JPS6217163B2 - - Google Patents

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JPS6217163B2
JPS6217163B2 JP1904481A JP1904481A JPS6217163B2 JP S6217163 B2 JPS6217163 B2 JP S6217163B2 JP 1904481 A JP1904481 A JP 1904481A JP 1904481 A JP1904481 A JP 1904481A JP S6217163 B2 JPS6217163 B2 JP S6217163B2
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JP
Japan
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light
light emitting
target object
distance
receiving device
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Application number
JP1904481A
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Japanese (ja)
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JPS57133306A (en
Inventor
Kensuke Hasegawa
Ryosuke Masuda
Shinya Kobayashi
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Individual
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Publication of JPS57133306A publication Critical patent/JPS57133306A/en
Publication of JPS6217163B2 publication Critical patent/JPS6217163B2/ja
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01BMEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、近距離範囲にある非乱反射物体の
移動や距離を検出するための近接センサに関し、
特に生産システムにおけるマテリアルズ・ハンド
リングのための位置決め、形状計測、衝突防止用
検出器等に有効に利用できる近接センサに関す
る。 従来より、この種の近接センサとして種々のも
のが提案されており、電磁系センサ、空気圧系セ
ンサ及び光学系センサが知られている。しかし
て、電磁系センサでは距離等を検出する対象物体
が電磁誘導体に限られると共に、その検出範囲が
数mmまでであるといつた欠点があり、空気圧系セ
ンサでは装置が大形になると共に、検出可能範囲
が極めて狭いといつた欠点を有している。また、
光学系センサは発光素子及び受光素子の対をレン
ズ系と組合せて距離等を検出するものであるが、
装置が複雑になると共に、検出操作が煩雑であ
り、短かい距離は検出できないといつた欠点があ
る。さらに、かかる光学系センサは通常乱反射物
体に対するものであり、金属面、鏡面のような非
乱反射物体では測定できない欠点がある。よつ
て、この発明の目的は、上述の如き欠点のない簡
易な構成の近接センサを提供することにある。 以下にこの発明を説明する。 第1図はこの発明の基本原理を示すものであ
り、1及び2は散光性の強い一様に拡がる光を放
射する発光ダイオード(たとえばGaAs―LED)
であり、それぞれ90゜だけ位相のずれた2つの繰
返信号で駆動される。これら発光ダイオード1及
び2が取付けられている取付板3の中途部には指
向性の強い受光素子としてのフオトトランジスタ
4が設けられており、フオトトランジスタ4の前
方には距離xを検出すべき対象物体5がある。こ
こにおいて、発光ダイオード1及び2からの照射
光のうち、対象物体5の表面Pで乱反射されたも
のだけがフオトトランジスタ4で受光され、ま
た、信号処理の段階でのフイルタリングを考慮し
て基本周波数成分のみを考えれば、発光ダイオー
ド1及び2は正弦波及び余弦波で周期的に明るさ
が変化すると考えればよい。したがつて、発光ダ
イオード1及び2の明るさG1及びG2はA、Bを
定数とすれば と表わされ、対象物体5の表面のP点における発
光ダイオード1及び2による寄与L1及びL2は対
象物体5の反射率をCとすれば、 となる。また、 であり であるから、上記(2)式は下式のようになる。 ここで、P点の明るさLPは LP=L1+L2 ………(6) と表わされるので、これに(5)式を代入すれば結局
次のようになる。 ただし である。この(7)〜(9)式から明らかなように、位相
は距離xだけ(A、B、a、bはそれぞれ定
数)の関数となり、対象物体5の表面の反射率C
によつて影響を受けない。したがつて、P点にお
ける明るさLPをフオトトランジスタ4で検出し
て2つの光の位相差を求めればこれから逆に距
離xを測定することができる。なお、光を受光す
