JPH11304922A - 物体検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】この発明は、高価で、外乱光や電気的外乱、変
調光の受光増幅における受光信号増幅回路の帯域のゲイ
ン不足やスルーレート不足により物体を誤検知するとい
う課題を解決しようとするものである。 【解決手段】 この発明は、発光素子ＬＥＤからの出射
光がその光路上で散乱反射した光を受光する受光素子
と、この受光素子からの電気信号を増幅する受光信号増
幅回路とを有し、前記出射光を予め定めた周波数で変調
する物体検知装置において、前記発光素子の変調による
光波形を正弦波もしくは正弦波に準じた波形もしくは積
分波形とする手段Ｓ２を備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自走ロボットの障
害物回避のための物体検知、複写機やイメ−ジスキャナ
等の画像読取装置の複写原稿又は読取原稿の有無及び／
又は原稿位置及び／又は原稿サイズを装置側で自動的に
検知する原稿検知、自動ドアの開閉のための人体検知等
に用いられる物体検知装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は投受光により物体を検知する従
来の物体検知装置の光学系を示す。この物体検知装置に
おいては、発光素子４から出射した光は、投光レンズ３
で略平行光にコリメートされて出射される。この出射光
の光路上に物体１３（たとえば人体）がある場合、投光
レンズ３からの出射光は、その光路上の物体１３によっ
て拡散反射される。この拡散反射された光は、受光レン
ズ５で集光され、受光素子６に入射する。この物体検知
装置は、発光素子４の出射光がその光路上の物体１３で
拡散反射した光を検出し、光路上の物体１３の有無を判
別する。

【０００３】次に、この従来の物体検知装置の電気系に
ついて説明する。図６はこの従来の物体検知装置の電気
系の構成を示す。この物体検知装置は、発光素子４の出
射光がその光路上の物体１３で拡散反射した光を受光素
子６で検出し、出射光の光路上の物体１３の有無を判別
する。

【０００４】ところが、受光素子６には、出射光の光路
上の物体１３で拡散反射した光のみならず、外乱光も入
射する。このため、受光素子６に入射した光が、発光素
子４の出射光であるか外乱光であるかを区別することが
必要になる。そこで、発光素子４はあらかじめ定めた周
波数で変調点灯し、受光素子６に入射した光が発光素子
４の変調周波数と同じ周波数であった場合に受光素子６
に入射した光を発光素子４から出射してその出射光の光
路上の物体１３で拡散反射した光であると判断し、出射
光の光路上に物体１３が有ると判断する。

【０００５】発光素子４は発光素子駆動回路１９によっ
て変調点灯されるが、その変調周波数は発振器２０によ
ってあらかじめ定められた周波数が指示される。図１９
は従来の発光素子駆動回路１９の例を示す。この発光素
子駆動回路１９は発振器２０となる矩形波信号源Ｓ１、
ゲートＧ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ４及びトランジスタＴＲ１か
らなる。矩形波信号源Ｓ１からの矩形波信号は、必要に
応じて別途指示される変調制御信号によりゲートＧ１を
通過して抵抗Ｒ４を通り、トランジスタＴＲ１を駆動す
る。トランジスタＴＲ１にはその矩形波信号に準じたコ
レクタ電流が流れ、このコレクタ電流が発光素子４とし
ての発光ダイオードＬＥＤを駆動して発光ダイオードＬ
ＥＤがそのコレクタ電流に比例した光を出射する。

【０００６】この発光ダイオードＬＥＤからの出射光の
光路上に物体１３が置かれた場合、発光素子４から出射
した変調光は、その光路上に置かれた物体１３によって
拡散反射され、受光素子６に入射する。物体１３で拡散
反射されて受光素子６に入射した光は、受光素子６によ
り受光信号に変換されて直流増幅器からなる受光信号増
幅回路１８によって増幅され、受光増幅信号として比較
器１６に入力される。図２０は受光信号増幅回路１８の
例を示す。この受光信号増幅回路１８は、コンデンサＣ
１，Ｃ２及び抵抗Ｒ５，Ｒ７が入出力端子間に接続され
た２つのアンプＡ１，Ａ２と、このアンプＡ１，Ａ２の
間に設けられた抵抗Ｒ６とからなり、受光素子６からの
受光信号を増幅する。

【０００７】受光信号増幅回路１８から出力される受光
増幅信号は、基本的には０Ｖ電圧を基準として受光素子
６が受けた受光光量に比例した電圧レベルとなる信号で
ある。そして、受光素子６が受ける光は変調点灯された
発光素子４から出射した光が物体１３によって拡散反射
された光であるから、受光増幅信号は０Ｖ電圧を基準と
して受光素子６が受けた受光光量に比例した電圧レベル
となる変調信号である。図１７は発光素子４の矩形波の
駆動波形、発光素子４の光波形、受光信号増幅回路１８
の出力波形を示す。

