JPH0332033B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は周期的かつ循環的に順次にスイツチン
グされる発光素子の列と、モニター領域を介して
該発光素子から到達する光を光検出装置上に集中
させる凹面鏡又は凸レンズからなる結像系である
光学的結像手段とを有するモニター装置に関す
る。

この種の光線を用いるモニター装置はモニター
領域内の物体ないし障害物の存在を検出するため
に使用され得る。前記発光素子の列及び前記光学
的結像手段間のモニター領域を可能な限り広げ、
かつ可能な限り高い分解能すなわち可能な限り小
さな障害物の検出を達成することが重要である。
これは、分離された送光器及び受光器により複数
のライトバリアないし光線障壁を形成する公知の
モニター装置においては、一般に各々の光源、又
は各々の受光器に、放射され又は入射する光を平
行光線束化する光学的手段ないし光学装置を付与
することによつてのみ実現される。各送光器又は
受光器のための独立な前記光学装置は、隣接する
光線束に対して極めて精確に排列されておらねば
ならず、それゆえ相当の技術的困難やコスト増大
を伴つている。

以上の難点を解消するために、本発明のモニタ
ー装置においては、前記発光素子の列に対して実
質的に直角をなして伸長するスロツトを有するス
ロツト部材が前記光学的結像手段の焦点に配置さ
れ、前記光検出器は前記スロツトを通過した光の
全てを受信するべく前記スロツト部材の後方に配
置され、前記光学的結像手段により反射された光
が前記スロツトを通過する際前記列の方向におい
て該光の一部が前記スロツト部材により遮られる
ように該スロツトの幅が設定され、前記発光素子
から該光学的結像手段に達した光の一部分のみが
前記光検出器に到達する。比較的に単純な光学的
結像手段とスロツト部材との組合せにより、該光
学的結像手段の光軸にほぼ平行な光線のみが前記
光検出器に到達し得ることが保証される。適当な
発光素子として、発光ダイオードを経済的に利用
することができる。この装置を良好に作動させる
ために決定的は意味を持つことは、前記光学的結
像手段から前記発光ダイオードまでの距離との関
連において、該手段により形成される前記発光ダ
イオードの結像面が前記スロツト部材の後方に位
置するようにこの光学的結像手段の焦点距離を設
定することである。前記スロツトの幅は、前記光
学的に結像手段の焦点距離との関連において、隣
接する前記発光ダイオードから発して該スロツト
を通過し前記光検出器に到達する光源（光検出器
に到達して観測されるという意味で以下可測光線
と称する）のみが重畳するように設定されるべき
である。特に、隣接する前記発光ダイオードの可
測光線の前記光学的結像手段上における重畳の程
度は1/3ないし2/3、好ましくは1/2に設定される
べきである。該スロツトの幅の前記光学的結像手
段の焦点距離に対する比は、この場合、0.2×
10^-3ないし2.0×10^-3の範囲内で設定されるべき
である。前記スロツト部材の後方における前記光
検出器の位置は任意に設定され得るが、前記スロ
ツトを通過した光の全てが該光検出器に到達する
ように留意せねばならない。これを最も高精度に
実現するには該光検出器を前記スロツト部材の直
後に配置すればよい。

それゆえ本発明において、前記発光ダイオード
（GaAs（砒化ガリウム）ダイオードが最も利用し
易い）が前記光学的結像手段に関して“無限遠”
ではなく“有限遠”に位置すること、すなわち前
記光学的結像手段の光軸に平行にではなくやや斜
めに該手段に光を送るように配置することが重要
な意味を持つている。従つて、前記発光ダイオー
ドの鮮明な像は、好ましくは凹面鏡からなる前記
光学的結像手段の焦点にではなく、或程度の間隔
をおいて該焦点の後方に結ばれる。前記焦点には
前記スロツト部材が位置し、それゆえ、該スロツ
ト部材は、その幅に依存して、前記光検出器に到
達する光線を、可測光線が前記光学的結像手段の
位置において所望の幅を有し得るように制限す
る。従つて、本発明においては、実際に受信され
る光線の包絡線に対する制限は、前記発光ダイオ
ードからの光線と前記光軸とのなす角度のみから
生ずる。特定の角度の範囲内から前記光学的結像
手段に入射する光線のみが前記スロツトを通過し
て前記光検出器に到達し得る。従つて、本発明に
おいては、可測光線の包絡線は極めて単純な機械
的寸法の調整によつて任意の精度で決定される。
前記スロツト部材の後方に配置された前記光検出
器を応答させるためには、前記スロツトを通過す
る光の強度に制限が加わる。

