JP2000208012A - 物体検出センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の反射型の物体検出センサは三角測量法
に基づく物体の位置検出技術を利用したものなので、使
用する光としては収束光や平行光しか使用できなかっ
た。そのため、被検出物体に穴があったりすると物体無
しと誤検出したりしてしまう。 【解決手段】 異なる方向から複数の光１６，１７を被
検出物体に照射し、これらの散乱光の光量レベル比に基
づいて検出対象エリア内の物体の有無を判定するもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は光学的に物体を検
出する物体検出センサに係り、詳しくは、新規な原理に
基づく新たな反射型の物体検出センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図１５は特開昭５９−１３９５２０号公
報に開示された従来の反射型の物体検出センサおよび周
辺部分を示す構成図である。図において、７０は発光素
子、７１は投光レンズ、７２は受光素子、７３は受光レ
ンズ、７４は地点ａにおける被検出物体、７５は地点ｂ
における被検出物体、７６は地点ｃにおける被検出物体
である。

【０００３】次に動作について説明する。発光素子７０
から発光された光は投光レンズ７１を透過した後、被検
出物体７４，７５，７６で反射／散乱され、その散乱光
の一部が受光レンズ７３を透過して受光素子７２に照射
される。そして、この受光素子７２上の受光位置に基づ
いて三角測量法の原理で被検出物体７４，７５，７６ま
での距離を演算し、被検出物体７４，７５，７６の検出
（位置検出）を行なう。

【０００４】また、この従来の物体検出センサでは、ポ
ジションセンシングデバイス（ＰＳＤ）や２分割フォト
ダイオード（２分割ＰＤ）などを受光素子７２として利
用しており、これらのデバイスから得られる２つの受光
信号の光量レベルの比をとり、この光量レベル比が所定
の閾値を超えている場合に検出信号を出力するようにし
ている。

【０００５】従って、物体検出センサの検出可能エリア
内に被検出物体７４，７５，７６ではない物体があった
としても、これを除外して検出信号を出力させることが
できる。また、物体の反射率に依存し難い検出原理とな
っているので、検出可能エリア内であればその反射率が
低くとも確実に検出し、検出可能エリア外であればどん
なに反射率が高くても誤検出をしないようにすることが
できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の物体検出センサ
は以上のように構成されているので、検出位置のＳ／Ｎ
比（精度）を確保するために、被検出物体７４，７５，
７６からの散乱光がスポット的に発生するように平行光
や収束光を使用しているため、次のような問題が生じて
いた。

【０００７】検出位置のＳ／Ｎ比を上げるために平行光
や収束光を使用した場合には、光の被検出物体７４，７
５，７６への照射エリアも当然に小さくなるので、その
照射エリアにおける被検出物体７４，７５，７６の表面
形状の影響を受けやすくなり、特に、この照射エリア内
に被検出物体７４，７５，７６の貫通穴などが配設され
てしまった場合には、受光信号の光量レベル比が大きく
変動してしまい、これにより被検出物体７４，７５，７
６があるにも拘わらず物体無しと誤判断してしまう。

【０００８】そこで、この発明は以上のような課題を解
決するためになされたもので、検出対象エリア外の被検
出物体ではない物体の誤検出を防止しつつも、被検出物
体の表面形状の影響を受け難い物体検出センサを得るこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る物体検出
センサは、所定の受光方向からの光を受光し、その受光
光の光量レベル情報を含む受光信号を出力する受光手段
と、上記受光方向と重なる部分を有して光を照射する２
個以上の光源と、上記２個以上の光源を時分割にて発光
させ、各光源毎の受光信号を受光手段から出力させる制
御手段と、各光源毎の受光信号の光量レベル比に基づい
て物体の有無を判断し、検出信号を出力する判定手段と
を備えるものである。