【０００８】比較器１６は、基準電圧設定回路１７から
の基準電圧と受光信号増幅回路１８からの受光増幅信号
とを比較し、受光増幅信号が基準電圧より大きい場合に
は「１」、受光増幅信号が基準電圧より小さい場合には
「０」となる２値化信号を受光信号識別回路１５に入力
する。図２３は、受光増幅信号の例と、この受光増幅信
号を２値化した２値化信号の例を示す。

【０００９】図２６は、受光信号識別回路１５の処理フ
ロ−を示す。受光信号識別回路１５は、発振器２０から
の信号の周波数（発光素子４の変調周波数）と比較器１
６からの２値化信号の周波数を比較し、これらが同じ周
波数でない場合には受光素子６に入射した光は発光素子
４から出射した光が物体１３によって拡散反射されて受
光素子６に入射した光ではないと判定し、つまり、出射
光の光路上に物体１３が無いと判定する。

【００１０】また、受光信号識別回路１５は、発振器２
０からの信号の周波数（発光素子４の変調周波数）と比
較器１６からの２値化信号の周波数とが同じ周波数であ
る場合には、発光素子４から出射した光が物体１３によ
って拡散反射されて受光素子６に入射したと判定し、つ
まり、出射光の光路上に物体１３が有ると判定する。従
って、受光信号識別回路１５は、出射光の光路上に物体
１３が有るか否かを判定する物体有無判定手段を構成す
る。

【００１１】図１３は、物体検知装置の他の例である原
稿検知装置の一例の機械光学系を示す。この原稿検知装
置においては、発光素子４から出射した光は、投光レン
ズ３で略平行光にコリメ−トされてハ−フミラ−２で反
射され、回転ミラ−７に入射して反射される。この回転
ミラ−７で反射された光は、光路１１に沿ってコンタク
トガラス１からなる原稿載置台に向かう。光走査手段と
しての回転ミラ−７は、モ−タ８によって回転駆動さ
れ、回転ミラ−７で反射された光がコンタクトガラス１
を軌跡１２に沿って走査する。コンタクトガラス１は複
写機、イメ−ジスキャナ等の画像読取装置において、原
稿が載置される原稿載置台であり、コンタクトガラス１
上の原稿は画像読取装置により画像が読み取られる。

【００１２】エンコ−ダ読み取りセンサ９及びエンコ−
ダディスク１０は、回転ミラ−７からの出射光がコンタ
クトガラス１上のどの位置にいるかを知る為のエンコ−
ダを構成し、エンコ−ダディスク１０がモ−タ８に取り
付けられてモ−タ８により回転駆動される。このエンコ
−ダディスク１０をエンコ−ダ読み取りセンサ９で読み
取ることで、回転ミラ−７からの出射光がコンタクトガ
ラス１上のどの位置を走査しているかを知ることができ
る。

【００１３】コンタクトガラス１の上に原稿が置かれて
いた場合、回転ミラ−７からの出射光はコンタクトガラ
ス１上の原稿で拡散反射される。この拡散反射された光
は、回転ミラ−７からの出射光と同じ光路１１を逆に進
んで回転ミラ−７で反射され、ハ−フミラ−２を透過し
て受光レンズ５で集光され、受光素子６に入射する。こ
の原稿検知装置は、発光素子４の出射光がコンタクトガ
ラス１上の原稿で拡散反射された光を受光素子６で検出
し、コンタクトガラス１上の原稿の有無を判別する。

【００１４】次に、この原稿検知装置の電気系について
説明する。図８は、この原稿検知装置の電気系の構成を
示す。この原稿検知装置の電気系は、先に説明した物体
検知装置の図６に示す電気系と同様なもの４、６、１５
〜２０に出射光走査位置識別回路２１と原稿サイズ判定
回路１４を設けたものであり、受光信号識別回路１５が
コンタクトガラス１上の原稿の有無を判別した信号を原
稿サイズ判定回路１４に入力したときのコンタクトガラ
ス１上の出射光の走査位置を出射光走査位置識別回路２
１によって知り、原稿の大きさを判定する。

【００１５】ここに、受光信号識別回路１５は、図２７
に示すように、発振器２０からの信号の周波数（発光素
子４の変調周波数）と比較器１６からの２値化信号の周
波数を比較し、これらが同じ周波数でない場合には受光
素子６に入射した光は発光素子４から出射した光がコン
タクトガラス１上の原稿によって拡散反射されて受光素
子６に入射した光ではないと判定し、つまり、コンタク
トガラス１上に原稿が無いと判定する。

【００１６】また、受光信号識別回路１５は、発振器２
０からの信号の周波数（発光素子４の変調周波数）と比
較器１６からの２値化信号の周波数とが同じ周波数であ
る場合には、発光素子４から出射した光がコンタクトガ
ラス１上の原稿によって拡散反射されて受光素子６に入
射したと判定し、つまり、コンタクトガラス１上に原稿
が有ると判定する。従って、受光信号識別回路１５は、
コンタクトガラス１上に物体としての原稿が有るか否か
を判定する物体有無判定手段としての原稿有無判定手段
を構成する。

