JPH07106939A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 被検出物体までの距離変動にかかわらず被検
出物体の明暗を確実に検出する。 【構成】 投光手段２１は被検出物体２４に投光する。
受光手段２５は被検出物体２４からの反射光の受光位置
及び受光量を示す第１及び第２の受光信号Ｖａ，Ｖｂを
出力する。距離演算手段２９は、受光手段２５からの第
１及び第２の受光信号Ｖａ，Ｖｂに基づいて被検出物体
２４までの距離を演算する。受光量演算手段３０は、受
光手段２５からの第１及び第２の受光信号Ｖａ，Ｖｂに
基づいて受光量を求めると共に、その受光量に応じた受
光信号を距離演算手段２９からの距離信号に基づいて補
正した状態で出力することにより距離による受光量の変
動を無効化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばラベルの表面に
印刷されたマークの検出に好適する光電センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の光電センサによる検出例を図９
を参照して説明する。この図９は、光電センサにより白
色のシートに印刷された黒色マークの検出状態を示すも
ので、光電センサ１はシート２から所定距離離間した位
置に配置されている。この光電センサ１は投光部及び受
光部を並設して構成されており、投光部からスポット光
を投光すると共に、受光部によりシート２からの反射光
を受光するようになっている。この場合、白色のシート
２において下地部分の反射強度は大きく、黒色のマーク
２ａ部分の反射強度は小さいので、光電センサ１は、受
光部１ｂの受光量の差に基づいてシート２に印刷された
マーク２ａを検出することができる。

【０００３】図１０は上記光電センサの構成の一例を示
している。この図１０において、投光素子３は、投光回
路４からのパルス信号に応じたパルス光をシート２に集
光状態で投射し、受光素子５はシート２からの反射光を
受光して受光信号を出力する。そして、受光素子５から
の受光信号は、増幅回路６により増幅されると共に同期
回路６により投光回路４のパルス信号の出力タイミング
で同期検波されてから積分回路８で積分される。従っ
て、積分回路８による積分出力を比較回路９において所
定の検出レベルと比較することにより、出力回路１０か
らマークを検出したことを示す検出信号を外部に出力す
ることができる。

【０００４】上記構成の光電センサを用いた検出の具体
例としては、包装紙等のシートを一定の長さに切断する
切断装置に適用したものがある。つまり、図１１に示す
ようにローラ１１により送り出されるシート２の裏側に
は一定間隔毎にマーク２ａが印刷されているので、シー
ト２に印刷されたマーク２ａの移動軌跡に対応して光電
センサ１を配置し、その光電センサ１から検出信号が出
力されたタイミングでカッター１２を作動させることに
よりシート２を一定の長さ毎に切断することができる。

【０００５】ここで、切断されたシート２には、切断位
置検出のためのマーク２ａが存在することになるが、斯
様なマーク２ａはシート２の見映えという観点からはシ
ート２の切断端部にできるだけ近付けるのが望ましいの
で、マーク２ａを検出するための光電センサ１をカッタ
ー１２に隣接して配置するようにしている。

【０００６】また、光電センサ１の検出対象としては、
コンベアにより搬送される異なる色の箱の中から特定の
色の箱を仕分ける仕分け装置に適用したものがある。つ
まり、箱からの反射光量は箱の色に応じて異なるので、
光電センサ１として受光量を示す受光信号をアナログ出
力する構成のものを用いることにより、受光信号の信号
レベルに基づいて任意の色の箱を検出することができ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光電センサ
１をシートの切断装置に適用したものの場合、送りロー
ラ１１の回転むら、或いはローラ１１とシート２との間
の滑りによって光電センサ１の検出位置においてシート
２に撓みが生じ易い。特に、上述したように光電センサ
１をカッター１２に隣接して配置した場合には、カッタ
ー１２によるシート２の切断位置にシート２を支持する
ためのガイドを設けることができないので、シート２が
上下方向に不安定となって大きく撓んでしまう。このた
め、図１０中に（ｂ）で示す適正位置から（ａ），
（ｃ）で示すようにシート２の位置が大きく変動してし
まうので、このような状態で光電センサ１によるシート
２のマーク２ａの検出が行われた場合には、光電センサ
１によるマーク２ａの検出が困難となる。つまり、図１
０中に（ｂ）で示すようにシート２が適正位置に位置し
ているときは、図１２中に（ｂ）で示すようにマーク２
ａの検出時における受光量レベルのみが検出レベルより
も低くなるので、シート２に印刷されたマーク２ａの検
出が可能となる。

