JPH1062547A - 電気光学的装置 - Google Patents

電気光学的装置

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JPH1062547A
JPH1062547A JP9095993A JP9599397A JPH1062547A JP H1062547 A JPH1062547 A JP H1062547A JP 9095993 A JP9095993 A JP 9095993A JP 9599397 A JP9599397 A JP 9599397A JP H1062547 A JPH1062547 A JP H1062547A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 信頼性を向上した、背景を抑制して調節可能
な距離において物体の存在を検知する電気光学的装置を
提供する。 【解決手段】 光源（４）および１対の光電気センサ
（１１，１２）を保持構造（３）と一体にし、受光チャ
ンバ（１０；２１０）を可動にし、前記光電気センサ
（１１，１２）間に配置した分離領域（１３）とほぼ一
致する軸を有するポビット（１６；２１６）によって、
前記保持構造（３）によって回転可能に保持した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、背景を抑制して調
節可能な距離において物体の存在を検知する電気光学的
装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】背景を抑制して所定の領域における物体
の存在または不在を示すことができる電気光学的装置
は、既知である。これは、検知を行う距離を手動の設定
によって調節でき、したがって、このような距離を越え
る他の物体または背景の見せ掛けの影響を排除する、光
電セル形式の電気光学的装置である。
【０００３】これらの装置は、実際的には、直接光のビ
ームの発光器と、反射光のビームの受光器とを具える。
前記直接光のビームの発光器は、電場発光ダイオードか
ら成る前記光のビームの光源と、前記光のビームを検知
すべき物体に向けて放射することができる透過レンズを
含む光透過チャンバとを具える。前記反射光のビームの
受光器は、受光レンズと、いくつかの並んだ光電気セン
サとを具える。前記光電気センサを、前記光源から物体
までの距離に比例した電気信号を発生することができる
電気測定回路に動作的に接続する。
【０００４】これらの装置の動作は、三角測量の原理を
基礎としている。前記光源によって放射された光のビー
ムは、確認すべき物体（目標）に向かい、前記物体が受
けた光の一部が反射し、前記受光レンズを通過し、前記
受光器の光電気センサに向かう。直角三角形を規定し、
その斜辺以外の辺を、前記光源および物体間の距離と、
前記光源および光電気センサ間の距離とによって形成
し、斜辺を、前記物体および光電気センサ間の距離によ
って形成する。この三角形は、前記物体の最長手検知距
離、すなわち、それを越えると、前記装置が存在するか
もしれない物体（背景）によってトリガされない距離を
幾何学的に規定する。
【０００５】日本国公開特許公報第０６１６８６５２号
明細書は、電場発光ダイオードとレンズを具える透過チ
ャンバとをハウジングに固定した、距離の調節を行う形
式の光電気スイッチを記載している。レンズおよび光感
応素子を含む受光チャンバを含むシャーシを、前記ハウ
ジングに回転可能に搭載する。前記シャーシを、ウォー
ムねじおよびカムによって駆動して回転させ、前記光の
放射軸と前記光の受光軸との角度を変化させる。
【０００６】この光電気スイッチの主な欠点は、前記シ
ャーシが回転可能であることから前記光感応素子が可動
であることと、電気エネルギ源と電気制御回路とを接続
する電気接続も可動であることから発する。可動電気接
続が、構造的な困難を含み、動作において重要であるた
め、該装置の信頼性において悪影響を有することは周知
である。
【０００７】これらの欠点は、直接光ビームの発光器と
反射光ビームの受光器とを並べて配置したハウジングを
具え米国特許明細書第４７８２２２４号に記載のような
電気光学的センサにおいは存在しない。個々の発光ダイ
オードを有する透過レンズと、受光レンズと、２個の光
