JPH0750656Y2 - 光電センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は光学的に検出対象までの距離を正確に測定する
ことができる距離測定用の光電センサに関し、特に物体
までの距離の増加に対して単調に増加する出力を得るよ
うにした光電センサに関するものである。

〔従来の技術〕

従来例えば特開昭61-270687号に示されているように、
物体までの距離を検出する装置として第４図に示すよう
な三角法による光電センサが用いられている。このセン
サ１では発光ダイオード等の投光素子２の光を集光レン
ズ３を用いて平行な光ビーム４として距離を検出すべき
方向に照射しており、レンズ３から所定距離隔てて反射
光を受光する集光レンズ５とその後方に光の照射位置に
基づいて両端に異なった電流出力を与える位置検出素子
（PSD;ポジションセンシティブディバイス）６が設けら
れる。そして検知対象物７がレベル３の前面から所定距
離隔てた位置でこの光ビーム４を遮断した場合には、反
射光の一部が集光レンズ５によって集光され位置検出素
子６に照射される。従ってレンズ３から検知対象物７ま
での距離によって位置検出素子６上に照射される反射光
の位置が変化する。位置検出素子６は光が照射される位
置に応じて２つの電極に流れる電流比が変化するため、
この電流比に基づいて検出対象物７までの距離を測定す
ることができる。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかるにこのような従来の光電センサでは、位置検出用
素子６の大きさや分解能等の制限から近距離において所
定範囲までの不感帯を生じ、又遠距離においても反射光
の減衰が大きくなるため距離の測定が不可能となる。従
って距離を測定することができる範囲は第４図に示すよ
うに光電センサ１からの距離がL1（最近点）からL2（最
遠点）の範囲（測距範囲Ａ、ここでは位置検出素子６の
大きさの制限から生じる不感帯を除く範囲である）に限
定され、最近点L1より近い領域Ｂと最遠点L2より遠い領
域Ｃでは物体を検知することができない。しかしながら
不感領域ではいずれの場合も位置検出素子６上に反射光
が入射しないため、電気的には同一の状態となる。従っ
て例えば第５図（ａ）に示すように、測距範囲に物体が
存在するときよりも高い一定のレベルとなるようにして
いる。このため距離測定範囲より近距離又は遠距離に物
体が存在する場合には、このうちのどちらにあるかを判
別することができなかった。又物体の位置に対して出力
が単調に変化しないため、第５図（ｂ）に示すように測
距範囲以外では位置検出出力を得ることができないとい
う問題点があった。

本考案はこのような従来の光電センサの問題点に鑑みて
なされたものであって、物体の位置に対応して単調に変
化する信号を得るようにすることを技術的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕 本考案は、検出対象物へ光を投光する投光部（２）と、
投光部の投光軸より一定角度をもって交差するように配
置され、測距範囲にある検出対象物からの反射光を受光
面に集光し、集光スポット位置に対応した一対の信号を
出力する受光部（６）と、受光部からの一対の信号に基
づいて検出対象物までの距離を演算して演算結果を距離
信号として出力する演算部（17、18、19）と、受光部か
らの一対の受光信号の総レベルが所定レベルより少ない
ことを検出して検出信号を出力するＬレベル検知手段
（21）と、測距範囲の最近点より近い位置にある検出対
象物からの反射光を受光する近距離検出用受光手段（1
2）と、近距離検出用受光手段からの受光信号が所定レ
ベルより高いときに近距離検出信号を出力する近距離検
出手段（23）と、近距離検出手段及びＬレベル検知手段
からの出力が与えられ、前記近距離検出手段及び前記Ｌ
レベル検出手段から検出信号がなければ前記演算部の出
力を選択し、前記近距離検出手段から近距離検出信号が
得られれば測距範囲の最近点に検出対象物が存在する場
合に前記演算部より得られる距離信号以下の固定レベル
の信号を出力し、前記近距離検出手段からの検出信号が
なく前記Ｌレベル検知手段から検出信号が得られれば測
距範囲の最遠点に検出対象物が存在する場合に前記演算
部より得られる距離信号以上の固定レベルの信号を出力
することにより、検出対象物までの距離の増加に対して
単調に増加する出力を得る信号切換手段（20）と、を具
備することを特徴とするものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本考案によれば、測距範囲に物
体が到来すると投光部より照射された光の反射光は受光
部の距離に対応した位置に与えられる。従ってその照射
位置によって物体の距離を測定することができる。又測
距範囲の最近点と光電センサ本体との間にある物体から
の反射光を受光し、受光レベルを弁別することによっ
て、近距離にある物体を検出するようにしている。そし
て近距離にある物体が検出されれば信号切換手段の出力
を物体が測距範囲の最近点にある場合の信号より近い位
置の信号となるように切換えている。又物体が遠方にあ
るか投光軸の延長線に存在しない場合には、受光部に光
が照射されず、Ｌレベル検知手段より検知信号が得ら
れ、又近距離検出手段からは検知信号が与えられないた
め、信号切換手段の出力を物体が測距範囲の最遠点より
遠い位置の信号となるレベルに固定するようにしてい
る。