【０００８】しかしながら、図１０中に（ａ）で示すよ
うにシート２が撓んで光電センサ１に接近した場合に
は、図１２中に（ａ）で示すようにシート２の下地部分
及びマーク２ａ部分の検出時における受光量レベルの何
れも検出レベルを上回るので、マーク２ａを検出するこ
とは不可能となる。また、図１０中に（ｃ）で示すよう
にシート２が撓んで光電センサ１から遠ざかった場合に
は、図１２中に（ｃ）で示すようにシート２の下地部分
及びマーク２ａ部分の検出時における受光量レベルの何
れも検出レベルを下回るので、この場合もマーク２ａを
検出することは不可能となる。

【０００９】一方、光電センサ１を箱の仕分け装置に適
用した場合には、箱の大きさが異なったり、或いはコン
ベア上の箱の位置がずれて光電センサからの距離が変動
することがあり、このような場合には、光電センサ１か
らの受光量を示す受光信号が変動してしまうので、受光
信号に基づく特定色の箱の検出ができなくなる。

【００１０】この場合、光電センサ１とシート２との間
の距離を測定する距離センサを設け、その距離センサに
よる検出距離に基づいて光電センサ１の積分回路８の積
分出力を補正することが考えられるが、それでは、全体
構成が複雑化して大形化すると共にコストが大幅に上昇
するという欠点がある。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、被検出物体から反射した受光量に基づ
いて被検出物体の明暗を検出する構成において、被検出
物体までの距離の変動にかかわらず被検出物体の明暗を
確実に検出しながら大形化することがないと共にコスト
が大幅に上昇することがない光電センサを提供すること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の光電センサは、
被検出物体に投光する投光手段を設け、前記被検出物体
からの反射光を当該被検出物体までの距離に応じた位置
で受光すると共にその受光位置及び受光量を示す第１及
び第２の出力信号を出力する受光手段を設け、この受光
手段からの第１及び第２の出力信号に基づいて前記被検
出物体までの距離及び前記受光手段による受光量を求め
ると共に当該受光量に応じた受光信号を前記被検出物体
までの距離に応じて補正した状態で出力する補正手段を
設けたものである。

【００１３】

【作用】受光手段は、被検出物体で反射した投光手段か
らの光を被検出物体までの距離に応じた位置で受光して
受光位置及び受光量に応じた第１及び第２の出力信号を
出力する。そして、補正手段は、受光手段からの第１及
び第２の出力信号に基づいて被検出物体までの距離及び
受光手段による受光量を求めると共に当該受光量に応じ
た受光信号を被検出物体までの距離に基づいて補正した
状態で出力する。これにより、受光手段による受光量が
被検出物体までの距離に応じて変動するにしても、その
変動は無効化されるので、被検出物体の明暗を確実に検
出することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１乃至図６を
参照して説明する。図１は電気的構成を概略的に示して
いる。この図１において、投光手段２１は投光駆動回路
２２及び投光素子２３から成り、投光駆動回路２２によ
る駆動に応じて投光素子２３から被検出物体２４にスポ
ット光を投光する。受光手段２５は位置検出素子２６を
主体として成り、被検出物体２４からの反射光を集光状
態で位置検出素子２６上に受光する。この位置検出素子
２６は、受光位置及び受光量を示す第１の出力信号Ｖa
及び第２の出力信号Ｖb をアンプ２７を通じて出力す
る。この場合、第１及び第２の出力信号Ｖa ，Ｖb の和
は位置検出素子２６の受光量を示し、第１及び第２の出
力信号Ｖａ，Ｖｂの比率は位置検出素子２６の受光位置
を示している。

