JPS60173488A - 近接センサ装置 - Google Patents
近接センサ装置Info
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- JPS60173488A JPS60173488A JP59206120A JP20612084A JPS60173488A JP S60173488 A JPS60173488 A JP S60173488A JP 59206120 A JP59206120 A JP 59206120A JP 20612084 A JP20612084 A JP 20612084A JP S60173488 A JPS60173488 A JP S60173488A
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- radiation
- signal
- optical
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は■近接センサ11、すなわち所定の領域内の対
象物の存在と検出しまた対象物までの距離を測定するセ
ンサに関する。
象物の存在と検出しまた対象物までの距離を測定するセ
ンサに関する。
近接センサは低価格で小形でかつ信頼性に富んでいるの
で、多(の産業分野における制御に広く用いられている
。11近接センサ”は対象物がセンサに近接しているこ
とを検出する装置であると定義することができる。たい
ていの装置は検出節囲内の対象物の存在または不存在の
みを検出する。
で、多(の産業分野における制御に広く用いられている
。11近接センサ”は対象物がセンサに近接しているこ
とを検出する装置であると定義することができる。たい
ていの装置は検出節囲内の対象物の存在または不存在の
みを検出する。
しかし、いぐつかの装置はセンサと対象物との間の距離
をも測定し得る。
をも測定し得る。
近接センサには基本的に下記の4種類がある。
(1)光反射式近接センチ
(2)電磁式近接センサ
(3)超音波式近接センサ
(4) フルイブイック近接センサ
本発明は第1の分類すなわち光反射式近接センサに属す
る。
る。
光反射式近接センサは可視光もしくは赤外光で作l1i
Ijシ得る。この近接センサの原理は、光ビームを対象
物に投射し、反射された光の物理的パラメータを測定す
ることである。測定さね、るパラ7〜りに1y1係して
、水式近接センサは少なぐとも下記の3種類に分類さね
、る。
Ijシ得る。この近接センサの原理は、光ビームを対象
物に投射し、反射された光の物理的パラメータを測定す
ることである。測定さね、るパラ7〜りに1y1係して
、水式近接センサは少なぐとも下記の3種類に分類さね
、る。
(1)振幅に基づくセンサ
(2)周波数に基づくセンサ
(3) 三角測量法に基づぐセンチ
振幅に基づく近接センサは、反射された光の強度から距
離情報を得る。周波数に基づく水式近接センサは、反射
され変調された光の周波数から距離を測定する。三角測
量d′8.に基づぐ測定では、関心のある量は、反射光
スポットのセンサに対する位置である。周波数に基づぐ
方法は、装置が大形かつ高価格なものとなるので、制御
用としては稀にしか用いられない。たいていの光式近接
センサ振幅に基づく方法もしぐは三角測量法に基づく方
法によっている。これらの2つのなかで、振幅に基づく
近接センサは、1つのLED、1つのフォトダイオード
および少数の小形で簡単なレンズを数clのコンパクト
な近接センサとして組み立てれば足りるので、最も簡単
かつ最も低価格である。
離情報を得る。周波数に基づく水式近接センサは、反射
され変調された光の周波数から距離を測定する。三角測
量d′8.に基づぐ測定では、関心のある量は、反射光
スポットのセンサに対する位置である。周波数に基づぐ
方法は、装置が大形かつ高価格なものとなるので、制御
用としては稀にしか用いられない。たいていの光式近接
センサ振幅に基づく方法もしぐは三角測量法に基づく方
法によっている。これらの2つのなかで、振幅に基づく
近接センサは、1つのLED、1つのフォトダイオード
および少数の小形で簡単なレンズを数clのコンパクト
な近接センサとして組み立てれば足りるので、最も簡単
かつ最も低価格である。
本発明はこの形式のセンサに関する。
振幅に基づく光反射式近接センサには下記の2種類があ
る。第1は、1つのLEDおよrに1つのフォトダイオ
ードのみから成るセンサである。光コリメーションはセ
ンサに含まれていない。とれは製作し得る最も簡単なセ
ンサであるが、その検出範囲は制限されており、また対
象物までの距離の正確な測定は不可能である。
る。第1は、1つのLEDおよrに1つのフォトダイオ
ードのみから成るセンサである。光コリメーションはセ
ンサに含まれていない。とれは製作し得る最も簡単なセ
ンサであるが、その検出範囲は制限されており、また対
象物までの距離の正確な測定は不可能である。
振幅に基づぐ水式近接センサの第2の形式は第11図に
示されている。このセンサはA、R,Johルー5Lo
nの論文’ 0ptical Pr6xim日y 5e
nsorFor Manip旧ators”、JPL
Technical Memo −randum 33
−6]2、Ca1ifornia In5titute
of Technology%Pa5adenas 1
973年およびA。
示されている。このセンサはA、R,Johルー5Lo
nの論文’ 0ptical Pr6xim日y 5e
nsorFor Manip旧ators”、JPL
Technical Memo −randum 33
−6]2、Ca1ifornia In5titute
of Technology%Pa5adenas 1
973年およびA。
A、Bejczyの論文1’ 5ensors、 Co
ntrols andMan−Machine Int
erface For Advanced Te −I
eopera I 1ons ”、5cience、第
209号、1980年6月に記載されている。
ntrols andMan−Machine Int
erface For Advanced Te −I
eopera I 1ons ”、5cience、第
209号、1980年6月に記載されている。
このような装置は、第11図に示されているように、2
つのコリメータレンズ全相いており、その1つは赤l?
#線L g Dの正面に、 111>の1つはフォトダ
イオードの正面に配置されている。L ED源の応答に
整合する分光帯域通過フィルタが、望1しくない周囲光
を消去するべく、フォトダイオード用のレンズの後に配
置さ些ている。
つのコリメータレンズ全相いており、その1つは赤l?
