JPS61241607A - 光学的高速位置検出装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は光学的位置検出装置、さらに詳しく云えば、受
光素子をプレイ状に配置し、それぞれ対をなす発光素子
よりの光の受光レベルを検出することにより物体の存在
および位ｔを計測する装置に関する。

（従来の技術） 発光素子および受光素子を１対としてアレイ状に配置し
、発光素子から光エネルギーを放出し、受光素子でとら
える検出光のレベルにより、発光素子受光素子間におけ
る物体の存在および位置全検出する光学的位置検出装置
が実施されている。

第３図は代表的な一次元の光学的位置検出装置を示すブ
ロック図である。

図において、Ｌｒ　、Ｌｌ・・・・・・Ｌｎは発光素子
であ’）、　Ｐ　Ｉ、　ｐ２・・・・・・ｐｎが各発光
素子と対をなす受光素子である。上記記号において、同
一の添字が付された画素子が対をなすもので、同時に選
択される。０５は光を遮断する物体の有無とその位置を
算出するだめのデータ処理回路である。

今、データ処理回路０５より光学素子の対を指定する信
号Ｓ１が出力されるとこの信号はデコーダ回路０２およ
びマルチプレクサ回路０３にそれぞれ入力される。デコ
ーダ回路０２は発光素子Ｌｌ、Ｌ２・・・・・・Ｌｎの
中のひとつだけを選択するための回路で、信号Ｓｌに対
応する発光素子ドライブ回路の中のひとつのドライバ素
子をオン状態にする。データ処理回路０５からは発光パ
ルスＳ２が出力されるため、この信号Ｓ２がハイレベル
の期間だけオン状態のドライバ素子に接続されている発
光素子全発光させる。

一方、マルチプレクサ回路０３は受光素子Ｐｌ。

Ｐ２・・・・・・Ｐｎの中のひとつだけを選択するため
の回路で、信号Ｓ２に対応する受光素子を選択する。

この選択された受光素子は上記選択された発光素子と対
をなすもので、画素子は一定の距離を距てて対向してい
る、したがって選択された受光素子には受光量に応じた
電流が流れその電流は信号線Ｓ２に伝達される。信号線
Ｓ２の信号を入力とするコンパレータ回路はこの入力信
号より受光している受光素子の光エネルギーの大小を判
定する回路で、その判定結果は信号線Ｓ４にオンオフ信
号として出力される。データ処理回路Ｃ５は発光パルス
Ｓ２がノ）イレベルからローレベルに変化する直前の信
号線Ｓ４の値を判定信号として用い、指定された発光素
子と受光素子とを結ぶ直線上に光′ｔ−遮断する物体が
存在するか否かの判定をすることができる。

この装置のデータ処理回路０１１においては光学的素子
の対の指定Ｓ１はＬｌ−ＰＩ　、Ｌｌ−Ｐ２・・・・・
・Ｌｎ−Ｐｎ　、Ｌ　１−Ｐｓ　、Ｌｌ−Ｐｇ・・・−
・・の！うに順番に行なわれており、このスキャンの結
果のオンオフデータはデータ処理回路０５の中のメモリ
に蓄積され、物体の位置、大きさの算出のために使用さ
れる。

第４図はこのようなスキャン方式の信号波形Ｓｌ、８２
およびＳ３を示す図である。

一般に発光素子の発光エネルギーは拡がりをもっている
ため対となっている受光素子の周囲の受光素子もほとん
ど同一レベルの強度の光を受光している。第３図におい
て、例えば発光素子Ｌ３が発光しているときには選択さ
れている受光素子Ｐ３だけでな（Ｐ２．Ｐ４．Ｐｌおよ
びＰｓ等の周囲の受光素子も同一レベルの光を受光して
いる。受光素子Ｐ３のオンオフ判定の後、信号Ｓ１は次
の光学素子の対し４−Ｐ４を指定するように変化するが
、このとき信号Ｓ３は受光素子Ｐ４に切替った後でも受
光素子Ｐ４が受光状態から非受光状態になり信号Ｓ３が
零になるまでの期間、待たなければならない。さらに、
弱い光を検出するために受光素子−コンパレータ回路系
も感度を上げれば上げる程良いが、そのため時定数が大
きくなｐ信号Ｓ３が零状態になるまでの期間は一膚長く
なる。

（発明が解決しようとする問題点） したがって従来のスキャン方式では発光パルス間隔を短
かくすることに制限があり、スキャン速度が遅いという
欠点があった。

本発明の目的は上述の欠点を解決できるスキャン方式を
採用するもので、発光パルスの間隔を短かくしてスキャ
ン速度を向上させ、移動する物体の位置算出を精度よく
行がうことができる光学的位激検出装置を提供すること
にある。