変換器によって形成された光電気変換装置とが、ハウジ
ングと一体である。前記センサは、前記受光レンズまた
は透過レンズのいずれかに関して前記ハウジングに隠れ
る偏向ミラーを具える。この回転ミラーによって、前記
受光レンズを通過する反射光ビームが前記光電気変換装
置の方に偏向されるか、前記直接光ビームが前記透過レ
ンズを通過して検知すべきものの方に向けられるため、
検知距離を前記偏向ミラーの回転によって変化させるこ
とができる。
【０００８】しかしながら前記センサは、他の欠点を示
す。
【０００９】このセンサの主な欠点は、前記回転偏向ミ
ラーと固定レンズの存在から発する。
【００１０】要するに、前記ミラーは、適切に組み立て
られているとしても、回折、前記信号の減衰および焦点
合わせの悪化を引き起こす。
【００１１】さらに、前記ミラーが前記受光レンズに関
係する場合において、前記反射光ビームの受光の軸は、
前記受光レンズの光軸と、検知すべき物体の長い距離に
関してのみ一致し、限定された距離に関しては、前記２
つの軸は異なり、同じことが、前記回転ミラーが前記透
過レンズに関する場合において、前記直接光ビームの放
射の軸と、前記透過レンズの光軸とに関して起こる。
【００１２】最後に、前記ミラーは、前記センサの製造
コストの増加をもたらす追加の光学的構成部分を構成す
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上述した欠点を、背景を
抑制して調節可能な距離において物体の存在を検知する
電気光学的装置であって、 ａ）直接光ビームの光源と、個々の焦点を有する透過レ
ンズを設け、前記直接光のビームを前記物体の方に向け
ることができる光透過チャンバとを具える光ビーム発光
器と、 ｂ）前記物体によって反射された光ビームを受光するの
に適切で、個々の焦点を有する受光レンズを設けた前記
反射光ビームの受光チャンバと、光電気センサ手段とを
具える受光器と、 ｃ）前記発光器および受光器を保持する構造と、 ｄ）前記光電気センサに動作的に接続され、前記センサ
からの信号を処理することができる、制御回路とを具
え、 ｅ）前記受光チャンバを、前記保持構造に関して可動に
し、前記受光チャンバの位置を調節する調節手段に動作
的に接続した電気光学的装置において、 ｆ）前記光電気センサ手段が、間に分離領域を置いた１
対の並んだ光電気センサを具え、 ｇ）前記光源および１対の光電気センサを、前記保持構
造と一体とし、 ｈ）前記受光チャンバを、前記光電気センサ間に置かれ
た分離領域にほぼ一致する回転軸を有する第１ピボット
手段によって、前記保持構造によって回転可能に保持
し、前記受光レンズの焦点が、越えると物体が検知され
ない最長検知距離を決定するために前記受光チャンバに
よってとられるどのような位置に対しても、前記分離領
域と一致するようにしたことを特徴とする電気光学的装
置によって克服できることが分かった。
【００１４】本発明の好適実施形態によれば、前記透過
チャンバも可動にし、前記調節手段に動作的に接続し、
前記透過チャンバを、前記透過レンズの焦点と交差する
回転軸を有する第２ピボット手段によって、前記保持構
造によって回転可能に保持し、前記透過レンズの焦点
が、前記最長検知距離を決定するために前記透過チャン
バによってとられるどのような位置に対しても、前記第
２ピボット手段の回転軸にほぼ位置するようにする。
【００１５】本発明の他の好適実施形態によれば、前記
透過チャンバを可動にし、前記調節手段に動作的に接続
し、前記透過チャンバに、前記保持構造のスロットにお
いてスライド可能に保持された第３ピボット手段を設
け、回転並進運動を行うようにする。
【００１６】本発明の電気光学的装置において、前記光
源と１対の光電気センサの双方を固定した。これは、こ
れらを電気エネルギ源と電気制御回路とに固定電気接続
によって接続することを可能にする。
【００１７】したがって、前記可動接続が直面する構造
的困難のすべてが取り除かれ、該装置の信頼性が向上す
る。
【００１８】さらに、設定距離がいくらであっても、前
記受光レンズの焦点がフォトダイオードの分離領域と常
に一致する、すなわち、前記反射光ビームの受光軸が、
前記受光チャンバによってとられるどのような位置に関
しても、前記受光レンズの光軸と常に一致する。
【００１９】同様に、回転透過チャンバの場合におい
