JPS6361112A - 物体検知装置 - 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、例えば所定の検知エリア内における人体等の
存在の有無を検知して自動ドアの開閉や防犯警報装置の
作動を制御するためのセンサに適用できる物体検知装置
に関するものである。

〈従来の技術〉 このような人体等の物体を検知して防犯警報装置の作動
や自動開閉ドアの開閉を制御するための起動用スイッチ
として利用される物体検知装置としては、種々のものが
案出され実用化されているが、近年では、検知エリアが
明確で且つその設定並びに変更が容易であり、しかも長
寿命である長所を有する非接触型のものが多用される傾
向にある。ところが、この非接触型センサのうち背景と
移動物体との温度差に基づく放射赤外線光束の変動を利
用する赤外線方式のものや、赤外線を投射して物体から
の反射光の光量変化を検知する方式のちのは、人体が静
止した場合には赤外線光束の変動または光量の変化がな
いことから検知できない欠陥がある。一方、投射した赤
外線の物体からの反射光の光量の絶対量を検知する方式
のものは、人体が静止した場合にも検知できる利点があ
る反面、投、受光ビームのクロスする位置で物体を検知
するため、検知距離が限定される欠点がある。

そこで、人体が静止した場合にも確実に検知することが
できるとともに、光量や検知距離にほとんど制限を受け
ることなく移動物体を検知できる手段として、第２図に
示すような三角測量法に基づく物体検知方法が注目され
ている。これを説明すると、発光ダイオード又はレーザ
ダイオード等の発光素子１と、投光ビームＰを形成する
投光レンズ２と、図示していないが投光タイミングを設
定する同期信号を発生する発振回路と、この同期信号に
基づいて発光素子１を駆動するドライブ回路とにより、
被検知物体Ｈ１、Ｈ２に対してバルブ変調光より成る投
光用ビームＰを投光する投光部３が形成されている。こ
の投光部３から所定間隔ｌをもって側方に並置された受
光部４は、投光部３および被検知物体Ｈ１、Ｈ２に対し
て三角測量的に配置されており、この受光部４は、被検
知物体Ｈ１，Ｈ２による反射光Ｒ１，Ｒ２を集光するた
めの凸レンズより成る受光レンズ５と、この受光レンズ
５の集光面に配設され、集光スポットＳｌ、Ｓ２の位置
に対応した位置信号を出力する位置検出素子６とで構成
されている。同図において、投光レンズ２から各被検知
物体Ｈ１，Ｈ２までの距離をＤＩ、Ｄ２．受光レンズ５
の焦点距離をｆ、投光レンズ２と受光レンズ５の各光軸
間の距離である基線長さｌ、位置検出素子６の中点から
各集光スポットＳｌ、Ｓ２までの各距離をＸＩ。

ｘ２とすれば、ｌ／ＤＩ＝Ｘ１／ｆ、　　Ｉｌ／Ｄ２＝
Ｘ２／ｆとなり、Ｘ１＝ｌｘｆ／Ｄｉ、Ｘ２＝ＩＸｆ／
Ｄ２の関係が成り立つ。即ち、投光レンズ３から被検知
物体Ｈ１，Ｈ２までの距離ＤＩ、Ｄ２は、位置検出素子
６の集光スポツ）３１．Ｓ２の位置により検知すること
ができる。次に、位置検出素子６について第３図および
第４図に基づいて説明する。

第３図においては、位置検出素子６としてＰＳＤ（ＰＯ
ＳＩＴＩＯＮ−５ＥＮＳＩＴＩＶＥ−ＤＥＴＥＣＴＯＲ
Ｓ　’）と称せられる公知の半導体装置検出素子を示し
である。簡単に説明すると、平板状シリコンの表面に２
層６ａ。

