JPH0786531B2 - 光電式物体検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発光素子と受光素子を有し物体から反射される
光を電気的に検出して物体の有無を検出する光電式反射
型物体検出装置に関し、より詳しくは光軸方向に関し所
定の監視距離範囲内に進入する物体を検出する装置に関
する。

〔従来の技術〕

以来から発光素子と受光素子を同一面上に並列配置し、
該面に直交する方向に延びる光軸上を横切る物体から反
射した光を受光して物体検出を行なう光電式反射型物体
検出装置が知られていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら従来の光電式反射型物体検出装置において
は、原理的に光軸方向に対する物体検出可能距離に関し
て何ら制限はなく背景面により遮えぎられない限りはる
か遠方の無関係な物体をも検出してしまうという問題点
があった。

実際上所定の距離範囲内に進入する物体のみを検出する
要求は多々有り、これに対して従来の汎用反射型物体検
出装置はそのままでは使えず何らかの入射光到達距離制
限手段を付加的に必要としていた。

また、従来の光電式物体検出装置においては一般的に絶
対的な基準値と受光素子から電気信号を比較して物体の
存在有無を検出していた。したがって、設置する場所や
状況に応じて背景面の反射率や距離が異なる為、絶対的
な基準値では物体面からの反射光強度と背景面強度を識
別できないといった問題が生じていた。さらにたとえ反
射面の影響が無視できるとしても、発光素子強度のドリ
フト、受光素子の感度変化の影響、物体面反射率のバラ
ツキ、周辺反射物体からの反射等による変動要因も誤検
出を生じる要因となっていた。

本発明は従来技術の上述した問題点に鑑みてなされたも
のであり、設置する場所や状況、さらには監視領域での
反射面の影響等を受けることなく、また、発光素子強度
や受光素子感度の変動等による誤検出を防止することを
目的とする。

〔問題点を解決する為の手段〕

上述する目的を達成する為に本発明にかかる光電式物体
検出装置は、サンプリング信号に応じて間欠的に光を発
生する発光部と、所定の監視距離範囲を有する監視領域
を通過してその距離方向に延びる光軸を有し該光軸に沿
って発光を入射する入射光学系と、該監視領域に進入し
た物体から反射した反射光を所定の受光領域範囲内に集
光する反射光学系と、該受光領域に沿って配置されると
ともに該監視領域に合わせた有効受光面を有し、該監視
領域からの反射集光を受光する有限受光体素子と、該サ
ンプリング信号に同期して該有限受光体素子により受光
された反射光の強度に応じて逐次サンプリングデータを
作成するデータ作成部と、該サンプリングデータを逐次
更新しながら少なくとも時間的に前後する１対のサンプ
リングデータを記憶するメモリ部と、該１対のサンプリ
ングデータの相対変化分を設定閾値と比較する制御演算
部とからなる出力回路部とを具備することを特徴とす
る。

〔作用〕

本発明によれば、入射光軸を遮断する様に進入した物体
のうち、所定の監視距離範囲を有する監視領域内に存在
する物体から反射した集光のみが有効受光体素子上に受
光される。監視領域外の物体から反射した光は反射光学
系により集光されても、その集光位置が有限受光体素子
の有効受光面外にあるので監視距離範囲を超えて存在す
る物体や背景面等の変動による誤検出が防止される。

そして、サンプリング信号に同期して所定間隔で有限受
光体素子により受光されたサンプリングデータを、逐次
最新のデータを更新しながら１対のメモリーに記憶し、
この前後する１対のデータの相対変化分を設定閾値と比
較することにようにしたので、検出装置を設置する場所
や状況による背景や周囲の反射強度の変動、発光素子強
度や受光素子感度の変動といった種々の変動要因の影響
を受けることがない。

〔実 施 例〕

以下添付した図面に従って本発明の好適な実施例を詳細
に説明する。第１図Ａは本発明にかかる光電式物体検出
装置の全体構成を示す概念図であって、特に最短監視距
離にある物体を検出している状態を示す。ケース１は発
光部、入射光学系、反射光学系、受光体素子及び出力回
路部を内蔵しており、所望の場所に所望の方位で配置で
きる。