〔実施例〕

第１図は本考案の一実施例による光電センサ10の光学系
部分の主要部を示す図である。本図において従来例と同
一部分は同一符号を用いて示している。さて本実施例で
も投光素子２の光を集束レンズ３を用いて平行な光ビー
ム４として距離を検出すべき方向に照射しており、集束
レンズ３から所定距離を隔てて反射光を受光する集光レ
ンズ５を光ビーム４から所定角度隔てて配置する。そし
て集光レンズの背後には一次元の受光素子、例えば従来
例と同様に光の照射位置に基づいて異なった電流出力を
与える位置検出素子６を設ける。位置検出素子６は光の
照射位置に応じて異なる２つのアナログ電流出力を外部
に与えるものである。さて本考案では第１図に示すよう
に最近点の距離L1と光電センサ本体との間の位置にある
物体からの反射光を集光する集光レンズ11を設け、その
焦点位置に近距離検出用の受光素子12を設ける。なお、
この実施例では位置検出素子６の分解能に起因して距離
検出が不正確となる点が距離L1としている。よって、こ
こでの距離範囲Ａは第３図に示しているように第５図の
距離範囲Ａより狭い範囲である。

次に本実施例の電子回路部の構造について第２図を参照
しつつ説明する。本図において位置検出素子６からはそ
の両端より、受光面の集光スポット位置に対応した夫々
の電流出力が与えられる。なお、この夫々の出力は受光
量の大小にともなった出力レベルになっている。この夫
々の出力は信号処理部26のI/V変換器13,14に与えられ
る。I/V変換器13,14は位置検出素子６からの電流出力を
電圧出力に変換するものであって、夫々出力を増幅器1
5,16に与える。増幅器15,16は入力信号を増幅して夫々
加算回路17及び減算回路18に与える。加算回路17及び減
算回路18は入力を加算及び減算して夫々の出力を割算回
路19に与える。割算回路19は減算された出力を加算され
た出力で割算することによって光の照射位置を判別する
ものであって、その出力を信号切換回路20に与える。又
加算回路17の出力はＬレベル検知回路21に与えられる。
Ｌレベル検知回路21は加算回路17の出力が十分低い所定
レベル以下のとき、つまり位置検出素子への反射光量が
所定量より少ないときにＬレベル検知信号を信号切換回
路20に与えるものである。一方受光素子12の出力は増幅
器22を介して比較器23に与えられる。比較器23は所定の
閾値レベルを有しており、受光素子12に与えられる受光
信号が所定レベルを越えているかどうかを識別するもの
であって、その出力は信号切換回路20に与えられる。増
幅器22,比較器23は近距離用の受光素子12からの信号が
所定レベルより高いときに測距範囲より近い物体からの
反射光に基づいて近距離検出信号を出力する近距離検出
手段を構成している。信号切換回路20は比較器23又はＬ
レベル検知回路21より検知信号が与えられなければ割算
出力に対応した直線的な信号を出力するものである。比
較器23より近距離の検知信号が得られた場合には、その
信号切換回路20の出力を物体が測距範囲のうち最も近い
距離L1に存在する場合の出力より低いレベルに固定し、
又比較器23より出力が得られずＬレベル検知回路21のみ
から検知信号が与えられたときには、その出力を物体が
距離L2に存在する場合より高いレベルに固定した信号を
出力するものである。信号切換回路20はその出力を距離
検出信号として外部に出力する。又信号切換回路20の出
力はそのまま距離判別回路24にも与えられる。距離判別
回路24には所定の閾値レベルVrefが与えられており、信
号切換回路20の出力を弁別することによって所定の位置
との前後を識別するものである。又電子回路部内には投
光素子駆動回路25が設けられ発光ダイオード等の投光素
子２を駆動している。I/V変換器13,14〜割算回路19まで
のブロックは位置検出素子６の出力に基づき、物体の位
置に対応して単調に変化する信号を出力する演算部を構
成している。