【００１７】出射光走査位置識別回路２１は、エンコ−
ダディスク１０とエンコ−ダ読み取りセンサ９からなる
エンコーダで、回転ミラ−７からの出射光がコンタクト
ガラス１上のどの位置にいるかを識別する為の出射光走
査位置識別手段を構成し、出射光走査位置識別信号を原
稿サイズ判定回路１４に入力する。

【００１８】原稿サイズ判定回路１４は、受光信号識別
回路１５から原稿検知信号が入力されたときには出射光
のコンタクトガラス１上の走査位置を出射光走査位置識
別回路２１からの出射光走査位置識別信号より読み取
り、原稿２３がコンタクトガラス１の上に置かれた位置
に換算する。コンタクトガラス１に原稿２３を置くとき
に基準位置を決めて置くと、原稿サイズ判定回路１４
は、受光信号識別回路１５でコンタクトガラス１上に原
稿２３があると判定して受光信号識別回路１５から原稿
検知信号が入力されたときに出射光走査位置識別回路２
１からの出射光走査位置識別信号より出射光の走査位置
を知って原稿１３の大きさを判定する。従って、原稿サ
イズ判定回路１４は、原稿２３の位置及び大きさを判定
する原稿サイズ判定手段を構成する。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の物体検知装
置では、光路上に物体がないときの受光信号増幅回路１
８の出力信号のレベルを基準として物体１３、２３を検
出する。一般的には物体１３、２３がないときの受光信
号増幅回路１８の出力信号レベルは０Ｖであり、物体１
３、２３がないときの受光信号増幅回路１８の出力信号
レベルが０Ｖになっていないと、物体１３、２３を検出
できなくなったり、物体１３、２３がないのにあると判
断してしまうことがある。

【００２０】物体１３、２３がないときに受光信号増幅
回路１８の出力が０Ｖにならない要因としては、外乱光
や受光素子６の暗電流によるオフセット電圧、受光信号
増幅回路１８や受光素子６の温度特性によるオフセット
電圧の変動、変調光の受光増幅における受光信号増幅回
路１８の帯域の不足やスルーレートの不足による受光増
幅信号の浮き上がり等がある。受光信号増幅回路１８の
出力にオフセット電圧が加わると、出射光の光路上に物
体１３、２３が置かれていなくても物体有りと判断して
しまう。また、受光信号増幅回路１８の帯域の不足やス
ルーレートの不足による受光増幅信号の浮き上がりは物
体１３、２３を検出できなくしてしまう。

【００２１】外乱光によるオフセット電圧について説明
すると、受光素子６には出射光の光路上の物体１３、２
３からの拡散反射光のみならず、外乱光も入射する。外
乱光は物体検知装置が置かれた状況によって変化する
が、外乱光は発光素子４の出射光が物体１３、２３で拡
散反射した光に重なり、外乱光に属するバックグランド
光はオフセット電圧となって受光信号増幅回路１８の出
力に現れてくる。受光信号増幅回路１８の増幅度が大き
いため、微少なバックグランド光も物体検知に影響する
くらい大きいオフセット電圧になることもある。

【００２２】暗電流によるオフセット電圧について説明
すると、ホトダイオードは暗電流が流れ、受光素子６に
ホトダイオードを使用した場合はホトダイオードの暗電
流が受光信号増幅回路１８によって増幅されてオフセッ
ト電圧として出力される。図２０に示した受光信号増幅
回路の例では、受光素子６としてのホトダイオードＰＤ
の暗電流はアンプＡ１、Ａ２で増幅される。

【００２３】温度特性について説明すると、ホトダイオ
ードＰＤの暗電流は温度により増減する特性を持つた
め、受光信号増幅回路１８の増幅度を大きくすると、受
光信号増幅回路１８の出力に現れるオフセット電圧の変
動も大きくなる。受光信号増幅回路１８も温度特性があ
り、この温度特性はオフセット電圧の変動として現れ
る。図２０に示した受光信号増幅回路の例では、アンプ
Ａ１のオフセット電圧がアンプＡ２で増幅されて大きく
なる。

【００２４】図２４は原稿検知装置において受光信号増
幅回路１８から出力される受光増幅信号にオフセット電
圧が（＋）に現れた例を示す。図２４の例では、オフセ
ット電圧が基準電圧設定回路１７からの基準電圧を超え
たため、比較器１６の出力は「１」になったままの状態
となってしまう。オフセット電圧が（−）に現れた場合
には原稿が検知されなかったりする。

【００２５】この問題を解決するために、従来は受光信
号増幅回路１８にオフセットキャンセル回路を付加した
り、基準電圧設定回路１７にオフセット補償回路を付加
したりすることが行われている。しかし、オフセットキ
ャンセル回路やオフセット補償回路は、原理的に複雑で
高価であり、物体検知装置が高価なものとなる。