発光部は光を発光する為の発光ダイオード等からなる発
光素子２を有している。入射光学系は、発光素子２の前
面に配置されたレンズ３から構成され、その光軸は設定
された監視距離方向に平行しており、レンズ３は発光を
平行光線に変換しビームスポット状にして光軸方向に入
射する。第１図Ａに示す状態においては最短監視距離位
置L1に存在する被検体あるいは物体４によって光軸は遮
断され入射光ビームスポットは物体４により反射され
る。

反射光学系はレンズ３と同一平面上において並行的に配
置された集光レンズ５から構成される。集光レンズ５は
物体４から反射された反射光を集光し所定の集光領域上
特定の位置S1に結像する。

集光領域に沿って有限の受光体素子６が配置されてい
る。受光体素子６の有効外端は集光位置S1に一致して配
置されているので、最短監視距離位置L1に存在する物体
４から反射した光は受光体素子６によって検出される
が、これよりレンズ３側に近接する物体から反射する光
の集光位置はS1より外側にはずれるので受光体素子６は
受光検出しない。

第１図Ｂは第１図Ａと同一の物体検出装置を用いた場合
において、物体４が最長監視距離位置L2に存在する時の
状態を示す。図示される様に物体４から反射した光は集
光レンズ５によって集光され所定の集光領域上特定の位
置S2に結像する。この位置S2は光学系の配置から当然の
ように位置S1より内側である。有限受光体素子６の有効
内端は集光位置S2に一致して配置されているので、最長
監視距離位置L2に存在する物体４から反射した光は受光
体素子６によって検出される。第１図Ａ及びＢから明ら
かなように最短監視距離L1及び最長監視距離L2との間に
存在する物体からの反射光はすべて両極端集光位置S1と
S2の間に集光されるので受光体素子６により有効に受光
される。

以上に対し、第１図Ｃは同一の検出装置を用いた場合に
おいて、物体４が最長監視距離L2を越えて存在する状態
を示している。物体４から反射した光は集光レンズ５に
より集光され集光領域上に結像されるが、結像位置はS2
よりもさらに内側に移動する為、受光体素子６の有効受
光面外にはずれ検出されない。

第２図は本発明にかかる光電式物体検出装置に用いられ
る反射光学系及び受光体素子の組み合わせの他の実施例
を示す断面図である。反射光学系は物体から反射される
光を集光し所定の集光領域に結像する集光レンズ５より
構成されている。受光体素子６は最長監視距離L2に対応
する集光位置S2と一致した内端を有するが、その外端S0
は最短監視距離L1に対応する集光位置S1より内側にあ
る。受光体素子６の外端S0から垂直に反射鏡７が配設し
てあり、図示する様に最長監視距離L2より内側に存在す
る物体から反射する光は直接又は反射鏡７により反射さ
れた後に受光体素子６の両端間に存する有効受光面に集
光される。従って本実施例は、第１図ＡないしＣに示す
実施例に比し、高価な受光体素子の面積を半減できる一
方、単に最長監視距離限界を有するのみで最短監視距離
については何ら制限は無い。実際上最長監視距離のみを
管理する使用方法も多く、この場合には本実施例も有効
である。

第３図は本発明にかかる光電式物体検出装置の全体回路
構成を示すブロック図である。まず発光部は、所定の間
隔で入力されるサンプリング信号CTLに応答して間欠的
に発振し、所望の設定周波数成分を有する高周波重畳サ
ンプリング信号OSCを出力する発振部８を有する。さら
に駆動部９は該信号OSCに応じて周波数変調された間欠
的周波数変調駆動電流を発光素子２に供給する。発光素
子２は該変調駆動電流により駆動され周波数変調された
光をサンプリング信号に同期して間欠的に放出する。