【００１５】補正手段２８は距離演算手段２９及び受光
量演算手段３０から成る。距離演算手段２９は、第１及
び第２の出力信号Ｖa ，Ｖb の比率に基づいて位置検出
素子２６の受光位置を検出すると共にその受光位置に基
づいて三角測量の原理で被検出物体２４までの距離を演
算する。受光量演算手段３０は、第１及び第２の出力信
号Ｖa ，Ｖb の和に基づいて受光手段２５による受光量
を検出すると共に、その受光量を距離演算手段２９によ
る被検出物体２４までの距離に応じて補正した状態で出
力する。つまり、受光手段２５の位置検出素子２６が受
光する被検出物体２４からの反射光は被検出物体２４ま
での距離に応じて変動するので、その変動による影響を
無効化するように補正するのである。従って、受光量演
算手段３０からの出力信号は被検出物体２４までの距離
にかかわらず被検出物体２４の明暗に応じた大きさにな
るので、受光量演算手段３０からの出力信号に基づいて
被検出物体２４の明暗を確実に検出することができる。

【００１６】図２は上記構成の具体例を示している。こ
の図２において、投光手段２１は投光駆動回路２２及び
投光素子たるＬＥＤ２３から成り、ＬＥＤ２３は投光駆
動回路２２からのパルス信号に基づいてパルス光を投光
レンズ２１ａを通じて平行光として被検出物体２４に投
光する。

【００１７】受光手段２５は１次元位置検出素子である
ＰＳＤ（Position Sensitive Device ）２６及び電流電
圧変換用アンプ２７から成り、ＰＳＤ２６は被検出物体
２４からの反射光を受光レンズ２５ａを通じて集光状態
で受光する。

【００１８】図３はＰＳＤ２６の構造を模式的に示して
いる。この図３において、ＰＳＤ２６はシリコンフォト
ダイオードを応用したスポット光の位置検出素子で、シ
リコンの表面のＰ層と裏面のＮ層との中間にＩ層を形成
して成る。ここで、ＰＳＤ２６は、入射した光を入光量
に応じて光電変換して光電流Ｉとして発生すると共に、
発生した光電流ＩをＰ層に設けられた電極２６ａ，２６
ｂから分割出力する。この場合、Ｐ層は抵抗層として機
能するように全面に均一な抵抗値を有するように形成さ
れているので、電極２６ａ，２６ｂからの光電流は入射
光と電極２６a，２６b までの距離（抵抗値）に逆比例
して出力される。

【００１９】つまり、図３に示すようにＰＳＤ２６の電
極２６a ，２６b 間をＺs 、電極２６a ，２６b からの
光の入射距離をＺa ，Ｚb （Ｚs ＝Ｚa ＋Ｚb ）、入射
エネルギにより発生する電流をＩとすると、電極２６a
，２６b から出力される第１及び第２の出力信号たる
電流信号Ｉa ，Ｉb はＩ＝Ｉa ＋Ｉb 、Ｉa ＝（Ｚb ／
Ｚs ）・Ｉ、Ｉb ＝（Ｚa ／Ｚs ）・Ｉで表すことがで
きる。従って、上記各式に基づいてＰＳＤ６の受光量及
び入射光の位置を求めることができる。

【００２０】図２において、受光手段２５の電流電圧変
換用のアンプ２７は、ＰＳＤ２６からの第１及び第２の
電流信号Ｉa ，Ｉb を第１及び第２の電圧信号Ｖa ，Ｖ
b に電流電圧変換する。

【００２１】補正手段２８を構成する距離演算手段２９
は、減算回路３１、加算回路３２及び除算回路３３から
成る。減算回路３１は、受光手段２５からの第１及び第
２の電圧信号Ｖa ，Ｖb を減算してＶa −Ｖb を求め
る。加算回路３２は、受光手段２５からの第１及び第２
の電圧信号Ｖa ，Ｖb を加算してＶa ＋Ｖb を求める。
そして、除算回路３３は、減算回路３１及び加算回路３
２の演算結果に基づいて（Ｖa −Ｖb ）／（Ｖa ＋Ｖb
）を求める。