【００２６】ゲイン不足について説明すると、受光素子
６で検出する物体からの拡散反射光は微少であるため、
受光増幅信号増幅回路１８の増幅度を大きくする必要が
ある。受光信号増幅回路１８の増幅度を大きくすると、
受光信号増幅回路１８の周波数特性の高域側のゲインが
低下してしまう。受光信号増幅回路１８の周波数特性の
高域側のゲインが低下し、発光素子４の変調点灯された
出射光の持つ周波数帯域をカバーできなくなってしまう
と、受光増幅信号の０Ｖ側のレベルが浮き上がってしま
う。図２１は受光信号増幅回路１８の周波数特性の高域
側のゲインが低下し、発光素子４の変調周波数での受光
信号増幅回路１８のゲインが不足した場合の周波数特性
を示す。

【００２７】受光信号増幅回路１８に要求される周波数
帯域は、受光信号増幅回路１８が増幅する信号の帯域で
ある。この物体検知装置は、発光素子４から放射されて
物体１３、２３で拡散反射された光を受光素子６で光電
変換して受光信号増幅回路１８で増幅し、この受光信号
増幅回路１８からの受光増幅信号の変化を観察して物体
の有無を判別する。このため、発光素子４が放射する光
の波形すなわち発光素子４を駆動する信号の波形が受光
信号増幅回路１８が増幅する信号であり、発光素子４を
駆動する信号の周波数帯域が受光信号増幅回路１８に要
求される周波数帯域となっている。

【００２８】発光素子４の変調点灯では、制御の簡便さ
から、矩形波で発光素子４の駆動がなされ、発光素子４
の発光波形も矩形波となる。図１７は発光素子４の矩形
波の駆動波形、発光素子４の光波形、受光信号増幅回路
１８の出力波形を示す。矩形波のパワースペクトル分布
は、その基本周波数となる変調周波数と、基本周波数よ
りも周波数の高い高調波を含む。図１６はその様子を示
す。図１６に示すように受光信号増幅回路（アンプ）１
８の周波数特性が発光素子４の変調点灯された出射光の
基本周波数となる変調周波数よりも大幅に高域までカバ
ーしていないと、受光信号増幅回路１８からの受光増幅
信号は発光素子４の変調点灯された矩形波の出射光を再
現できず、また、受光増幅信号の０Ｖ側のレベルが浮き
上がることがある。図１８は受光増幅信号が浮き上がっ
ている様子を示す。

【００２９】受光信号増幅回路１８のスルーレート不足
について説明すると、物体からの拡散反射光の光量は、
物体の濃度に比例する。図２２は物体濃度と受光増幅信
号電圧の関係を示す。受光信号増幅回路１８のスルーレ
ートが小さいと、非常に明るい物体が出射光の光路上に
置かれた場合、受光増幅信号の振幅が大きくなり、受光
信号増幅回路１８のスルーレートが足りなくなってしま
い、受光信号増幅回路１８のゲインが不足したと同じよ
うに、受光増幅信号の０Ｖ側のレベルが浮き上がってし
まう。図２５は原稿検知装置で受光信号増幅回路１８の
スルーレートが不足したときの様子を示す。そこで、受
光信号増幅回路１８は、高帯域・高利得・高スルーレー
トのアンプを使用することになる。しかし、高帯域・高
利得・高スルーレートのアンプは高価であるため、従来
の物体検知装置は高価なものとなっている。

【００３０】電気ノイズにつて説明すると、受光信号増
幅回路１８の出力信号には、物体で拡散反射された発光
素子４の出射光、外乱光の信号のほかに、電気的外乱の
信号が現れる。この受光信号増幅回路１８の出力信号を
比較器１６に入力し基準電圧と比較して２値化した後、
その２値化信号の周期を確認した場合、物体で拡散反射
された発光素子４の出射光の信号が外乱光や電気的外乱
の信号に埋もれてしまい、発光素子４の変調周波数と同
じ周波数を確認することができず、物体を検知できなく
なることがあった。

【００３１】しかし、従来は、外乱光に対する対策は無
く、電気的外乱に対しては、電気的外乱を受け難くする
程度の対策しか無く、信頼性が低かった。以上のよう
に、従来の物体検知装置は、物体を検知できないか、検
知できたとしても誤検知となることを回避するため、高
価なものになっていた。また、物体検知装置は、このよ
うに高価なものであっても信頼性が低かった。

【００３２】請求項１に係る発明は、高価な高帯域・高
利得・高スルーレートのアンプが不要となり、安価な汎
用アンプを使用して安価に実現できる物体検知装置を提
供することを目的とする。請求項２に係る発明は、直流
成分であるオフセット電圧を容易に排除できて高価なオ
フセットキャンセル回路やオフセット補償回路が不要で
安価に実現でき、発光素子の変調周波数の帯域での受光
信号増幅回路のゲインが不足しても、また、受光信号増
幅回路のスルーレートが不足してもその影響を受けるこ
とがなく、更に、受光信号増幅回路に汎用の安価なアン
プを使用することができて一層安価にできる物体検知装
置を提供することを目的とする。請求項３に係る発明
は、外乱光や電気的外乱の影響を小さくすることができ
て信頼性を高めることができる物体検知装置を提供する
ことを目的とする。