出力回路部は反射光学系によって集光された光を受光し
その光強度変化に応じた振幅を有する検出電流を出力す
る受光体素子６を有する。

出力回路部は、受光素子６により受光された集光の光強
度に応じて逐次時系列的にサンプリングデータを作成す
るデータ作成部を有する。受光体素子６には増幅部10が
接続されており、検出電流を検波増幅して間欠的に交流
検出信号ACを出力する。増幅部10は例えば設定周波数成
分をフィルタリングする狭帯域フィルター回路及び交流
増幅回路で構成される。例えば積分回路等からなる平滑
部11が増幅部10に接続されており交流検出信号ACを整流
平滑化し対応する波高値を有する直流検出信号DCを間欠
的に出力する。平滑部11にはA/Dコンバータよりなる変
換部12が接続されており、サンプリング信号CTLに同期
して直流検出信号DCの波高成分を逐次対応するサンプリ
ングデータDATAに変換する。以上の増幅部10、平滑部11
および変換部12によりデータ作成部を構成し、各サンプ
リングデータDATAは受光された集光の強度変化を逐次時
系列的にサンプリング信号CTLに同期して示すデータと
なる。

加えて出力回路部はメモリ部13と制御演算部14を有す
る。メモリ部13は少くとも２つのメモリ領域M1とM2を有
し、変換部12により供給されるサンプリングデータを交
互に記録し且つ新サンプリングデータの入力毎に記録さ
れたデータを更新する。制御演算部14は例えばCPUで構
成され、前述したサンプリング信号CTLを出力する他、
メモリ部13をアドレス信号ADSにより逐次アクセスし、
一対のメモリ領域M1及びM2に書き込まれている更新サン
プリングデータを読み出し、これらの相対比を演算し、
この相対変化分を設定された閾値と比較する。比較結果
に基づいて物体の監視距離範囲内への進入の有無を表わ
す出力信号OUTを外部に出力する。

次に第４図のタイミングチャートに基き本発明にかかる
光電式反射型物体検出装置の動作を説明する。まず制御
演算部14は所定の間隔でサンプリング信号CTLを発生す
る。該信号CTLは時系列的に配列されたクロックパルス
を含み順次サンプリングタイミングT1,T2,T3,T4……を
規定する。発振部８はこれらサンプリングタイミングに
同期してクロックパルスのパルス幅に対応する時間分だ
け発振し、高周波が重畳されたサンプリング信号OSCを
出力する。次いで駆動部９は高周波重畳サンプリング信
号OSCに応じて周波数変調された駆動電流を所定のタイ
ミングT1,T2……で発光素子２に供給する。発光素子２
は周波数変調された発光をタイミングT1,T2,T3……の順
に放出する。

受光体素子６は反射光学系によって集光されたあらゆる
光成分を受光しその集光強度変化に応じた振幅変化を有
する検出電流を連続的に出力する。交流増幅部10が該検
出電流を検波し増幅して交流検出電流ACを出力する。こ
の検波により一次検出電流に含まれるすべての雑音成分
が除去されるので交流検出電流ACの信号成分は実質的に
発光に含まれている信号成分のみを有する。換言すれば
入射光側と反射集光側は信号的に完全に対応している。

さて第４図に示す様に今サンプリングタイミングT3とT4
の間の時点Ｔにおいて物体４が監視距離範囲内に進入し
たとする。すると進入時点Ｔ以前においては各サンプリ
ングタイミングT1,T2及びT3において交流検出信号ACは
実質的に受光素子６が物体からの反射集光を受光してい
ないのであるからゼロに等しいか、あるいは入射光の囲
り込みや周辺反射物体からの反射に起因する極めて小さ
な振幅を有している。他方進入時点Ｔ直後のサンプリン
グタイミングT4において、交流検出信号ACは物体４から
反射した後集光された光が受光体素子６により受光され
たのに応じて大きな振幅を有している。

次に平滑部11が該交流検出信号ACを平滑化しその振幅値
に対応した波高値を有する直流検出信号DCに変換する。
変換部12はサンプリング信号CTLに同期して、所定のタ
イミングT1,T2,T3……でアナログの該直流検出信号DCを
デジタル化し各波高値に対応したサンプリングデータDA
TAを順次出力する。

