JPH08219774A - 光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 相関演算処理部１６ａ，１６ｂは、量子化部
１５ａ，１５ｂで量子化された画像データに基づいて左
右画像の相関シフト量（ずれ量）Ｘを求め、さらに相関
シフト量Ｘに基づいて被検出物体５までの距離Ｌを求め
る。相関演算処理部１６ａは高速処理／低精度モードと
して、相関演算処理部１６ｂは低速処理／高精度モード
として、選択的に用いられる。例えば、エリアの内部及
び外部では、高速処理用の相関演算処理部１６ａを用い
て計測し、エリア間の境界通過時には高精度用の相関演
算処理部１６ｂに切り換えて計測する。 【効果】 境界通過時の応答時間を短くすることがで
き、検出精度を高くすると共に応答速度を高くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、予め設定された検知エ
リア内に被検出物体が存在するかどうかを判別して出力
回路を制御するようにした光電スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術とその問題点】

（従来の三眼式の反射型光電スイッチ）反射型の光電ス
イッチとしては、例えば特開昭５９−１５８０２９号公
報に開示されているような三眼式の反射型光電スイッチ
Ａがある。この反射型光電スイッチＡは、図１に示すよ
うに、投光部Ａ１、受光部Ａ２および信号処理部（図示
せず）から構成されている。投光部Ａ１は、発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）や半導体レーザー素子（ＬＤ）等の投光
素子１と、投光素子１から出射された光ビームαを集光
して検知エリア（投光領域）を設定するためのコンデン
サレンズ等の投光レンズ２とからなり、投光素子１と投
光レンズ２とは互いに光軸を一致させて配設されてい
る。受光部Ａ２は、投光部Ａ１の両側に対称に配置され
ており、それぞれ反射光を受光するための凸レンズ等の
受光レンズ３（焦点距離：ｆ）と、位置検出素子（いわ
ゆるＰＳＤ）４とからなり、受光レンズ３の光軸はいず
れも投光レンズ２の光軸と所定間隔Ｌｏ／２を置いて平
行に配設され、位置検出素子４は受光レンズ３から焦点
距離と等しい距離ｆだけ離れた集光面（焦点面）で受光
レンズ３の光軸と垂直に配設されている。

【０００３】しかして、投光素子１から出射されたパル
ス変調光よりなる光ビームαは、投光レンズ２を通過し
た後、被検出物体５に投射される。被検出物体５の表面
で反射された散乱反射光βは、受光レンズ３で集光され
た後に位置検出素子４の受光面に集光するようになって
おり、位置検出素子４からは反射光βの集光位置に対応
した位置信号が出力される。

【０００４】いま、受光レンズ３から被検出物体５まで
の距離をＬ、投光レンズ２の光軸を基準とする被検出物
体５の横変位量をｑ、各受光レンズ３の光軸を基準とす
る位置検出素子４上の集光位置（あるいは受光量の重心
位置）までの距離をｘ１，ｘ２（いずれも投光レンズ２
の光軸から離れる方向を正の方向とする）とすると、三
角測距の原理より、 〔（Ｌｏ／２）−ｑ〕＝ｘ１・（Ｌ／ｆ） 〔（Ｌｏ／２）＋ｑ〕＝ｘ２・（Ｌ／ｆ） の関係がある。この２式よりｑを消去することによっ
て、 Ｌ＝（Ｌｏ・ｆ）／Ｘ … が得られる。ここで、両位置検出素子４上における集光
位置のずれ量をＸ＝ｘ１＋ｘ２とした。従って、両位置
検出素子４上における各集光位置ｘ１，ｘ２もしくは集
光位置のずれ量Ｘを検出すれば、信号処理部において被
検出物体５までの距離Ｌを求めることができ、予め設定
した距離範囲内に被検出物体５が存在しているかどうか
を判別できる。

【０００５】しかしながら、被検出物体５までの距離Ｌ
の変化ΔＬに対応する位置検出素子４上での集光位置の
ずれ量Ｘの変化ΔＸは、上記式から ΔＸ＝−（ｆ・Ｌｏ／Ｌ²）ΔＬ … となるので、このような光電スイッチＡの測距精度を向
上させるためには、受光レンズ３の焦点距離ｆを長くす
るか、投光部Ａ１と受光部Ａ２の距離Ｌｏを大きくする
必要があり、いずれにしろ光電スイッチＡが大型化する
という問題があった。

【０００６】（位相差方式を適用した光電スイッチ）三
眼式の反射型光電スイッチＡの上記問題を解決し、コン
パクトで高精度な光電スイッチを作製するためには、例
えば特開昭５７−１５３６１号公報に開示されているカ
メラ用距離計に用いられている位相差（相関）方式を光
電スイッチに適用することが考えられる。

【０００７】位相差方式を用いた光電スイッチでは、以
下のようにして被検出物体５までの距離Ｌを求める。図
２（ａ）において、１１ａ，１１ｂは等しい焦点距離ｆ
を有する第１及び第２の受光レンズであって、一定の基
線長（光軸１４ａ，１４ｂ間の間隔）Ｌｏを隔てて配設
されている。また、１２ａ，１２ｂは第１及び第２の画
像検出器であって、各受光レンズ１１ａ，１１ｂから後
方へその焦点距離と等しい距離ｆの位置に配置されてお
り、受光レンズ１１ａ，１１ｂを通る空間的に隔てられ
た光路を経て結像された被検出物体５の２つの像を受光
する。投光素子から出射された光ビームが、被検出物体
５の表面で反射拡散されると、その反射光βは、第１の
受光レンズ１１ａを通過する第１の光路を通って第１の
画像検出器１２ａに入射し、同時に第２の受光レンズ１
１ｂを通過する第２の光路を通って第２の画像検出器１
２ｂに入射する。このとき第１の画像検出器１２ａに生
じる画像１３ａと第２の画像検出器１２ｂに生じる画像
１３ｂのずれ量Ｘ＝ｘ１＋ｘ２を求めれば、上記式よ
り被検出物体５までの距離Ｌを求めることができる。

【０００８】図２（ｂ）〜（ｄ）は位相差方式により両
画像１３ａ，１３ｂのずれ量Ｘを求める方法を模式的に
説明したものである。まず、基準ＰＡ，ＰＢを定義す
る。図２（ｂ）は第１及び第２の画像検出器１２ａ，１
２ｂから供給される画像（光強度分布パターン）１３
ａ，１３ｂであって、横軸は画像検出器１２ａ，１２ｂ
上での横座標ＸＡ，ＸＢ、縦軸は光強度である。図２
（ｂ）に示されている基準ＰＡは画像１３ａの画面内に
おける位置を示す縦線であって、第１の画像検出器１２
ａ上の光軸１４ａとの交点Ａに対応している。同様に、
基準ＰＢは画像１３ｂの画面内における位置を示す縦線
であって、第２の画像検出器１２ｂ上の光軸１４ｂとの
交点Ｂに対応している。

【０００９】第１の画像検出器１２ａにより供給された
画像１３ａと第２の画像検出器１２ｂにより供給された
画像１３ｂのずれ量Ｘを求めるには、まず両画像１３
ａ，１３ｂを比較して図２（ｃ）に示すように基準ＰＡ
と基準ＰＢを画面上で一致させ、ついで、一方の画像検
出器１２ｂの画像１３ｂを基準ＰＢごと他方の画像検出
器１２ａの画像１３ａと最も一致するように移動させ
る。こうして２つの画像１３ａ，１３ｂを最も一致させ
たときの基準ＰＡ，基準ＰＢ間の距離をずれ量Ｘと定義
し、式を用いて被検出物体５までの距離Ｌを求める。
なお、２つの画像１３ａ，１３ｂが最も一致した時と
は、図２（ｄ）に示す斜線領域のように両画像１３ａ，
１３ｂの重ならない領域の面積が最小となった状態であ
ると定義し、判定する。

【００１０】このような位相差方式を用いれば、相関演
算処理によりずれ量Ｘを高精度に求めることができるの
で、光電スイッチＢを大型化することなく被検出物体５
までの距離Ｌを高精度に計測できる。