#線L g Dの正面に、 111>の1つはフォトダ
イオードの正面に配置されている。L ED源の応答に
整合する分光帯域通過フィルタが、望1しくない周囲光
を消去するべく、フォトダイオード用のレンズの後に配
置さ些ている。
この形式の近接センサはF記の原理により作動する。
赤外線L EI)が、第13図に示さね、でいるように
、小さなレンズの使用により円錐状の空間を照射する。
、小さなレンズの使用により円錐状の空間を照射する。
IDの中心点がらの光ビームは点Pに焦点を結ぶ。しか
し、LED源の有限の寸法のために、LEDの2つのエ
ツジ点が点QおよrトRにも像を結ぶ。従って、L E
D源からの光ビームの横フ)面境界は第13図中に破
線で示されているように、円筒および円錐が組み合わさ
れた形態を有する。近接センサ(第11図)内で光検出
器はL ED源の隣に、ただし小さな角度だけ傾けられ
て配置されている。中心軸線に対する対称値のために、
L g Dおよび光検出器の双方の像は1Q−Rで合致
している。小さな傾斜角のたd)に、像は正確には合致
しないが、結果は同一である。LED結果は同一である
。L E pが破線(第11図)により境いされている
空間のみを照射し、また光検出器が実線により境いされ
ている領域内の反射光のみを受けるので、近接センサは
それらが重なる空間(第11図中にハツチングを施され
ている範囲)のみに応答する。
し、LED源の有限の寸法のために、LEDの2つのエ
ツジ点が点QおよrトRにも像を結ぶ。従って、L E
D源からの光ビームの横フ)面境界は第13図中に破
線で示されているように、円筒および円錐が組み合わさ
れた形態を有する。近接センサ(第11図)内で光検出
器はL ED源の隣に、ただし小さな角度だけ傾けられ
て配置されている。中心軸線に対する対称値のために、
L g Dおよび光検出器の双方の像は1Q−Rで合致
している。小さな傾斜角のたd)に、像は正確には合致
しないが、結果は同一である。LED結果は同一である
。L E pが破線(第11図)により境いされている
空間のみを照射し、また光検出器が実線により境いされ
ている領域内の反射光のみを受けるので、近接センサは
それらが重なる空間(第11図中にハツチングを施され
ている範囲)のみに応答する。
第12図には、センサからの対象物の距離の関数として
の光検出器出力が示されている。ピーク応答は、対象物
がL E Dおよび光検出器の像平面Q−Rに位置する
時に生ずる。応答曲線の二重飴を避けるため、対象物が
平面Q−RとL ET)および光検出器との間の検出領
域(第12図中のピーク応答から左側の領域)に到達し
得ないようにセンサのハウジングは通常長手方向に平i
?i′1Q−Rまで延ばされている。
の光検出器出力が示されている。ピーク応答は、対象物
がL E Dおよび光検出器の像平面Q−Rに位置する
時に生ずる。応答曲線の二重飴を避けるため、対象物が
平面Q−RとL ET)および光検出器との間の検出領
域(第12図中のピーク応答から左側の領域)に到達し
得ないようにセンサのハウジングは通常長手方向に平i
?i′1Q−Rまで延ばされている。
近接センサからの対象物の距離は光検出器に入射する光
の強度により測定されるので、この強度を変化させるす
べての覗象は距離の固定結果に影響する。この点で下記
の3つの主な因子を考慮に入れる必要がある。
の強度により測定されるので、この強度を変化させるす
べての覗象は距離の固定結果に影響する。この点で下記
の3つの主な因子を考慮に入れる必要がある。
(]) LED源の光強度
(2)対象物の反射率
(3)光ビームに対する対象物表面の角度第1の因子は
、L EDの光強度を最初に較正しこの強度を使用中一
定に保つことができるので、容易に取扱われ得る。後の
2つの因子はセンサにとって未知であるので、センサが
検出しようとする対争物の種類および方向が予め知られ
ていないかぎり、これらの因子を補正するすべはない。
、L EDの光強度を最初に較正しこの強度を使用中一
定に保つことができるので、容易に取扱われ得る。後の
2つの因子はセンサにとって未知であるので、センサが
検出しようとする対争物の種類および方向が予め知られ
ていないかぎり、これらの因子を補正するすべはない。
本発明の1つの目的は、上記のような振幅に基づく光反
射式の近接センサであって、対象物の反射率に関係なく
、また場合によってはセンサに対する対象物の方向に関
係なく、対象物までの距離を正確に測定し得る近接セン
サを提供することである。
射式の近接センサであって、対象物の反射率に関係なく
、また場合によってはセンサに対する対象物の方向に関
係なく、対象物までの距離を正確に測定し得る近接セン
サを提供することである。
本発明の他の目的は、振幅に基づ(光反射式の近接セン
サであって、精度が周囲光の存在により影響されない近
接センサを提供することである。
サであって、精度が周囲光の存在により影響されない近
接センサを提供することである。
本発明の別の目的は、振幅に基づ(光反射式の近接セン
サであって、小形かつ低価格の近接センナを提供するこ
とである。
サであって、小形かつ低価格の近接センナを提供するこ
とである。
本発明のさらに別の目的は、振幅に基づく光反射式の近
接センサであって、調節可能な検出範囲を有する近接セ
ンサを提供することである。
接センサであって、調節可能な検出範囲を有する近接セ
ンサを提供することである。
これらの目的および以下の説明から明らかになるであろ
う他の目的は、本発明によれば、近接センサ内に2つの
光検出器を設けておき、一方の光検出器により対象物の
反射率および表面角度の因子に関する情報を取得するよ
うに、ただし7距離に関する情報は取得しなし・ように
し、他方の光検出器によりこれらの因子を補IEした距
離情報を取得するようにすることにより達1戊される。
う他の目的は、本発明によれば、近接センサ内に2つの