通常の電子回路が前記光検出器に接続される。

本発明のモニター装置の分解能は、光線送出側
すなわち前記発光ダイオードの直前においては、
隣接する発光ダイオードの中心間距離及び該ダイ
オードの直径によつて定まる。前記発光ダイオー
ドの正面において確実に検出され得る障害物は、
隣接する該発光ダイオードの中心間距離と該ダイ
オードの直径との和で表わされる寸法を有する。

前記モニター装置の、前記モニター領域内の前
記光学的結像手段の直前の位置における分解能は
前記スロツトの寸法、該スロツトの天頂距離、前
記発光ダイオードから前記光学的結像手段もでの
間隔、該手段の焦点距離、及びモニター領域の高
さに依存して定まる。

これらのパラメータの値を適当に設置すること
によつて、分解能がモニター領域の全体に亘つて
実質的に一定となる。モニター領域の長さと関連
する機能上の理由から、前記スロツト部材と結像
面との間に少くとも数mm程度の間隔が存在するよ
うに前記光学的結像手段の焦点距離を設定するこ
とが好ましい。更に、モニター領域の長さは前記
光学的結像手段の焦点距離の10ないし50倍、好ま
しくは20ないし40倍、特に25ないし35倍の範囲内
で設定されるべきである。

本発明の特に有利な実施態様においては、前記
発光ダイオードの列と平行に伸長する細い板状の
部材によつて前記光学的結像手段が構成される。

モニター領域の全幅に等しい長さの細長凸レン
ズよりも製造が容易であり、また、本装置は単一
の反射面を要するのみであるから、前記光学的結
像手段を凹面鏡によつて形成すると便利である。

凹面鏡を用いる場合、受光側の部材がモニター
領域を遮らないようにするため、前記光検出器及
び前記スロツト部材をモニター領域外に配置し得
るように該凹面鏡をその長手方向の回りに傾けて
おくと有利である。

前記光軸に体して極めて小さな限定された角度
をなす光線のみが前記スロツトを通過し得るよう
に該スロツトの幅を設定すると殊に有利である。

モニター領域を広げるため、本発明の特に有利
な具体例においては、各々前記スロツト部材及び
前記光検出器を具備した複数の前記光学的結像手
段が互いに接するように並置される。従つて前記
スロツト部材、前記光検出器及び前記光学的結像
手段の列を形成することによつて、実際上、所望
の幅のモニター領域を実現し得る。

複数の前記光学的結像手段を１列に並置する
際、回路構成上の理由から、複数の前記光検出器
は前記電子回路に並列に接続される。

また、特に多数の前記光学的結像手段、前記ス
ロツト部材及び前記光検出器を排列する場合、複
数の特定の前記発光ダイオードを結合して該ダイ
オードの群を同時スイツチングすることも可能で
ある。

隣接する前記発光ダイオード間の間隔が前記光
学的結像手段の光軸から外方に遠ざかる方向にお
いて減少するように該ダイオードが排列されてい
ると特に有利である。この排列によつて、特に前
記光学的結像手段の口径比が大きい場合に顕著と
なる、縁に向つて分解能が低下してゆく現象に対
処することが可能である。前記発光ダイオード間
の間隔を縁に向つて短縮化することによつて前記
現象の出現を抑止し、前記光学的結像手段の全幅
に亘つて実質的に一定な分解能を実現することが
可能である。