【００１１】図３は上記のような位相差方式を実現した
光電スイッチＢの受光部及び信号処理部の構成を示すブ
ロック図である。図３には示されていないが、この位相
差方式の光電スイッチＢにおいても、投光部及び受光部
は図１の光電スイッチＡと同様な配置構成を有してい
る。上記のごとく、１１ａ，１１ｂは画像検出器１２
ａ，１２ｂ上に被検出物体５の画像１３ａ，１３ｂを生
成させるための第１及び第２の受光レンズである。１２
ａ，１２ｂは空間的に隔てられた光路を経て結像された
被検出物体５の２つの像を受光する電荷結合素子（ＣＣ
Ｄ）やフォトダイオード（ＰＤ）アレイ等の第１及び第
２の画像検出器である。さらに、１５ａ，１５ｂは、画
像検出器１２ａ，１２ｂの各画素から出力された画像信
号を光強度分布を表わす画像データ列（量子化データ）
に量子化する量子化部である。１６は量子化部１５ａ，
１５ｂで量子化された２つの量子化データを相互に比較
し、両量子化データを高い相関で合致させるのに要する
両量子化データの相互シフト量（画像１３ａ，１３ｂの
ずれ量）Ｘを求め、この相互シフト量Ｘに基づいて被検
出物体５の距離Ｌを計算する相関演算処理部である。１
７は検出距離範囲（エリア）を設定する検出距離設定部
である。１８は量子化部１５ａ，１５ｂ、相関演算処理
部１６、出力回路１９を制御する判別制御部であって、
測距された距離Ｌと検出距離範囲とを比較する。１９は
判別制御部１８からのオン、オフ出力を光電スイッチＢ
の外部へオン、オフ信号として出力する出力回路であ
る。

【００１２】つぎに、この位相差方式の光電スイッチＢ
の動作を説明する。被検出物体５からの反射光βは、受
光レンズ１１ａ，１１ｂを通って空間的に離れた画像検
出器１２ａ，１２ｂに結像される。画像検出器１２ａ，
１２ｂには、例えば図２（ｂ）に示したような光強度分
布パターンの画像１３ａ，１３ｂが生じる。各量子化部
１５ａ，１５ｂは、判別制御部１８からの量子化許可命
令を受けて各画像検出器１２ａ，１２ｂから出力された
画像信号を量子化し、量子化された画像データ列を時系
列信号として相関演算処理部１６へ転送する。画像１３
ａ，１３ｂの量子化は、例えば図２（ｂ）のような画像
１３ａ，１３ｂの光強度を各画素毎に多値デジタル化し
て量子化データに変換することにより行なわれる。相関
演算処理部１６は、量子化された２つの量子化データを
相互に比較し、両量子化データを高い相関で合致させる
のに要する両量子化データの相互シフト量（ずれ量）Ｘ
を計算し、相互シフト量Ｘから被検出物体５までの距離
Ｌを求め、判別制御部１８へ出力する。判別制御部１８
は、距離Ｌが検出距離設定部１７で設定した範囲内かど
うか判別し、判別結果を出力回路１９へ出力する。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このような位相差方式
の光電スイッチにおいては、その距離測定精度を高くし
ようとすれば、画像検出器から得られる画像データ（画
素数）を多くするか、出力１回あたりの距離測定回数を
増す必要がある。なぜならば、画像データが多ければ多
いほど相互シフト量Ｘを高精度に測定でき、距離測定回
数を増せば、平均化される距離データの精度が高くなる
からである。

【００１４】しかし、画像データを増加させると、相関
演算処理部において画像をシフトさせて比較する回数が
増加することになり、相関演算時間が長くなり、また距
離測定回数を増加させると、相関演算時間がその回数分
だけ増加することになる。その結果、光電スイッチの検
出周期が長くなる。

【００１５】反対に、光電スイッチの検出周期を短くす
るためには、相関演算時間を短くするか、距離測定回数
を減らす必要があるが、相関演算時間を短縮するには、
画像データを少なくする必要があるため、距離測定精度
の低下につながり、距離測定回数を減らすと距離データ
の精度が低くなる。

【００１６】ここで光電スイッチの検出周期と応答時間
との関係を考える。検出周期とは、量子化部が量子化許
可命令を受けてから出力回路から出力するまでの時間で
ある。また、応答時間とは、光電スイッチの検知エリア
に被検出物体が入った場合に、被検出物体が検知エリア
に入ってから光電スイッチが動作するまでの時間の最大
値である。いま、図４に示すように、検知エリアＡＲに
被検出物体５が入る場合を考える。図４の被検出物体５
は、検出周期Ｔ毎における位置を示している。時刻ξに
初めて検知エリアＡＲ内に入った被検出物体５の画像１
３ａ，１３ｂが取込まれたとすると、その画像処理には
検出周期Ｔを要するので、光電スイッチから検知エリア
ＡＲに入ったという信号が出力される時間はξ＋Ｔとな
る。一方、ξ−Ｔには被検出物体５が検知エリアＡＲ外
にあったことが計測されているから、被検出物体５が検
知エリアＡＲに入ったと考えられる最も早い時刻はξ−
Ｔの直後である。従って、応答時間、すなわち検知エリ
アＡＲに被検出物体５が入ってからその検出出力が得ら
れるまでの最大時間は２Ｔとなる。

【００１７】従って、高精度／低速処理用の光電スイッ
チでは、その検出周期をＴとすると、応答時間は図５
（ａ）（ｂ）に示すように２Ｔとなる。また、高速処理
／低精度用の光電スイッチでは、その検出周期をｔ（＜
Ｔ）とすると、応答時間は図６（ａ）（ｂ）に示すよう
に２ｔとなる。

【００１８】このように従来の光電スイッチにあって
は、距離測定精度を高く保ちつつ、かつ応答時間を短縮
することはできなかった。

【００１９】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであって、その目的とするところは、検出周期
の異なる画像処理手段を複数個持たせることにより、応
答速度を低下させることなく高精度化することができる
光電スイッチを提供することにある。

【００２０】

【発明の開示】本発明の光電スイッチは、被検出物体か
らの反射光を受光する２つの画像検出器と、両画像検出
器から出力される画像情報を量子化して比較することに
よって両画像情報の相対的位置関係を求め、当該位置関
係に基づいて被検出物体までの距離を計測する測距演算
手段と、被検出物体の検出位置と設定されているエリア
との位置関係に応じて信号を出力する手段とを備えた光
電スイッチであって、検出周期の異なる複数の前記測距
演算手段を有することを特徴としている。

【００２１】この光電スイッチでは、検出周期の異なる
複数の測距演算手段を有しているので、距離測定精度が
要求されない領域では検出周期の小さな測距演算手段を
用いることによって高速で処理を行なえ、距離測定精度
が要求される領域では検出周期の大きな測距演算手段に
切り換えることにより高精度で測距を行なえる。特に、
エリアの境界を通過する際には、その境界通過を高精度
に検出することができ、しかも境界通過を高精度で検出
する時の応答時間を短縮することができる。

【００２２】従って、本発明の光電スイッチによれば、
高精度計測に対する要求と高速処理に対する要求とを同
時に満足させることができる。

【００２３】ここで、測距演算手段の検出周期を異なら
せるには、例えば請求項２に記載の実施態様のように、
測距演算手段における距離測定回数を異ならせることに
より、測距演算手段の各検出周期を異ならせることがで
きる。

【００２４】測距回数が多くなると、画像データ処理量
が増加するので、検出周期は長くなるのが、多量の画像
データに基づいて測距値が求められるので、計測結果は
高精度となる。逆に、測距回数が少なくなると、画像デ
ータが少なくなるので、検出精度は低下するが、画像デ
ータ処理量が減少するので、検出周期は短くなる。

【００２５】また、請求項３に記載の実施態様のよう
に、測距演算手段における画像情報の量子化誤差を異な
らせることにより、測距演算手段の各検出周期を異なら
せることもできる。

【００２６】量子化誤差が小さいと、扱う画像データ量
が増加するので、検出周期が長くなり、処理速度は低下
するが、被検出物体の像を正確に再現できるので、測定
結果は高精度となる。逆に、量子化誤差が大きいと、被
検出物体の像の再現が不正確となるので、測定精度は低
下するが、扱う画像データ量の減少によって検出周期が
短縮され、処理速度は高速化する。

【００２７】また、請求項４に記載の実施態様のよう
に、測距演算手段における画像情報の画素ピッチを異な
らせることにより、測距演算手段の各検出周期を異なら
せることもできる。