光検出器を設けておき、一方の光検出器により対象物の
反射率および表面角度の因子に関する情報を取得するよ
うに、ただし7距離に関する情報は取得しなし・ように
し、他方の光検出器によりこれらの因子を補IEした距
離情報を取得するようにすることにより達1戊される。
こうして、距離が反射率および表面色間の因子に無関係
に測定されるように、距離情報を正規化することが可能
である。
に測定されるように、距離情報を正規化することが可能
である。
好1しくは、追加的な光検出器はできるかぎりしEDの
近くに配置さね、る。このような配置により、この光検
出器からの信号は対象物の距離に関係しなぐなる。なぜ
ならば、この光検出器はLEDが見る゛°空間と同一の
空間を11見る“1からである。理想的には、追加的な
光検出器の位置は(実際には可能でないけれどもB、g
Dの位置と合致すべきである。従って、L E Dによ
り照射される表面積は、対象物がどこにあろうとも、と
の光検出器により完全に見られることになる。その結果
、1つの光検出器の出力を追加的な光検出器の出力で除
算することにより、比は2つの光検出器からの対象物の
距離のみに関係する尺度となる。
近くに配置さね、る。このような配置により、この光検
出器からの信号は対象物の距離に関係しなぐなる。なぜ
ならば、この光検出器はLEDが見る゛°空間と同一の
空間を11見る“1からである。理想的には、追加的な
光検出器の位置は(実際には可能でないけれどもB、g
Dの位置と合致すべきである。従って、L E Dによ
り照射される表面積は、対象物がどこにあろうとも、と
の光検出器により完全に見られることになる。その結果
、1つの光検出器の出力を追加的な光検出器の出力で除
算することにより、比は2つの光検出器からの対象物の
距離のみに関係する尺度となる。
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、以下
に図面により本発明の好ましい実施例を一層詳細に説明
するなかで明らかになろう。
に図面により本発明の好ましい実施例を一層詳細に説明
するなかで明らかになろう。
〔実施例〕
先ず第11図ないし第13図により公知の例を説明し、
その後に第1図ないし第10図により本発明の好ましい
実施例を税、明する。
その後に第1図ないし第10図により本発明の好ましい
実施例を税、明する。
種々の図面中の同一の要素には同一の符号が付されてい
る。
る。
前記のように、第11図および第12図には、振幅に基
づく光式近接センサの公知の例が示されている。この近
接センサの光学系が第11図に示されており、才だ対象
物捷での距離の関数として光検出器出力Vが第12図に
示されている。
づく光式近接センサの公知の例が示されている。この近
接センサの光学系が第11図に示されており、才だ対象
物捷での距離の関数として光検出器出力Vが第12図に
示されている。
第11図には、レンズ11と組み合わされたLEDIO
とレンズ13と組み合わされた光検出器12とを含む光
学系が示されている。LEDIOにより放出される放射
のスペクトルと同一の通過帯域を有するフィルタ14が
光検出器12とそのレンズ13との間に配置されている
。このフィルタ14の目的は、距離測定への周囲光の影
響を減することである。
とレンズ13と組み合わされた光検出器12とを含む光
学系が示されている。LEDIOにより放出される放射
のスペクトルと同一の通過帯域を有するフィルタ14が
光検出器12とそのレンズ13との間に配置されている
。このフィルタ14の目的は、距離測定への周囲光の影
響を減することである。
LEDloおよび光検出器12の双方はこれらのレンズ
11および13の焦点よりもそれぞれのレンズから少し
遠ぐに離れている。こうして、第11図中に示されてい
る2つの光学系は第13図中に示されているように作動
し、それによりLEDlo捷たけ光検出器12の像は平
面Q −IJ −Hに焦点を結ぶ。この場合、L E
Dまたは光検出器はそれぞれ焦点Fよりも少し遠くに離
れだ平面S−Tに配置されている。
11および13の焦点よりもそれぞれのレンズから少し
遠ぐに離れている。こうして、第11図中に示されてい
る2つの光学系は第13図中に示されているように作動
し、それによりLEDlo捷たけ光検出器12の像は平
面Q −IJ −Hに焦点を結ぶ。この場合、L E
Dまたは光検出器はそれぞれ焦点Fよりも少し遠くに離
れだ平面S−Tに配置されている。
2つの光学系の中心軸線、すなわちレンズ11の第1の
軸線15およびレンズ13の第2の軸線16は共通軸線
17に対して対称に角度αを挾んで配置されている。こ
の配置により、(1)T、 E DIOにより照射され
、かつ(2)光検出器12により見られる1“領域18
が生じている。従って、この領域内に位置する対象物は
、LEDlOにより放出された放射を検出のために光検
出器12に向けて反射させる。
軸線15およびレンズ13の第2の軸線16は共通軸線
17に対して対称に角度αを挾んで配置されている。こ
の配置により、(1)T、 E DIOにより照射され
、かつ(2)光検出器12により見られる1“領域18
が生じている。従って、この領域内に位置する対象物は
、LEDlOにより放出された放射を検出のために光検
出器12に向けて反射させる。
破線20により示されているように、対象物の反射面が
完全に領域18と交わっていると仮定して、光検出器1
2の出力Vの振幅は、第12図に示されているよう・に
、レンズ11および13までの対象物の距離に関係する
。なぜならば、LEDloにより照射されかつ光検出器
12により見られる対象物の表面の大きさが中心軸線■
6に沿う対象物の位置により変化するからである。
完全に領域18と交わっていると仮定して、光検出器1
2の出力Vの振幅は、第12図に示されているよう・に
、レンズ11および13までの対象物の距離に関係する