【００１０】この発明に係る物体検出センサは、判定手
段が、受光信号の光量レベル比が物体の検出範囲に応じ
た受光信号の光量レベル比の範囲内にあるか否かに基づ
いて物体の有無を判断するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１による物
体検出センサの構成を示すブロック図である。図におい
て、１は第一発光ダイオード（光源）、２は第一発光ダ
イオード１に発光電流を供給する第一駆動回路、３は第
二発光ダイオード（光源）、４は第二発光ダイオード３
に発光電流を供給する第二駆動回路、５は所定の受光方
向からの光を受光し、受光光量の光レベルに応じたレベ
ルの受光信号を出力するフォトダイオード（受光手
段）、６は受光信号を増幅するアンプ、７は増幅後の受
光信号をサンプル−ホールドするサンプル−ホールド回
路、８は第一駆動回路２および第二駆動回路４に対して
発光制御信号を出力するとともに、サンプル−ホールド
後の受光信号が入力され、この受光信号に基づいて物体
の有無を判定する制御回路（制御手段、判定手段）、９
は物体検出に応じて点灯する出力表示ダイオード、１０
は正常な検出状態にある場合に点灯する検出状態表示ダ
イオード、１１は設定モードと実行モードとを切り替え
るスイッチ、１２は制御回路８において物体有りの判定
時に検出信号を出力するオープンコレクタトランジス
タ、１３は検出信号を出力する出力端子である。

【００１２】図２（ａ）はこの発明の実施の形態１によ
る物体検出センサの２つの発光ダイオード１，３とフォ
トダイオード５との相対位置関係を示す模式図である。
図において、１４は投光レンズ、１５は受光レンズ、１
６は投光レンズ１４を介して照射される第一発光ダイオ
ード１の拡散光、１７は投光レンズ１４を介して照射さ
れる第二発光ダイオード３の拡散光、１８はフォトダイ
オード５の受光方向である。また、図２（ｂ）はこの発
明の実施の形態１によるフォトダイオード５の検出特性
を示す特性図である。図において、横軸は被検出物体ま
での距離、縦軸は受光光量レベル、１９は第一発光ダイ
オード１の受光光量特性曲線、２０は第二発光ダイオー
ド３の受光光量特性曲線である。

【００１３】なお、この受光光量特性曲線１９，２０が
第一発光ダイオード１の拡散光１６と受光方向１８との
重なり量や第二発光ダイオード３の拡散光１７と受光方
向１８との重なり量と比例しないのは発光ダイオード
１，３がその光軸において光強度が最も強く、その周囲
に行くにつれて光強度が低下するためである。

【００１４】図３はこの発明の実施の形態１による被検
出物体までの距離に応じた物体の反射状況の変化を説明
するための説明図である。図において、（ａ）は図２に
おいてフォトダイオード５に最も近い地点ａにおける反
射状況、（ｂ）は地点ｂにおける反射状況、（ｃ）は図
２においてフォトダイオード５に最も遠い地点ｃにおけ
る反射状況、２１，２２，２３はそれぞれ各地点におい
てフォトダイオード５に散乱光が受光される受光スポッ
ト、２４，２５，２６はそれぞれ各地点において第一発
光ダイオード１により投光される第一投光スポット、２
７，２８，２９はそれぞれ各地点において第二発光ダイ
オード３により投光される第二投光スポットである。

【００１５】また、図４はこの発明の実施の形態１によ
る上記各地点ａ，ｂ，ｃにおける受光スポット２１，２
２，２３内の投光光強度を示す説明図である。図におい
て、３０，３１，３２はそれぞれ各地点において第一発
光ダイオード１による光強度、３３，３４，３５はそれ
ぞれ各地点において第二発光ダイオード３による光強度
である。

【００１６】そして、これら３つの地点における例のよ
うに、各投光スポット２４，２５，２６，２７，２８，
２９の最も明るい中心位置は距離に応じて受光スポット
２１，２２，２３に対して相対的に移動し、また、強度
が距離の二乗に反比例して低下する。その結果、各発光
ダイオード１，３による検出特性は図２（ｂ）に示すよ
うな検出特性となる。