【００２８】画素ピッチが小さいと、扱う画像データ量
が増加するので、検出周期が長くなり、処理速度は低下
するが、被検出物体の像を正確に再現できるので、測定
結果は高精度となる。逆に、画素ピッチが大きいと、被
検出物体の像の再現が不正確となるので、測定精度は低
下するが、扱う画像データ量の減少によって検出周期が
短縮され、処理速度は高速化する。

【００２９】本発明の光電スイッチの具体的な動作方式
として種々の方式が可能である。例えば、請求項５に記
載の実施態様では、検出周期の異なる少なくとも２つの
測距演算手段を有し、検出位置があるエリアのほぼ内部
に位置する場合には検出周期の長い側の測距演算手段を
用い、検出位置が当該エリアのほぼ外部に位置する場合
には検出周期の短い側の測距演算手段を用いるようにし
ている。

【００３０】このような実施態様によれば、高精度計測
の必要な所定エリア内では被検出物体を高精度で検出す
ることができる。また、当該エリアの外部からエリア内
に被検出物体が入る場合には、高精度で被検出物体を検
知することができ、しかも応答時間は高精度のみで計測
している場合の応答時間よりも短くなる。

【００３１】従って、この光電スイッチによれば、応答
時間を短くすることができ、被検出物体がエリアの境界
を通過するのを高精度で検出することができ、しかも高
速処理が可能になる。

【００３２】また、請求項６に記載の実施態様にあって
は、検出周期の異なる少なくとも２つの測距演算手段を
有し、検出位置があるエリアのほぼ内部及びほぼ外部に
位置する場合には検出周期の短い側の測距演算手段を用
い、検出位置が当該エリアのほぼ境界部分に位置する場
合には検出周期の長い側の測距演算手段を用いるように
している。

【００３３】このような実施態様によれば、エリアの境
界通過時のみ被検出物体を高精度で検出することができ
る。すなわち、当該エリア内部から、あるいは外部から
境界を通過する場合に高精度で被検出物体を検知でき、
しかも、いずれの場合も応答時間は高精度のみで計測し
ている場合の応答時間よりも短くなる。

【００３４】従って、この光電スイッチによっても、応
答時間を短くすることができ、被検出物体がエリアの境
界を通過するのを高精度で検出することができ、しかも
高速処理が可能になる。

【００３５】また、請求項７に記載の実施態様は、検出
周期の異なる少なくとも２つの測距演算手段を有し、検
出位置が、エリアの境界の少なくとも一方の側に設定さ
れた領域内にある場合には検出周期の長い側の測距演算
手段を用いるようにしたことを特徴としている。

【００３６】この実施態様によれば、境界の少なくとも
片側に設定された領域で被検出物体を検知することによ
り、被検出物体が境界を通過することを予測することが
できるので、光電スイッチを高精度に切り換えるタイミ
ングを早くすることができ、応答時間を一層短くするこ
とができる。

【００３７】さらに、請求項８に記載の実施態様では、
エリアの境界の少なくとも一方の側に設定された前記領
域が、被検出物体の移動速度に応じて変化するようにし
ている。

【００３８】被検出物体の移動速度に応じて前記領域の
広さを変化させれば、例えば、被検出物体を必ず当該領
域内で検知することができるように調整でき、光電スイ
ッチの信頼性を向上させることができる。特に、被検出
物体の移動速度を計測し、それに応じて当該領域を調整
するようにすれば、被検出物体の移動速度のばらつきが
大きい場合でも被検出物体を当該領域で確実に検知でき
るようになる。

【００３９】さらに、請求項９に記載の実施態様は、エ
リアの境界の少なくとも一方の側に設定された前記領域
が、検出周期の短い側の測距演算手段による距離検出誤
差よりも大きいことを特徴としている。

【００４０】エリアの境界の少なくとも片側に設定して
いる領域を距離検出誤差よりも大きくしてあれば、被検
出物体が当該領域に達していないにも拘らず、被検出物
体がエリアの境界を通過したと誤判定されるのを避ける
ことができる。

【００４１】また、請求項１０に記載の光電スイッチに
よれば、検出周期の異なる少なくとも２つの測距演算手
段を有し、検出位置が所定距離よりも近い場合には検出
周期の短い側の測距演算手段を用い、検出位置が所定距
離よりも遠い場合には検出周期の長い側の測距演算手段
を用いるようにしている。

【００４２】光電スイッチの距離誤差率は距離と共に大
きくなる。一方、検出周期の長い測距演算手段を用いた
場合には、検出周期の短い測距演算手段を用いた場合よ
りも距離誤差率が小さくなる。従って、遠距離では検出
周期の長い測距演算手段を用い、近距離では検出周期の
短い測距演算手段を用いることにより、距離誤差率が大
きくなるのを避けることができる。

【００４３】さらに、請求項１１に記載の実施態様にあ
っては、前記所定距離は、検出周期の短い側の測距演算
手段により被検出物体までの距離を検出した場合の距離
検出誤差が、必要な距離検出誤差以下となる最大の距離
としている。

【００４４】この実施態様にあっては、測距演算手段を
切り換えるための区分点となる距離を、距離検出誤差の
最大値がもっとも小さくなるように合理的に決めること
ができる。

【００４５】また、請求項１２に記載の実施態様にあっ
ては、複数の測距演算手段のうち、いずれの測距演算手
段を動作させるかを外部信号により選択可能にしてい
る。

【００４６】従って、使用者は、光電スイッチの使用環
境や被検出物体の遠近、移動速度等に応じて、光電スイ
ッチの検出周期、すなわち応答速度や距離測定精度を随
意選択することができ、使用状態に応じた細かな設定が
可能になる。従って、このような条件の変更があった場
合にも、光電スイッチを交換することなく対応できる。

【００４７】

【実施例】図７は本発明の一実施例による位相差方式の
光電スイッチの受光部及び信号処理部を示すブロック図
である。図４には示されていないが、この位相差方式の
光電スイッチＣにおいても、投光部及び受光部は図１の
光電スイッチＡと同様な三眼式の構成を有している。図
７において、１１ａ，１１ｂは画像検出器１２ａ，１２
ｂ上に被検出物体５の像を生成させるための２つの受光
レンズである。１２ａ，１２ｂは空間的に隔てられた光
路を経て結像された距離測定をすべき被検出物体５の２
つの画像を受光する電荷結合素子（ＣＣＤ）やフォトダ
イオード（ＰＤ）アレイ等の２つの画像検出器である。
１５ａ，１５ｂは画像検出器１２ａ，１２ｂの各画素か
ら出力された画像信号を光強度分布を表わす画像データ
列（量子化データ）に量子化する２つの量子化部であ
る。１６ａ，１６ｂは量子化部１５ａ，１５ｂで量子化
された２つの量子化データを相互に比較し、両量子化デ
ータを高い相関で合致させるのに要する両量子化データ
の相互シフト量Ｘを求め、さらに相互シフト量Ｘに基づ
いて被検出物体５までの距離Ｌを計算する２つの相関演
算処理部である。相関演算処理部１６ａ，１６ｂは互い
に検出周期が異なっており、相関演算処理部１６ａの検
出周期は比較的小さな値ｔとなっており、相関演算処理
部１６ｂの検出周期は比較的大きな値Ｔ（＞ｔ）となっ
ている。即ち、相関演算処理部１６ａは高速処理（低精
度）モード用であって、相関演算処理部１６ｂは高精度
（低速処理）モード用である。なお、図７では２つしか
相関演算処理部を示していないが、検出周期の異なる３
つ以上の相関演算処理部を設けてあってもよい。２１は
複数個の相関演算処理部１６ａ，１６ｂのいずれを使用
するかを選択する相関演算制御部である。なお、測距演
算手段は、量子化部１５ａ，１５ｂ、相関演算処理部１
６ａ，１６ｂ及び相関演算制御部２１によって構成され
ている。１７は検出距離範囲（エリア）を設定する検出
距離設定部である。１８は量子化部１５ａ，１５ｂ、相
関演算制御部２１、出力回路１９を制御する判別制御部
であって、相関演算制御部２１によって選択された相関
演算処理部１６ａ又は１６ｂから出力された被検出物体
５までの距離Ｌを検出距離設定部１７で設定した距離範
囲と比較し、その結果をオン、オフ出力として出力回路
１９へ出力する。１９は判別制御部１８からのオン、オ
フ出力を光電スイッチＣの外部へオン、オフ信号として
出力する出力回路である。