。なぜならば、LEDloにより照射されかつ光検出器
12により見られる対象物の表面の大きさが中心軸線■
6に沿う対象物の位置により変化するからである。
不都合なことに、対象物の表面20により反射されて光
検出器12により見らね、る放射は中心軸線17に対す
る表面20の角度とこの表面の反射率とに関係する。従
って、光検出器の出力信号Vは対象物の距離の直接的な
尺度ではない。
検出器12により見らね、る放射は中心軸線17に対す
る表面20の角度とこの表面の反射率とに関係する。従
って、光検出器の出力信号Vは対象物の距離の直接的な
尺度ではない。
第1図ないし第3図には、第11図および第12図によ
り説明した形式に属するが、本発明による改良が採用さ
れている近接センサが示されている。
り説明した形式に属するが、本発明による改良が採用さ
れている近接センサが示されている。
この近接センサは2つの光検出器lおよび2を含んでい
る。第1の光検出器1はL E D 3のすぐ隣に配置
されており、また第2の光検出器2は第11図の近接セ
ンサ内の光検出器12と同一の位置に配置されており、
まだそれと同一の役割をする。
る。第1の光検出器1はL E D 3のすぐ隣に配置
されており、また第2の光検出器2は第11図の近接セ
ンサ内の光検出器12と同一の位置に配置されており、
まだそれと同一の役割をする。
第1図に示されているように、光検出器1はL ED
3により照射される対象物表面の部分とほとんど同一の
部分を°1見る1°。第11図の近接センサについて先
に説明したように、光検出器2は対象物表面のわずかに
異なる(より小さい)部分を見る。従って、光検出器1
の出力は対象物表面の反射率および方向の尺度を与え、
他方光検出器2の出力はこれらの2つの因子にも対象物
距離にも関係する。
3により照射される対象物表面の部分とほとんど同一の
部分を°1見る1°。第11図の近接センサについて先
に説明したように、光検出器2は対象物表面のわずかに
異なる(より小さい)部分を見る。従って、光検出器1
の出力は対象物表面の反射率および方向の尺度を与え、
他方光検出器2の出力はこれらの2つの因子にも対象物
距離にも関係する。
LED3からの放射は破線24により示されている経路
に沿う対象物表面五の点22を通る。放射はこの点22
から光検出器1へ経路26に沿って反射される。放射は
点22から光検出器2へ経路28に沿っても反射される
。もし対象物表面が十分に遠くに離れていれば、表面へ
の法線30に対する経路26の角度θ、はこの法線30
に対する経路28の角度θ2と近似的に同一である。そ
の結果、放射反射パターン32により示されているよう
に、経路28に沿って反射さね5る放射の百分率は経路
26に沿って反射される放射の百分率と実質的に同一で
ある。
に沿う対象物表面五の点22を通る。放射はこの点22
から光検出器1へ経路26に沿って反射される。放射は
点22から光検出器2へ経路28に沿っても反射される
。もし対象物表面が十分に遠くに離れていれば、表面へ
の法線30に対する経路26の角度θ、はこの法線30
に対する経路28の角度θ2と近似的に同一である。そ
の結果、放射反射パターン32により示されているよう
に、経路28に沿って反射さね5る放射の百分率は経路
26に沿って反射される放射の百分率と実質的に同一で
ある。
光検出器1および2の出力信号v1およびv2はそれぞ
れ第2図に示されている。信号v1は対象物表面の反射
率および方向に強く関係するが、くことて考察している
小さな距離に対しては)対象物の距離には少ししか関係
しない。
れ第2図に示されている。信号v1は対象物表面の反射
率および方向に強く関係するが、くことて考察している
小さな距離に対しては)対象物の距離には少ししか関係
しない。
しかし、信号v2は対象物表面の反射率および方向に関
係するだけでなぐ、第11図および第12図について先
に説明した理由で対象物の距離にも強(関係する。
係するだけでなぐ、第11図および第12図について先
に説明した理由で対象物の距離にも強(関係する。
本発明によれば、2つの信号v1およrlXv2は対象
物の反射率および方向に実質的に無関係に距離に関係す
る信号Vを形[戊するのに用いられ得る。
物の反射率および方向に実質的に無関係に距離に関係す
る信号Vを形[戊するのに用いられ得る。
これは、第3図に示されているように、出力信号■2の
振幅値を出力信号■1の振幅値で除算することにより実
現され得る。
振幅値を出力信号■1の振幅値で除算することにより実
現され得る。
第4図には、本発明の近接センサに用いられ得る1つの
光学系が詳細に示されている。この光学系では、)YS
検出器1は丁、E D 3と共に共通の第1の軸線33
−Lに配置されており、これらの2つの要素は1つの個
別レンズ34を設けられている。
光学系が詳細に示されている。この光学系では、)YS
検出器1は丁、E D 3と共に共通の第1の軸線33
−Lに配置されており、これらの2つの要素は1つの個
別レンズ34を設けられている。
光検出器2は第2の軸線35)に配置されており、1つ
の個別レンズ36を設けらハ、ている。レンズ34は光
検出器1およびL E I) 3の像を像平面38に結
ぶ。同様に、レンズ36は光検出器2の像を像平面40
に結ぶ。像平面38および40とレンズ34および36
との間にハツチングを#6L7で示されている共通領域
42が存在する。この領域内では、対象物はL E I
) 3により照射されると共に光検出器2により見られ
得る。
の個別レンズ36を設けらハ、ている。レンズ34は光
検出器1およびL E I) 3の像を像平面38に結
ぶ。同様に、レンズ36は光検出器2の像を像平面40
に結ぶ。像平面38および40とレンズ34および36
との間にハツチングを#6L7で示されている共通領域
42が存在する。この領域内では、対象物はL E I
) 3により照射されると共に光検出器2により見られ
