JPH07120254A - 物体検知センサ - Google Patents
物体検知センサInfo
- Publication number
- JPH07120254A JPH07120254A JP29132293A JP29132293A JPH07120254A JP H07120254 A JPH07120254 A JP H07120254A JP 29132293 A JP29132293 A JP 29132293A JP 29132293 A JP29132293 A JP 29132293A JP H07120254 A JPH07120254 A JP H07120254A
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- Japan
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- light receiving
- light
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 三角法を用いる光アクティブ物体検知センサ
において、検知物体の反射率に影響を受けない物体検知
センサを提供する。 【構成】 三角法を用いた光アクティブ物体検知センサ
において、投光レンズと、該投光レンズから検知物体に
当たり反射した光を受光して電気信号を発生するように
並置した複数の受光素子と、各受光素子間の電気信号の
差を増幅する差動増幅器とを設ける。また、隣合った２
つの受光素子からの電気信号を加算する加算増幅器をさ
らに設けてもよく、またさらに、差動増幅器からの出力
と加算増幅器からの出力から検知物体の位置を判定する
判定回路をさらに設けてもよい。
において、検知物体の反射率に影響を受けない物体検知
センサを提供する。 【構成】 三角法を用いた光アクティブ物体検知センサ
において、投光レンズと、該投光レンズから検知物体に
当たり反射した光を受光して電気信号を発生するように
並置した複数の受光素子と、各受光素子間の電気信号の
差を増幅する差動増幅器とを設ける。また、隣合った２
つの受光素子からの電気信号を加算する加算増幅器をさ
らに設けてもよく、またさらに、差動増幅器からの出力
と加算増幅器からの出力から検知物体の位置を判定する
判定回路をさらに設けてもよい。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、三角法を用いた光アク
ティブ物体検知センサに関する。
ティブ物体検知センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】図７は、光アクティブ物体検知センサに
おいて用いられる三角法の原理を説明するための概略図
である。図７において、発光素子１と受光素子２の間の
距離をｘとし、受光レンズの焦点距離をｆとし、反射光
の集光する位置から受光レンズ１０の光軸までの距離を
ｄとすると、検知物体１３までの距離Ｌは、Ｌ＝ｘ・ｆ
／ｄとなる。
おいて用いられる三角法の原理を説明するための概略図
である。図７において、発光素子１と受光素子２の間の
距離をｘとし、受光レンズの焦点距離をｆとし、反射光
の集光する位置から受光レンズ１０の光軸までの距離を
ｄとすると、検知物体１３までの距離Ｌは、Ｌ＝ｘ・ｆ
／ｄとなる。
【０００３】従来の三角法を用いた光アクティブ物体検
知センサは、例えば、図５に示すように、受光レンズ１
０の後方に２つの受光素子２、３を配置し、検知物体か
らの反射光を受光する。反射光は受光レンズ１０で集光
されるので、どちらか一方の受光素子で受光され、受光
素子は受光した光を電気信号に変換し、さらに電気信号
は必要に応じて増幅器１４で増幅される。この電気信号
が所定レベル以上であるか否かを比較器５によって判定
し、所定レベル以上であれば、この電気信号を出力した
受光素子に対応する領域に物体が存在するとして、この
出力を例えば表示器１１または１２に出力する。
知センサは、例えば、図５に示すように、受光レンズ１
０の後方に２つの受光素子２、３を配置し、検知物体か
らの反射光を受光する。反射光は受光レンズ１０で集光
されるので、どちらか一方の受光素子で受光され、受光
素子は受光した光を電気信号に変換し、さらに電気信号
は必要に応じて増幅器１４で増幅される。この電気信号
が所定レベル以上であるか否かを比較器５によって判定
し、所定レベル以上であれば、この電気信号を出力した
受光素子に対応する領域に物体が存在するとして、この
出力を例えば表示器１１または１２に出力する。
【０００４】また、図６に示すように、受光レンズの後
方に半導体位置検出器１５を配置し、検知物体１３から
の反射光を受光レンズ１０で集光して受光する。この半