【００１７】図５はこの発明の実施の形態１による制御
回路８やサンプル−ホールド回路７における動作を示す
タイミングチャートである。図において、ＬＥＤ１は第
一駆動回路２への発光制御信号、ＬＥＤ２は第二駆動回
路４への発光制御信号、ＡＭＰは増幅後の受光信号、Ｓ
ＡＭＰＬＥ＆ＨＯＬＤはサンプル−ホールド後の受光信
号、ＤＡＴＡ１は第一発光ダイオード１の拡散光１６に
基づく受光信号データ、ＤＡＴＡ２は第二発光ダイオー
ド３の拡散光１７に基づく受光信号データである。同図
に示すように、この実施の形態１では制御回路８は各駆
動回路２，４に交互に発光制御信号を出力し、サンプル
−ホールド回路７はこの発光制御信号と同期して増幅後
の受光信号をサンプル−ホールドする。

【００１８】図６はこの発明の実施の形態１による制御
回路８の物体有無判定動作を示すフローチャートであ
る。図において、ＳＴ１はＤＡＴＡ１およびＤＡＴＡ２
がともに所定の判定可能基準レベルＫ以上であるか否か
を判断する処理開始判断ステップであり、ＳＴ２は出力
表示ダイオード９および検出状態表示ダイオード１０を
消灯するとともに出力端子１３からの検出信号出力を停
止する無処理ステップである。ＳＴ３は検出状態表示ダ
イオード１０を点灯する検出点灯ステップであり、ＳＴ
４は下記式１に基づいて受光信号の光量レベル比Ｄを演
算する光量レベル比演算ステップであり、ＳＴ５はこの
受光信号の光量レベル比Ｄが所定の閾値Ｄｒｅｆよりも
大きいか否かを判定する検出判定ステップであり、ＳＴ
６は出力表示ダイオード９を点灯すると共に出力端子１
３から検出信号を出力させる検出処理ステップであり、
ＳＴ７は出力表示ダイオード９を消灯すると共に出力端
子１３からの検出信号出力を停止させる検出終了処理ス
テップである。

【００１９】Ｄ＝ＤＡＴＡ１／ＤＡＴＡ２ ・・・式１

【００２０】図７はこの発明の実施の形態１による閾値
設定状態を説明する受光信号の光量レベル比特性図であ
る。図において、横軸は被検出物体までの距離、縦軸は
受光信号の光量レベル比Ｄ、３６は受光信号の光量レベ
ル比特性曲線、３７は検出対象エリアの境界位置、３８
はこの境界位置３７における受光信号の光量レベル比Ｄ
と同じ大きさを有する閾値Ｄｒｅｆである。このように
閾値Ｄｒｅｆを設定することにより、検出対象エリア内
の物体有無を判定することができる。

【００２１】図８および図９はこの発明の実施の形態１
による物体検出センサを物流システムに適用した応用例
（一例）を示す説明図である。図において、３９はコン
ベア、４０はこのコンベア３９により搬送される被検出
物体、４１は物体検出センサ、４２は検出対象エリアの
後方に位置する白壁、４３は被検出物体４０の受光スポ
ット２２内に位置する貫通穴、４４は閾値設定板であ
る。そして、同図に示すように、例えばコンベア３９が
図７の地点ａと地点ｅとの間にあるとした場合、その地
点ｅの位置に閾値設定板４４を仮設して閾値Ｄｒｅｆを
設定する。

【００２２】このように閾値Ｄｒｅｆを地点ｅ（検出対
象エリアの境界位置３７）の受光信号の光量レベル比Ｄ
に設定することにより、その後方に反射率の高い白壁４
２が存在したとしても、それを被検出物体４０として誤
検知してしまうことはない。また、第一発光ダイオード
１および第二発光ダイオード３は拡散光１６，１７を照
射するので、受光スポット２２も大きく確保することが
でき、被検出物体４０に貫通穴４３が存在し、それが受
光スポット２２内に位置したとしても、それにより被検
出物体４０が無いと誤判定してしまうこともない。