得る。
光検出器2の出力信号v2は対象物が位置する点におけ
る領域42の幅に関係するので、V2の値は対象物才で
の距離を一義的には決定しない。
る領域42の幅に関係するので、V2の値は対象物才で
の距離を一義的には決定しない。
詳細には、対象物は領域42をその最も広い点で分割す
る平面44の一方の側もしくは他方の側に位置し得る。
る平面44の一方の側もしくは他方の側に位置し得る。
このような二重値を避けるため、近接センサはこの平面
44の一方の側のみで対象物の存在および対象物1での
距離を検出するように設計されていることが好ましい。
44の一方の側のみで対象物の存在および対象物1での
距離を検出するように設計されていることが好ましい。
第5図には、]二記の7重値の問題を避けるように本発
明により単一レンズを有する光学系が示されている。こ
の実施例では、光検出器1および2は1つの共通レンズ
46の同一の側に配置されている。第5図に示されてい
るように、光検出器1および2ならrl′にL E D
3が焦点Fよりもレンズ46から少し遠くに離れだ平
面48に位置することは好ましい。
明により単一レンズを有する光学系が示されている。こ
の実施例では、光検出器1および2は1つの共通レンズ
46の同一の側に配置されている。第5図に示されてい
るように、光検出器1および2ならrl′にL E D
3が焦点Fよりもレンズ46から少し遠くに離れだ平
面48に位置することは好ましい。
第5図に示さね、でいる装置は、ハツチングを施して示
されている領域50内に位置する対象物の存在および距
離を検出するように設計されている。
されている領域50内に位置する対象物の存在および距
離を検出するように設計されている。
この領域50の大きさおよび形状は、中ル軸線52から
一層大きな距離もしくは一層小さな距離に平面48に沿
って光検出器2を配置することにより変更され得る。こ
ね、は、光検出器2を移動させることにより、もし2〈
は追加的光検出器要素4のような多重光検出器の1つを
選択することにより実現され得る。領域50の形状を領
域54の形状と比較することにより理解されるように、
距離測定の精度は近接センサの距離が減ぜらね2ると増
される。
一層大きな距離もしくは一層小さな距離に平面48に沿
って光検出器2を配置することにより変更され得る。こ
ね、は、光検出器2を移動させることにより、もし2〈
は追加的光検出器要素4のような多重光検出器の1つを
選択することにより実現され得る。領域50の形状を領
域54の形状と比較することにより理解されるように、
距離測定の精度は近接センサの距離が減ぜらね2ると増
される。
第6図、第7図および第8図には、本発明による近接セ
ンサの3つの典型的な実施例が示さね、ている。第6図
に示されている実施例はボックス内に含捷れている光学
系56と破線により示されているブロック内に含−1力
、ている電子処理システム58とを含んでいる。3つの
光ファイバ60が光学系56を電子システム58と接続
している。
ンサの3つの典型的な実施例が示さね、ている。第6図
に示されている実施例はボックス内に含捷れている光学
系56と破線により示されているブロック内に含−1力
、ている電子処理システム58とを含んでいる。3つの
光ファイバ60が光学系56を電子システム58と接続
している。
光ファイバ60はIRjだは光放射を光学系56内の適
当な点と電子システムとの間で伝送する役割をする。電
子処理システム58は分光フィルタ62を介してそれぞ
れの元ファイバ60から放射を受けるべく配置さt″L
だ光検出器1および2を含んでいる。分光フィルタはL
BI)3により発せられたスペクトル周波数での放射の
みを通過させる。
当な点と電子システムとの間で伝送する役割をする。電
子処理システム58は分光フィルタ62を介してそれぞ
れの元ファイバ60から放射を受けるべく配置さt″L
だ光検出器1および2を含んでいる。分光フィルタはL
BI)3により発せられたスペクトル周波数での放射の
みを通過させる。
光検出5iおよび2の出力v1およびv2はそれぞれア
、ナログ除算器64に与えられ、そこで比v2/v1を
表わすアナログ出力信号が形成される。
、ナログ除算器64に与えられ、そこで比v2/v1を
表わすアナログ出力信号が形成される。
このアナログ信号はアナログ−ディジタル変換器66に
与えられ、そのディジタル出力がROM68のアドレス
を指定する。ROM68は対象物距離のルックアップテ
ーブルを含んでおり、比V 2 / V 1に相応する
対象物距離を表わすディジタル出力信号を生ずる。こう
してROM68は特定の近接センサに対して第3図に示
されている換算を実行する。
与えられ、そのディジタル出力がROM68のアドレス
を指定する。ROM68は対象物距離のルックアップテ
ーブルを含んでおり、比V 2 / V 1に相応する
対象物距離を表わすディジタル出力信号を生ずる。こう
してROM68は特定の近接センサに対して第3図に示
されている換算を実行する。
光検出器2の出力v2はしきい値検出器またはシュミッ
トトリガ70にも与えられ、そこでその入力(v2)が
所定のしきい値よりも小さいときに、捷だそのときのみ
、出力信号が発せられる。
トトリガ70にも与えられ、そこでその入力(v2)が
所定のしきい値よりも小さいときに、捷だそのときのみ
、出力信号が発せられる。
もし信号v2がこのしきい値よりも小さければ、対象物
が近接センサの視野(第6図中にハツチングを施されて
いる領域)内に存在しないものとみなされる。このよう
なしきい値は第2図中に破線74により示されている。
が近接センサの視野(第6図中にハツチングを施されて
いる領域)内に存在しないものとみなされる。このよう
なしきい値は第2図中に破線74により示されている。
しきい値検出器70の出力信号は出力導線76、を経て
出力端子78に与えられる。この信号は回路要素64.