【００４８】つぎに、この光電スイッチＣの動作を説明
する。被検出物体５からの反射光βは、受光レンズ１１
ａ，１１ｂを通って空間的に離れた画像検出器１２ａ，
１２ｂに結像される。量子化部１５ａ，１５ｂは、判別
制御部１８からの量子化許可命令を受けて画像検出器１
２ａ，１２ｂから出力される画像信号（光強度分布パタ
ーン）を量子化する。画像信号の量子化は、画像信号を
各画素毎に多値デジタル化して量子化データに変換する
ことにより行なう。画像信号を量子化処理すると、量子
化部１５ａ，１５ｂは、相関演算制御部２１によって指
定された相関演算処理部１６ａ又は１６ｂへ量子化デー
タを出力する、という動作を繰り返す。

【００４９】相関演算制御部２１は、２つの相関演算処
理部１６ａ，１６ｂのうちから１つを選択し、相関演算
許可命令を出す。選択された相関演算処理部１６ａ又は
１６ｂは、量子化部１５ａ，１５ｂで量子化処理された
２つの量子化データを相互に比較し、両量子化データを
高い相関で合致させるのに要する両量子化データの相互
シフト量Ｘを計算し、相互シフト量Ｘに基づいて被検出
物体５までの距離Ｌを演算し、判別制御部１８へ出力す
る。判別制御部１８は、距離Ｌが検出距離設定部１７で
設定した範囲内かどうか判別し、判別結果を出力回路１
９へ出力する、という動作を繰り返す。

【００５０】（高速処理モードと高精度モードとの切り
換え）次に、このように検出周期の異なる２つの相関演
算処理部１６ａ，１６ｂを有する光電スイッチＣの応答
時間について説明する。この光電スイッチＣでは、被検
出物体５の状態等によって相関演算処理部１６ａ，１６
ｂの選択の仕方を変えることができる。その考え方とし
ては、光電スイッチＣに距離測定精度が要求される箇所
では、相関演算制御部２１で大きな検出周期Ｔの相関演
算処理部１６ｂを選択して高精度モードで計測し、光電
スイッチＣに距離測定精度が要求されない領域では、相
関演算制御部２１で小さな検出周期ｔの相関演算処理部
１６ａを選択して高速処理モードで計測する。すなわ
ち、高速処理モードを基本モードとし、高精度計測が必
要な場合には、相関演算処理部１６ｂを選択して高精度
で計測することにより、高精度で計測を行うとともに高
速処理を可能にするということである。

【００５１】基本的なモード切換え方式としては、３つ
挙げることができる。第一に、高精度計測の必要がない
場合には、高速処理モードのみで計測する。第二に、検
知エリアの境界部分でのみ高精度モードに切り換え、そ
れ以外の検知エリアの内部及び外部では高速処理モード
で計測する。第三に、ある検知エリア内では高精度モー
ドで計測するが、それ以外の領域では高速処理モードで
計測する。以下、これらを説明する。

【００５２】まず、第一の方式の高速処理モードのみの
場合を説明する。図８はこのように測定精度が要求され
ない場合を示す。図８において、φは光電スイッチＣの
動作領域を示し、光電スイッチＣは距離Ｋにある境界Ｂ
Ｄよりも近い検知エリアＡＲではオン信号を出力し、境
界ＢＤよりも遠い領域ではオフ信号を出力するように設
定されているとする。被検出物体５は、境界ＢＤよりも
十分に近い距離で動作領域φを横切るようにゆっくりと
移動している（つまり、被検出物体５は境界ＢＤ近傍を
移動しない）。このような状況では、被検出物体５を高
精度に測定しなくても光電スイッチＣの出力はオン信号
を出力することが分かるので、相関演算処理部１６ａを
選択して高速処理モードで動作させれば十分で、応答時
間は２ｔとなる。

【００５３】次に、測定精度の要求される第二のモード
切換え方式の場合を説明する。被検出物体５がエリアＲ
１からエリアＲ２へ向かって移動しているとすると、被
検出物体５がエリアＲ１にあるうちは相関演算処理部１
６ａを選択して高速処理モードとし、被検出物体５が境
界ＢＤを通過する際には１度だけ相関演算処理部１６ｂ
を選択して高精度モードに切り換え、通過し終えてエリ
アＲ２に入ると再び相関演算処理部１６ａを選択して高
速処理モードに戻る。このような動作を行なわせるため
の方法を図９に詳細に示す。ここで、（ａ）はエリアＲ
１、Ｒ２及びその境界ＢＤの位置を示し、（ｂ）は
（ａ）との位置関係で被検出物体５の検出時の位置を示
し、（ｃ）は（ｂ）で検出された各被検出物体５の計測
結果を出力するタイミングを示し、（ｄ）は処理モード
の変化を示し、（ｅ）は光電スイッチＣの出力を示す。
図９に示すように、被検出物体５が境界ＢＤを通過する
直後までは相関演算処理部１６ａが選択されており、高
速処理モード（検出周期ｔ）で動作している。境界ＢＤ
を通過した被検出物体５が検出され、その画像１５ａ，
１５ｂが画像検出器１２ａ，１２ｂに取り込まれると相
関演算処理部１６ａで相関演算処理され、検出周期ｔ後
にその検出信号が出力される。この高速処理モードにお
ける検出信号により相関演算制御部２１は相関演算処理
部１６ｂを選択し、高精度モード（検出周期Ｔ）に切り
換わる。ついで、相関演算処理部１６ｂにより画像情報
が相関演算処理されると、検出周期Ｔ後には、高精度モ
ードにより被検出物体５がエリアＲ２内にある旨の計測
結果が出力され、光電スイッチＣの出力がオン（オフ）
に切り換わり、これと同時に相関演算処理部１６ａが選
択されて高速処理モードに戻る。

【００５４】したがってこの場合には、境界通過時の応
答時間（すなわち、被検出物体５がエリアＲ２に入って
から被検出物体５がエリアＲ２に入ったことを知らせる
高精度モードによる検出信号が出力されるまでの最大時
間）は、図９より分かるように２ｔ＋Ｔとなる。よっ
て、本発明の光電スイッチＣによれば、高精度モードの
相関演算処理部１６ａだけを用いて被検出物体５がエリ
アに入ったことを２度検知した時に検出信号を出力する
ようにした光電スイッチでは、応答時間が３Ｔとなるの
に比較して、応答時間が２ｔ＋Ｔに短縮され、しかも、
それにも拘らず高精度モードの相関演算処理部１６ｂを
用いた場合と同様に高精度に計測することができる。ま
た、通常検出周期ｔは検出周期Ｔに比べて非常に小さい
（ｔ＜＜Ｔ、特に、２ｔ＜Ｔ）ので、被検出物体５がエ
リアに入ったことを１回検知した時に検出信号を出すよ
うにした高精度モードの光電スイッチの応答時間が２Ｔ
であるのと比較しても、応答速度が向上している。

【００５５】このような測定方法を用いる場合の例を図
１２に示す。図１２においても、φは光電スイッチＣの
動作領域を示し、光電スイッチＣは距離Ｋよりも近い検
知エリアＡＲ内ではオン信号を出力し、距離Ｋよりも遠
い検知エリア外ではオフ信号を出力するように設定され
ている。被検出物体５は、動作領域φ内において、検知
エリア外から検知エリアＡＲ内部に向かって移動してい
るとする。このような状況では、被検出物体５の光電ス
イッチＣからの距離がＫになった時に、光電スイッチＣ
の出力がオフ信号からオン信号に変化しなければならな
いので、被検出物体５が境界ＢＤに接近した場合には、
被検出物体５の距離を高精度に測定する必要がある。こ
のような場合には、図９に示したようにして境界ＢＤの
通過時にのみ高精度モードに切り換えることにより、境
界通過時の応答時間を２ｔ＋Ｔとすることができ、境界
通過を高精度で検出することができながら高速処理が可
能になる。

【００５６】また、逆に、被検出物体５が検知エリアＡ
Ｒの内部から外部へ境界を通過する場合にも図９のよう
に境界通過時にのみ高精度モードに切り換えることは有
効であり、この場合も同じく応答時間は２ｔ＋Ｔとな
る。