裏面にＮ層６ｂ、そして中間にある１層６ｃの３層から
構成され、これに入射した光Ｐは光電変換され、光電流
として２層６ａを矢印で示す両側方向に流れてそれぞれ
の電極ＴＩ、Ｔ２から分割出力される。即ち、光Ｐが入
射すると、入射位置に光エネルギに比例した電荷が発生
し、この発生電荷が光電流として抵抗層である２層６ａ
を通って電極ＴＩ、Ｔ２より出力される。ここで２層６
ａは全面にわたり均一な抵抗値をもつよう形成されてい
るので、光電流は電極Ｔ１、Ｔ２までの距離つまり抵抗
値に逆比例して分割される。例えば、両電極ＴＩ、Ｔ２
間の距離を２Ｌ、光電流１０＋両電極ＴＩ、Ｔ２からそ
れぞれ取り出される電流をＩｆ、１２とすれば、中心を
原点とした場合に、原点から光Ｐの入射位置までの距離
ｘ１は、ＩＬ−ｘｉ １　２　　　　　　Ｌ＋ｘ　１ から求めることができる。一方、一端を原点とした場合
には、原点から光Ｐの入射位置までの距離ｘ２は、 １１　　　２Ｌ−ｘ２ １２　　　　　ｘ２ から求めることができ、この距離ｘ２と光電流■。

との関係は第５図に示すようになる。この場合、光Ｐの
入射位置は、入射エネルギとは無関係に求めることがで
きる。

また、受光部４の信号処理回路としては、第５図または
第８図に示すものが一般に用いられている。即ち、第５
図のものは受光部４における前述の両電極ＴＩ、Ｔ２か
ら取り出される電流ＩＩ。

■２をそれぞれ電流−電圧変換回路７，８で電圧Ｖｌ、
Ｖ２に変換した後に、この両型圧Ｖｌ、Ｖ２を減算回路
９で減算して被検知物体Ｈ１，Ｈ２までの距離を演算し
、この距離信号が図示外の比較回路で設定レベル以上で
あるか否かを判別される。

一方、第８図のものは、各電流−電圧回路７．８と減算
回路９との各間にそれぞれ対数増幅器１０゜１１を介挿
接続し、この各対数増幅器１０．１１と減算回路９とに
より割算回路を構成したものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ところで、第５図の信号処理回路において、受光部４の
受光素子の両電極間の長さを２Ｌ、この受光素子の一端
を原点とした場合の原点から光の入射位置までの距離を
Ｘとすると、前述の説明から明らかなように、 の関係から、減算回路９より出力される距離信号は、 となる。ここで、光電流■。は受光量に応じて変化し、
さらに受光量は、被検知物体の反射率の差異や周囲温度
等の環境変化による投光部出力或いは受光部感度の変化
により変動し、この受光量の変化により距離信号に誤差
を生じる。この点を第６図および第７図により詳述する
と、受光素子の一端を原点とした場合の原点から光の入
射位置までの距離と各電流−電圧変換回路７，８のそれ
ぞれの出力電圧Ｖｌ、Ｖ２との関係を示した第６図にお
いて、各出力電圧Ｖｌ、Ｖ２は、光量の大きい時には実
線で示した関係となり、且つ光量の小さい時には破線で
示した関係となる。従って、被検知物体までの距離と距
離信号（Ｖｌ−Ｖ２）との関係を示した第７図において
、光量の大きい場合には実線で示した関係となり、且つ
光量の小さい場合には破線で示した関係となり、光量の
大きさにより距離信号に誤差が生じると云う重大な欠点
がある。

一方、第８図のものは、対数増幅器１０．１１と減算回
路９とにより割算回路を構成しているから、減算回路９
より出力される距離信号は、Ｖｉ　　　　　　　　　　
　　ＩＺ となり、前述と同様に の関係から、 となり、距離信号は、光量の変化つまり光電流Ｉ０の変
化に対し無関係となって誤差を生じない利点がある。そ
の反面、高価な対数増幅器１０．１１を用いるためにコ
スト高になるとともに、構成が複雑となって装置全体が
大型化する欠点がある。