【００２２】距離演算手段２９と共に補正手段２８を構
成する受光量演算手段３０は、加算回路３２及び可変増
幅回路３４から成り、この場合、加算回路３２は前記距
離演算手段２９のものを共用している。可変増幅回路３
４は、加算回路３２による演算値を除算回路３３による
演算値に基づいて後述するように被検出物体２４までの
距離による影響を無効化するように補正して出力する。

【００２３】比較回路３５は、可変増幅回路３４からの
出力と検出レベルとを比較して検出信号を出力する。出
力回路３６は、比較回路３５からの検出信号に応じて図
示しない負荷を駆動する。

【００２４】次に上記構成の作用について説明する。投
光手段２１の投光駆動回路２２の駆動に応じてＬＥＤ２
３からパルス光が出力され、そのパルス光は投光レンズ
２１ａにより略平行光に変換されて被検出物体２４に照
射される。そして、被検出物体２４からの反射光は受光
レンズ２５ａによる集光状態でＰＳＤ２６に受光され
る。このとき、ＰＳＤ２６の受光位置は、ＰＳＤ２６と
被検出物体までの距離とに応じた位置になり、その受光
位置に応じてＰＳＤ２６からは第１の電流信号Ｉa （＝
（Ｚb ／Ｚs ）・Ｉ）及び第２の電流信号Ｉb （＝（Ｚ
a ／Ｚs ）・Ｉ）が出力される（但し、Ｚs ＝Ｚa ＋Ｚ
b 、Ｉ＝Ｉa ＋Ｉb ）と共に、その第１及び第２の電流
信号Ｉa ，Ｉb はアンプ２７により第１及び第２の電圧
信号Ｖa ，Ｖb に電流電圧変換される。

【００２５】そして、距離演算手段２９は、受光手段２
５からの第１及び第２の電圧信号Ｖa ，Ｖｂに基づいて
（Ｖa −Ｖb ）／（Ｖa ＋Ｖb ）を演算して距離信号と
して出力する。この演算値は、ＰＳＤ２６におけるスポ
ット光の受光位置、ひいては被検出物体２４までの距離
に略対応している。従って、受光量演算手段２５からの
距離信号は、図４に示すように被検出物体２４までの距
離と比例関係にあり、被検出物体２４が図２中に
（ａ），（ｂ），（ｃ）で示す位置に位置するのに応じ
て距離演算手段２９からの距離信号は図４中に（ａ），
（ｂ），（ｃ）で示す出力となる。この場合、距離出力
手段２９からの距離信号にはＰＳＤ２６による発生電流
Ｉが含まれていないので、被検出物体２４の明暗に伴っ
てＰＳＤ２６の受光量が変動した場合であっても、図４
に示した距離と出力信号との関係が影響を受けることは
ない。従って、被検出物体２４の表面が白色或いは黒色
のように色が異なる場合であっても、距離出力手段か２
９らの距離信号が変動することはない。

【００２６】一方、距離演算手段２９における加算回路
３２は受光量演算手段３０の構成要素であり、加算回路
３２による演算値Ｖa ＋Ｖb はＰＳＤ２６による受光量
である。この場合、ＰＳＤ２６の受光量は、図５に示す
ように被検出物体２４の表面の明暗（反射率）に応じて
変化する。また、被検出物体２４の明暗が一定であって
も、被検出物体２４までの距離が大きい程ＰＳＤ２６へ
の入光量が減少するので、ＰＳＤ２６の受光量は、図５
に示すように距離に応じても変化する。