66および68にも与えられ、対象物が近接センサによ
り見らf″Lない時にはこね、らの回路要素の作動を禁
止する。
出力端子78に与えられる。この信号は回路要素64.
66および68にも与えられ、対象物が近接センサによ
り見らf″Lない時にはこね、らの回路要素の作動を禁
止する。
第7図に示されている近接センサの実施例は、ただ2つ
の光ファイバ80が光学系56と電子処理システム58
との間に設けらね、ていることを別として、第6図に示
されている実施例とほぼ同一である。第7図の実施例で
は、光ファイバ8oが放射をL E D 3から光学系
56へ伝送する役割と、反射された放射を光学系56か
ら光検出器lへ伝送する役割とを兼ねている。ブロック
58内に示されているように、レンズ84およびビーム
スプリッタ86が、反射された放射を光検出器lへ偏向
させるのに用いられている。
の光ファイバ80が光学系56と電子処理システム58
との間に設けらね、ていることを別として、第6図に示
されている実施例とほぼ同一である。第7図の実施例で
は、光ファイバ8oが放射をL E D 3から光学系
56へ伝送する役割と、反射された放射を光学系56か
ら光検出器lへ伝送する役割とを兼ねている。ブロック
58内に示されているように、レンズ84およびビーム
スプリッタ86が、反射された放射を光検出器lへ偏向
させるのに用いられている。
LEI)’3および光検出器1の双方に単一の光ファイ
バ80を共用することは、光検出器lがLED3により
照射される領域と同一の領域を′1見る11ことになる
ので、有利である。
バ80を共用することは、光検出器lがLED3により
照射される領域と同一の領域を′1見る11ことになる
ので、有利である。
第8図は第9図および第10図と共に本発明の他の好捷
しい実施例を示している。この実施例に示されている光
学系は第5図に示されている光学系と類似である。電子
処理システム58はマイクロコンピュータ88を用いて
おり、そこで光検出器1および2により発生された信号
の値の除算と距離を見い出すテーブルルックアップとが
実行される。
しい実施例を示している。この実施例に示されている光
学系は第5図に示されている光学系と類似である。電子
処理システム58はマイクロコンピュータ88を用いて
おり、そこで光検出器1および2により発生された信号
の値の除算と距離を見い出すテーブルルックアップとが
実行される。
第8図に示されているように、電子システム58は光検
出器lおよび2の出力端に接続されている増幅器90と
、極付反転スイッチ92と低域1i11 Jフィルタ9
4とアナログ−ディジタル変換器96とを含んでいる。
出器lおよび2の出力端に接続されている増幅器90と
、極付反転スイッチ92と低域1i11 Jフィルタ9
4とアナログ−ディジタル変換器96とを含んでいる。
しきい値検出器(ンユミットトリガ)98は、光検出器
2の出力が所定のしきい値よりも小さい時に、信号をマ
イクロコンピュータ88の入力端に通す。方形波発生器
100は信号(周波数節回 1?)−100kHz)を
L E ])ドライバ102および極性反転スイッチ9
2の双方に与える。従って、L B D 3は極性反転
と同期L7てパルス動作をする。それにより゛1同期検
出“1が行なわれ、背景並置が消去される。このような
同期検出方式はP e c k h a +n他の米国
特許第3,937゜574号の明細書に説明されている
。
2の出力が所定のしきい値よりも小さい時に、信号をマ
イクロコンピュータ88の入力端に通す。方形波発生器
100は信号(周波数節回 1?)−100kHz)を
L E ])ドライバ102および極性反転スイッチ9
2の双方に与える。従って、L B D 3は極性反転
と同期L7てパルス動作をする。それにより゛1同期検
出“1が行なわれ、背景並置が消去される。このような
同期検出方式はP e c k h a +n他の米国
特許第3,937゜574号の明細書に説明されている
。
第9図には、第8図の回路中に用いられる双極双投の極
性反転スイッチ92が示されている。第10図には、マ
イクロコンピュータ88により実行される基本的ステッ
プが示されている。
性反転スイッチ92が示されている。第10図には、マ
イクロコンピュータ88により実行される基本的ステッ
プが示されている。
意図する目的および利点をすべて満足する新規な近接セ
ンサ装置を図示し説明してきた。しかし、本明細書によ
る開示に基づいて多くの変形および他の応用が当業者に
より行なわれ得よう。このような変形および他の応用は
、特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲
に属するものとする。
ンサ装置を図示し説明してきた。しかし、本明細書によ
る開示に基づいて多くの変形および他の応用が当業者に
より行なわれ得よう。このような変形および他の応用は
、特許請求の範囲によってのみ限定される本発明の範囲
に属するものとする。
第1図は本発明による改良さね、た近接センサの原理図
、第2図は第1図の近接センサにおける2つの信号と対
象物1での距離との関係を示すグラフ、第3図は第1図
の近接センサにおける正規化された出力信号と対象物捷
での距離との関係を示すグラフ、第4図は本発明で用い
られ得る1つの光学系の原理図、第5図は本発明で用い
られ得る他の光学系の原理図、第6図は本発明の第1の
好ましい実施例による近接センサの構成図、第7図は本
発明の第2の好ましい実施例による近接センサの構成図
、第8図は本発明の第3の好捷しい実施例による近接セ
ンサの#&構成図第9図は第8図の近接センサ内に用い
られる形式の双極双投スイッチの回路図、第1O図は第
8図の近接センサ内のマイクロコンピュータの作動を説
明するだめのフローチャート、第11図は公知の近接セ
ンサの原理図、第12図は第11図の近接センサにおけ
る出力信号と対象物捷での距離との関係を示すグラフ、
第13図は第11図の近接センサ内に用いられる形式の
単一レンズ光学系の原理図である。 1.2・光検出器、 3・・LED、22・対象物表面
の点。 手続補正書C方式) 昭和60年3 月2z日 1、事件の表示 近接センサ装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 ドイツ連邦共和国ベルリン及ミュンヘン(番地
なし)名称 シーメンス、アクチェンゲゼルシャフト4
、代理人〒112 住 所 東京都文京区大塚4−16−12明細書第9ペ
ージ第17行〜第1Oページ第5行の「9・亀°°°芋
」μ倶・」を次のよVSTE、、1子・[ニー、アール
、ジョンストン(A、、 R,Johns ton )
ノ論文「マニピュレータ用の光学式近接センサ(0pt
ical Proximity 5ensor For
Manipu−+ators)Jジエー、ビー、エル
、テクニカル、メモランダム(JPL Technic
al Memorandum)33−612、カリフォ
ルニア、インステイーテユート、オブ、テクノロジー、