るフオトトランジスタ4のS点における明るさL
Sは、P点における明るさLPに比例し、その比例
定数をKとすれば となり、上記(7)式の位相に影響することはな
い。 ここで具体的な測定回路例を第2図に示して説
明すると、1kHzの矩形波を発振する発振器10
の出力は発光ダイオード1に入力されると共に、
移相器11を経て発光ダイオード2に入力され
る。移相器11では位相が90゜だけ進め(又は遅
らせ)られ、発光ダイオード1及び2はそれぞれ
正弦、余弦に対応する矩形波の繰返信号で駆動発
光される。第3図Aは発光ダイオード1によるP
点の明るさの例を示すものであり、第3図Bは発
光ダイオード2によるP点の明るさの例を示すも
のであり、この場合におけるP点の明るさは第3
図Cのように合成され階段状となる。かかる階段
状の明るさはフオトトランジスタ4で光電的に検
出され、増幅器12で増幅された後にバンドパス
フイルタ13で高調波及び低調波が除去されて正
弦波となり、自動利得回路(AGC)14で所定
レベルに維持された信号が位相差検出回路20に
入力される。位相差検出回路20には発振器10
からの基準矩形波が入力されており、この基準矩
形波に対する位相のずれが検出される。具体的に
は自動利得回路14の正弦波出力を矩形波変換回
路(たとえばコンパレータ)21で0レベルをス
レツシヨルドとする矩形波に変換し、この矩形波
信号と発振器10からの基準矩形波とを乗算回路
22で乗算してその積信号から位相差を求める。
かくして求められた位相差信号は表示装置30に
送られ、ここで位相差から距離の換算を行なつて
距離の表示をすると共に、必要に応じてその距離
信号を別途処理する。 次に、第4図に示すように、面S1に対して垂直
な光が、面S1と角度θをなす面S2を照らす場合を
考える。ここに、l1及びl2を面S1及びS2の単位面
積当りの光のパワーとすれば、面S1及びS2を通過
する全パワーは等しいので l2=l1・cosθ ………(11) が成り立つ。 また、前述の検出器の場合の光源Q及び受光部
Sは第5図のように簡略化され、上記の議論を適
用すると、に垂直な面k上のP点での単位面
積当りの光のパワーl1となる。ただし、光源QのパワーをGqとする。 また、面i上での単位面積当りの光のパワーl2
は l2=l1・cos(δ−θ) ………(13) であり、各面での反射は乱反射と仮定しているの
で、反射率をC、PS方向のパワーをl3とすれば、 l3=C/cosδ・l2 ………(14) が成り立つ。よつて、上記(12)〜(14)式より となり、面の傾きの影響は cos(δ−θ)/cosδ………(16) という係数の中に現われてくることが分る。な
お、かかる議論はδの符号、θ及びδの大きさの
関係によらず成立する。 このような前提から、第6図に示すように、1
つの受光素子としてのフオトトランジスタ41
(位置S)と、このフオトトランジスタ41から
各等距離対称でかつ直線上の位置Q―Q′,R―
R′に配列された発光ダイオード42,43及び
44,45とで構成されたシステムを考え得る。
また、発光ダイオード42及び43は正弦波で駆
動され、発光ダイオード44及び45は余弦波で
駆動されるようになつている。ここにおいて、フ
オトトランジスタ41の出力は2組の発光源たる
発光ダイオード42―44及び43―45からの
光の、傾いた面iでの反射光の和になる。したが
つて、光源の組42―44によるP点におけるS
方向への反射光のパワーM1は、上記(15)式を
用いて次のようになる。 同様に、他の光源の組43―45によるP点に
おけるS方向への反射光のパワーM2は、次の
(18)式のようになる。 M2=C/cosδ・{cos(δ+θ)・sinωt/a+x+cos(δ+θ)・cosωt/b+x
}……(18) ここにおいて、P点におけるPS方向への全パ
ワーMは(17)式及び(18)式の和として表わさ
れるから、次式のようになる。 ただし である。 ここで、対象物体の表面を傾けた場合の影響の
様子を示すと、第7図の●印の特性のようになり
20゜程度まで全く影響のないことが分る。なお、
第7図における特性Aは第1図に示す装置の場合
の理論値を示し、〇印はその実測値の例を示して
いる。かくして、前述の装置を用いることによ
り、受光装置の位置Sから対象物体の表面Pまで
の距離xを対象面の傾きにかかわらず正確に計測
することができる。 このように、1組の光源を用いた場合には面の
傾きにほぼ比例した情報を含む距離データが得ら
れ、光源を2組にすることによつて面の傾きの影
響を受けずに、対象表面までの距離を測定するこ
とができる。また、この2つの距離データの差は
面の傾きに比例することになるので、2組の光源
を切換えることによつて面の傾きを測定すること
ができる(たとえば特願昭55―50176号)。 しかして、上述の場合、対象物体の表面は乱反
射すると共に、フオトトランジスタは指向性が強
いものであるとしているが、対象物体の表面を非
乱反射、すなわち鏡面とし、フオトトランジスタ
を無指向性とすると第1図に対応させて第8図の
光学系を考え得る。図において、MLが鏡面であ
り、発光ダイオードR及びQの光は鏡面で入射角
度に等しい反射角度で入射され、無指向的にフオ
トトランジスタSに広い方向から入射されると考
えられる。ここで、鏡面が傾きδをもつ一般的な
場合を考えると第9図のようになる。図におい
て、MLが鏡面であり、発光ダイオード42〜4