て、前記透過レンズの焦点が前記透過チャンバの回転軸
上に常に位置する、すなわち、前記直接光ビームの放射
軸も、前記最長検知距離を決定するために前記透過チャ
ンバおよび受光チャンバによってとられるどのような相
対位置に関しても、前記透過レンズの光軸と常に一致す
る。
【００２０】したがって、前記受光および透過レンズ
は、常に最良に使用される。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１および２において、１によっ
て示す直接光ビーム発光器と、２によって示す反射光ビ
ームの受光器と、保持構造３とを具える、本発明によっ
て形成される、背景を抑制して調節可能な距離において
物体の存在を検知する電気光学的装置を示す。
【００２２】発光器１は、光源４および固定光透過チャ
ンバ５を具える。光源４は、保持構造３に固定した印刷
回路ボード８に搭載した発光ダイオードから成る。発光
ダイオード４は、ボード８に直交する軸を有する光ビー
ムを発光する。光透過チャンバ５に、構造３において得
られる光学的円錐６と、透過レンズ７とを設ける。
【００２３】受光器２は、可動受光チャンバ１０と、１
対の並んだ光電気センサ１１および１２とを具える。セ
ンサ１１および１２は、印刷回路ボード８に搭載した２
つのフォトダイオードから成り、その間には、不感光性
材料のストリップから成る分離領域１３を置く。受光チ
ャンバ１０に、光学的円錐１４および受光レンズ１５を
設け、構造３において回転可能に保持する。光学的円錐
１４は、構造３において、受光チャンバの支点を構成す
る、分離ストリップ（図２）とほぼ一致する回転軸を有
するピボット１６によって取り付ける。特に、ピボット
１６の回転軸は、ストリップ１３上を正確に通過するた
め、受光レンズ１５の焦点は、フォトダイオード１１お
よび１２間の分離領域１３と一致する。さらに光学的円
錐１４を、スリーブ１８に、ロッド１９と、ピボット２
０および２１と、アーム３０とによって接続する。
【００２４】スリーブ１８に内ネジ山２２を設け、これ
によって、外ネジ山２４を設けられたシャフト２３とか
み合わせる。シャフト２３を、保持構造３に固定した保
持ブッシュ３１において回転可能に搭載し、ノブ４０に
よって手動で操作できるようにすると共に、軸２５の周
囲を、２重矢印２６によって示すように、ある回転方向
または逆方向において回転できるようにする。シャフト
２３は自由に回転できるが、その軸の動きは抑制され
る。回転するシャフト２３は、２重矢印２７によって示
すような、スリーブ１８の軸２５の方向における変位を
引き起こす。
【００２５】フォトダイオード１１および１２を、ブロ
ック２８によって表す電子制御回路に動作的に接続す
る。詳細を図示しない制御回路２８は、例えば、差動増
幅器と、該装置が物体の存在を検知した場合、測定信号
を発生することができる、可視光を発光するダイオード
（ＬＥＤ）を駆動する比較器増幅器とを具える。
【００２６】図１の装置を調節し、物体の最長検知距離
を予め決めるために、電場発光ダイオード４によって発
光された光ビームを前記物体の方に向け、シャフト２３
を矢印２６の２つの方向の一方において手動で回転させ
る。そのようにして、前記物体に反射され、受光レンズ
１５によって収束された光ビームの受光軸が分離ストリ
ップ１３の中心に位置し、フォトダイオード１１および
１２が同じ程度に照射されるまで、スリーブ１８をシャ
フト２３に沿って軸２５（矢印２６）の方向にスライド
させ、アーム３０およびロッド１９を経て光学的円錐１
４および受光レンズ１５を駆動し、ピボット１６におい
て２重矢印２９によって示すように時計方向または反時
計方向に回転させる。チャンバ１０がとることができる
すべての位置において、ピボット１６の回転軸は、スト
リップ１３およびレンズ１５の焦点と一致し続ける。ノ
ブ４０およびシャフト２３回転して、フォトダイオード
１１がフォトダイオード１２よりわずかに多く照射され
た時、回路２８は、前記ＬＥＤをスイッチオンする。こ
れによって、前記越えると物体が検知されない最長検知
距離に対応する、前記直接光ビームの放射軸と前記反射
光ビームの受光軸との交点を確認することができる。例
えば、スリーブ１８およびピボット２１は、図１に関し
て下向きに動き（破線位置）、光学的円錐１４およびレ