図示された具体例を介して以下に本発明を更に
詳細に説明する。

第１図に示した10個の光源、すなわち砒化ガリ
ウムからなる発光ダイオード０〜９は一線上に整
列し、モニター領域２３を画して該ダイオードと
相対する凹面鏡２４に光を照射する。スロツト部
材２５は凹面鏡２４の焦点に配置され、後に更に
詳しく説明するように該スロツト部材の後方に単
一の光検出器１８が配置されている。

発光ダイオード０〜９は、パルス発生器付きの
リングカウンタ（環状計数器）１１により循環的
に励起されて光を間欠的に放射する。従つて、光
電変換器からなる光検出器１８は特定の周波数の
電気的矩形パルスを出力する。

モニター領域に障害物が存在すると光検出器１
８の出力から１個又は数個のパルスが脱落する。
光検出器１８の出力は、下限スイツチングレベル
を有する増幅器１６を介して出力端子２６に送ら
れる。１個又はそれ以上のパルスが欠落した時に
警報信号を発する公知のモニター回路をこの出力
端子に接続することが可能である。

発光ダイオード、光検出器１８、凹面鏡２４及
びスロツト部材２５の相対的位置関係調整のた
め、増幅器１６の出力信号は２つのANDゲート
１４，１５の入力端子にも加えられる。２つの
ANDゲート１４，１５の他の入力端子には、リ
ングカウンタ１１の発光ダイオード０，９への出
力から分岐した信号が入力される。

10個の発光ダイオードのうち番号０，９を付さ
れたもの以外のものからANDゲート１４，１５
の当該の入力端子に信号を入力することもでき
る。

しかしながら、調整感度が最も良好となるた
め、列の外方端に位置する２個の発光ダイオード
０，９の信号が用いられている。

ANDゲート１４，１５の出力は、通常は閉じ
られているスイツチ２１，２２を介して調整ラン
プ１９，２０に加えられる。

発光ダイオード０，９が発光するとANDゲー
ト１４，１５の対応する入力端子に信号が入力さ
れる。若し発光ダイオード０，９が光検出器１８
に対して適正に排列されていなければ該光検出器
には光が到達しないので、ANDゲート１４，１
５の他の入力端子のいずれにも信号が入力され
ず、調整ランプ１９，２０は発光しない。発光ダ
イオード０，９の一方又は双方の発光時に光検出
器１８に光が到達すれば、ANDゲート１４，１
５の対応する入力端子に信号が入力され、該
ANDゲートの出力が対応する調整ランプ１９，
２０を点灯する。この位置調整の詳細は西独公開
公報2824311号に記載されている。

第２図に示したように、スロツト部材２５は、
該スロツト部材のスロツトが細い板状の凹面鏡２
４及び発光ダイオード０〜９の列に対して垂直に
伸長するように凹面鏡２４の焦点に配置されてい
る（ｆは焦点距離）。従つてこのスロツトは第２
図の紙面に垂直に伸長している。

第２図に示した構成において、光検出器１８
は、発光ダイオード０〜９の像が凹面鏡２４によ
り鮮明に結ばれる結像面の内に配置されている。
モニター領域の長さは参照符号“ａ”により、ス
ロツト部材２５から前記結像面までの距離は
“ｂ”により指示されている。（第２図は光線の径
路を簡潔に示すために描かれたものである。）ス
ロツトを通過する光の全てが検出器に到達する場
合には、該光検出器を結像面内に配置することが
実際に可能である。しかしながら、第２ａ図に示
したように光検出器１８をスロツト部材２５の直
後に配置することが好ましい。

凹面鏡２４は、実質的にその光軸に平行に入射
する光のみを、スロツト部材２５を介して光検出
器１８の面上に投射する。

第２図中の矢印Ａは発光ダイオード正面の位置
における本装置の分解能を示している。発光ダイ
オード正面において検出され得る最小の障害物は
２つの矢印Ａ間の間隔すなわち、２つの隣接する
発光ダイオードの中心間距離と該ダイオードの１
つの寸法ないし直径の和に等しい大きさを有す
る。