導体位置検出器１５は、２つの電極を有し、光電変換さ
れた電気信号は、この２つの電極から取り出される。こ
れらの２つの電気信号は、加算増幅器６によって加算増
幅されて加算信号として出力され、また差動増幅器４に
よって差動増幅されて差動信号として出力される。次い
で、除算器１６によって差動信号を加算信号で除算して
除算信号を出力し、得られた除算信号によって検知物体
の距離を判定するものである。
方に半導体位置検出器１５を配置し、検知物体１３から
の反射光を受光レンズ１０で集光して受光する。この半
導体位置検出器１５は、２つの電極を有し、光電変換さ
れた電気信号は、この２つの電極から取り出される。こ
れらの２つの電気信号は、加算増幅器６によって加算増
幅されて加算信号として出力され、また差動増幅器４に
よって差動増幅されて差動信号として出力される。次い
で、除算器１６によって差動信号を加算信号で除算して
除算信号を出力し、得られた除算信号によって検知物体
の距離を判定するものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】図５に示す方法では、
投光する光に幅があるので、受光素子上に集光するスポ
ットは、ある大きさを持つことになる。そのため、受光
スポットが受光素子２と３にまたがることになり、反射
率の低い物体に対しては光量不足のためエリアＡとエリ
アＢの境界に死角が生じ、反射率の高い物体に対しては
エリアＡとエリアＢが重なり合う領域が生じるという問
題があった。
投光する光に幅があるので、受光素子上に集光するスポ
ットは、ある大きさを持つことになる。そのため、受光
スポットが受光素子２と３にまたがることになり、反射
率の低い物体に対しては光量不足のためエリアＡとエリ
アＢの境界に死角が生じ、反射率の高い物体に対しては
エリアＡとエリアＢが重なり合う領域が生じるという問
題があった。
【０００６】また、図６に示す半導体位置検出器を用い
る方法では、反射率の低い物体に対しては除算器１６に
入力する、加算増幅器６からの信号が雑音レベルと同等
かそれより小さくなるために、除算結果に不定性が生じ
る。これを解決するために、回路系全体の信号対雑音比
を向上させようとして、発光・受光をパルス化し、その
周波数を上げようとしても、半導体位置検出器が追随し
て応答できない。
る方法では、反射率の低い物体に対しては除算器１６に
入力する、加算増幅器６からの信号が雑音レベルと同等
かそれより小さくなるために、除算結果に不定性が生じ
る。これを解決するために、回路系全体の信号対雑音比
を向上させようとして、発光・受光をパルス化し、その
周波数を上げようとしても、半導体位置検出器が追随し
て応答できない。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明では、三角法を用いた光アクティブ物体検知
センサにおいて、複数の受光素子と、隣合う受光素子か
らの電気信号を差動増幅する差動増幅器が設けられる。
受光素子上に集光するスポットがある大きさを持ち、２
つの受光素子にまたがる場合、両受光素子によって変換
される電気信号を差動増幅し、電気信号の大きい受光素
子に対応する領域に物体が存在すると判断する。
に、本発明では、三角法を用いた光アクティブ物体検知
センサにおいて、複数の受光素子と、隣合う受光素子か
らの電気信号を差動増幅する差動増幅器が設けられる。
受光素子上に集光するスポットがある大きさを持ち、２
つの受光素子にまたがる場合、両受光素子によって変換
される電気信号を差動増幅し、電気信号の大きい受光素
子に対応する領域に物体が存在すると判断する。
【０００８】また、前述の構成では、非常に小さい反射
率の検知物体や小さい物体に対しては、この物体が隣合
う領域の境界付近に存在する場合の出力信号は小さくな
って雑音レベルに近づき、この物体がどこにも存在しな
いかあるいは境界付近に存在するかの判断の確実性が薄
れることが起きる。これを解決するために、隣合う受光
素子からの電気信号を加算増幅する増幅器を付加してそ
の出力が所定以上のレベルであることをもって、検知物
体が上記の境界付近に存在すると判断できる。半導体位
置検出器の場合のような高周波応答の低さからくる制限
は少ないので、発光・受光のパルス化によって雑音レベ
ルを受光感知レベルに対して低下させることができ、判
定結果の不定性は取り除かれる。
率の検知物体や小さい物体に対しては、この物体が隣合
う領域の境界付近に存在する場合の出力信号は小さくな
って雑音レベルに近づき、この物体がどこにも存在しな
いかあるいは境界付近に存在するかの判断の確実性が薄
れることが起きる。これを解決するために、隣合う受光
素子からの電気信号を加算増幅する増幅器を付加してそ
の出力が所定以上のレベルであることをもって、検知物