【００２７】さて、受光量演算手段３０の可変増幅回路
３４は、図４に示した距離演算手段２９からの距離信号
に基づいて増幅率を調整しており、その調整により図５
に示した加算回路３２による演算値を補正して図６に示
すように距離にかかわらず被検出物体２４の明暗だけに
応じた受光信号を出力する。つまり、加算回路３２によ
る演算値は、被検出物体２４の明暗が一定であっても被
検出物体２４までの距離に応じて影響を受けるので、そ
の影響を無効化するために被検出物体２４までの距離に
応じて補正した状態で出力するのである。

【００２８】そして、比較回路３５は、受光量演算手段
３０からの受光信号が検出レベルを越えたか否かに基づ
いて検出信号を出力する。また、出力回路３６は、比較
回路３５から検出信号が出力されたときに図示しない負
荷を駆動する。従って、白色のシートに印刷された黒色
のマークを検出する場合には、比較回路３５は、受光量
演算手段３０からの出力信号が検出レベルを下回ったと
きに検出信号を出力するように設定される。また、従来
例で説明したようにシートのマーク位置で切断する場合
には、出力回路３６は、比較回路３５から検出信号が出
力されたタイミングでカッターを駆動する。

【００２９】上記構成のものによれば、受光量演算手段
３０において、被検出物体２４の明暗を示す加算回路３
２による演算値を被検出物体２４までの距離を示す距離
演算手段２９による演算値により補正することにより、
ＰＳＤ２６による受光量に応じた受光信号を被検出物体
２４までの距離による影響を無効化した状態で出力する
ようにしたので、受光素子の受光量に応じた信号を単に
出力するだけの構成のものに比べて、被検出物体２４ま
での距離変動にかかわらず被検出物体２４の明暗のみに
応じた信号を出力することができる。従って、被検出物
体２４の明暗差に応じた検出信号を確実に検出すること
ができるので、被検出物体２４の色が僅かに異なる場合
であっても確実に検出することができる。

【００３０】また、１つの受光手段２５から受光信号に
加えて距離信号を得ることができるので、受光手段２５
を２つ設ける必要がなく、部品点数を大幅に削減するこ
とができる。従って、反射形光電センサから出力される
受光量に応じた受光信号を距離センサからの距離信号に
基づいて補正する構成のものに比べて、全体の小形化を
図ることができると共にコストも低減することができ
る。

【００３１】しかも、本実施例では、加算回路３２を距
離演算手段２９と受光量演算手段３０とで兼用するよう
にしたので、距離演算手段２９及び受光量演算手段３０
に夫々加算回路３２を設ける構成に比べて、構成を簡略
化することができる。

【００３２】図７は本発明の第２実施例を示しており、
第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略
し、異なる部分についてのみ説明する。即ち、図７にお
いて、受光量演算手段３０は加算回路３２のみであると
共に、受光量演算手段２９と共に補正手段２８を構成す
る投光駆動回路２２は距離演算手段２９による演算値に
基づいてＬＥＤ２３に対する駆動電流を調整するように
なっている。この場合、投光駆動回路２２は、被検出物
体２４が近距離のときは投光駆動電流を低下させ、被検
出物体２４が遠距離のときは投光駆動電流を増加するよ
うになっており、これにより、被検出物体２４までの距
離にかかわらずＰＳＤ２６が受光する受光量が変動しな
いようにしている。従って、受光量演算手段３０からの
出力は図６に示す特性となるので、第１実施例と同様
に、被検出物体２４までの距離にかかわらず被検出物体
２４の明暗を確実に検出することができる。

【００３３】図８は本発明の第３実施例における距離演
算手段２９の他の例を示している。この図８において、
受光手段２５から与えられる第１及び第２の電圧信号Ｖ
ａ，Ｖｂは、２つの対数増幅回路３７，３８に与えられ
ていると共に、対数増幅回路３７，３８からの出力は減
算回路３９により減算されてから出力される。ここで、
対数増幅回路３７，３８はlog Ｖa ，log Ｖb を夫々演
算して出力すると共に、減算回路３９はlog Ｖa ／Ｖb
を出力する。従って、減算回路３９からの出力は被検出
物体２４までの距離に応じた信号であるので、減算回路
３９からの出力に基づいてＰＳＤ２６の受光量を補正し
たり、ＬＥＤ２３からの投光量を補正することにより被
検出物体２４までの距離にかかわらず被検出物体２４の
明暗を確実に検出することができる。