【００３３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る発明は、発光素子からの出射光を投
光する手段と、この手段で投光した出射光がその光路上
で散乱反射した光を受光して電気信号に変換する受光素
子と、この受光素子で変換した電気信号を増幅する受光
信号増幅回路とを有し、前記出射光を予め定めた周波数
で変調し、前記受光信号増幅回路からの受光増幅信号の
変化を観測して該受光増幅信号が前記出射光の変調周波
数と同じ周波数である場合に前記出射光の光路上に物体
が有ることを検出する物体検知装置において、前記発光
素子の変調による光波形を正弦波もしくは正弦波に準じ
た波形もしくは積分波形とする手段を備えたものであ
る。

【００３４】請求項２に係る発明は、請求項１記載の物
体検知装置において、前記受光信号増幅回路を交流増幅
回路としたものである。請求項３に係る発明は、請求項
２記載の物体検知装置において、前記交流増幅回路に前
記出射光の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性
を付加したものである。

【００３５】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態は、上述した従
来の物体検知装置において、発光素子４の変調による光
波形を正弦波もしくは正弦波に準じた波形、もしくは積
分波形として、変調した光波形の周波数帯域を下げ、受
光信号増幅回路１８が増幅する受光信号の帯域を下げる
ようにしており、受光信号増幅回路１８が従来必要とし
ていた高価な高帯域・高利得・高スルーレートのアンプ
が不要となり、安価な汎用アンプを使用できる。

【００３６】図３は発光素子４の駆動波形を正弦波もし
くは正弦波に準じた波形にしたときの発光素子４の光波
形とその時の受光信号増幅回路１８の出力の状態を示
す。先に説明したように、上記物体検知装置は、発光素
子４から放射されて物体で拡散反射された光を受光素子
６で光電変換して受光信号増幅回路１８で増幅し、この
受光信号増幅回路１８からの受光増幅信号の変化を観察
して物体の有無を判別する。このため、発光素子４を駆
動する信号の波形が受光信号増幅回路１８に伝わること
になる。

【００３７】発光素子４の駆動波形が変調周波数を基本
周波数として高い周波数成分を含む矩形波であれば、受
光信号増幅回路１８の周波数特性はその矩形波が持つ高
い周波数をカバーすることが求められる。発光素子４の
駆動波形が変調周波数の正弦波であれば、受光信号増幅
回路１８の周波数特性はその変調周波数をカバーすれば
良く、受光信号増幅回路１８の周波数特性を発光素子４
の駆動波形を矩形波とした場合に比べて低くできる。図
１４は正弦波のパワースペクトル分布を示す。

【００３８】図１は本発明の第１の実施形態において発
光素子４を駆動する正弦波駆動回路を示す。この第１の
実施形態は、上記従来の図６及び図１２に示す物体検知
装置において、上記発光素子駆動回路１９を図１に示す
正弦波駆動回路としたもので、受光信号増幅回路１８と
して安価な汎用アンプを用いることができる。この正弦
波駆動回路は発振器２０となる正弦波信号源Ｓ２、トラ
ンジスタＴＲ２からなるゲート、抵抗Ｒ１〜Ｒ３，Ｒ
８、コンデンサＣ３およびトランジスタＴＲ１からな
る。

【００３９】正弦波信号源Ｓ２からの正弦波信号は抵抗
Ｒ８、コンデンサＣ３を介してトランジスタＴＲ１を駆
動し、トランジスタＴＲ１に正弦波信号に準じたコレク
タ電流が流れる。トランジスタＴＲ１を流れるコレクタ
電流は発光素子４である発光ダイオードＬＥＤを駆動す
る。発光ダイオードＬＥＤの発する光波形は、トランジ
スタＴＲ１のコレクタ電流に比例する。抵抗Ｒ１，Ｒ２
はトランジスタＴＲ１のバイアス電圧Ｖｂを決定する。
このバイアス電圧Ｖｂを適当に設定すれば、トランジス
タＴＲ１のコレクタ電流の変化を正弦波としたり、正弦
波の半波整流波形としたりすることができる。トランジ
スタＴＲ２は必要に応じて別途指示される変調制御信号
によりオン／オフして正弦波信号源Ｓ２からの正弦波信
号をオン／オフさせることで、発光ダイオードＬＥＤの
変調の開始、停止を制御する。

【００４０】本発明の第２の実施形態は、上述した上記
従来の図８及び図１３に示す物体検知装置としての原稿
検知装置において、上記発光素子駆動回路１９を図１に
示す正弦波駆動回路としたもので、受光信号増幅回路１
８として安価な汎用アンプを用いることができる。

【００４１】図２は本発明の第３の実施形態における積
分波形駆動回路を示す。この第３の実施形態は、上記第
１の実施形態の物体検知装置において、発光素子駆動回
路１９を図２に示す積分波形駆動回路としたもので、受
光信号増幅回路１８として安価な汎用アンプを用いるこ
とができる。図４は発光素子４の駆動波形を積分波形に
した本実施形態における発光素子４の光波形とその時の
受光信号増幅回路１８の出力の状態を示す。図２に示す
積分波形駆動回路は、発振器２０となる矩形波信号源Ｓ
１、ゲートＧ１、抵抗Ｒ１〜Ｒ４、コンデンサＣ４及び
トランジスタＴＲ１からなる。