（問題点を解決するための手段） 前記目的を達成するために本発明による光学的高速位置
検出装置は発光素子と受光素子で１対をなす光学素子を
複数個アレイ状に配置し、光学素子１対毎に順番に発光
させその受光量からその光学素子の光軸上に物体がある
か否かの判定をし、複数の光学素子対より得られる判定
結果より物体の大きさおよび位置を検出する装置におい
て、光学素子を指定し発光させるための信号を与え、光
軸上に物体があるか否かの判定をした結果の信号を受け
るデータ処理回路を、少なくとも、先行して発光した光
学素子の光エネルギーの拡が９の範囲外にあって光電気
変換部が影響を受けてい彦い受光素子を選択し、その受
光素子を含む光学素子を次に物体の有無を判定する光学
素子として指定する素子対指定回路と、各光学素子毎に
入力する物体存否判定結果を記憶する判定結果記憶回路
と、判定結果記憶回路のデータより物体の大きさおよび
位ｔＶ算出処理する位置算出処理回路とから構成しであ
る。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明をさらに詳しく説明する。

第１図は本発明による光学的高速位置検出装置の実施例
を示すブロック図で、光学素子を指定し発光させるため
の信号を与え、光軸上に物体が存在するか否かの判定を
した結果の信号を受けるデータ処理回路の構成を示す図
である。素子対指定回路０６は各光学素子対毎にスキャ
ンしていく順番を指定する。先行して発光した発光素子
と対をなす受光素子の近くの他の受光素子は指向性と呼
ばれている光エネルギーの拡がりによって受光している
ため次に指定する受光素子としては先行して指定された
受光素子から離れた所にあって先行して発光した光エネ
ルギーの影響を受けていない素子の中から選択される。

判定結果記憶回路０７は各光学素子対毎に受光量の判定
結果Ｓ４と現在指定されている光学素子対を示す信号Ｓ
ｌとを対応させて記憶する。

位置算出処理回路０８は判定結果記憶回路０７の中にあ
る過去の全部の光学素子の対に対する判定結果の中より
複数個のデータＳ５を読み出し物体の有無、大きさおよ
び位置を算出する。

次に第３図を参照して次に選択すべき光学素子の選択方
法について説明する。

今、光学素子Ｌｓ−Ｐｇが指定されていると発光素子Ｌ
３の発する光エネルギーは点線で示すような拡が１有し
、受光素子Ｐ３だけではなく、周囲の他の受光素子も同
時にこの拡がった光を受光している。この光の拡がりを
受光素子Ｐ３を中心として左右２個までと仮定した場合
、受光素子Ｐ６．Ｐ７・・・・・・Ｐｎは発光素子Ｌ３
の発する光を受光していないので、受光素子Ｐｌ。

Ｐ２・・・・・・Ｐ５のように受光によってチャージさ
れルミ気エネルギーをもっていない。したがって光学素
子Ｌａ−Ｐａの対の判定直後、受光素子Ｐｇ、Ｐｙ・・
・・・・Ｐｎのいずれかを選択すればチャージされた電
気エネルギーが放電されるまで待つ必要はなく、直ちに
判定結果を得ることができる。

この様子を第２図に示す。

信号Ｓ２がハイレベルのとき発光素子は発光している。

発光素子Ｌ３が発光している間、受光素子Ｐ３には光量
に応じて電気エネルギーがチャージされる。発光素子Ｌ
３の発光終了後はチャージされた電気エネルギーが時定
数に従って放電される。ここで受光していなかった受光
素子Ｐ８を信号ａｔで指定すると受光素子のひと−９−
〜〜 つだけを選択するマルチプレクサ回路０３の出力Ｓ３は
、直ちに零状態に戻る。発光素子Ｌ８の発光後も同様に
発光素子Ｌ８の発光する光エネルギーの影響しない受光
素子Ｐ１ａヲ信号８ｔによって選択し指定することによ
って放電に要する時間を待つことなく判定結果を得るこ
とができる。

一般に発光素子の発光エネルギーの影響する範囲を対と
なる受光素子を中心として＋１個とすると、素子対指定
回路０６は順次Ｐｌ、ｐ＋−１−１＋１　、Ｐｔ＋２（
Ｊｌ＋１）、Ｐｔ＋３（ｉｌ　）・−・・−・Ｐ１＋ｍ
（ｉｔ−１）≦ｎを指定する指定信号８ｓｆ発生し、次
に順次ｐｇ、Ｐｇ＋！＋１　、Ｐｚ＋２（ｆ＋１）・・
・・・・Ｐｚ＋ｍ（Ａ＋１）≦ｎの指定信号Ｓｓ′ｔ−
発生する。