【００５７】次に、測定精度の要求される第三のモード
切換え方式の場合を説明する。被検出物体５がエリアＲ
１からエリアＲ２へ向かって移動しているとすると、被
検出物体５がエリアＲ１にあるうちは相関演算処理部１
６ａを選択して高速処理モードとし、被検出物体５が境
界ＢＤを通過してエリアＲ２に入ると、相関演算処理部
１６ｂを選択して高精度モードに切り換える。このよう
な動作を行なわせるための方法を図１０に詳細に示す。
図１０に示すように、被検出物体５が境界ＢＤを通過す
る直後までは相関演算処理部１６ａが選択されており、
高速処理モード（検出周期ｔ）で動作している。境界Ｂ
Ｄを通過した被検出物体５が検出され、その画像１５
ａ，１５ｂが画像検出器１２ａ，１２ｂに取り込まれる
と相関演算処理部１６ａで相関演算処理され、検出周期
ｔ後にその検出信号が出力される。この高速処理モード
における検出信号により相関演算制御部２１は相関演算
処理部１６ｂを選択し、高精度モード（検出周期Ｔ）に
切り換わる。ついで、相関演算処理部１６ｂにより画像
情報が相関演算処理されると、検出周期Ｔ後には、高精
度モードにより被検出物体５がエリアＲ２内にある旨の
計測結果が出力され、光電スイッチＣの出力がオン（オ
フ）に切り換わる。

【００５８】したがってこの場合にも、境界通過時の応
答時間（すなわち、被検出物体５がエリアＲ２に入って
から被検出物体５がエリアＲ２に入ったことを知らせる
高精度モードによる検出信号が出力されるまでの最大時
間）は、図１０より分かるように２ｔ＋Ｔとなる。よっ
て、本発明の光電スイッチＣによれば、高精度モードの
相関演算処理部１６ａだけを用いて被検出物体５がエリ
アに入ったことを２度検知した時に検出信号を出力する
ようにした光電スイッチでは、応答時間が３Ｔとなるの
に比較して、応答時間が２ｔ＋Ｔに短縮され、しかも、
それにも拘らず高精度モードの相関演算処理部１６ｂを
用いた場合と同様に高精度に計測することができる。ま
た、通常検出周期ｔは検出周期Ｔに比べて非常に小さい
（ｔ＜＜Ｔ、特に、２ｔ＜Ｔ）ので、被検出物体５がエ
リアに入ったことを１回検知した時に検出信号を出すよ
うにした高精度モードの光電スイッチの応答時間が２Ｔ
であるのと比較しても、応答速度が向上している。

【００５９】このような測定方法を用いる場合の例を図
１３に示す。例えば、一定の検知エリアＡＲ内において
は、相関演算処理部１６ｂにより高精度モードで計測を
行ない、検知エリアＡＲの外部の領域では相関演算処理
部１６ａにより高速処理モードで計測を行なう場合にお
いて、被検出物体５が検知エリアＡＲの外から検知エリ
アＡＲ内に入る場合には、図１１に示したようにして境
界ＢＤの通過によって高速処理モードと高精度モードを
切り換えることにより、境界通過時の応答時間を２ｔ＋
Ｔとすることができ、境界通過を高精度で検出すること
ができながら高速処理が可能になる。

【００６０】これに対し、被検出物体５が高精度モード
で動作するエリアＲ２から高速処理モードで動作するエ
リアＲ１へ向かって移動しているとすると、異なった動
作状態となる。このような動作を図１１により説明す
る。図１１に示すように、被検出物体５が境界ＢＤを通
過する直後までは相関演算処理部１６ｂが選択されてお
り、高精度モード（検出周期Ｔ）で動作している。境界
ＢＤを通過した被検出物体５が検出され、その画像１５
ａ，１５ｂが画像検出器１２ａ，１２ｂに取り込まれる
と相関演算処理部１６ｂで相関演算処理され、検出周期
Ｔ後には被検出物体５がエリアＲ１内にある旨の高精度
モードによる計測結果がが出力される。この高精度モー
ドにおける検出信号が出力されると、相関演算制御部２
１は相関演算処理部１６ａを選択し、高速処理モード
（検出周期ｔ）に切り換わり、光電スイッチＣの出力が
オフ（オン）に切り換わる。

【００６１】したがってこの場合には、境界通過時の応
答時間（すなわち、被検出物体５がエリアＲ１に入って
から被検出物体５がエリアＲ１に入ったことを知らせる
高精度モードによる検出信号が出力されるまでの最大時
間）は、図１１より分かるように２Ｔとなる。よって、
この場合には、高精度モードの相関演算処理部１６ｂだ
けを用いて被検出物体５がエリアに入ったことを検知す
る場合の応答時間と等しくなる。但し、出力のチャタリ
ング防止などのために２度検知して結果が一致した時に
検知信号を出力するようにする場合には、従来の光電ス
イッチでは応答時間が３Ｔになるのに対し、本発明の光
電スイッチＣでは応答時間は２Ｔ＋ｔとなり、応答時間
が短縮される。

【００６２】このような測定方法は、例えば図１３の場
合において、被検出物体５が高精度モードで計測を行な
っている検知エリアＡＲの内部から高速処理モードで計
測を行なっている検知エリアＡＲの外部へ出て行く場合
に用いることができる。

【００６３】なお、この図１３のような状況で第二のモ
ード切換え方式（図９）を適用することもでき、図１２
のような状況で第三のモード切換え方式（図１０，図１
１）を適用することも可能である。

【００６４】つぎに、上記実施例の改良を考える。上記
実施例では、いずれも境界を越えたことを確認した後に
処理モードを切り換えているので、応答時間が十分に短
くなっていない。そこで、以下のように境界の通過を予
測的に判定することによって応答時間をさらに短くする
ことを考える。

【００６５】まず、第二のモード切換え方式の改良を説
明する。この方式では、図１４に示すように、境界ＢＤ
の両側にΔＫの幅の予測領域２２を設定している。そし
て、被検出物体５がこの予測領域２２で検出されると高
精度モードに切り換わり、それ以外の領域では高速処理
モードとなるようにしている。このようなモードの切換
え方式によれば、エリアＲ１側から境界ＢＤに接近する
被検出物体５が近い側の予測領域２２内で検出される
と、検出周期ｔが経過して検知信号が出力された時に、
高精度モードに切り換わる。このとき被検出物体５は境
界を越えてエリアＲ２に入っているので、高精度モード
で検出及び処理され、検出周期Ｔの後に高精度モードで
の検知信号が出力され、光電スイッチＣの出力がオン
（オフ）信号に変化する。従って、この場合には、図１
４から明らかなように、応答時間はＴ＋ｔとなり、図９
の方式の場合よりも一層応答時間が短くなる。よって、
高精度モードの相関演算処理部１６ｂだけを用いた場合
よりも応答速度を向上させながら、その相関演算処理部
１６ｂだけを用いた時と同様に高精度となる。

【００６６】上記のような動作を確実に行なわせるため
には、高速処理モード（検出時間ｔ）における被検出物
体５の検出位置が予測領域２２内に確実に分配される必
要がある。これは予測領域２２の幅ΔＫが、高速処理モ
ードでの検出位置の間隔Ｖ×ｔ（Ｖは被検出物体５の移
動速度）よりも広いということであるから、 ΔＫ≧Ｖ×ｔ … とすれば、必ず応答時間はｔ＋Ｔとなる。ここで、被検
出物体５の速度は、光電スイッチＣにより検出タイミン
グｔ毎に検出している距離Ｌ1，Ｌ２，Ｌ３，…から、
（Ｌ１−Ｌ２）／ｔ、（Ｌ２−Ｌ３）／ｔ等として求め
ることができる。

【００６７】一方、あまり予測領域２２の幅ΔＫを広く
すると、被検出物体５が予測領域２２内で２度以上検出
される。この場合には、図１５に示すように、応答時間
は２Ｔとなるので、高精度モードだけで用いる場合と同
じになり、改善の効果が見られなくなる。予測領域２２
の幅ΔＫが、 ΔＫ＞２Ｖ×ｔ であると、予測領域２２内で２度以上検出され、応答時
間は２Ｔとなる。従って、予測領域２２の幅ΔＫとして
は、 Ｖ×ｔ≦ΔＫ≦２Ｖ×ｔ … の範囲内となるように決めるのが望ましい。但し、予測
領域２２の幅ΔＫを大部分の被検出物体５について式
を満たすように決めていたとしても、バラツキ等によっ
て移動速度がΔＫ／（２ｔ）よりも遅いものが境界ＢＤ
を通過することもあり、その場合には応答時間は２Ｔと
なる。しかし、応答速度が要求される本来の理由は設定
距離と出力時の距離との誤差をできるだけ小さくするこ
とであり、この場合には誤差はΔＫに納まり高速性は要
求されないので、応答時間が２Ｔでも問題にならない。
同様な理由により、予測領域２２の幅ΔＫを決定する際
にも、式のみによって決めても差し支えない。