【００４２】矩形波信号源Ｓ１からの矩形波信号は、ゲ
ートＧ１及び抵抗Ｒ４を経由してトランジスタＴＲ１を
駆動する。トランジスタＴＲ１を流れるコレクタ電流は
発光素子４である発光ダイオードＬＥＤを駆動する。ゲ
ートＧ１の出力は矩形波であるが、トランジスタＴＲ１
に伝わる信号は、抵抗Ｒ４、コンデンサＣ４からなる積
分回路によって積分されて積分波形に成形される。この
積分回路は、ハイカットフィルタであり、ゲートＧ１か
らトランジスタＴＲ１への矩形波信号の高域の周波数成
分のパワーを著しく低下させる。その結果、トランジス
タＴＲ１を流れるコレクタ電流が積分波形となって発光
ダイオードＬＥＤの発する光波形の周波数帯域が低下す
る。そのため、受光信号増幅回路１８に要求される周波
数特性を下げることができる。図１５は上記積分波形の
パワースペクトル分布の例を示す。

【００４３】本発明の第４の実施形態は、上記第２の実
施形態の物体検知装置としての原稿検知装置において、
発光素子駆動回路１９を図２に示す積分波形駆動回路と
したもので、受光信号増幅回路１８として安価な汎用ア
ンプを用いることができる。

【００４４】これらの第１の実施形態乃至第４の実施形
態は、発光素子４からの出射光を投光する手段としての
投光レンズ３等の光学系と、この手段で投光した出射光
がその光路上で散乱反射した光を受光して電気信号に変
換する受光素子６と、この受光素子６で変換した電気信
号を増幅する受光信号増幅回路１８とを有し、前記出射
光を予め定めた周波数で変調し、前記受光信号増幅回路
１８からの受光増幅信号の変化を観測して該受光増幅信
号が前記出射光の変調周波数と同じ周波数である場合に
前記出射光の光路上に物体１３、２３が有ることを検出
する物体検知装置において、前記発光素子４の変調によ
る光波形を正弦波もしくは正弦波に準じた波形もしくは
積分波形とする手段としての正弦波信号源Ｓ２もしくは
抵抗Ｒ４及びコンデンサＣ４からなる積分回路を備えた
ので、高価な高帯域・高利得・高スルーレートのアンプ
が不要となり、安価な汎用アンプを使用して安価に実現
できる。

【００４５】本発明の第５の実施形態乃至第８の実施形
態は、上記第１の実施形態乃至第４の実施形態におい
て、それぞれ、受光信号増幅回路１８を交流増幅回路か
らなる受光信号交流増幅回路２２としたものである。図
５は第７の実施形態の構成を示し、図７は第８の実施形
態の構成を示す。

【００４６】図９は上記受光信号交流増幅回路２２の構
成を示し、図１０は受光信号交流増幅回路２２及び比較
器１６の出力信号を示す。この受光信号交流増幅回路２
２は、コンデンサＣ１，Ｃ２及び抵抗Ｒ５、Ｒ７が入出
力端子間に接続された２つのアンプＡ１、Ａ２と、この
アンプＡ１、Ａ２の間に設けられた抵抗Ｒ６及びコンデ
ンサＣ５の直列回路からなり、受光素子６からの受光信
号を増幅する。コンデンサＣ５はアンプＡ１とＡ２とを
交流結合する。

【００４７】オフセット電圧は直流成分であり、受光信
号増幅回路１８を受光信号交流増幅回路２２とすること
でオフセット電圧を排除することができる。受光素子６
に入射するバックグランド光の直流成分は、受光信号交
流増幅回路２２によって排除される。従って、受光信号
増幅回路１８を受光信号交流増幅回路２２とすることに
よって、従来必要としていたオフセットキャンセル回路
やオフセット補償回路は不要となり、安価な物体検知装
置を実現することができる。

【００４８】図９に示すように、受光素子６にはホトダ
イオ−ドＰＤを使用している。ホトダイオ−ドＰＤの暗
電流はアンプＡ１で増幅されるが、アンプＡ１とアンプ
Ａ２の接続がコンデンサＣ５により交流結合となってい
る為、ホトダイオ−ドＰＤの暗電流はアンプＡ２には伝
わらない。従って、比較器１６にはホトダイオ−ドＰＤ
の暗電流の影響が伝わらない。アンプＡ１のオフセット
電圧もコンデンサＣ５によりアンプＡ２には伝わらな
い。比較器１６にはアンプＡ２のオフセット電圧のみが
伝わる。アンプＡ２のオフセット電圧は増幅されないの
で小さい。