パサドナ(Califor−旧a In5titute
of ’I’echnology、Pa5adena
)発行、1973年、およびニー、ニー、ベラチー(A
、A、Bejczy )の論文「先進的遠隔操作用セン
サ、制御器およびマン・マシン・インターフニス(Se
nsors、 Controls and Man−M
achineInterface For Advan
ced Te1eoperations)Jサイエンス
(5cience )、」
、第2図は第1図の近接センサにおける2つの信号と対
象物1での距離との関係を示すグラフ、第3図は第1図
の近接センサにおける正規化された出力信号と対象物捷
での距離との関係を示すグラフ、第4図は本発明で用い
られ得る1つの光学系の原理図、第5図は本発明で用い
られ得る他の光学系の原理図、第6図は本発明の第1の
好ましい実施例による近接センサの構成図、第7図は本
発明の第2の好ましい実施例による近接センサの構成図
、第8図は本発明の第3の好捷しい実施例による近接セ
ンサの#&構成図第9図は第8図の近接センサ内に用い
られる形式の双極双投スイッチの回路図、第1O図は第
8図の近接センサ内のマイクロコンピュータの作動を説
明するだめのフローチャート、第11図は公知の近接セ
ンサの原理図、第12図は第11図の近接センサにおけ
る出力信号と対象物捷での距離との関係を示すグラフ、
第13図は第11図の近接センサ内に用いられる形式の
単一レンズ光学系の原理図である。 1.2・光検出器、 3・・LED、22・対象物表面
の点。 手続補正書C方式) 昭和60年3 月2z日 1、事件の表示 近接センサ装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 住 所 ドイツ連邦共和国ベルリン及ミュンヘン(番地
なし)名称 シーメンス、アクチェンゲゼルシャフト4
、代理人〒112 住 所 東京都文京区大塚4−16−12明細書第9ペ
ージ第17行〜第1Oページ第5行の「9・亀°°°芋
」μ倶・」を次のよVSTE、、1子・[ニー、アール
、ジョンストン(A、、 R,Johns ton )
ノ論文「マニピュレータ用の光学式近接センサ(0pt
ical Proximity 5ensor For
Manipu−+ators)Jジエー、ビー、エル
、テクニカル、メモランダム(JPL Technic
al Memorandum)33−612、カリフォ
ルニア、インステイーテユート、オブ、テクノロジー、
パサドナ(Califor−旧a In5titute
of ’I’echnology、Pa5adena
)発行、1973年、およびニー、ニー、ベラチー(A
、A、Bejczy )の論文「先進的遠隔操作用セン
サ、制御器およびマン・マシン・インターフニス(Se
nsors、 Controls and Man−M
achineInterface For Advan
ced Te1eoperations)Jサイエンス
(5cience )、」
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ■)付近の対象物1での距離を測定するだめの近接セン
サ装置において、 (al 光放射を放出し、それにより第1の軸線に沿っ
て延びる画定された第1の領域を照射するだめの光放射
源手段と、 (bl 光放射が放出される点のすぐ隣りの第1の受光
点に配置されており、前記光放射源手段から放出されて
前記第1の領域内に少なくとも部分的に位置する対象物
から反射された光放射を受け、その強度を表わす第1の
信号を発生するだめの第1の放射センサ手段と、 (C1前記対象物から前記第1の受光点と実質的に同一
の距離の第2の受光点に配置されており、前記光放射源
手段から放出されてh’a:I’ittM由+kBl−
1h?−/LJ:Gl+−+hhr−srt舛な第2の
軸線に沿って延びる画定された第2の領域内に少なくと
も部分的に位置する前記対象物から反射された光放射を
受け、その強度を表わす第2の信号を発生するだめの第
2の放射センサ手段と、 fd+ 前記第1および第2の信号に応答して、前記対
象物の反射率と実質的に無関係な値として前記第2のセ
ンサ手段が受けた光放射の相対的強度を表わす@3の信
号を発生するだめの第1の電子回路手段と を含んでいることを特徴とする近接センサ装置。 2)前記第3の信号に応答して、前記第1および第2の
受光点と前記対象物との間の距離を表わす第4の信号を
発生するたぬの第2の電子回路手段をも含んでいること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 3)前記第3の信号が前記第2の信号と前記第1の信号
との比を表わしていることを特徴とする特許請求の範囲
第1項記載の装胃84)前記光放射源手段がL E D
を含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第1項記
載の装置。 5) A?i記光放光放射源手段放射素子とそれから光
放射放出点へ延びる光ファイバとを含んでいることを特
徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 6)前記第1の軸線と実質的に同軸に配置されており、
前記光放射源手段から放出された光放射を集束して前記
対象物の方向に進行させるだめのレンズ手段をも含んで
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置
。 7)前記第2の軸線と実質的に同軸に配置されており、
前記光放射源手段から放出されて前記対象物による反射
後に帰還する光放射を集束するだめのレンズ手段をも含
んでいることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
装置。 8)前記第1および第2の軸線の双方と実質的に同軸に
配置されており、前記光放射源手段から放出されて前記
対象物の方向に進行する光放射と前記対象物による反射
後に帰還する光放射とを集束するだめの共通レンズ手段
をも含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の装置。 9)前記第1の放射センサ手段が第1の検出素子とそれ
と前記第1の受光点との間に延びる光ファイバとを含ん
ていることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装
置。 10)前記第1の受光点がnfi記第1の軸線」−の前
記光放射源手段の前記光放射放出点のすぐ隣りに配置さ
ねでいることを特徴とする特wI−請求の範囲第9項記
載の装置。 11) 前記第2の放射センサ手段が第2の検出素子と
それと前記第2の受光点との間に延びる光ファイバとを
含んでいることを特徴とする特許請求の範囲第1rf4
言F秒の装置。 12) 前記第2の受光点が前記第2の軸線上に配置さ
れているととを特徴とする特許請求の範囲第11項記載
の装置。 13)前記第1の放射センサ手段が第1の検出素子と、