【００６８】図１６はこのようなモード切換え方式を用
いる場合の具体例を示す図であって、光電スイッチＣか
ら一定距離Ｋに定められた境界ＢＤよりも近い検知エリ
アＡＲではオン信号が出力され、境界ＢＤよりも遠い領
域ではオフ信号が出力される。また、境界ＢＤの前後に
幅ΔＫの予測領域２２を設けてあり、Ｋ±ΔＫで高精度
モードに切り換えられるようになっている。このように
すれば、被検出物体５が境界ＢＤを通過する際の応答時
間をｔ＋Ｔにすることができる。

【００６９】つぎに、第三のモード切換え方式の同様な
改良を説明する。この方式の場合にも、高速処理モード
のエリアＲ１から高精度モードのエリアＲ２へ移動する
場合には、境界ＢＤよりもエリアＲ１側に幅ΔＫの予測
領域２２を設け、予測領域２２で高精度モードに切り換
わるようにすれば、図１７に示すように、応答時間をｔ
＋Ｔに短くすることができる。この結果、高精度モード
の相関演算処理部１６ｂだけを用いた場合よりも応答速
度を向上させながら、その相関演算処理部１６ｂだけを
用いた時と同様に高精度となる。

【００７０】この場合にも、上記式もしくは式を満
たすように予測領域２２の幅ΔＫを決めるのが好まし
い。

【００７１】これに対し、境界ＢＤから高精度モードの
エリアＲ２側に予測領域２２を設けることは意味がない
から、この方式の場合には予測領域２２は一方にのみ設
ければ十分である。

【００７２】また、被検出物体５の移動速度Ｖは、光電
スイッチＣの測距機能を利用すれば容易に計算すること
ができるので、被検出物体５の移動速度Ｖを計測し、移
動速度Ｖに応じて予測領域２２の幅ΔＫを自動調整する
ようにしてもよい。例えば、上記式や式を満たすよ
うに幅ΔＫを自動調整すればよい。

【００７３】（予測領域の幅ΔＫと測定誤差との関係）
光電スイッチＣから被検出物体５までの距離測定結果は
ある測定誤差Ｚを持っている。高速処理モードの相関演
算処理部１６ａの測定誤差をＺ２とし、高精度モードの
相関演算処理部１６ｂの測定誤差をＺ１とすると、Ｚ１
＜Ｚ２である。そこで、上記予測領域２２の幅ΔＫを Ｚ２＜ΔＫ となるように設定する。例えば、図９のような場合、被
検出物体５が境界ＢＤの前後ΔＫの予測領域２２に入る
までは光電スイッチＣは、相関演算処理部１６ａによっ
て高速に動作しているが、このように設定すると、被検
出物体５が予測領域２２にも入っていないにも拘らず、
測定誤差Ｚ１，Ｚ２によって計測距離が境界ＢＤを越え
たエリアに入ったと誤判定されることがなくなり、相関
演算処理部１６ａの動作中は光電スイッチＣからオン信
号が出力されることがない。このように幅ΔＫを設定す
ると、光電スイッチＣのオン動作時には常に相関処理部
１６ｂが使用されるので、高精度となる。

【００７４】（相関演算処理部の検出周期と測定回数と
の関係）上記のように、相関演算処理部１６ａは小さな
検出周期ｔを持ち、相関演算処理部１６ｂは大きな検出
周期Ｔを持っており、相関演算処理部１６ｂは相関演算
処理部１６ａよりも距離検出誤差が小さい。このように
検出周期ｔ，Ｔの異なる２つの相関演算処理部１６ａ，
１６ｂを構成するには、以下のようにする。各相関演算
処理部１６ａ，１６ｂにおいては、距離検出精度を向上
させるため検出周期ｔ，Ｔ内に複数回の測定を行い、そ
の平均値を検出距離としている。具体的にいうと、図１
８に示す相関演算処理部１６ａの処理フローのように、
量子化部１５ａ，１５ｂから量子化データを読み込み
（Ｓ３１）、量子化データに相関演算を施して相互シフ
ト量Ｘを求め（Ｓ３２）、相互シフト量Ｘから被検出物
体５までの距離Ｌを計算する（Ｓ３３）。この距離計算
が所定回数Ｎ_Aになるまで上記処理を繰り返し（Ｓ３
４）、所定回数Ｎ_Aに達したらＮ_A個の距離データの平均
値を求め（Ｓ３５）、これを距離データとして判別制御
部１８へ出力する（Ｓ３６）。相関演算処理部１６ｂも
同様な処理を実行するが、繰り返し回数が相関演算処理
部１６ａとは異なり、Ｎ_B回となっている。

【００７５】従って、この測定回数Ｎ_A，Ｎ_Bを異ならせ
れば、検出周期の長さが変化するとともに測定精度も変
化する。つまり、相関演算処理部１６ｂの測定回数Ｎ_B
を相関演算処理部１６ａの測定回数Ｎ_Aよりも大きくす
れば（Ｎ_A＜Ｎ_B）、相関演算処理部１６ｂは検出周期Ｔ
が大きくなり、高精度となる。

【００７６】（相関演算処理部の性能と量子化誤差との
関係）相関演算処理部１６ａ，１６ｂの検出周期をｔ＜
Ｔとなるようにする別な方法としては、相関演算処理部
１６ａにおける量子化誤差をΔＰａとし、相関演算処理
部１６ｂにおける量子化誤差をΔＰｂとするとき、 ΔＰｂ＜ΔＰａ となるようにすることである。

【００７７】図１９（ａ）（ｂ）にはそれぞれ量子化誤
差がΔＰｂとΔＰａ（＝２×ΔＰｂ）の場合について量
子化後の画像データ（量子化データ）を示している。こ
こに示しているように、量子化誤差ΔＰが小さいほど被
検出物体５の像を正確に再現できるが、量子化誤差ΔＰ
が大きくなると被検出物体５の像を正確に再現できなく
なり、相関演算の結果である相互シフト量Ｘの誤差が大
きくなる。このため、図２０に示すように、量子化誤差
ΔＰが小さいほど距離検出誤差ΔＬは小さくなる。従っ
て、距離検出精度を上げるためには、相関演算に使用す
る画像データ量の量子化誤差ΔＰが小さいほどよく、相
関演算処理部１６ｂの量子化誤差ΔＰｂを相関演算処理
部１６ａの量子化誤差ΔＰａよりも小さくすればよい。
しかし、図２１に示すように、量子化誤差ΔＰが小さく
なると扱う量子化データ量が増大するために検出周期は
増加する。

【００７８】このように２つの相関演算処理部１６ａ，
１６ｂの量子化誤差ΔＰａ，ΔＰｂを異ならせる一つの
方法を図２２のフロー図に示す。図２２（ａ）は相関演
算処理部１６ａにおける処理方法を示し、図２２（ｂ）
は相関演算処理部１６ｂにおける処理方法を示す。相関
演算処理部１６ａにおいては、量子化部１５ａ，１５ｂ
から量子化データを読み込んだ（Ｓ４１）後、量子化誤
差変換を行なう（Ｓ４２）。この量子化誤差変換の処理
は、例えば、量子化データを２で割り（Ｓ４２ａ）、つ
いで四捨五入し（Ｓ４２ｂ）、再び量子化データを２倍
する（Ｓ４２ｃ）ものである。量子化データを２で割る
と２進化データでは１桁桁数が下がり、これを四捨五入
すると情報量が少なくなるので、この後再び２倍して１
桁桁数を上げたとしても（１の位は「０」となるので、
有効ビット数が減少する）情報が不正確となって誤差が
増す。相関演算処理部１６ａはこのように量子化誤差変
換を施されて誤差の大きくなった量子化データに基づい
て相関演算を行なって相互シフト量Ｘを求め（Ｓ４
３）、相互シフト量Ｘから被検出物体５までの距離Ｌを
求め（Ｓ４４）、これを距離データとして判別制御部１
８へ出力する（Ｓ４５）。一方、相関演算処理部１６ｂ
においては、量子化誤差変換は行なわれず、読み込まれ
た量子化データを直接相関演算して相互シフト量Ｘを求
め（Ｓ４１，Ｓ４３）、相互シフト量Ｘから被検出物体
５までの距離Ｌを求め（Ｓ４４）、この距離データを判
別制御部１８へ出力する（Ｓ４５）。この結果、相関演
算処理部１６ａの量子化誤差ΔＰａは相関演算処理部１
６ｂの量子化誤差ΔＰｂよりも大きくなる。