最後にサンプリングデータDATAはメモリ部13の一対のメ
モリ領域M1とM2に交互に記録され且つ最新のデータによ
って更新される。例えばタイミングT1で発生したデータ
は領域M1に書き込まれタイミングT2で発生したデータは
領域M2に書き込まれる。次いでタイミングT3で発生した
データは領域M1の記録データを消去した上でここに書き
込まれ、タイミングT4で発生したデータは領域M2の記録
データを消去した上でここに書き込まれる。制御演算部
14は所定の間隔で一対のメモリ領域M1とM2をアドレスし
一対の更新データを読み取る。両者の相対比が演算され
る。物体進入時点Ｔ以前においてはサンプリングデータ
の値に変化が無い為、相対比は値１に近い。しかし、物
体進入時点直前のタイミングT3で発生したサンプリング
データと直後のタイミングT4で発生したサンプリングデ
ータを比較するとそれらの値が大きく異なるので相対比
は値１から大きく変動し設定閾値を越える。これに応じ
て出力信号OUTは図示する様に低レベルから高レベルに
切り換えられ、物体進入の事実が識別される。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば設定された監視距離
範囲内に進入した物体のみを検出することができるの
で、遠方や周囲の異物体による反射等に起因する誤検出
を生じることなしに目的の物体のみを識別でき、またサ
ンプリング信号に同期した入射間欠光を用い、逐次最新
のサンプリングデータを更新するとともに、そのサンプ
リングデータを時間的に１つ前のサンプリングデータと
比較するようにしたので、設置場所を選ばず、また、発
光素子や受光素子の変動要因による誤検出を防止できる
とともに、物体の進入を実質的にリアルタイムで監視で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明にかかる光電式物体検出装置の全体構
成を示す概念図で、物体が最短監視距離にある状態を示
す。第１図Ｂは同じく物体が最長監視距離にある状態を
示す。第１図Ｃは同じく物体が最長監視距離を越えて存
在する状態を示す。第２図は本発明にかかる光電式物体
検出装置の他の実施例を示す部分拡大図である。第３図
は本発明にかかる光電式物体検出装置の全体回路構成を
示すブロック図である。第４図は第３図に示す回路の動
作を説明する為のタイミングチャートである。 １……ケース、２……発光素子、 ３……レンズ、４……物体、 ５……集光レンズ、６……受光体素子、 ７……反射鏡、８……発振部、 ９……駆動部、10……増幅部、 11……平滑部、12……変換部、 13……メモリ部、14……制御演算部。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】サンプリング信号に応じて間欠的に光を発
   生する発光部と、 所定の監視距離範囲を有する監視領域を通過してその距
   離方向に延びる光軸を有し該光軸に沿って発光を入射す
   る入射光学系と、 該監視領域に進入した物体から反射した反射光を所定の
   受光領域内に集光する反射光学系と、 該受光領域に沿って配置されるとともに該監視領域に合
   わせた有効受光面を有し、該監視領域からの反射集光を
   受光する有限受光体素子と、 該サンプリング信号に同期して該有限受光体素子により
   受光された反射光の強度に応じて逐次サンプリングデー
   タを作成するデータ作成部と、該サンプリングデータを
   逐次更新しながら少なくとも時間的に前後する１対のサ
   ンプリングデータを記憶するメモリ部と、該１対のサン
   プリングデータの相対変化分を設定閾値と比較する制御
   演算部とからなる出力回路部と を具備することを特徴とする光電式物体検出装置。
2. 【請求項２】該有限受光体素子の有効受光面は最長監視
   距離に対応する集光位置と最短監視距離に対応する集光
   位置の間に渡って配置されている請求項１に記載の光電
   式物体検出装置。
3. 【請求項３】該有限受光体素子の有効受光面は最長監視
   領域に対応する集光位置に一致した受光面端部を有し、
   該反射光学系は最長監視領域以内にある物体からの反射
   光を該受光体素子上に集光する為の反射鏡を有する請求
   項１に記載の光電式物体検出装置。
4. 【請求項４】該発光部は一定の周波数で変調された光を
   発生する発光素子を含み、該データ作成部は受光素子か
   ら供給される反射光強度に対応した変調電気信号を検波
   する回路を含んでいる請求項１に記載の光電式検出装
   置。