体が上記の境界付近に存在すると判断できる。半導体位
置検出器の場合のような高周波応答の低さからくる制限
は少ないので、発光・受光のパルス化によって雑音レベ
ルを受光感知レベルに対して低下させることができ、判
定結果の不定性は取り除かれる。
【０００９】
【実施例】次に、本発明の実施例を説明する。
【００１０】（実施例１）図１は本発明の実施例１の物
体検知センサの光学系と回路を示す概略図である。図１
において、発光素子１としては、発光ダイオード、半導
体レーザ等が用いられる。受光素子２、３は検知物体か
らの反射光を受光して、電気信号に変換するもので、フ
ォトダイオード、フォトトランジスタ等が用いられる。
指向性の鋭い発光素子を使用する場合は、投光レンズ９
は必要ない。発光素子は、出力を上げるためパルス発光
してもよい。受光レンズ１０は、その光軸が投光レンズ
９の光軸、もしくは発光素子１の投射光と平行になるよ
うに設置される。受光素子２、３は、投射光上の検知物
体を検知したい位置からの反射光が、受光レンズ１０を
通して集光する位置に置かれる。この実施例では、簡単
のために受光素子は２つとして説明する。検知物体がエ
リアＡとエリアＢの境界付近に存在する場合、その反射
光は受光素子２と３の両方で受光され電気信号に変換さ
れる。これらの電気信号は差動増幅器４によって差動増
幅され、例えば受光素子２より、受光素子３により多く
の反射光が受光された場合には出力がプラスになり、受
光素子３より、受光素子２により多くの反射光が受光さ
れた場合には出力がマイナスになる。この差動増幅器の
符号は比較器５によって判断され、その結果は判定回路
８に出力される。この出力は例えば表示器１１に表示さ
れる。
体検知センサの光学系と回路を示す概略図である。図１
において、発光素子１としては、発光ダイオード、半導
体レーザ等が用いられる。受光素子２、３は検知物体か
らの反射光を受光して、電気信号に変換するもので、フ
ォトダイオード、フォトトランジスタ等が用いられる。
指向性の鋭い発光素子を使用する場合は、投光レンズ９
は必要ない。発光素子は、出力を上げるためパルス発光
してもよい。受光レンズ１０は、その光軸が投光レンズ
９の光軸、もしくは発光素子１の投射光と平行になるよ
うに設置される。受光素子２、３は、投射光上の検知物
体を検知したい位置からの反射光が、受光レンズ１０を
通して集光する位置に置かれる。この実施例では、簡単
のために受光素子は２つとして説明する。検知物体がエ
リアＡとエリアＢの境界付近に存在する場合、その反射
光は受光素子２と３の両方で受光され電気信号に変換さ
れる。これらの電気信号は差動増幅器４によって差動増
幅され、例えば受光素子２より、受光素子３により多く
の反射光が受光された場合には出力がプラスになり、受
光素子３より、受光素子２により多くの反射光が受光さ
れた場合には出力がマイナスになる。この差動増幅器の
符号は比較器５によって判断され、その結果は判定回路
８に出力される。この出力は例えば表示器１１に表示さ
れる。
【００１１】図４は、図１に示した実施例に基づき実験
した結果を示すグラフであり、発光素子からの検知物体
の距離に対する加算増幅器の出力電圧例を差動増幅器の
出力電圧と対応させて示すグラフである。図４の実線
（ａ）は、検知物体１３を発光素子１の投射する光線上
で発光素子の前方３ｍの位置から徐々に投光レンズ９に
近づけていった場合の差動増幅器４の出力特性である。
この差動増幅器４の出力の符号を比較器５で判定するこ
とにより、検知物体がエリアＡに存在するのかエリアＢ
に存在するのかが判定できる。この差動増幅器４の出力
特性は検知物体の反射率が変化することにより、出力の
大きさは変化するものの、エリアＡとエリアＢの境界を
示すゼロクロス点（図４のＺ点）の位置は変化しない。
つまり、反射率に依存せず、エリアＡとエリアＢの境界
を精度良く検出することができる。
した結果を示すグラフであり、発光素子からの検知物体
の距離に対する加算増幅器の出力電圧例を差動増幅器の
出力電圧と対応させて示すグラフである。図４の実線
（ａ）は、検知物体１３を発光素子１の投射する光線上
で発光素子の前方３ｍの位置から徐々に投光レンズ９に
近づけていった場合の差動増幅器４の出力特性である。
この差動増幅器４の出力の符号を比較器５で判定するこ
とにより、検知物体がエリアＡに存在するのかエリアＢ
に存在するのかが判定できる。この差動増幅器４の出力
特性は検知物体の反射率が変化することにより、出力の
大きさは変化するものの、エリアＡとエリアＢの境界を
示すゼロクロス点（図４のＺ点）の位置は変化しない。
つまり、反射率に依存せず、エリアＡとエリアＢの境界
を精度良く検出することができる。
【００１２】（実施例２）図２は、本発明の実施例２の