5及びフオトトランジスタ41はセンサ像面SL
に線対称に映像され、各発光の光は等価的にセン
サ像面SL上で発光されてフオトトランジスタ4
1に入射されると考えられる。ここで、鏡面ML
の傾きをδとすると 1=2xcosδ ………(21) 1 =(2xcosδ・sinδ−bcos2δ)+(2xcos2δ+bsin2δ) =(xsin2δ−bcos2δ)+(x+xcos2δ+bsin2δ) =2x2(1+cos2δ)+b(b+2xsin2δ) ……(22) 1 =2x2(1+cos2δ)+a(a+2xsin2δ) ……(23) 1 =2x2(1+cos2δ)+a(a−2xsin2δ) ……(24) ′1 =2x2(1+cos2δ)+b(b−2xsin2δ) ……(25) であるから、距離xにある鏡面ML上の点Pの光
のパワーMは次式のようになる。 ただし である。ここで、上記(27)式は具体的には tanφ={2x(1+cos2δ)+b/2x(1+cos2δ)+a} ×{4x(1+cos2δ)+4x(1+cos2δ)・cos2δ+a/4x(1+cos2
δ)+4x(1+cos2δ)・cos2δ+b}………(28) であり、δ=0゜、すなわち傾きが0゜のときは tanφ=4x+a/4x+b ………(29) となる。ただし、a、bの単位はたとえばcmであ
る。そして、傾きδ=0゜、30゜について距離x
=1、2、3(cm)で、距離a=1cm、b=3cm
の場合のtanφを求めると、次の表1のようにな
The present invention relates to a proximity sensor for detecting the movement and distance of a non-diffuse reflective object in a short range,
In particular, the present invention relates to a proximity sensor that can be effectively used for positioning, shape measurement, collision prevention detectors, etc. for materials handling in production systems. Various types of proximity sensors have been proposed in the past, including electromagnetic sensors, pneumatic sensors, and optical sensors. However, electromagnetic sensors have the drawback that the objects for which distance detection is limited to electromagnetic induction objects, and the detection range is limited to several millimeters, while pneumatic sensors require large devices and The drawback is that the detectable range is extremely narrow. Also,
Optical sensors combine a pair of light-emitting elements and light-receiving elements with a lens system to detect distance, etc.
This method has the drawbacks that the device is complicated, the detection operation is complicated, and short distances cannot be detected. Furthermore, such optical sensors are usually used for objects that reflect diffusely, and have the disadvantage that they cannot measure objects that do not reflect diffusely, such as metal surfaces or mirror surfaces. SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, it is an object of the present invention to provide a proximity sensor with a simple configuration that does not have the above-mentioned drawbacks. This invention will be explained below. Figure 1 shows the basic principle of this invention, and 1 and 2 are light emitting diodes (e.g. GaAs-LED) that emit highly diffused and uniformly spread light.