前記光放射素子と前記光ファイバとの間に配置されてお
り前記光放射素子により放出された光放射を前記光ファ
イバに伝達しかつ前記光ファイバから受けらね、た光放
射を前記第1の検出素子に向かわせるだめのビームスプ
リッタ手段とを含んでいることを特徴とする特許請求の
範囲第5項記載の装置。 14) 前記第1の信号に応答して、前記第1の放射セ
ンサ手段により受けられた光放射の強度が所定の第7き
い値よりも大きいか小さいかを示しそれにより対象物が
存在するか存在しないかを示す第5の信号を発生するた
めのしきい値検出器手段をも含んでいることを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の装置。 15) 前記第1および第2の放射センサ手段にそれぞ
れ接続されている第1および第2のアナログ−ディジタ
ル変換器手段をも含んでおり、まだ前記第1および第2
の電子回路手段が前記強度比を計算しかつ前記対象物ま
での距離を算出するだめのマイクロプロセラサラ含んで
いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置
。 16) 前記第1および第2の放射センサ手段がそれぞ
れ、前記第1および第2の信号の極性をそれぞれ切換え
るだめのスイッチ手段と、前記光放射源手段および前記
スイッチ手段に接続されており前記光放射源手段と同期
して前記スイッチ手段を駆動しそれによりAil 配置
1および第2の信号内の背景雑音の消去のだめの同期検
出を可能にするための方形波発生器とを含んでいること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の装置。 17)前記第2の軸線が前記第1および第2の放射セン
サ手段の受光点と前記対象物との間で前記第1の軸線と
交わっていることを特徴とする特許請求の範囲第1JI
Jj記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US53841083A | 1983-10-03 | 1983-10-03 | |
US538410 | 1983-10-03 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60173488A true JPS60173488A (ja) | 1985-09-06 |
Family
ID=24146829
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59206120A Pending JPS60173488A (ja) | 1983-10-03 | 1984-10-01 | 近接センサ装置 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0143165B1 (ja) |
JP (1) | JPS60173488A (ja) |
AT (1) | ATE37605T1 (ja) |
DE (1) | DE3474346D1 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63503167A (ja) * | 1985-10-07 | 1988-11-17 | シガロフ ハガイ | 制御信号の生成 |
JPS6483179A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Opt Kk | Photoelectric switch |
JPH02271280A (ja) * | 1989-04-13 | 1990-11-06 | Stanley Electric Co Ltd | 光学式物体検知装置 |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2001029576A1 (en) * | 1999-10-21 | 2001-04-26 | Psc Scanning, Inc. | Rangefinder using collected spot spread and insert shadowing |
DE102004025210B4 (de) * | 2004-05-22 | 2011-07-21 | Halang, Wolfgang, Prof. Dr. Dr., 58119 | Optischer Analog-Wegsensor |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2845850A1 (de) * | 1978-10-20 | 1980-04-24 | Sick Optik Elektronik Erwin | Opto-elektronischer abstandstaster |
DE3214252A1 (de) * | 1982-04-17 | 1983-10-20 | Sangamo Weston, Inc., Norcross, Ga. | Verfahren und vorrichtung zum auffinden der position einer werkstueckflaeche oder dergleichen |
-
1984
- 1984-07-13 EP EP84108248A patent/EP0143165B1/de not_active Expired
- 1984-07-13 AT AT84108248T patent/ATE37605T1/de not_active IP Right Cessation
- 1984-07-13 DE DE8484108248T patent/DE3474346D1/de not_active Expired
- 1984-10-01 JP JP59206120A patent/JPS60173488A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63503167A (ja) * | 1985-10-07 | 1988-11-17 | シガロフ ハガイ | 制御信号の生成 |
JPS6483179A (en) * | 1987-09-25 | 1989-03-28 | Opt Kk | Photoelectric switch |
JPH02271280A (ja) * | 1989-04-13 | 1990-11-06 | Stanley Electric Co Ltd | 光学式物体検知装置 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
EP0143165A1 (de) | 1985-06-05 |
DE3474346D1 (en) | 1988-11-03 |
ATE37605T1 (de) | 1988-10-15 |
EP0143165B1 (de) | 1988-09-28 |
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