【００４９】先に述べたように、ホトダイオ−ドＰＤの
温度特性はオフセット電圧の変化として現れる。このホ
トダイオ−ドＰＤ並びにアンプＡ１の温度特性の影響は
コンデンサＣ５により比較器１６には伝わらず、アンプ
Ａ２のオフセット電圧の温度特性の影響のみが比較器１
６に伝わる。アンプＡ２のオフセット電圧の温度特性の
影響は増幅されないので小さい。従って、受光信号増幅
回路１８を受光信号交流増幅回路２２としたことによっ
て、従来必要としていたオフセットキャンセル回路やオ
フセット補償回路は不要となり、安価な物体検知装置を
実現できる。

【００５０】受光信号増幅回路１８を受光信号交流増幅
回路２２としたことによって、受光増幅信号は０Ｖを挟
んだ振幅信号となる。受光信号交流増幅回路２２の周波
数特性が悪化し、発光素子４の変調周波数の帯域での受
光信号交流増幅回路２２のゲインが不足した場合も、受
光信号交流増幅回路２２の出力は０Ｖを挟んでの振幅が
小さくなるのみである。基準電圧設定回路１７で基準電
圧を０Ｖに近いところに設定すれば、発光素子４の変調
周波数の帯域での受光信号交流増幅回路２２のゲインが
不足してもその影響はほとんど受けない。

【００５１】明るい濃度の物体が光路上に置かれ、受光
素子６に入射する光の光量が大きくなった時に、受光信
号交流増幅回路２２のスル−レ−トが不足しても、その
出力は０Ｖを挟んでの振幅が小さくなるのみである。基
準電圧設定回路１７で基準電圧を０Ｖに近いところに設
定すれば、受光信号交流増幅回路２２のスル−レ−トが
不足しても物体の濃度の影響はほとんど受けない。従っ
て、受光信号交流増幅回路２２は汎用の安価なアンプを
使用でき、汎用の安価な原稿検知装置を実現できる。

【００５２】このように、第５の実施形態乃至第８の実
施形態は、第１の実施形態乃至第４の実施形態におい
て、それぞれ、受光信号増幅回路１８を受光信号交流増
幅回路２２としたので、直流成分であるオフセット電圧
を容易に排除でき、従来必要としていた高価なオフセッ
トキャンセル回路やオフセット補償回路は不要となり、
安価な物体検知装置を実現することができる。

【００５３】しかも、受光信号交流増幅回路の出力が０
Ｖを挟んだ振幅信号であるので、基準電圧を０Ｖに近い
ところに設置すれば、発光素子の変調周波数での帯域の
受光信号交流増幅回路のゲインが不足しても、その影響
はほとんど受けることが無く、受光信号交流増幅回路に
は汎用の安価なアンプを使用することができ、安価な原
稿検知装置を実現することができる。さらに、受光信号
交流増幅回路の出力は０Ｖを挟んだ振幅信号となるの
で、基準電圧を０Ｖに近いところに設置すれば、受光信
号交流増幅回路のスル−レ−トが不足しても、物体濃度
の影響はほとんど受けることが無く、受光信号交流増幅
回路には汎用の安価なアンプを使用することができ、安
価な物体検知装置を実現することができる。

【００５４】本発明の第９の実施形態乃至第１２の実施
形態は、上記第５の実施形態乃至第８の実施形態におい
て、それぞれ、受光信号交流増幅回路２２に発光素子４
の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性を付加し
た構成としたものである。図１１は受光信号交流増幅回
路２２の周波数特性を示す。受光信号交流増幅回路２２
が発光素子４の変調周波数を概略中心としたバンドパス
特性を有することにより、比較器１６による受光増幅信
号の２値化の前に、受光信号交流増幅回路２２が受光増
幅信号から発光素子４の変調周波数を概略中心とした周
波数成分を取り出すことができ、外乱光や電気的外乱の
影響を小さくすることができ、信頼性が従来よりも高い
原稿検知装置を実現することができる。

【００５５】このように、この第９の実施形態乃至第１
２の実施形態は、上記第５の実施形態乃至第８の実施形
態において、それぞれ、受光信号交流増幅回路２２に前
記出射光の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性
を付加したので、比較器による受光増幅信号の２値化の
前に発光素子の変調周波数を概略中心とした周波数成分
を取り出すことができ、外乱光や電気的外乱の影響を小
さくすることができ、信頼性が従来よりも高い物体検知
装置を実現することができる。

【００５６】

【発明の効果】以上のように請求項１に係る発明によれ
ば、上記構成により、高価な高帯域・高利得・高スルー
レートのアンプが不要となり、安価な汎用アンプを使用
して安価に実現できる。請求項２に係る発明によれば、
上記構成により、直流成分であるオフセット電圧を容易
に排除できて高価なオフセットキャンセル回路やオフセ
ット補償回路が不要で安価に実現でき、発光素子の変調
周波数の帯域での受光信号増幅回路のゲインが不足して
も、また、受光信号増幅回路のスルーレートが不足して
もその影響を受けることがなく、更に、受光信号増幅回
路に汎用の安価なアンプを使用することができて一層安
価にできる。請求項３に係る発明によれば、上記構成に
より、外乱光や電気的外乱の影響を小さくすることがで
きて信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態において発光素子を駆
動する正弦波駆動回路を示す回路図である。