and is driven by two repetitive signals, each 90° out of phase. A phototransistor 4 as a light-receiving element with strong directivity is provided in the middle of the mounting plate 3 where these light emitting diodes 1 and 2 are attached, and in front of the phototransistor 4 there is a target whose distance x is to be detected. There is object 5. Here, of the light emitted from the light emitting diodes 1 and 2, only the light that is diffusely reflected by the surface P of the target object 5 is received by the phototransistor 4. Considering only the frequency components, it is sufficient to consider that the brightness of the light emitting diodes 1 and 2 changes periodically with a sine wave and a cosine wave. Therefore, the brightness G 1 and G 2 of light emitting diodes 1 and 2 are given by A and B as constants. The contributions L 1 and L 2 by the light emitting diodes 1 and 2 at point P on the surface of the target object 5 are expressed as follows, assuming that the reflectance of the target object 5 is C. becomes. Also, It is Therefore, the above equation (2) becomes as shown below. Here, the brightness L P at point P is expressed as L P =L 1 +L 2 (6), so by substituting equation (5) into this, we end up with the following equation. however It is. As is clear from these equations (7) to (9), the phase is a function of only the distance x (A, B, a, and b are each constant), and the reflectance C of the surface of the target object 5
unaffected by Therefore, if the brightness L P at point P is detected by the phototransistor 4 and the phase difference between the two lights is determined, the distance x can be measured conversely from this. Note that the brightness L at point S of the phototransistor 4 that receives light
S is proportional to the brightness L P at point P, and if its proportionality constant is K, then Therefore, it does not affect the phase of equation (7) above. Here, a specific example of a measurement circuit is shown in FIG. 2 and explained.
The output of is input to the light emitting diode 1, and
The signal is input to the light emitting diode 2 via the phase shifter 11. In the phase shifter 11, the phase is advanced (or delayed) by 90 degrees, and the light emitting diodes 1 and 2 are driven to emit light using rectangular wave repetition signals corresponding to sine and cosine, respectively. Figure 3A shows P by light emitting diode 1.
This shows an example of the brightness of a point, and FIG. 3B shows an example of the brightness of a point P by the light emitting diode 2.
As shown in Figure C, they are synthesized into a step-like shape. Such stepwise brightness is photoelectrically detected by a phototransistor 4, amplified by an amplifier 12, and then harmonics and subharmonics are removed by a bandpass filter 13 to become a sine wave, which is converted into a sine wave by an automatic gain circuit (AGC) 14. The signal maintained at a predetermined level is input to the phase difference detection circuit 20. The phase difference detection circuit 20 includes an oscillator 10
A reference rectangular wave from is inputted, and a phase shift with respect to this reference rectangular wave is detected. Specifically, the sine wave output of the automatic gain circuit 14 is converted into a rectangular wave with a threshold of 0 level by a rectangular wave conversion circuit (for example, a comparator) 21, and this rectangular wave signal is multiplied by the reference rectangular wave from the oscillator 10. A circuit 22 performs multiplication and obtains a phase difference from the product signal.
The phase difference signal obtained in this way is sent to the display device 30, where the phase difference is converted into a distance and the distance is displayed, and the distance signal is separately processed as required. Next, as shown in FIG. 4, consider the case where light perpendicular to the surface S 1 illuminates the surface S 2 forming an angle θ with the surface S 1 . Here, if l 1 and l 2 are the power of light per unit area of surfaces S 1 and S 2 , the total power passing through surfaces S 1 and S 2 is equal, so l 2 = l 1・cosθ... …(11) holds true. In addition, the light source Q and the light receiving part S in the case of the above-mentioned detector are simplified as shown in Fig. 5, and applying the above discussion, the light per unit area at point P on the plane k perpendicular to . power l 1 becomes. However, the power of light source Q is assumed to be Gq. Also, the power of light per unit area on surface i l 2
is l 2 = l 1・cos (δ−θ 1 ) (13), and since it is assumed that the reflection on each surface is diffuse reflection, the reflectance is C and the power in the PS direction is l 3 . Then, l 3 =C/cosδ·l 2 (14) holds true. Therefore, from equations (12) to (14) above, It can be seen that the influence of the inclination of the surface appears in the coefficient cos (δ-θ 1 )/cos δ (16). Note that this argument holds regardless of the sign of δ and the relationship between the magnitudes of θ and δ. From this premise, as shown in Figure 6, 1
Phototransistor 41 as two light receiving elements
(position S), and positions Q-Q', R- on a straight line that are symmetrical and equidistant from this phototransistor 41.
A system can be considered consisting of light emitting diodes 42, 43 and 44, 45 arranged in R'.