ンズ１５は、時計方向に回転する（破線位置）。
【００２７】前記最長距離より短い距離において前記直
接光ビームの放射軸に沿って位置するすべての物体は、
前記反射光ビームがフォトダイオード１１に衝突し、フ
ォトダイオード１１が制御回路２８をトリガし、前記Ｌ
ＥＤをスイッチオンするため、確実に検知される。前記
物体が、前記直接光ビームの放射軸に沿って、前記最長
距離から前記装置の方に動く場合、受光スポットは、分
離ストリップ１３から離れてダイオード１１に移る。前
記物体が光源４（電場発光ダイオード）により近づくに
つれて、この移動は、より大きくなる。この理由のた
め、前記ＬＥＤを前記物体の距離がゼロに近づくまで活
性のままにしたい場合、フォトダイオードを極めて長く
する必要がある。フォトダイオード１１のコストを抑え
るため、異なった長さの２つのダイオードを使用し、フ
ォトダイオード１１をフォトダイオード１２より長くす
ることができ、光源４からより離れた前記領域が、前記
光源により近い領域より長い場合、分離ストリップ１３
によって分離された２つの並んだ領域を具える１対の非
対称ダイオードとすることができる。
【００２８】前記最大距離より長い距離において位置す
るすべての物体は、前記反射光ビームがフォトダイオー
ド１２に衝突し、フォトダイオード１２が、制御回路２
８の活性化を抑制し、前記ＬＥＤをスイッチオフする電
気信号を発生するため、検知されない。
【００２９】受光チャンバ１０の支点がフォトダイオー
ド１１および１２の分離ストリップ１３と一致する配置
は、フォトダイオード１１および１２の分離ストリップ
１３の受光レンズからの距離が、その焦点距離に等しく
なり、前記レンズの回転中、一定に保持されることを保
証する。したがって、フォトダイオード１１において、
前記物体が該電気光学的装置から離れている場合、でき
るかぎり最小の受光スポットが存在し、この選択は、長
い距離における分解能を向上し、前記物体の距離が増加
するにつれて前記反射光ビームの強度が低下することに
よる性能の低下を補償する。
【００３０】さらに、どのような最長設定距離であって
も、前記直接光ビームおよび反射光ビームの軸は、発光
レンズ７および受光レンズ１５の光軸と常に一致し、し
たがって、前記レンズは、常に最良に使用される。
【００３１】図３において、直接光ビームの発光器１０
１の光透過チャンバ１０５と、反射光ビームの受光器２
０２の受光チャンバ２１０とを可動にした、図１および
２の電気光学的装置の変形例を示す。光透過チャンバ１
０５に、レンズ７と、レンズ７の焦点と交差する回転軸
を有するピボット１１６によって構造３に取り付けた光
学的円錐１０６とを設け、前記レンズの焦点が前記透過
チャンバの回転軸上にあるようにする。光学的円錐１０
６を、ネジ山を付けたシャフト２３によって駆動される
スリーブ２３に、ロッド１１９と、ピボット１２０およ
び１２１と、アーム１３０とによって動作的に接続す
る。受光チャンバ２１０に、レンズ１５と、分離ストリ
ップ１３と一致する回転軸を有するピボット２１６によ
って構造３に取り付けた光学的円錐２１４とを設ける。
受光チャンバ２１０を、スリーブ１８に、ロッド２１９
と、ピボット２２０および２２１と、アーム２３０とに
よって接続する。
【００３２】この場合において、ノブ４０と、したがっ
てシャフト２３とを回転することによって、発光チャン
バ１０５および受光チャンバ２１０の双方が、個々のピ
ボット１１６および２１６の周囲を回転し（矢印２９お
よび２２９）、前記直接光ビームの放射軸および反射光
ビームの受光軸の交点は、２つの運動の組み合わせによ
って調節され、図１の装置と比べてより広範囲な距離に
おける正確な測定が可能になる。
【００３３】図３に示すロッド１１９および２１９は、
同じ長さを有するが、異なった長さを有してもよい。
【００３４】図１および２の装置と、図３の装置とにお
いて、光源４を透過レンズ７の焦点に配置するため、平
行光線による直接光ビームが発生される。このように、
検知すべき物体に衝突するスポットは、前記物体の光源
４からの距離が、検知可能な最短距離から最長距離まで
のどのような距離であっても、常に同じ寸法を有する。
【００３５】図４において、光学的円錐１０６を、構造
３の壁において得られる曲線状スロット３５にはめ合わ
せたローラ３４を設けたアーム３３と一体化した、図３
