
14からの出力を前記光源駆動電源13からのタイミン
グ信号を参照して、前方空間(ω)内の(ω)に障
害物が存在すると判別することができる。
第2図は複数の発光素子を備えた本発明の特徴を明確に
するための参考例の図であり、発光素子を1つだけ備え
た反射形光電センサの構成を示すブロック図である。
この参考例では、光源として発光点が1つの赤外線発光
ダイオード17(例えば浜松ホトニクス株式会社のL1
909)を用いている。
この赤外線発光ダイオード17は、発光ダイオード駆動
回路23により、パルス発光させられる。このパルス発
光は投光レンズ18により、平行光束に近い状態にされ
る。
回転プリズム19はモータ24により基線(投光レンズ
18と受光レンズ21を結ぶ距離B)に平行な軸中心に
回転させられる。
これにより赤外線発光ダイオード17からの光束は紙面
に対して垂直方向に偏向させられる。
この偏向周波数および同期をとるために、回転プリズム
19の同期検出用センサ25を用いる。
障害物20がこの光束の偏向角内に入って来ると障害物
20の表面で反射され、この反射光の一部は受光レンズ
21で1次元半導体位置検出装置22(例えば浜松ホト
ニクス株式会社のS1743−01)の受光面に集光さ
せられる。
今、障害物までの距離をL、基線長をB、受光レンズの
焦点距離をf、1次元半導体位置検出器22の電極22
a,22b間の距離をC、半導体位置検出器22の電気
的中心位置(通常前記電極間の等分点)から集光された
スポット光の重心位置までの距離をxとすると、次の
(1)式が成立する。
x=(B・f)/L …(1) また半導体位置検出器22の電極から得られる反射光検
出電流i,iとxの間には次の(2)式に示す関係
が成立する。
/i= (C/2+x)/(C/2−x)…(2) 半導体位置検出器22からの反射光検出電流i,i
の比を求めれば(1),(2)式により、障害物までの
距離Lを得ることができる。
半導体位置検出器22の出力電流は演算装置26に入力
されi/iが求められる。
第3図は第2図に示した反射形光電センサに設けられた
演算装置26の構成を示すブロック図である。
半導体位置検出器22の出力端子から得られる光電流に
障害物から反射された光源からのパルス光の他に、外部
の光の成分が含まれている。
このため、信号成分の抽出・増幅回路33,34によ
り、信号成分のみを抜き取り、増幅する。
そして、演算回路35で、i/iの演算を実行す
る。この演算値をサンプリングホールド回路36でホー
ルドする。
判別回路27は前記i/iから(1)式に示すL
と、i、iの存在する期間から、どの空間からの反
射であるかを判別出力する。
第4図は、本発明による反射形光電センサの一実施例を
示す斜視図である。同図では、特に光源部と受光部を取
り出して示している。
第2図に示した参考例では発光点が1つの赤外線発光ダ
イオード17を用い回転プリズム19およびその駆動用
モータ24を使用して、光束を紙面に垂直方向に振らし
ている。
しかし、本発明の実施例ではそのような機械的な可動部
は不必要である。
LEDチップl,l〜lを基線Bに直角方向に配
置した多点発光光源28を設け、このLEDチップl
〜lを時分割で発光させる。
そして投光レンズ29により前方に投射すれば、光束に
よる前方空間の走査が可能になる。
この多点発光光源28から基線長Bだけ離れた位置に半
導体位置検出器31が配置されている。レンズ30は集
光レンズである。
第5図は前記多点発光光源とこの多点発光光源を時分割
で点燈するためのドライバ回路の実施例を示す回路図で
ある。
第6図はドライバ回路のタイミングチャートである。
ドライバ回路37にn個のクロックが入力するとリセッ
ト(RESET)が掛り、出力端子Oから順に、O
まで時分割でHIGHの出力状態になる。この順番でト
ランジスタTr〜Trがオンになり、LEDチップ
〜lが時分割で発光させられる。
第4図に示すように光源の発光点は基線長Bに対して、
直角方向に並べられている。
この発光点の配列の全長をlとする。
これに対して半導体位置検出器31の一対の電極31
a,31bの配列方向は基線長方向であり、電極間隔を
C,電極の長さをWとする。
発光点の配列の全長lを電極の長さWの間には次の
(3)式の関係を与えておく。
W>l …(3) これにより、総てのLEDチップの発光に原因する反射
は、総て半導体位置検出器31の有効受光面に到達す
る。
障害物までの最至近距離をLmin とすると、(1)式よ
り、反射スポット光の最大移動距離xmax は(4)式に
なる。
max =(B・f)/Lmin …(4) 受光レンズ30によって、半導体位置検出器31の上に
集光された反射スポット光の径のdとする時、反射スポ
ット光が半導体位置検出器31の電極31a,31b内
からはずれないためには(5)式の条件を満たす必要が
ある。
C≧2xmax +d …(5) 半導体位置検出器31の出力電流は第2図と第3図の参
考例で示した演算装置26と判別装置27と同一の装置
により処理される。またこのときの障害物までの距離L
の検出原理は第2図の参考例で示した検出原理と同じで
ある。
次に本実施例の反射形光電センサの動作例を説明する。
第5図に示すドライバ回路37にクロック信号が入力す
ると、光源28の発光点が時分割で順に点燈する。
第7図に演算装置26の出力波形を示す。
クロック信号およびが入力した時点では反射光電流
がゼロ状態であることを示している。言いかえれば、障
害物までの距離は無限遠である。次にクロック,,
が入力した時、光源からのパルス光束が障害物に当
り、半導体位置検出器31から反射光電流が得られる。
クロック信号,,…が入力した時、反射光電流は
再びゼロ状態になる。
この出力波形Vout より次の3つの情報を得ることがで
きる。
1)クロック信号は検出視野をn分割していることにな
り、クロック信号の何番目からVout (i/iに相
当する電圧)が立上がり、何番目で立下がるかで、障害
物の存在する方向を知ることができる。
2)1)と同様の理由で、障害物の幅OWを知ることが
できる。