モニター領域２３内の、凹面鏡２４の直前の位
置における本装置の分解能は、２つの矢印Ｂ間の
間隔で示される。発光ダイオードから発する個々
の前記可測光線の発散は、スロツトの幅の凹面鏡
２４の焦点距離に対する比によつて定まる。第２
図に示された構成の場合、隣り合う発光ダイオー
ドから発した可測光線が凹面鏡上において該光線
の幅の約1/2程度重なり合うようにスロツトの幅
が設定されている。可測光線のこの重畳ないし重
なりの程度が凹面鏡上における該光線の幅の1/2
ないし1/3の範囲内で設定されることが望ましい。
発光ダイオードが循環的かつ順次にスイツチング
されるため、前記の光線の重畳は実際上には生じ
ないけれども、装置中の各部材の位置関係を一層
明確にするために、個々の光線の包絡線に関する
以上の説明が役に立つことが理解されよう。以上
に記した「可測光線が重なる」場合には、光検出
器１８に十分な強度の光が入射し、また、モニタ
ー領域２３の終端部において発光ダイオード正面
におけるよりも著しく悪くはない分解能が得られ
ることが保障される。

光検出器１８及びスロツト部材２５の寸法が極
めて小さく、この場合には該２つの部材によるモ
ニター領域２３の中断は問題にならない程度なの
で、これらの部材をモニター領域内に配置するこ
とができる。

しかしながら、第３図に示したように、スロツ
ト部材２５及び光検出器１８をモニター領域２３
の近傍側方に配置し得るように、凹面鏡２４を入
射光線に対して長手方向の回りに傾けることによ
つて、モニター領域２３を全く中断しない構成を
実現し得る。

本装置の受光側の部材をハウジング２８内に収
容する場合、第３図に符号２３で示したように、
理論的に可能なモニター領域の長さは或る程度減
少する。この場合、発光ダイオードの側も受光側
もコンパクトな箱として構成される。モニター領
域の長さ“ａ”は凹面鏡２４の焦点距離の少なく
とも10倍以上であるから、受光側の部材を箱状の
ハウジング２８に組み込んだとしてもモニター領
域の長さが大幅に減少することはない。

所望の場合には、複数の凹面鏡２４を１列に並
置することにより、モニター領域の幅を実用的に
拡張することが可能である。２つの凹面鏡を１列
に配置する最も単純なケースが第４図に示されて
おり、該凹面鏡の隣り合う端部は直接に接してい
る。第２図の具体例に対応して、凹面鏡２４の
各々にスロツト部材２５及び光検出器１８が協働
する。２個の光検出器１８は増幅器１６及びポテ
ンシヨメータ２７に並列に接続されている。

最初の具体例に類似して、各々の凹面鏡２４に
発光ダイオード０〜９が協働する。２つの凹面鏡
２４の接続部分における分解能の低下を防ぐた
め、該接続部分に相対する位置に付加的な発光ダ
イオード０が設置されている。

第１図の具体例と同様に、第４図の具体例の発
光ダイオードは全てリングカウンタ１１に接続さ
れ、該リングカウンタは発光ダイオードを循環的
に順次にスイツチングする。発光ダイオードのス
イツチングは０→９，０，０→９，０→９，０の
順に行なわれる。光検出器１８が並列に接続され
ているので、第４図の具体例は最初の具体例と同
様に作動する。

第４図の具体例を調整するため、列の外方端に
位置する２個の発光ダイオード０，９は各々調整
ランプ１９，２０と協働する。３個以上の多数の
凹面鏡を組合せて単一のモニター装置の形成した
場合、１つずつ順次に発光ダイオードをスイツチ
ングする過程は余りに長い時間を要し、従つて、
モニター領域内の障害物を検出るするために要す
るスピードが得られなくなるであろう。この場合
には、所望のモニタースピードに依存して定まる
個数の発光ダイオードを並列に接続して発光ダイ
オードの群を形成し、該群の１個のリングカウン
タ１１に接続することが可能である。