次に本実施例の動作について第３図を参照しつつ説明す
る。投光素子駆動回路25より投光素子２を駆動すると、
集束レンズ３を介して第１図に示すように測定領域に平
行な光ビーム４が照射される。そして測距範囲L1〜L2の
間に物体が到来した場合には、物体からの反射光が集光
レンズ５を介して位置検出素子６上の分解能がいちおう
保たれる範囲に与えられる。位置検出素子６に入射した
光によってその集光位置に対応した電流が夫々I/V変換
器13,14に与えられる。従ってI/V変換器13,14はその電
流出力を電圧信号に変換して増幅器15,16を介して加算
回路17及び減算回路18に与える。そして夫々加算及び減
算の演算が行われ割算回路19によって割算される。従っ
て第３図（ａ），（ｂ）に示すように距離に対応して単
調に増加する信号を得ることができる。

さて測距範囲の最近点までの距離L1より近い位置に物体
が到来した場合には、集光レンズ11によってその反射光
が受光素子12に集光される。従って受光素子12の受光レ
ベルが上昇するため比較器23は近距離検出信号を信号切
換回路20に与える。そうすれば第３図（ａ），（ｂ）に
示すように距離L1より近距離にあれば距離L1の位置での
割算回路19の出力より低いレベルに出力を固定すること
ができる。

一方物体が測距範囲の距離L2より遠い位置にあるとき
は、物体からの反射光は位置検出素子６上の分解能がい
ちおう保たれる範囲から外れてしまう。しかし、わずか
な光が当たっているので加算回路17の出力は、物体が距
離範囲Ａにあるときに比べて小さくなる。従ってＬレベ
ル検知回路21の閾値以下となるためＬレベル検知信号が
信号切換回路20に与えられる。信号切換回路20は近距離
検出信号も得られずＬレベル検知信号が与えられたとき
には、第３図（ｂ）に示すように最遠点までの距離L2に
ある場合の出力レベルより高い信号を距離信号として出
力する。そうすれば測距範囲に物体があるか否かにかか
わらず信号切換回路20より距離に対して単調に変化する
出力が得られる。そのため距離判別回路24の閾値を適宜
設定しておくことにより測距範囲の任意の距離で判別出
力を得ることができる。

又投光素子としては発光ダイオードの代わりに半導体レ
ーザ等の種々の発光素子を用いることが可能である。

〔考案の効果〕

そのため本考案によれば、物体の位置に対応して単調増
加又は単調減少する出力を得ることができる。そして距
離測定範囲では距離に対応してほぼ直線的に変化する信
号が得られる。従ってその閾値レベルを適宜設定してお
くことにより測距範囲にある物体の位置を検出すること
ができると共に、その範囲より近い物体の有無を識別す
ることができる。従って物体がいずれの位置にある場合
にも何らかの信号を出力することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の光電センサの光学系を示す図、第２図
は本実施例の光電センサの電気的構成を示すブロック
図、第３図はその動作特性を示すグラフ、第４図は従来
の光電センサの一例を示すブロック図、第５図はその動
作特性を示すグラフである。 ６……位置検出素子、11……集光レンズ、12……受光素
子、13,14……I/V変換器、15,16,22……増幅器、17……
加算回路、18……減算回路、19……割算回路、20……信
号切換回路、21……Ｌレベル検知回路、23……比較器、
24……距離判別回路、26……信号処理部

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】検出対象物へ光を投光する投光部と、 前記投光部の投光軸より一定角度をもって交差するよう
   に配置され、測距範囲にある検出対象物からの反射光を
   受光面に集光し、集光スポット位置に対応した一対の信
   号を出力する受光部と、 前記受光部からの一対の信号に基づいて検出対象物まで
   の距離を演算して演算結果を距離信号として出力する演
   算部と、 前記受光部からの一対の受光信号の総レベルが所定レベ
   ルより少ないことを検出して検出信号を出力するＬレベ
   ル検知手段と、 測距範囲の最近点より近い位置にある検出対象物からの
   反射光を受光する近距離検出用受光手段と、 前記近距離検出用受光手段からの受光信号が所定レベル
   より高いときに近距離検出信号を出力する近距離検出手
   段と、 前記近距離検出手段及びＬレベル検知手段からの出力が
   与えられ、前記近距離検出手段及び前記Ｌレベル検知手
   段から検出信号がなければ前記演算部の出力を選択し、
   前記近距離検出手段から近距離検出信号が得られれば測
   距範囲の最近点に検出対象物が存在する場合に前記演算
   部より得られる距離信号以下の固定レベルの信号を出力
   し、前記近距離検出手段からの検出信号がなく前記Ｌレ
   ベル検知手段から検出信号が得られれば測距範囲の最遠
   点に検出対象物が存在する場合に前記演算部より得られ
   る距離信号以上の固定レベルの信号を出力することによ
   り、検出対象物までの距離の増加に対して単調に増加す
   る出力を得る信号切換手段と、を具備することを特徴と
   する光電センサ。