【００７９】（相関演算処理部の性能と画素ピッチとの
関係）また、距離検出精度を上げるためには、相関演算
結果である相互シフト量Ｘの測定誤差が小さければ良
い。位相差方式では２つの画像検出器１２ａ，１２ｂか
ら得られる画像データを順次シフトしていき、２つの画
像データが一致したときの画像シフト量を相互シフト量
Ｘとしている。このとき相互シフト量Ｘの誤差は画像検
出器１２ａ，１２ｂの画素ピッチｎに等しい。従って、
相関演算処理部１６ｂの精度が相関演算処理部１６ａの
精度よりも高くなるようにするためには、相関演算処理
部１６ａにおける画素ピッチをｎａとし、相関演算処理
部１６ｂにおける画素ピッチをｎｂとするとき、 ｎｂ＜ｎａ となっていればよい。

【００８０】図２３（ａ）（ｂ）には、画素ピッチがｎ
ｂとｎａ（＝２×ｎｂ）の場合について量子化後の画像
データ（量子化データ）を示している。ここで示してい
るように、画素ピッチｎが小さいほど被検出物体５の像
を正確に再現できるが、画素ピッチｎが大きくなると、
被検出物体５の像を正確に再現できなくなり、相関演算
の結果である相互シフト量Ｘの誤差が大きくなる。この
ため、図２４に示すように、画素ピッチｎが小さいほど
距離検出誤差ΔＬは小さくなる。従って、距離検出精度
を上げるためには、相関演算に使用する画素ピッチｎが
細かいほどよく、相関演算処理部１６ｂの画素ピッチｎ
ｂを相関演算処理部１６ａの画素ピッチｎａよりも小さ
くすればよい。しかし、画素ピッチｎが小さくなると扱
う量子化データ量が増大するため、図２５に示すように
検出周期は増加する。

【００８１】このように２つの相関演算処理部１６ａ，
１６ｂの画素ピッチｎａ，ｎｂを異ならせる一つの方法
を図２６のフロー図に示す。図２６（ａ）は相関演算処
理部１６ａにおける処理方法を示し、図２６（ｂ）は相
関演算処理部１６ｂにおける処理方法を示す。相関演算
処理部１６ａにおいては、量子化部１５ａ，１５ｂから
量子化データを読み込んだ（Ｓ５１）後、画素ピッチ変
換を行なって２画素毎の量子化データに変換する（Ｓ５
２）。２画素毎の量子化データに変換するには、１つお
きの量子化データを捨ててもよく、連続する２画素の量
子化データを平均してもよい。この後、相関演算処理部
１６ａは画素ピッチ変換された量子化データに基づいて
相関演算を行なって相互シフト量Ｘを求め（Ｓ５３）、
相互シフト量Ｘから被検出物体５までの距離Ｌを求め
（Ｓ５４）、これを距離データとして判別制御部１８へ
出力する（Ｓ５５）。一方、相関演算処理部１６ｂにお
いては、画素ピッチ変換は行なわれず、読み込まれた量
子化データを直接相関演算して相互シフト量Ｘを求め
（Ｓ５１，Ｓ５３）、相互シフト量Ｘから被検出物体５
までの距離Ｌを求め（Ｓ５４）、この距離データを判別
制御部１８へ出力する（Ｓ５５）。なお、図２６（ａ）
では、２ｎｂ＝ｎａの場合を示すが、ｎｂ＜ｎａであれ
ばよく、ｎａとｎｂの比は問わない。

【００８２】（距離誤差率の利用）つぎに距離誤差率を
利用して検出周期の異なる相関演算処理部１６ａ，１６
ｂを設計する方法を説明する。被検出物体５までの距離
をＬ、受光レンズ１１ａ，１１ｂの焦点距離及び光軸間
の距離をそれぞれｆ、Ｌｏとすると、距離Ｌは前記式
より Ｌ＝（Ｌｏ・ｆ）／Ｘ … であるから、相互シフト量Ｘの誤差をΔＸとすると、距
離Ｌの誤差ΔＬは、式より、 ΔＬ＝−（Ｌｏ・ｆ）・ΔＸ／Ｘ²＝−［Ｌ²／（Ｌｏ・
ｆ）］ΔＸ と表わされる。これより距離誤差率をＤ（％）とする
と、 Ｄ＝｜ΔＬ／Ｌ｜×１００＝１００ΔＸ・Ｌ／（Ｌｏ・
ｆ） が得られる。このように距離誤差率Ｄは、距離Ｌと相互
シフト量の誤差ΔＸにそれぞれ比例する。

【００８３】したがって、距離誤差率Ｄと被検出物体５
との距離Ｌとの関係は、図２７に示すような直線２３，
２４で表わされる。ここで、距離誤差率Ｄは相互シフト
量の誤差ΔＸに比例しているので、直線２３は直線２４
よりも誤差ΔＸが大きい場合を示している。この直線２
３、２４で表わされるような特性を有する２つの相関演
算処理部１６ａ，１６ｂを作製したとすると、直線２３
で表わされる特性を有する側が相関演算処理部１６ａに
対応し、直線２４で表わされる特性を有する側が相関演
算処理部１６ｂに対応することになる。こうして作製し
た相関演算処理部１６ａを使用すると、検出周期がｔで
あるので、相関演算処理部１６ｂよりも高速応答性を達
成できるが、直線２３に対応するので距離誤差率Ｄは相
関演算処理部１６ｂよりも劣る。

【００８４】しかして、図２７から分かるように、被検
出物体５までの距離Ｌが近い部分では距離Ｌの遠い部分
に比べて距離誤差率Ｄは小さくなっている。このことを
利用すると、図２８に示すように、ある任意の距離Ｌｘ
よりも近い部分では相関演算処理部１６ａ（直線２３に
対応）を用い、Ｌｘよりも遠い部分では相関演算処理部
１６ｂ（直線２４に対応）を用いることにより、全体の
距離検出精度は落とさずにＬｘよりも近い部分での応答
時間を短くすることができる。特に、光電スイッチＣの
最大検出距離Ｌmaxに対応して距離誤差率Ｄの最大値が
Ｄmaxと決まっている場合には、図２９に示すように、
相関演算処理部１６ａを用いて距離誤差率Ｄ＝Ｄmaxと
なる被検出物体５までの距離ＬをＬｘとすれば、全体の
距離誤差率ＤはＤmax以下になり、かつ距離Ｌｘを最大
にできる。

【００８５】以上説明したように、検出周期の異なる相
関演算処理部を構成する方法は種々考えられるが、上記
の各方式を２つ、もしくは３つ以上組み合わせることも
できる。

【００８６】（外部信号による相関演算処理部の選択）
さらに別な光電スイッチの実施例を図３０に示す。この
光電スイッチＥにあっては、距離誤差率Ｄの異なる複数
の相関演算処理部１６ａ，１６ｂを備えており、この複
数の相関演算処理部１６ａ，１６ｂのうち、どの精度の
相関演算処理部１６ａ，１６ｂを使用するかを、外部信
号によって選択できるようにしたものである。例えば、
図３０に示すように光電スイッチＥに取り付けられた外
部スイッチ２５や電線コードにより、外部から相関演算
制御部２１へ電気信号等を送信し、それによって指定し
た相関演算処理部１６ａ，１６ｂが相関演算制御部２１
により選択されるようにする。

【００８７】これにより、使用者が高速性を要求する場
合や被検出物体５までの距離が近い場合には、検出周期
ｔの短い相関演算処理部１６ａを選択でき、使用者が低
い距離誤差率Ｄを要求する場合や被検出物体５までの距
離が遠い場合には、距離誤差率Ｄが小さい相関演算処理
部１６ｂを選択することができる。さらにＦＡ（ファク
トリ・オートメーション）ライン用の光電スイッチＥと
して使用されている場合には、被検出物体５の移動速度
や寸法が変化した場合に、光電スイッチＥを交換するこ
となく外部スイッチ２５などを切り換えることで対応す
ることができる。また、外部スイッチに代えてプログラ
マブルなコンピュータから相関演算処制御部２１へ外部
信号を送って切り換えるようにすれば、より複雑な制御
が可能になる。