Further, the light emitting diodes 42 and 43 are driven by a sine wave, and the light emitting diodes 44 and 45 are driven by a cosine wave. Here, the output of the phototransistor 41 is the sum of the light reflected from the two sets of light emitting diodes 42-44 and 43-45, which are light emitting sources, on the inclined surface i. Therefore, S at point P due to the set of light sources 42-44
The power M 1 of the reflected light in the direction is calculated as follows using the above equation (15). Similarly, the power M 2 of the light reflected in the S direction at point P by the other light source sets 43 to 45 is expressed by the following equation (18). M 2 =C/cosδ・{cos(δ+θ 1 )・sinωt/a 2 +x 2 +cos(δ+θ 2 )・cosωt/b 2 +x 2
}...(18) Here, since the total power M in the PS direction at point P is expressed as the sum of equations (17) and (18), it is as follows. however It is. Here, the effects when the surface of the target object is tilted are as shown in the characteristics marked with ● in Figure 7.
It can be seen that there is no effect at all up to about 20°. In addition,
Characteristic A in FIG. 7 shows the theoretical value for the device shown in FIG. 1, and the circle mark shows an example of the measured value. Thus, by using the above-described device, it is possible to accurately measure the distance x from the position S of the light receiving device to the surface P of the target object, regardless of the inclination of the target surface. In this way, when one set of light sources is used, distance data containing information approximately proportional to the slope of the surface can be obtained, and by using two sets of light sources, it is possible to obtain distance data that is not affected by the slope of the surface. The distance to the target surface can be measured. Furthermore, since the difference between these two distance data is proportional to the inclination of the surface, the inclination of the surface can be measured by switching between the two sets of light sources (for example, Japanese Patent Application No. 50176-1982). . In the above case, the surface of the target object reflects diffusely and the phototransistor has strong directivity, but if the surface of the target object has non-diffuse reflection, that is, a mirror surface, and the phototransistor is non-directional. The optical system shown in FIG. 8 can be considered in correspondence with FIG. 1. In the figure, ML is a mirror surface, and the light from the light emitting diodes R and Q is considered to be incident on the mirror surface at a reflection angle equal to the incident angle, and non-directionally incident on the phototransistor S from a wide direction. Now, if we consider a general case where the mirror surface has an inclination δ, the result will be as shown in FIG. In the figure, ML is a mirror surface, and light emitting diodes 42 to 4
5 and phototransistor 41 are sensor image plane SL
The light of each emitted light is equivalently emitted on the sensor image plane SL and transferred to the phototransistor 4.
1. Here, mirror ML
Letting the slope of _ _ _ _ (b+2xsin2δ) ……(22) 1 2 =2x 2 (1+cos2δ)+a(a+2xsin2δ) ……(23) 1 2 =2x 2 (1+cos2δ)+a(a−2xsin2δ) ……(24) ′ 1 2 = 2x 2 (1+cos2δ)+b(b-2xsin2δ) (25) Therefore, the power M of light at a point P on the mirror surface ML at a distance x is given by the following equation. however It is. Here, the above formula (27) is specifically tanφ={2x 2 (1+cos2δ)+b 2 /2x 2 (1+cos2δ)+a 2 } ×{4x 4 (1+cos2δ) 2 +4x 2 a 2 (1+cos2δ)・cos2δ+a 4 /4x 4 (1+cos2
δ) 2 +4x 2 b 2 (1+cos2δ)・cos2δ+b 4 }......(28) When δ=0°, that is, the slope is 0°, tanφ=4x 2 +a 2 /4x 2 +b 2 ...... (29) becomes. However, the units of a and b are, for example, cm. Then, for the slope δ = 0°, 30°, the distance x
= 1, 2, 3 (cm), distance a = 1cm, b = 3cm
When calculating tanφ in the case of , the result is as shown in Table 1 below.