物体検知センサの回路の一部を示す概略図である。図２
において、３つ以上の受光素子から成る受光素子部
（２、２’・・・、３、３’・・・）と差動増幅器
（４、４’・・・）が設けられている。他の部分は原理
的には図１の構成が必要なだけ重複して付加される。セ
ンサ前方をいくつかのエリアに分け、各エリアに受光素
子部のどれかを対応させ、２つの受光素子の場合につい
て上述したのと同じ方法でもって、検知物体がどのエリ
アに存在するかを判断させる。
物体検知センサの回路の一部を示す概略図である。図２
において、３つ以上の受光素子から成る受光素子部
（２、２’・・・、３、３’・・・）と差動増幅器
（４、４’・・・）が設けられている。他の部分は原理
的には図１の構成が必要なだけ重複して付加される。セ
ンサ前方をいくつかのエリアに分け、各エリアに受光素
子部のどれかを対応させ、２つの受光素子の場合につい
て上述したのと同じ方法でもって、検知物体がどのエリ
アに存在するかを判断させる。
【００１３】（実施例３）図３は、本発明の実施例３の
物体検知センサの回路を示す概略図である。この実施例
３は、実施例１をさらに改良したもので、実施例１の回
路でも動作の不安定性が生じるほどの非常に小さい反射
率の検知物体や、小さな検知物体に対しても、検知物体
の存在するエリアを判断することを可能にしたものであ
る。今、検知物体１３がエリアＡとエリアＢの中間位置
にあるときには、差動増幅器４の出力はゼロとなる。他
方、差動増幅器４の出力がゼロとなる場合には、前述の
ように検知物体１３がエリアＡとエリアＢの中間位置に
あるとき以外にも、検知物体１３が検知範囲（エリアＡ
＋エリアＢ）に存在しないときも当てはまる。したがっ
て、この実施例３では、加算増幅器６と比較器７をさら
に設け、それらによって、物体が検知範囲内に入ってい
ることを判断している。図４に加算増幅器６の出力電圧
例を差動増幅器４の出力電圧（ａ）と対応させて点線
（ｂ）で示す。判定回路８は、（１）比較器７によって
検知範囲内に検知物体が存在すると判断されかつ比較器
５によって差動増幅器４の出力がプラスと判定された場
合、検知物体がエリアＡに存在すると判断し、また
（２）比較器７によって検知範囲内に検知物体が存在す
ると判断されかつ比較器５によって差動増幅器４の出力
がマイナスと判定された場合、検知物体がエリアＢに存
在すると判断する。この出力は例えば表示器１１、１２
に表示される。受光素子が３個以上の場合は、図２の各
差動増幅器に並列に加算増幅器を並列に接続すればよ
く、各々の動作は受光素子が２つの場合と同じなので、
説明は省略する。
物体検知センサの回路を示す概略図である。この実施例
３は、実施例１をさらに改良したもので、実施例１の回
路でも動作の不安定性が生じるほどの非常に小さい反射
率の検知物体や、小さな検知物体に対しても、検知物体
の存在するエリアを判断することを可能にしたものであ
る。今、検知物体１３がエリアＡとエリアＢの中間位置
にあるときには、差動増幅器４の出力はゼロとなる。他
方、差動増幅器４の出力がゼロとなる場合には、前述の
ように検知物体１３がエリアＡとエリアＢの中間位置に
あるとき以外にも、検知物体１３が検知範囲（エリアＡ
＋エリアＢ）に存在しないときも当てはまる。したがっ
て、この実施例３では、加算増幅器６と比較器７をさら
に設け、それらによって、物体が検知範囲内に入ってい
ることを判断している。図４に加算増幅器６の出力電圧
例を差動増幅器４の出力電圧（ａ）と対応させて点線
（ｂ）で示す。判定回路８は、（１）比較器７によって
検知範囲内に検知物体が存在すると判断されかつ比較器
５によって差動増幅器４の出力がプラスと判定された場
合、検知物体がエリアＡに存在すると判断し、また
（２）比較器７によって検知範囲内に検知物体が存在す
ると判断されかつ比較器５によって差動増幅器４の出力
がマイナスと判定された場合、検知物体がエリアＢに存
在すると判断する。この出力は例えば表示器１１、１２
に表示される。受光素子が３個以上の場合は、図２の各
差動増幅器に並列に加算増幅器を並列に接続すればよ
く、各々の動作は受光素子が２つの場合と同じなので、
説明は省略する。
【００１４】
【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
２つの受光素子からの電気信号を差動増幅することによ
り、検知物体の存在する発光素子からの距離の範囲、即
ちエリアＡとエリアＢの境界を、反射率に依存せず、精
度良く検出することができる。しかも、エリアＡとエリ
アＢの境界に死角を作らず、かつエリアＡとエリアＢの
重なり合う領域を作らない。また、加算増幅器を付加す
ることによって、検出精度をさらに向上させることがで
きる。
２つの受光素子からの電気信号を差動増幅することによ