〈発明の目的〉 本発明は、このような問題点に鑑みなされたもので、移
動物体および静止物体の何れをもその距離によって存在
の有無を検知できるメリットを有する光学的三角測量方
式のものであって、光量の変化に対しても誤差のない距
離信号を得られるとともに、対数増幅器を用いることな
く安価で且つ小型化した構成の物体検知装置を提供する
ことを目的とするものである。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の物体検知装置は、前記目的を達成するために、
投光部から所定の検知エリアに向けて出射した投光ビー
ムの被検知物体による反射光を、前記投光部に対して三
角測量的に配した受光部で［） 受光し、この受光部への入射位置により前記投光部から
被検知物体までの距離の検出に基づいて被検知物体の検
知エリア内の位置もしくは存在の有無を検知する物体検
知装置において、前記受光部の入射位置に応じた−２つ
の受光出力をそれぞれ電流−電圧変換する電流−電圧変
換回路と、この少なくとも一方の電流−電圧変換回路に
接続された可変利得増幅器と、この可変利得増幅器と他
方の可変利得増幅器又は前記電流−電圧変換回路との百
出力を減算する減算回路と、この減算回路の出力が一定
値になるよう前記可変利得増幅器の利得を可変制御する
フィードバック制御系とを備え、このフィードバック制
御系のフィードバック量を被検知物体の距離信号として
出力する構成を特徴とする特 〈作用〉 この物体検知装置は、フィードバック制御系により減算
回路の出力が一定値になるよう可変利得増幅器の利得を
可変制御し、フィードバック制御系のフィードバック量
を距離信号として取り出すため、このフィードバック量
は可変利得増幅器の利得に対応する。この利得は、例え
ば減算回路の出力を零になるよう制御した場合には、両
型流−電圧変換回路のそれぞれの出力電圧を割算した値
となる。従って、利得つまりフィードバック量として取
り出される距離信号は、受光量の変化に対し何ら影響を
受けることがなく、また、対数増幅器を用いることなく
割算結果を得ることができ、構成を簡素化でき、且つ安
価に作製できる。

〈実施例〉 以下、本発明の好適な一実施例を図面に基いて詳細に説
明する。

本発明のセンサ部分は、第２図に示したように投光部３
と受光部４とを被検知物体Ｈ１，Ｈ２に対し三角測量的
に配置した構成とし、受光部４の両電極から入射位置に
対応した電流を取り出すようになっている。そして、こ
れの信号処理系の一実施例を示した第１図において、第
５図および第８図と同−若しくは実質的に同等のものに
は同一の符号を付しである。そして、一方の電流−電圧
変換回路８と減算回路９との間に可変利得増幅器１２を
介挿接続し、減算回路９の出力電圧と基準電圧Ｖｒとを
比較する比較回路１３を設け、この比較回路１３の比較
出力をフィードバック回路１４を介して可変利得増幅器
１２に帰還するフィードバック制御系１５を構成し、フ
ィードバック回路１４からフィードバック量を距離信号
Ｓとして取り出すようにした構成において第５図および
第８図のものと相違する。

前記構成において、いま基準電圧Ｖｒを零ポルトとし、
可変利得増幅器１２の利得をＫとすると、フィードバッ
ク制御系１５が減算回路９の出力電圧が零ポルトになる
よう可変利得増幅器１２の利得Ｋを可変制御する。即ち
、Ｖ　１−　Ｋ　Ｖ　２　＝　Ｏとなるようなフィード
バック量Ｆに制御する。従って、 となり、第３図で説明したように、 の関係から、 ｘ　　　　　　　　　　　ｘ となり、２Ｌは受光部４の受光素子６の有限寸法であっ
て定数であるから、利得には受光部４の受光素子６の一
端から入射位置までの距離Ｘつまり被検知物体までの距
離に対応し、さらに、フィードバックｉＦは利得Ｋに対
応するから、このフィードバックＩＫを距離信号Ｓとす
ることができる。