【表】 この表1から明らかなように、傾きδの影響は
少なくない。しかし、傾きδが小さいとき、すな
わちδ<15゜程度ではφ≒f(x、a、b)であ
り、傾きδの影響が小さいので、位相φにより距
離x(cm)を求めることができる。たとえば、セ
ンサ面と物体面とが平行であることが分つていれ
ば、傾きδ=0゜として距離xを測定することが
できる。この場合は、上記(29)式を用いれば良
い。また、発光ダイオード44及び45をそれぞ
れsinωt及びcosωtで駆動する傾きモードで駆
動すれば、 φ″=tan-1{xcosδ−bsinδ/xcosδ
+bsinδ}………(30) が得られ、傾きδが既知であれば距離xを求める
ことができる。この特性は第11図に示されてい
る。 ここにおいて、フオトトランジスタ41に指向
性を持たせて対象物体の表面を乱反射とすると、
その距離x―位相φの関係は第10図の特性の
ようになるが、対象物体が非乱反射特性であれ
ば、フオトトランジスタに反射光が入力しにくく
なる。そして、フオトトランジスタを無指向性と
したときは、対象物体の表面を非乱反射特性とし
ても、その距離x―位相φの関係は、上記(29)
式をもとに第10図の特性のようになる。ま
た、同様に傾きδ―位相φの関係は、第11図の
特性及びのようになる。 一方、この発明による位相φ、距離x及び傾き
δの検出は、第12図に示すような回路で構成す
ることができる。基準信号S1及び検出信号S2
は位相検出器40に入力され、検出された位相φ
は表示器42に入力されると共に変換器41に入
力され、上述の如く位相φ―距離xの換算を行な
う。したがつて、第6図の構成においてフオトト
ランジスタ41を無指向性とすれば、対象物体の
表面が鏡面のような非乱反射となつても、従来の
センサに比べほぼ2倍広い範囲にわたつて検出す
ることが可能となる。 以上のようにこの発明によれば、対象物体の表
面が金属面、鏡面のような非乱反射面でも、確実
に基準信号からの位相ずれを傾きが既知の場合に
は測定することができるので、これから対象物体
の距離、移動等を求めることができる。また、装
置が小形、軽量で安価であると共に、信号処理が
容易である利点を有し、ロボツトハンドに応用で
きる他、物体認識における3次元情報検出器等に
利用できる。 なお、上述では発光素子として発光ダイオード
を、受光素子としてフオトトランジスタを用いて
いるが、他の素子によることも可能であり、発光
素子を駆動する繰返信号としては矩形波の他に三
角波、正弦波等も可能である。また、上述では受
光素子を発光素子と同じ取付面に取付けている
が、移動体(対象物体の表面)の方に直接取付け
て構成することも可能である。
[Table] As is clear from Table 1, the influence of the slope δ is considerable. However, when the slope δ is small, that is, when δ<15°, φ≈f(x, a, b), and the influence of the slope δ is small, so the distance x (cm) can be determined from the phase φ. For example, if it is known that the sensor plane and the object plane are parallel, the distance x can be measured with the inclination δ=0°. In this case, the above equation (29) may be used. Furthermore, if the light emitting diodes 44 and 45 are driven in a tilt mode in which sinωt and cosωt are used, φ″=tan −1 {xcosδ−bsinδ/xcosδ
+b sin δ} (30) is obtained, and if the slope δ is known, the distance x can be found. This characteristic is shown in FIG. Here, if the phototransistor 41 is given directivity to cause diffuse reflection on the surface of the target object,
The relationship between the distance x and the phase φ is as shown in FIG. 10, but if the target object has non-diffuse reflection characteristics, it becomes difficult for reflected light to enter the phototransistor. When the phototransistor is made omnidirectional, even if the surface of the target object has non-diffuse reflection characteristics, the relationship between the distance x and the phase φ is as shown in (29) above.
Based on the formula, the characteristics are as shown in FIG. Similarly, the relationship between the slope δ and the phase φ is as shown in FIG. 11. On the other hand, the detection of the phase φ, distance x, and slope δ according to the present invention can be configured by a circuit as shown in FIG. Reference signal S1 and detection signal S2
is input to the phase detector 40, and the detected phase φ
is input to the display 42 and also to the converter 41, and the phase φ-distance x is converted as described above. Therefore, if the phototransistor 41 is made non-directional in the configuration shown in FIG. 6, even if the surface of the target object has non-diffuse reflection like a mirror surface, it will be able to reflect over a nearly twice as wide range as the conventional sensor. It becomes possible to detect. As described above, according to the present invention, even if the surface of the target object is a non-diffuse reflective surface such as a metal surface or a mirror surface, it is possible to reliably measure the phase shift from the reference signal if the inclination is known. From this, the distance, movement, etc. of the target object can be determined. In addition, the device is small, lightweight, and inexpensive, and has the advantage of easy signal processing, and can be applied not only to robot hands but also to three-dimensional information detectors for object recognition. Note that although a light-emitting diode is used as the light-emitting element and a phototransistor as the light-receiving element in the above description, it is also possible to use other elements, and the repetitive signal for driving the light-emitting element may be a triangular wave, a sine wave, or a rectangular wave. Waves etc. are also possible. Further, in the above description, the light receiving element is attached to the same mounting surface as the light emitting element, but it is also possible to configure the light receiving element to be attached directly to the moving body (the surface of the target object).