の電気光学的装置の変形例を示す。さらに、光学的円錐
１０６を、ネジ山を付けたシャフト２３によって駆動さ
れるスリーブ１８に、３２１においてアーム３３０に取
り付けたアーム３２によって、動作的に接続する。
【００３６】この場合において、ノブ４０およびシャフ
ト２３による光透過チャンバ１０５の位置の調節を行う
ことによって、光学的円錐１０６は、自身の軸において
回転すると共にスロット３５に沿って動く（２重矢印３
６）によって導かれる回転並進運動を行う（破線位
置）。光透過チャンバ１０５の回転並進運動は、電場発
光ダイオード４によって発光される光ビームを検知すべ
き物体に向ける性能を向上させる。
【００３７】図４の装置において、透過チャンバ１０５
は、光源４から離れ、したがって、前記光源がもはやレ
ンズ７の焦点において位置しなくなるように回転並進運
動を行う。これらの状況の下で、透過チャンバ１０５か
らの光ビームは、もはや平行光線によるものではなく、
収束光線によるものである。この解決法によって、検知
すべき物体が前記光源に対してより近くを動くため、で
きるかぎり小さいスポットを発生することができるとい
う利点がある。これは、特に短い距離における、図１、
図２および図３の装置によって検知することができる物
体よりも小さい物体の″識別力″を可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による、背景を抑制して調節可能な距離
において物体の存在を検知する電気光学的装置の部分的
な横断面図である。
【図２】図１の電気光学的装置の上から見た平面図であ
る。
【図３】図１の電気光学的装置の変形例の部分的な横断
面図である。
【図４】図１の電気光学的装置の変形例の部分的な横断
面図である。
【符号の説明】
１、１０１ 発光器 ２、２０２ 受光器 ３ 保持構造 ４ 光源 ５、１０５ 光透過チャンバ ６、１４、１０６、２１４ 光学的円錐 ７ 透過レンズ ８ 印刷回路ボード １０、２１０ 受光チャンバ １１、１２ 光電気センサ １３ 分離ストリップ １５ 受光レンズ １６、２０、２１、１１６、１２０、１２１、２１６、
２２０、２２１、３２１ ピボット １８ スリーブ １９、１１９、２１９ ロッド ２２ 内ネジ山 ２３ シャフト ２４ 外ネジ山 ２５ 軸 ２６、２７、２９、３６、２２９ ２重矢印 ２８ 制御回路 ３０、３２、３３、１３０、２３０、３３０ アーム ３１ 保持ブッシュ ３４ ローラ ３５ 曲線状スロット ４０ ノブ
フロントページの続き (72)発明者 マルコ ランドルフィ イタリア国 40138 ボローニャ ヴィア レ レニン 63 (72)発明者 ライネル ブラントシュテッター ドイツ連邦共和国 72639 ノイフェン シュルヴェーク 32

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 背景を抑制して調節可能な距離において
    物体の存在を検知する電気光学的装置であって、 ａ）直接光ビームの光源（４）と、個々の焦点を有する
    透過レンズ（７）を設け、前記直接光のビームを前記物
    体の方に向けることができる光透過チャンバ（５；１０
    ５）とを具える光ビーム発光器（１；１０１）と、 ｂ）前記物体によって反射された光ビームを受光するの
    に適切で、個々の焦点を有する受光レンズ（１５）を設
    けた前記反射光ビームの受光チャンバ（１０；２１０）
    と、光電気センサ手段とを具える受光器（２；２０２）
    と、 ｃ）前記発光器（１；１０１）および受光器（２；２０
    ２）を保持する構造（３）と、 ｄ）前記光電気センサに動作的に接続され、前記センサ
    からの信号を処理することができる、制御回路（２８）
    とを具え、 ｅ）前記受光チャンバ（１０；２１０）を、前記保持構
    造（３）に関して可動にし、前記受光チャンバ（１０；
    ２１０）の位置を調節する調節手段（２３）に動作的に
    接続した電気光学的装置において、 ｆ）前記光電気センサ手段が、間に分離領域（１３）を
    置いた１対の並んだ光電気センサ（１１，１２）を具
    え、 ｇ）前記光源（４）および１対の光電気センサ（１１，
    １２）を、前記保持構造（３）と一体とし、 ｈ）前記受光チャンバ（１０；２１０）を、前記光電気