【００２３】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、所定の受光方向からの光を受光し、その受光光の光
量レベル情報を含む受光信号を出力するフォトダイオー
ド（受光手段）５と、光の照射方向が上記受光方向と重
なるように光を照射する第一発光ダイオード（光源）１
と、この第一発光ダイオード１とは異なる区間において
上記受光方向と重なるように光を照射する第二発光ダイ
オード（光源）３と、上記２つの発光ダイオード１，３
を時分割にて１つずつ発光させ、各発光ダイオード１，
３毎の受光信号をフォトダイオード５から出力させると
ともに、各発光ダイオード１，３毎の受光信号の光量レ
ベル比Ｄに基づいて物体の有無を判断し、検出信号を出
力する制御回路（制御手段、判定手段）８とを備えるの
で、異なる位置に配設された第一発光ダイオード１の散
乱光と第二発光ダイオード３との散乱光の光量レベル比
に基づいて被検出物体の有無およびその被検出物体まで
の距離（相対位置）を判断している。

【００２４】このような検出原理なので被検出物体上の
各スポット径は大きく確保されており、被検出物体の表
面形状の影響を受け難い。故に、例えば被検出物体に貫
通穴などが形成されて受光光の光量レベル自体が大きく
変動してしまったとしても、それらの比である受光信号
の光量レベル比においては殆ど変動が生じなくなるの
で、被検出物体があるにも拘わらず物体無しと誤判断し
てしまうことはなくなる効果がある。

【００２５】更に、被検出物体上のスポット径を大きく
確保しているので、第一発光ダイオード１や第二発光ダ
イオード３、フォトダイオード５の光軸が若干ずれたと
しても第一発光ダイオード１や第二発光ダイオード３の
光の被検出物体による散乱光をフォトダイオード５に受
光させることができ、従来のように平行光や収束光を使
用する場合のように微妙な光軸調整をしなくとも使用す
ることができる効果がある。

【００２６】実施の形態２．図１０はこの発明の実施の
形態２による物体検出センサの３つの発光ダイオードと
フォトダイオード５との相対位置関係を示す模式図であ
る。図において、４５は第一発光ダイオード（光源）、
４６は第一投光レンズ、４７は第一投光レンズ４６を介
して照射される第一発光ダイオード４５の拡散光、４８
は第二発光ダイオード（光源）、４９は第二投光レン
ズ、５０は第二投光レンズ４９を介して照射される第二
発光ダイオード４８の拡散光、５１は第三発光ダイオー
ド（光源）、５２は第三投光レンズ、５３は第三投光レ
ンズ５２を介して照射される第三発光ダイオード５１の
拡散光である。

【００２７】そして、第一発光ダイオード４５の拡散光
４７に基づく受光信号データをＤＡＴＡ１、第二発光ダ
イオード４８の拡散光５０に基づく受光信号データをＤ
ＡＴＡ２、第三発光ダイオード５１の拡散光５３に基づ
く受光信号データをＤＡＴＡ３とした場合、制御回路８
は、地点ａから地点ｂまでの区間はＤＡＴＡ１とＤＡＴ
Ａ２とに基づいて除算演算を行なって物体有無判定を実
行し、地点ｂから地点ｃまでの区間はＤＡＴＡ２とＤＡ
ＴＡ３とに基づいて除算演算を行なって物体有無判定を
実行する。これ以外の構成および動作は実施の形態１と
同様であり説明を省略する。

【００２８】このように、３つ以上の発光ダイオード４
５，４８，５１を用いて移動物体の検出対象エリアをカ
バーするように構成することにより、各組の発光ダイオ
ード（４５と４８，４８と５１）の受光信号の光量レベ
ル比Ｄの傾きを維持しつつ広い検出対象エリア（地点ａ
から地点ｃ）に渡って物体の検出が可能となり、Ｓ／Ｎ
比を維持しながら広いエリアの検出が可能となる。

【００２９】実施の形態３．図１１はこの発明の実施の
形態３による物体検出センサの２つの発光ダイオードと
フォトダイオードとの相対位置関係を示す模式図であ
る。図において、５４は第一発光ダイオード、５５は第
二発光ダイオード、５６はフォトダイオード、５７，５
８，５９，６０はそれぞれ各地点ａ，ｂ，ｃ，ｅにおい
て第一発光ダイオード５４により投光される第一投光ス
ポット、６１，６２，６３，６４はそれぞれ各地点ａ，
ｂ，ｃ，ｅにおいて第二発光ダイオード５５により投光
される第二投光スポット、６５，６６，６７，６８はそ
れぞれ各地点ａ，ｂ，ｃ，ｅにおいて受光スポットであ
る。これ以外の構成および動作は実施の形態１と同様で
あり説明を省略する。