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はこの発明の基本原理を示す構成図、第
2図はその測定回路例を示すブロツク図、第3図
A〜Cは発光及び受光の位相関係を示す図、第4
図及び第5図は検出面の傾きの影響を説明するた
めの図、第6図はこの発明の基礎となる測定系を
示す図、第7図はその対象表面の傾きの影響を示
す図、第8図及び第9図はそれぞれこの発明を説
明するための図、第10図は距離―位相の関係を
示す特性図、第11図は位相―傾きの関係を示す
特性図、第12図は位相差に対する距離、傾きの
検出系を示すブロツク図である。 1,2…発光ダイオード、3…取付板、4…フ
オトトランジスタ、5…対象物体、10…発振
器、11…移相器、12…増幅器、13…バンド
パスフイルタ、14…自動利得回路、20…位相
差検出回路、21…矩形波変換回路、22…乗算
回路、30…表示装置、41…フオトトランジス
タ、42〜45…発光ダイオード。
Fig. 1 is a block diagram showing the basic principle of this invention, Fig. 2 is a block diagram showing an example of its measurement circuit, Figs. 3 A to C are diagrams showing the phase relationship between light emission and light reception, and Fig. 4
5 and 5 are diagrams for explaining the influence of the inclination of the detection surface, FIG. 6 is a diagram showing the measurement system that is the basis of this invention, and FIG. 7 is a diagram illustrating the influence of the inclination of the target surface. Figures 8 and 9 are diagrams for explaining the present invention, Figure 10 is a characteristic diagram showing the distance-phase relationship, Figure 11 is a characteristic diagram showing the phase-inclination relationship, and Figure 12 is a characteristic diagram showing the relationship between phase and inclination. FIG. 2 is a block diagram showing a distance and inclination detection system for phase difference. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2... Light emitting diode, 3... Mounting plate, 4... Phototransistor, 5... Target object, 10... Oscillator, 11... Phase shifter, 12... Amplifier, 13... Bandpass filter, 14... Automatic gain circuit, 20... Phase difference detection circuit, 21... Rectangular wave conversion circuit, 22... Multiplication circuit, 30... Display device, 41... Phototransistor, 42-45... Light emitting diode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 非乱反射の対象物体の表面に対向して配設さ
れた無指向性の1つの受光装置と、この受光装置
から直線上に各対称に配置された4個の発光素子
で成り、前記受光装置に対して対称な各発光素子
の1対ずつを互いに90゜位相のずれた繰返信号で
発光される各2個1対の第1の発光装置及び第2
の発光装置と、位相差を距離の値に換算する換算
手段とを具え、前記第1及び第2の発光装置から
の照射光が前記対象物体の表面で非乱反射され、
前記受光装置に無指向的に入力される光のパワー
と前記繰返信号との位相差を求め、前記対象物体
の傾きが既知である場合、前記換算手段を用いて
前記求められた位相差に応じた前記受光装置及び
前記対象物体の間の距離を検出し得るようにした
ことを特徴とする近接センサ。
1 Consisting of one non-directional light receiving device disposed facing the surface of a target object for non-diffuse reflection, and four light emitting elements arranged symmetrically on a straight line from this light receiving device, the light receiving device A first light emitting device and a second light emitting device, each pair of which emit light using repetitive signals that are 90° out of phase with each other, emit light from each pair of light emitting elements symmetrical to each other.
and a conversion means for converting a phase difference into a distance value, the irradiated light from the first and second light emitting devices is non-diffusely reflected on the surface of the target object,
The phase difference between the power of the light non-directionally input to the light receiving device and the repetitive signal is determined, and when the tilt of the target object is known, the phase difference is calculated using the conversion means. A proximity sensor, characterized in that the distance between the light receiving device and the target object can be detected according to the distance between the light receiving device and the target object.
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