り、検知物体の存在する発光素子からの距離の範囲、即
ちエリアＡとエリアＢの境界を、反射率に依存せず、精
度良く検出することができる。しかも、エリアＡとエリ
アＢの境界に死角を作らず、かつエリアＡとエリアＢの
重なり合う領域を作らない。また、加算増幅器を付加す
ることによって、検出精度をさらに向上させることがで
きる。
【図１】図１は本発明の実施例１の物体検知センサの光
学系と回路を示す概略図である。
学系と回路を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施例２の物体検知センサの
回路の一部を示す概略図である。
回路の一部を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の実施例３の物体検知センサの
回路を示す概略図である。
回路を示す概略図である。
【図４】図４は、発光素子からの検知物体の距離に対す
る加算増幅器の出力電圧例を差動増幅器の出力電圧と対
応させて示すグラフである。
る加算増幅器の出力電圧例を差動増幅器の出力電圧と対
応させて示すグラフである。
【図５】図５は、従来の三角法を用いた１つの光アクテ
ィブ物体検知センサの光学系と回路を示す概略図であ
る。
ィブ物体検知センサの光学系と回路を示す概略図であ
る。
【図６】図６は、従来の三角法を用いた他の１つの光ア
クティブ物体検知センサの光学系と回路を示す概略図で
ある。
クティブ物体検知センサの光学系と回路を示す概略図で
ある。
【図７】図７は、光アクティブ物体検知センサにおいて
用いられる三角法の原理を説明するための概略図であ
る。
用いられる三角法の原理を説明するための概略図であ
る。
１ 発光素子 ２ 受光素子 ３ 受光素子 ４ 差動増幅器 ５ 比較器 ６ 加算増幅器 ７ 比較器 ８ 判定回路 ９ 投光レンズ １０ 受光レンズ １１ 表示器 １２ 表示器 １３ 検知物体 １４ 増幅器 １５ 半導体位置検出器 １６ 除算器
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年１２月３日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正内容】
【図３】
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正内容】
【図７】
Claims (3)
- 【請求項１】 三角法を用いた光アクティブ物体検知セ
ンサにおいて、投光レンズと、該投光レンズから検知物
体に当たり反射した光を受光して電気信号を発生するよ
うに並置した複数の受光素子と、各受光素子間の電気信
号の差を増幅する差動増幅器とを有することを特徴とす
る物体検知センサ。 - 【請求項２】 請求項１記載の物体検知センサにおい
て、隣合った２つの受光素子からの電気信号を加算する
加算増幅器をさらに有することを特徴とする物体検知セ
ンサ。 - 【請求項３】 請求項２記載の物体検知センサにおい
て、前記差動増幅器からの出力と前記加算増幅器からの
出力から検知物体の位置を判定する判定回路をさらに有
することを特徴とする物体検知センサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29132293A JPH07120254A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | 物体検知センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29132293A JPH07120254A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | 物体検知センサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07120254A true JPH07120254A (ja) | 1995-05-12 |
Family
ID=17767411
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29132293A Pending JPH07120254A (ja) | 1993-10-27 | 1993-10-27 | 物体検知センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07120254A (ja) |
-
1993
- 1993-10-27 JP JP29132293A patent/JPH07120254A/ja active Pending
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