【００３０】このように、２つの発光ダイオード５４，
５５とフォトダイオード５６とを一直線上に配列しなく
とも、検出対象エリア内の物体の有無を検出することが
できる。

【００３１】なお、図１１の地点ｃでは、第一発光ダイ
オード５４の拡散光に基づく受光レベルが「０」となっ
てしまうが、このような場合であっても、処理開始判断
ステップＳＴ１において検出対象エリア外と判定される
ので、正常に動作することかできる。

【００３２】実施の形態４．図１２はこの発明の実施の
形態４による制御回路の物体有無判定動作を示すフロー
チャートである。図において、ＳＴ８は受光信号の光量
レベル比Ｄが近傍閾値Ｄｒｅｆ１よりも小さく且つ遠方
閾値Ｄｒｅｆ２よりも大きいか否かを判定する検出判定
ステップであり、ＳＴ９は受光信号の光量レベル比Ｄが
近傍閾値Ｄｒｅｆ１以上であるか否かを判定する第二検
出判定ステップであり、ＳＴ１０は出力表示ダイオード
９を消灯すると共に出力端子１３からの検出信号出力を
停止させ、更に警告アラームを作動させる第二検出終了
処理ステップである。

【００３３】図１３はこの発明の実施の形態４による物
体検出センサ４１を物流システムに適用した応用例（一
例）を示す説明図である。そして、同図に示すように、
例えばコンベア３９が図７の地点ａの位置に閾値設定板
４４を配設して近傍閾値Ｄｒｅｆ１を設定し、また、白
壁４２の受光信号の光量レベル比Ｄｂａｃｋに「１．
１」を乗算した値を遠方閾値Ｄｒｅｆ２として設定す
る。これ以外の構成および動作は実施の形態１と同様で
あり説明を省略する。

【００３４】このように遠方閾値Ｄｒｅｆ２を背景たる
白壁４２の受光信号の光量レベル比Ｄを基に設定するこ
とにより、設置環境において検出対象エリア外に位置す
る背景を被検出物体４０として誤認してしまうことを確
実に防止することができる。

【００３５】また、遠方閾値Ｄｒｅｆ２とともに近傍閾
値Ｄｒｅｆ１をも設定しているので、図１４に示すよう
に、物体検出センサ４１とコンベア３９との間に人６９
などが進入したとしても、それを誤って被検出物体４０
として誤認してしまうことはなく、しかも、第二検出終
了処理ステップＳＴ１０において警告を発することがで
き、コンベア３９上の被検出物体４０の検出能力を損な
うこと無く、光学的検出において問題となる光学経路上
の障害物を効果的に区別し、また、検出状態を維持させ
ることができる。

【００３６】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、制御回路８が、受光信号の光量レベル比Ｄが物体の
検出範囲に応じた受信信号の光量レベル比の範囲（Ｄｒ
ｅｆ１〜Ｄｒｅｆ２）内にあるか否かに基づいて物体４
０の有無を判断するので、検出対象エリア内の物体４０
と検出対象エリア外の物体（人６９）とを区別して、検
出対象エリア内の物体４０のみに基づいて検出信号を出
力することができる効果がある。

【００３７】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、所定
の受光方向からの光を受光し、その受光光の光量レベル
情報を含む受光信号を出力する受光手段と、光の照射方
向が互いに異なる区間において上記受光方向と重なるよ
うに光を照射する２個以上の光源と、上記２個以上の光
源を時分割にて発光させ、各光源毎の受光信号を受光手
段から出力させる制御手段と、各光源毎の受光信号の光
量レベル比に基づいて物体の有無を判断し、検出信号を
出力する判定手段とを備え、異なる位置に配設された各
光源の散乱光の光量レベル比に基づいて被検出物体の有
無およびその被検出物体までの距離（相対位置）を判断
している。