【００３４】尚、上記実施例では、比較回路３５におい
て受光量演算手段３０からの受光信号と所定の検出レベ
ルと比較して検出信号を出力するようにしているが、受
光量演算手段３０からの出力を直接外部に出力するよう
に構成してもよい。斯様な構成によれば、光電センサか
らの出力は、被検出物体２４までの距離の影響を受ける
ことがなく被検出物体２４の明暗或いは色にのみに応じ
た大きさとなる。

【００３５】また、距離演算手段２９、受光量演算手段
３０及び比較回路３５をマイクロコンピュータにより構
成するようにしてもよい。この場合、マイクロコンピュ
ータのＲＯＭに被検出物体２４までの距離に応じた補正
データのテーブルを予め記憶し、演算された距離データ
に基づいて補正データのテーブルから補正値を読出すこ
とによりＰＳＤ２６の受光量を補正するようにしてもよ
い。

【００３６】また、距離演算手段２９及び受光量演算手
段３０において共用している加算回路３２を、個別に設
けるようにしてもよい。

【００３７】さらに、ＬＥＤ２３に代えて半導体レーザ
を用いるようにしてもよいと共に、ＰＳＤ２６に代えて
二分割フォトダイオードを用いるようにしてもよい。

【００３８】加えて、上記各実施例では、距離演算手段
２９からの出力は被検出物体２４までの距離に略比例す
るものとして説明したが、光電センサの検出精度が要求
されるときは、距離演算手段２９からの出力を距離と比
例関係となるように補正するようにしてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光電センサによれば、被検出物体に投光する投光手段
を設け、前記被検出物体からの反射光を当該被検出物体
までの距離に応じた位置で受光すると共にその受光位置
及び受光量を示す第１及び第２の出力信号を出力する受
光手段を設け、この受光手段からの第１及び第２の出力
信号に基づいて前記被検出物体までの距離及び前記受光
手段による受光量を求めると共に当該受光量に応じた受
光信号を前記被検出物体までの距離に応じて補正した状
態で出力する補正手段を設け、受光手段の受光量に応じ
た受光信号が被検出物体までの距離に影響を受けること
を防止するようにしたので、被検出物体から反射した受
光量に基づいて被検出物体の明暗を検出する構成におい
て、被検出物体までの距離の変動にかかわらず被検出物
体の明暗を確実に検出しながら大形化することがないと
共にコストが大幅に上昇することがないという優れた効
果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における概念図

【図２】電気的構成を示す概略図

【図３】ＰＳＤの構造を示す模式図

【図４】被検出物体までの距離と距離出力との関係を示
す特性図

【図５】被検出物体までの距離と受光出力との関係を示
す特性図

【図６】補正された状態で示す図５相当図

【図７】本発明の第２実施例を示す図２相当図

【図８】本発明の第３実施例を示す要部の概略図

【図９】従来例における検出状態を示す光電センサの側
面図

【図１０】図１相当図

【図１１】光電センサによる検出状態を示す斜視図

【図１２】被検出物体までの距離と受光量レベルとの関
係を示す特性図

【符号の説明】

２１は投光手段、２２は投光駆動回路、２３は投光素
子、２４は被検出物体、２５は受光手段、２６は位置検
出素子、２８は補正手段、２９は距離演算手段、３０は
受光量演算手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物体に投光する投光手段と、 前記被検出物体からの反射光を当該被検出物体までの距
   離に応じた位置で受光するように設けられその受光位置
   及び受光量を示す第１及び第２の出力信号を出力する受
   光手段と、 この受光手段からの第１及び第２の出力信号に基づいて
   前記被検出物体までの距離及び前記受光手段による受光
   量を求めると共に当該受光量に応じた受光信号を前記被
   検出物体までの距離に応じて補正した状態で出力する補
   正手段とを備えたことを特徴とする光電センサ。