3)出力演算値の振幅Vout の大きさにより、障害物ま
での距離を知ることができる。
すなわち、(1),(2)式より、出力演算値vout
障害物までの距離Lによって決まる。
(発明の効果) 本発明による反射形の光電センサは、前方空間を光速で
走査するように構成してあるから、前方物体の距離、位
置、大きさ等の情報を得ることができる。
特に、一列に配置された複数の発光素子の夫々を時分割
的に点灯させて、前方空間の一定の角度範囲を高速で走
査しているので、回転プリズムや駆動用モータなどの光
束を振るための機械的な可動部が不要となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明による反射形光電センサを用いて障害
物の測定原理を示すための原理図であって、同図(A)
は平面的配置図、同図(B)は左側面配置図、同図
(C)は回路のブロック図である。 第2図は本発明の特徴を明確にするための参考例である
反射形光電センサの構成を示すブロック図である。 第3図は第2図の反射形光電センサに設けられた演算装
置の構成を示すブロック図である。 第4図は本発明による反射形光電センサの一実施例を示
す斜視図である。 第5図は前記実施例で使用する光源とそのドライバの実
施例を示すブロック図である。 第6図は前記ドライバの動作を示すタイミングチャート
である。 第7図は出力信号波形の例を示す波形図である。 第8図は従来の反射形の光電センサを用いた障害物セン
サを示すブロック図である。 10……光束走査装置付き光源 11……検出対象物体 12……光電素子 13……光源駆動電源 14……光電変換素子出力処理回路 15……検出対象判別回路 17……発光ダイオード、18……投光レンズ 19……回転プリズム、20……障害物 21……受光レンズ 22……半導体位置検出器 23……LEDドライバ回路 24……駆動モータ 25……回転同期検出用センサ 26……演算装置 27……判別回路 28……光源 29……投光レンズ 30……受光レンズ 31……半導体位置検出器 33,34……信号成分抽出・増幅回路 35……演算回路 36……サンプルホールド回路 37……ドライバ回路 101……光源、102……投光レンズ 103……障害物、104……受光レンズ 105……受光素子、106……ドライバ回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 忠男 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 鈴木 正孝 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (72)発明者 鈴木 佐喜雄 静岡県浜松市市野町1126番地の1 浜松ホ トニクス株式会社内 (56)参考文献 特開 昭51−5052(JP,A) 特開 昭55−96475(JP,A) 特開 昭57−172269(JP,A) 特開 昭58−158574(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】発光手段と受光手段を一定基線長離して配
    置した三角測量方式で前方の反射物体までの距離を検出
    する反射形光電センサにおいて、 前記発光手段は、前記基線長方向に直交する方向に一列
    に配置された複数の発光素子と、前記発光素子の前方に
    配置された平行光形成用の発光レンズとを備え、前記発
    光素子の夫々が時分割的に点燈し、前記一定の角度範囲
    を光束により走査するように構成され、 前記受光手段は、前記発光手段の光束を走査する平面か
    ら一定基線長離れて配置され基線長方向に位置検出可能
    な1次元半導体位置検出器と、前記1次元半導体位置検
    出器の前方に前記1次元半導体位置検出器の位置検出面
    の電気的中心位置と光軸が一致するように配置され前方
    からの反射光を前記1次元半導体位置検出器の位置検出
    面に集光させる受光レンズとを備え、前記1次元半導体
    位置検出器の位置検出方向に直交方向する方向の幅は、
    前記複数の発光素子の両端間の距離より大きく、前記基
    線長方向と直交する方向の走査範囲で前方からの反射光
    を受光して、前記基線長方向の入射位置検出をするよう
    に構成され、 更に、前記受光手段の出力を前記発光手段からの光束の
    出射方向に対応させて処理し、どの領域からの反射であ
    るかを判別する判別回路を備え、 前記三角測量方式は、前記反射物体までの距離をL、前
    記基線長をB、前記受光レンズの焦点距離をf、前記受
    光レンズの光軸と前記1次元半導体位置検出器の位置検
    出面の電気的中心位置から前記受光レンズにより集光さ
    れたスポット光の重心位置までの距離をxとした場合に
    得られる式 L=(B・f)/x から距離Lを求める方式であり、 前記距離xは、前記1次元半導体位置検出器の基線長方
    向の両端に設けられた2つの電極から得られる反射光検
    出電流をそれぞれi,i、前記2つの電極間の距離
    をCとした場合に得られる式 i/i=(C/2+x)/(C/2−x) から求めるものであることを特徴とする反射形光電セン
    サ。
JP59091501A 1984-05-08 1984-05-08 反射形光電センサ Expired - Lifetime JPH0627810B2 (ja)

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JPH0616147B2 (ja) * 1986-03-26 1994-03-02 チノン株式会社 カメラ
CA1288128C (en) * 1986-12-01 1991-08-27 Gerardus A.W. Vermeulen Cathode ray tube having a blue luminescing zinc sulphide
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