【００３８】そして、このような検出原理であるので、
光源から照射される光を拡散光としても、検出位置のＳ
／Ｎ比（精度）を確保することができる。従って、拡散
光を使用して被検出物体上のスポット径を大きく確保す
ることができるので、被検出物体の表面形状の影響を受
け難くなり、特に、被検出物体に貫通穴などが形成され
て受光光の光量レベル自体が大きく変動してしまったと
しても、それらの比である受光信号の光量レベル比にお
いては殆ど変動が生じなくなるので、被検出物体がある
にも拘わらず物体無しと誤判断してしまうことはなくな
る効果がある。

【００３９】また、被検出物体上のスポット径を大きく
確保することができるので、各光源や受光手段の光軸が
若干ずれたとしても各光源の光の被検出物体による散乱
光を受光手段に受光させることができ、従来のように平
行光や収束光を使用する場合のように微妙な光軸調整を
しなくとも使用することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１による物体検出センサ
の構成を示すブロック図である。

【図２】この発明の実施の形態１による物体検出センサ
の２つの発光ダイオード１，３とフォトダイオード５と
の相対位置関係を示す模式図（ａ）、ならびに、フォト
ダイオード５の検出特性を示す特性図（ｂ）である。

【図３】この発明の実施の形態１による被検出物体まで
の距離に応じた物体の反射状況の変化を説明するための
説明図である。

【図４】この発明の実施の形態１による上記各地点ａ，
ｂ，ｃにおける受光スポット内の投光光強度を示す説明
図である。

【図５】この発明の実施の形態１による制御回路やサン
プル−ホールド回路における動作を示すタイミングチャ
ートである。

【図６】この発明の実施の形態１による制御回路の物体
有無判定動作を示すフローチャートである。

【図７】この発明の実施の形態１による閾値設定状態を
説明する受光信号の光量レベル比特性図である。

【図８】この発明の実施の形態１による物体検出センサ
を物流システムに適用した応用例（一例）を示す説明図
である。

【図９】この発明の実施の形態１による物体検出センサ
を物流システムに適用した応用例（一例）を示す説明図
である。

【図１０】この発明の実施の形態２による物体検出セン
サの３つの発光ダイオードとフォトダイオードとの相対
位置関係を示す模式図である。

【図１１】この発明の実施の形態３による物体検出セン
サの２つの発光ダイオードとフォトダイオードとの相対
位置関係を示す模式図である。

【図１２】この発明の実施の形態４による制御回路の物
体有無判定動作を示すフローチャートである。

【図１３】この発明の実施の形態４による物体検出セン
サを物流システムに適用した応用例（一例）を示す説明
図である。

【図１４】この発明の実施の形態４による物体検出セン
サにおいて、光学経路上の障害物を区別する状態を説明
する説明図である。

【図１５】従来の反射型の物体検出センサおよび周辺部
分を示す構成図である。

【符号の説明】

１，４５，５４ 第一発光ダイオード（光源） ３，４８，５５ 第二発光ダイオード（光源） ５，５６ フォトダイオード（受光手段） ８ 制御回路（制御手段、判定手段） ５１ 第三発光ダイオード（光源）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の受光方向からの光を受光し、その
   受光光の光量レベル情報を含む受光信号を出力する受光
   手段と、 上記受光方向と重なる部分を有して光を照射する２個以
   上の光源と、 上記２個以上の光源を時分割にて発光させ、各光源毎の
   受光信号を受光手段から出力させる制御手段と、 各光源毎の受光信号の光量レベル比に基づいて物体の有
   無を判断し、検出信号を出力する判定手段とを備えたこ
   とを特徴とする物体検出センサ。
2. 【請求項２】 判定手段は、受光信号の光量レベル比が
   物体の検出範囲に応じた受光信号の光量レベル比の範囲
   内にあるか否かに基づいて物体の有無を判断することを
   特徴とする請求項１記載の物体検出センサ。