【図２】本発明の第３の実施形態において発光素子を駆
動する積分波形駆動回路を示す回路図である。

【図３】物体検知装置において発光素子の駆動波形を正
弦波とした時の発光素子の光波形と受光信号増幅回路の
出力を示す波形図である。

【図４】物体検知装置において発光素子の駆動波形を積
分波形とした場合の発光素子の光波形と受光信号増幅回
路の出力を示す波形図である。

【図５】本発明の第７の実施形態の電気系を示すブロッ
ク図である。

【図６】従来の物体検知装置の電気系を示すブロック図
である。

【図７】本発明の第８の実施形態の電気系を示すブロッ
ク図である。

【図８】従来の原稿検知装置の電気系を示すブロック図
である。

【図９】本発明の第５の実施形態乃至第８の実施形態の
受光信号交流増幅回路を示す回路図である。

【図１０】同第５の実施形態乃至第８の実施形態におけ
る受光信号交流増幅回路の出力信号を示す波形図であ
る。

【図１１】本発明の第９の実施形態乃至第１２の実施形
態における受光信号交流増幅回路の周波数特性を示す特
性図である。

【図１２】従来の物体検知装置の光学系を示す概略図で
ある。

【図１３】従来の原稿検知装置の機械光学系を示す斜視
図である。

【図１４】正弦波のパワースペクトル分布を説明するた
めの図である。

【図１５】積分波形のパワースペクトル分布を説明する
ための図である。

【図１６】矩形波のパワースペクトル分布を説明するた
めの図である。

【図１７】従来の物体検知装置における発光素子の駆動
波形と発光素子の光波形と受光信号増幅回路の出力を示
す波形図である。

【図１８】従来の物体検知装置における発光素子の駆動
波形と発光素子の光波形と受光信号増幅回路の帯域が不
足したときの出力が浮き上がっている様子を示す波形図
である。

【図１９】従来の発光素子駆動回路の例を示す回路図で
ある。

【図２０】従来の受光信号増幅回路の例を示す回路図で
ある。

【図２１】従来の物体検知装置における受光信号増幅回
路の高域の帯域が不足したときの周波数特性を示す特性
図である。

【図２２】従来の物体検知装置における検出物体の濃度
と受光増幅信号電圧の関係を示す特性図である。

【図２３】従来の原稿検知装置における受光信号増幅回
路の出力信号とその２値化信号を示す波形図である。

【図２４】従来の原稿検知装置における受光信号増幅回
路の出力にオフセット電圧が重畳した状態を示す波形図
である。

【図２５】従来の原稿検知装置における受光信号増幅回
路の周波数特性の高域の帯域が不足したとき、またはス
ルーレートが不足したときの出力信号を示す波形図であ
る。

【図２６】物体検知装置における受光信号識別回路の処
理フローを示すフローチャートである。

【図２７】原稿検知装置における受光信号識別回路の処
理フローを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ コンタクトガラス ２ ハーフミラー ３ 投光レンズ ４ 発光素子 ５ 受光レンズ ６ 受光素子 ７ 回転ミラー ８ モータ ９ エンコーダ読み取りセンサ １０ エンコーダディスク １１ 走査される出射光の光路 １２ コンタクトガラス上の光の走査軌跡 １３ 物体 １４ 原稿サイズ判定回路 １５ 受光信号識別回路 １６ 比較器 １７ 基準電圧設定回路 １８ 受光信号増幅回路 １９ 発光素子駆動回路 ２０ 発振器 ２１ 出射光走査位置識別回路 ２２ 受光信号交流増幅回路 ２３ 原稿 Ｓ１ 矩形波信号源 Ｓ２ 正弦波信号源 Ｇ１ ゲート ＴＲ１，ＴＲ２ トランジスタ Ａ１、Ａ２ アンプ ＬＥＤ 発光ダイオード ＰＤ ホトダイオード Ｒ１〜Ｒ７ 抵抗 Ｃ１〜Ｃ５ コンデンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光素子からの出射光を投光する手段と、
   この手段で投光した出射光がその光路上で散乱反射した
   光を受光して電気信号に変換する受光素子と、この受光
   素子で変換した電気信号を増幅する受光信号増幅回路と
   を有し、前記出射光を予め定めた周波数で変調し、前記
   受光信号増幅回路からの受光増幅信号の変化を観測して
   該受光増幅信号が前記出射光の変調周波数と同じ周波数
   である場合に前記出射光の光路上に物体が有ることを検
   出する物体検知装置において、前記発光素子の変調によ
   る光波形を正弦波もしくは正弦波に準じた波形もしくは
   積分波形とする手段を備えたことを特徴とする物体検知
   装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の物体検知装置において、前
   記受光信号増幅回路を交流増幅回路としたことを特徴と
   する物体検知装置。
3. 【請求項３】請求項２記載の物体検知装置において、前
   記交流増幅回路に前記出射光の変調周波数を概略中心と
   したバンドパス特性を付加したことを特徴とする物体検
   知装置。