    センサ（１１，１２）間に置かれた分離領域（１３）に
    ほぼ一致する回転軸を有する第１ピボット手段（１６；
    ２１６）によって、前記保持構造によって回転可能に保
    持し、前記受光レンズ（１５）の焦点が、越えると物体
    が検知されない最長検知距離を決定するために前記受光
    チャンバ（１０；２１０）によって仮定されるどのよう
    な位置に対しても、前記分離領域（１３）と一致するよ
    うにしたことを特徴とする電気光学的装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の電気光学的装置におい
    て、前記透過チャンバ（１０５）も可動にし、前記調節
    手段（２３）に動作的に接続し、前記透過チャンバ（１
    ０５）を、前記透過レンズ（７）の焦点と交差する回転
    軸を有する第２ピボット手段（１１６）によって、前記
    保持構造（３）によって回転可能に保持し、前記透過レ
    ンズ（７）の焦点が、前記最長検知距離を決定するため
    に前記透過チャンバ（１０５）によってとられるどのよ
    うな位置に対しても、前記第２ピボット手段（１１６）
    の回転軸にほぼ位置するようにしたことを特徴とする電
    気光学的装置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載の電気光学的装置におい
    て、前記透過チャンバ（１０５）を可動にし、前記調節
    手段（２３）に動作的に接続し、前記透過チャンバ（１
    ０５）に、前記保持構造（３）のスロット（３５）にお
    いてスライド可能に保持された第３ピボット手段（３
    ４）を設け、回転並進運動を行うようにしたことを特徴
    とする電気光学的装置。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載の電気光学的装置におい
    て、前記可動受光チャンバ（１０；２１０）を、第１ロ
    ッド（１９；２１９）と、第１ピボット手段（２０，２
    １；２２０，２２１）と、第１アーム（３０；２３０）
    とによって、前記保持構造（３）によって回転可能に保
    持されたネジ山を付けたシャフト（２３）とかみ合うネ
    ジ山を付けたスリーブ（１８）に動作的に接続したこと
    を特徴とする電気光学的装置。
  5. 【請求項５】 請求項２または４に記載の電気光学的装
    置において、前記透過チャンバ（１０５）を、第２ロッ
    ド（１１９）と、第２ピボット手段（１２０，１２１）
    と、第２アーム（１３０）とによって、前記ネジ山を付
    けたシャフト（２３）とかみ合う前記ネジ山を付けたス
    リーブ（１８）に動作的に接続したことを特徴とする電
    気光学的装置。
  6. 【請求項６】 請求項３または４に記載の電気光学的装
    置において、前記可動透過チャンバ（１０５）を、第３
    アーム（３２，３３０）と、第３ピボット手段（３２
    １）とによって、前記ネジ山を付けたシャフト（２３）
    とかみ合う前記ネジ山を付けたスリーブ（１８）に動作
    的に接続し、前記保持構造（３）の壁の曲線状スロット
    （３５）にはめ合わせたローラ（３４）を設けた第４ア
    ーム（３３）を設けたことを特徴とする電気光学的装
    置。
  7. 【請求項７】 請求項１に記載の電気光学的装置におい
    て、前記光源（４）および光電気センサ（１１，１２）
    を、印刷回路ボード（８）に固定したことを特徴とする
    電気光学的装置。
  8. 【請求項８】 請求項１に記載の電気光学的装置におい
    て，前記光電気センサ（１１，１２）が、光に感応しな
    い材料のストリップによって形成される前記分離領域
    （１３）によって分離された２つの並んだ領域を具える
    １対の非対称フォトダイオードから成り、前記光源
    （４）からより離れた前記領域を、前記光源（４）によ
    り近い前記領域より長くしたことを特徴とする電気光学
    的装置。
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