同様にＰＩｌ、、ｌｉ＋１＋１　、ＰＡ＋２（Ａ＋ｌ）
・・・・・・Ｐｊｌ＋３（ｊｌ＋１　）・・・−ＰＡ＋
ｍ（１＋１）≦ｎとなるまでスキャンを続けることによ
って全素子対に対する判定結果が判定結果記憶回路０７
に記憶されることになる。位置算出処理回路０８は判定
結果記憶回路０７の中の判定結果を使って一１〇− 現在のスキャン位置情報Ｓｌに同期して光全遮断する物
体の有無、大きさ、位置等を算出する。

以上の選択方法により光学素子１対毎の判定結果を得る
時間が短かくなり、判定結果記憶回路の中のデータは高
速に更新されることになる。

なお、素子対指定回路０６の出力Ｓｓの発生アルゴリズ
ムは多種者えられ、上述したスキャン方式はその中の一
例に過ぎない。先行して発光した光のエネルギーの拡が
りの影響を受けていない受光素子を選択できるようにす
ればすべて同じ効果が得られるので、選択順序は上記条
件を満足する限り制限を受けるものではない。

データ処理回路０５は、マイクロコンピュータで構成す
ることができ、その内部は第１図に示すデータ処理回路
０５の各回路で機能分割が可能である。

一次元の素子アレイを平面上で直角に組み合せた２次元
の光学的位置検出装置についても本発明を適用すること
によって位置検出の高速化を図ることができる。この場
合、スキャンＨｘ軸方向およびＹ軸方向にすることにな
る。

さらに二次元素子マトリックスを重ねて三次元の位置検
出装置とした場合、同様に高速に位置検出ができ、その
効果の程は大きい。

（発明の効果） 本発明は以上、説明したようにプレイ状に配置された発
光素子と受光素子の対を用いて光を遮断する物体の大き
さと位置を検出する装置において、各光学素子対の検出
結果を得る順番すなわちスキャン方式に特長を有してお
り、検出すべき対の指定方法として先行して発光した光
エネルギーの拡が９の影響を受けない光学素子対から選
択することにより、受光素子および光検出回路にチャー
ジされた電気エネルギーを放電するまでの時間を待つこ
となく次々と指定し、スキャンすることを可能にする。

したがって、スキャンの速度を上げることができ、位置
検出の高速化を図ることができる。

特に、弱い光を検出するために光検出回路の感度を上げ
ると回路時定数が大きくなり、チャージされた電気エネ
ルギーの放電時間が増加するので、このように光検出感
度を上げた装置では特に有効である。

さらに三次元位置検出装置および三次元位置検出装置で
は光学的素子対の数が急激に増加するので、位置検出時
間を短縮し、スキャン速度を上げるために本発明の効果
はより一層顕著なものと彦る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による光学的高速位置検出装置の実施例
を示す回路図、第２図は第１図のスキャン方式を説明す
るための信号波形図、第３図は従来の代表的な光学的位
置検出装置のブロック図、第４図は第３図のスキャン方
式を説明するための信号波形図である。 Ｏｌ・・・発光素子ドライブ回路 ０ト・・デコーダ回路 ０３・・・マルチプレクサ回路 ０４・・・コンパレータ回路 ０６・・・データ処理回路 〇６・・・素子対指定回路 ０７・・・判定結果記憶回路 ０８・・・位置算出処理回路 Ｓｌ・・・信号線 Ｓ４・・・信号線 Ｓｌ・・判定結果データ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 発光素子と受光素子で１対をなす光学素子を複数個アレ
   イ状に配置し、光学素子１対毎に順番に発光させその受
   光量からその光学素子の光軸上に物体があるか否かの判
   定をし、複数の光学素子対より得られる判定結果より物
   体の大きさおよび位置を検出する装置において、光学素
   子を指定し発光させるための信号を与え、光軸上に物体
   があるか否かの判定をした結果の信号を受けるデータ処
   理回路を、少なくとも、先行して発光した光学素子の光
   エネルギーの拡がりの範囲外にあつて光電気変換部が影
   響を受けていない受光素子を選択し、その受光素子を含
   む光学素子を次に物体の有無を判定する光学素子として
   指定する素子対指定回路と、各光学素子毎に入力する物
   体存否判定結果を記憶する判定結果記憶回路と、判定結
   果記憶回路のデータより物体の大きさおよび位置を算出
   処理する位置算出処理回路とから構成したことを特徴と
   する光学的高速位置検出装置。