この距離信号Ｓとなるフィードバック量Ｆに対応する利
得には、前述のようにＩｆ／１２となるから、第８図の
ような対数増幅器１０．１１を用いることなく、結果と
して割算手段を設けたのと同様となり、受光量の変化と
は無関係に距離信号Ｓを取り出せるとともに、ダイナミ
ックレンジが大となり、しかも、対数増幅器を用いない
ことにより安価で且つ簡単な構成となり、小型化を図る
ことができる。

尚、本発明は前記実施例にのみ限定されるものではなく
、請求の範囲を逸脱しない限り種々の実施態様が考えら
れるのは勿論である。例えば、可変利得増幅器１２は両
方の受光信号出力系に設けてもよく、また、受光部４の
位置検出素子６としては、第２図および第３図に示した
ＰＳＤの他に、−列に配した複数個のフォトトランジス
タやフォトダイオード等の受光素子または多分割型の受
光素子を用いてもよい。さらに、実用化に際しては検知
エリアを複数設けるようにしてもよい。さらにまた、可
変利得増幅器１２は負の利得として減衰させるようにし
てもよい。

〈発明の効果〉 以上詳述したように本発明の物体検知装置によると、光
学的三角測量方式のものにおいて、受光部の２つの受光
出力電流をそれぞれ電圧に変換し、この電圧の少くとも
一方を可変利得増幅器で増幅した後に両室圧を減算し、
この減算出力が一定値になるよう可変利得増幅器の利得
を可変するフィードバック制御系を設け、このフィード
バック制御系のフィードバック量を距離信号として取り
出す構成としたので、高価な対数増幅器を用いることな
く結果として受光部の２つの受光出力を割算したと同等
の距離信号を得ることができる。従って、受光量の変化
によって距離信号に誤差を生じることがなく、所定の検
知エリア内の被検知物体を確実に検知することができる
。また、フィードバンク量を距離信号として取り出すた
め、ダイナミックレンジが大となる利点がある。しかも
、対数増幅器を用いないことにより、安価に作製できる
とともに、構成が簡素化されて装置全体の小型化を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の物体検知装置の一実施例の信号処理系
のブロック図、 第２図は第１図のセンサ部の光学図、 第３図は第２図の一部概略正面図、 第４図は第３図の光電流■。と距離ｘ２との関係図、 第５図および第８図は何れも従来装置のブロック図、 第６図は第５図の受光量の変化に対する距離と電圧との
関係図、 第７図は第５図の受光量の変化に対する距離と距離信号
との関係図である。 ３−投光部 ４−受光部 ７．８−−一電流一電圧変換回路 ９・−・減算回路 １２−可変利得増幅器 １５−フィードバック制御系 Ｐ−・投光ビーム Ｒ１，Ｒ２−・−反射光 特許出願人　　　オプテソクス株式会社代　理　人　　
　　弁理士　西１）新 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光部から所定の検知エリアに向けて出射した投
   光ビームの被検知物体による反射光を、前記投光部に対
   して三角測量的に配した受光部で受光し、この受光部へ
   の入射位置により前記投光部から被検知物体までの距離
   の検出に基づいて被検知物体の検知エリア内の位置もし
   くは存在の有無を検知する物体検知装置において、前記
   受光部の入射位置に応じた２つの受光出力をそれぞれ電
   流−電圧変換する電流−電圧変換回路と、この少なくと
   も一方の電流−電圧変換回路に接続された可変利得増幅
   器と、この可変利得増幅器と他方の可変利得増幅器又は
   前記電流−電圧変換回路との両出力を減算する減算回路
   と、この減算回路の出力が一定値になるよう前記可変利
   得増幅器の利得を可変制御するフィードバック制御系と
   を備え、このフィードバック制御系のフィードバック量
   を被検知物体の距離信号として出力するよう構成したこ
   とを特徴とする物体検知装置。