【００８８】なお、上記各実施例では、光電スイッチを
高速処理／低精度モードと低速処理／高精度モードに切
り換えるためには、複数の相関演算処理部を設け、使用
する相関演算処理部を切り換えるようにしたが、必ずし
も相関演算処理部による必要はない。例えば、高速処理
／低精度モード用の量子化部と低速処理／高精度モード
用の量子化部等の複数組の量子化部を設け、使用する量
子化部を切り換えるようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来例の三眼式反射型光電スイッチの投光部及
び受光部の構成を示す構成図である。

【図２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は位相差方式により
画像のずれ量を求める原理を説明する図である。

【図３】位相差方式を適用した光電スイッチの受光部及
び信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図４】検出周期と応答時間との関係を説明する図であ
る。

【図５】（ａ）は高精度の光電スイッチの出力タイミン
グを示す図、（ｂ）は光電スイッチの出力の変化を示す
図である。

【図６】（ａ）は高速処理の光電スイッチの出力タイミ
ングを示す図、（ｂ）は光電スイッチの出力の変化を示
す図である。

【図７】本発明の一実施例による光電スイッチの受光部
及び信号処理部の構成を示すブロック図である。

【図８】高精度の距離測定が必要ない場合の一例を示す
図である。

【図９】境界通過時に高精度モードに切り換わる方式の
説明図であって、（ａ）はエリア、（ｂ）は被検出物体
の検出時の位置、（ｃ）は出力タイミング、（ｄ）は処
理モード、（ｅ）は光電スイッチの出力を示す。

【図１０】一方のエリアで高速処理モードとなり、他方
のエリアで高精度モードとなるモード切換え方式の説明
図であって、（ａ）はエリア、（ｂ）は被検出物体の検
出時の位置、（ｃ）は出力タイミング、（ｄ）は処理モ
ード、（ｅ）は光電スイッチの出力を示す。

【図１１】一方のエリアで高速処理モードとなり、他方
のエリアで高精度モードとなるモード切換え方式の別な
状況における説明図であって、（ａ）はエリア、（ｂ）
は被検出物体の検出時の位置、（ｃ）は出力タイミン
グ、（ｄ）は処理モード、（ｅ）は光電スイッチの出力
を示す。

【図１２】境界通過時に高精度モードに切り換わる方式
を用いる場合の一例を示す図である。

【図１３】一方のエリアで高速処理モードとなり、他方
のエリアで高精度モードになるモード切換え方式を用い
る場合の一例を示す図である。

【図１４】境界通過時に高精度モードに切り換わる方式
の改良を示す説明図であって、（ａ）はエリア、（ｂ）
は被検出物体の検出時の位置、（ｃ）は出力タイミン
グ、（ｄ）は処理モード、（ｅ）は光電スイッチの出力
を示す。

【図１５】同上の予測領域の幅の限定理由を説明するた
めの図である。

【図１６】同上の方式を用いて被検出物体を検出する場
合の例を示す図である。

【図１７】一方のエリアで高速処理モードとなり、他方
のエリアで高精度モードとなるモード切換え方式の改良
を説明する図であって、（ａ）はエリア、（ｂ）は被検
出物体の検出時の位置、（ｃ）は出力タイミング、
（ｄ）は処理モード、（ｅ）は光電スイッチの出力を示
す。

【図１８】相関演算処理部の処理手順の一例を示すフロ
ー図である。

【図１９】（ａ）（ｂ）は量子化誤差が小さな場合と量
子化誤差が大きな場合における、量子化データを示す図
である。

【図２０】量子化誤差と距離検出誤差との関係を説明す
る図である。

【図２１】量子化誤差と検出周期との関係を示す図であ
る。

【図２２】相関演算処理部における量子化誤差を異なら
せるための手法を示すフロー図である。

【図２３】（ａ）（ｂ）は画素ピッチが小さな場合と画
素ピッチが大きな場合における、量子化データを示す図
である。

【図２４】画素ピッチと距離検出誤差との関係を説明す
る図である。

【図２５】画素ピッチと検出周期との関係を示す図であ
る。

【図２６】相関演算処理部において画素ピッチを異なら
せるための手法を示すフロー図である。

【図２７】距離誤差率と被検出物体までの距離との関係
を示す図である。

【図２８】相関演算処理部の切り換え方法を説明する図
である。

【図２９】相関演算処理部の別な切り換え方法を説明す
る図である。

【図３０】本発明のさらに別な実施例による光電スイッ
チを示すブロック図である。

【符号の説明】

５ 被検出物体 １１ａ，１１ｂ 受光レンズ １２ａ，１２ｂ 画像検出器 １５ａ，１５ｂ 量子化部 １６ａ，１６ｂ 相関演算処理部 ２２ 予測領域 ｔ 高速処理／低精度モードにおける検出周期 Ｔ 低速処理／高精度モードにおける検出周期

フロントページの続き (72)発明者 村田 芳郎 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検出物体からの反射光を受光する２つ
   の画像検出器と、 両画像検出器から出力される画像情報を量子化して比較
   することによって両画像情報の相対的位置関係を求め、
   当該位置関係に基づいて被検出物体までの距離を計測す
   る測距演算手段と、 被検出物体の検出位置と設定されているエリアとの位置
   関係に応じて信号を出力する手段とを備えた光電スイッ
   チであって、 検出周期の異なる複数の前記測距演算手段を有すること
   を特徴とする光電スイッチ。
2. 【請求項２】 前記測距演算手段における距離測定回数
   を異ならせることにより、測距演算手段の各検出周期を
   異ならせた、請求項１に記載の光電スイッチ。
3. 【請求項３】 前記測距演算手段における画像情報の量
   子化誤差を異ならせることにより、測距演算手段の各検
   出周期を異ならせた、請求項１に記載の光電スイッチ。
4. 【請求項４】 前記測距演算手段における画像情報の画
   素ピッチを異ならせることにより、測距演算手段の各検
   出周期を異ならせた、請求項１に記載の光電スイッチ。
5. 【請求項５】 検出周期の異なる少なくとも２つの測距
   演算手段を有し、検出位置があるエリアのほぼ内部に位
   置する場合には検出周期の長い側の測距演算手段を用
   い、検出位置が当該エリアのほぼ外部に位置する場合に
   は検出周期の短い側の測距演算手段を用いるようにし
   た、請求項１，２，３又は４に記載の光電スイッチ。
6. 【請求項６】 検出周期の異なる少なくとも２つの測距
   演算手段を有し、検出位置があるエリアのほぼ内部及び
   ほぼ外部に位置する場合には検出周期の短い側の測距演
   算手段を用い、検出位置が当該エリアのほぼ境界部分に
   位置する場合には検出周期の長い側の測距演算手段を用
   いるようにした、請求項１，２，３又は４に記載の光電
   スイッチ。
7. 【請求項７】 検出周期の異なる少なくとも２つの測距
   演算手段を有し、検出位置が、エリアの境界の少なくと
   も一方の側に設定された領域内にある場合には検出周期
   の長い側の測距演算手段を用いるようにした、請求項
   １，２，３又は４に記載の光電スイッチ。
8. 【請求項８】 エリアの境界の少なくとも一方の側に設
   定された前記領域が、被検出物体の移動速度に応じて変
   化する、請求項７に記載の光電スイッチ。
9. 【請求項９】 エリアの境界の少なくとも一方の側に設
   定された前記領域が、検出周期の短い側の測距演算手段
   による距離検出誤差よりも大きくなっている、請求項７
   に記載の光電スイッチ。
10. 【請求項１０】 検出周期の異なる少なくとも２つの測
    距演算手段を有し、検出位置が所定距離よりも近い場合
    には検出周期の短い側の測距演算手段を用い、検出位置
    が所定距離よりも遠い場合には検出周期の長い側の測距
    演算手段を用いるようにした、請求項１，２，３又は４
    に記載の光電スイッチ。
11. 【請求項１１】 前記所定距離は、検出周期の短い側の
    測距演算手段により被検出物体までの距離を検出した場
    合の距離検出誤差が、必要な距離検出誤差以下となる最
    大の距離である、請求項１０に記載の光電スイッチ。
12. 【請求項１２】 複数の測距演算手段のうち、いずれの
    測距演算手段を動作させるかを外部信号により選択可能
    にした、請求項１，２，３又は４に記載の光電スイッ
    チ。