第４図は、凹面鏡２４の光軸から外方に向つて
発光ダイオード間の間隔を変えることにより凹面
鏡２４の全幅に亘つて一定な分解能を得る方法を
も示している。球面収差が存在するために、特に
口径比が大きい場合、凹面鏡の分解能はその光軸
から縁に向つて低下する。発光ダイオード間の間
隔を前記光軸から外方に向つて適当に短縮するこ
とによりこの現象に対処し、凹面鏡２４の全幅に
亘つて実質的に一定な分解能を得ることが可能で
ある。

光軸から外方に向つて発光ダイオード間の間隔
を短縮する方法を、第４図の場合と同様に、第１
図ないし第３図の具体例に適用して同様の効果を
得ることができる。

凹面鏡は球面、放物面又は円筒面のうちのいず
れの曲率を有してもよい。

既に記したように、本明細書において使用した
語句“可測光線”は各発光ダイオードの発する光
のうちの、スロツト部材２５を通過して光検出器
にまで到達する部分を意味する。

本発明の範囲内で、以上の具体例を更に変形し
得ることは明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のモニター装置及び該装置に用
いられる有利な電子回路を概念的に示す図、第２
図は第１図の一部分を拡大し順次にスイツチング
される発光ダイオードのうちの数個から放射され
る光線束を併せて示す図、第２Ａ図はスロツト部
材の直後に光検出器を配置した好ましい状態を示
す図、第３図は部分的に切欠かれた第２図の装置
の平面図、第４図は凹面鏡、スロツト部材及び光
検出器を各々２個ずつ配置してモニター領域の幅
を２倍にした本発明のモニター装置を示す図であ
る。 主要部分の符号の説明、０〜９，０……発光ダ
イオード、１１……リングカウンタ、１４，１５
……ANDゲート、１６……増幅器、１８……光
検出器、１９，２０……調整ランプ、２１，２２
……スイツチ、２４……凹面鏡、２５……スロツ
ト部材、２８……ハウジング、ａ……モニター領
域の長さ、ｂ……凹面鏡の焦点距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ １列に整列した複数の発光素子と、前記発光
   素子を周期的かつ循環的に順次スイツチングさせ
   るスイツチング手段と、モニター領域と、該モニ
   ター領域を介して前記発光素子に相対してこれの
   発した光を受けかつ該光を光検出器に集中させる
   結像系とを含むモニター装置であつて、前記光検
   出器の受光面は前記発光素子の像が前記結像系に
   よつて結像される結像面に配置され、かつスロツ
   トを有するスロツト部材が前記光検出器の前記受
   光面の前方であつて前記結像系の焦点に配置され
   ており、前記スロツト部材の前記スロツトは前記
   発光素子の列に対して実質的に直角をなして伸長
   する細長開口であり、かつ前記スロツトは前記発
   光素子から発せられた光が前記列の方向において
   のみ遮られる幅を有しており、前記結像系が受け
   る光線の一部分のみが前記光検出器に到達するよ
   うになされていることを特徴とするモニター装
   置。 ２ 前記発光素子が発光ダイオードからなること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のモニタ
   ー装置。 ３ 前記光検出器が単一の部材からなることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載のモニター装
   置。 ４ 前記モニター領域の長さが最大限で前記結像
   系の焦点距離の50倍であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載のモニター装置。 ５ 前記スロツトは前記発光素子のうちの隣り合
   うものから発して前記光検出器に到達する光線の
   みが重畳するような幅を有していることを特徴と
   する特許請求の範囲第４項記載のモニター装置。 ６ 前記発光素子のうちの隣り合うものから発し
   て前記光検出器に到達する光線が前記結像系にお
   いて該光線の幅の1/3ないし2/3重畳することを特
   徴とする特許請求の範囲第５項記載のモニター装
   置。 ７ 前記スロツトの幅の前記結像系の焦点距離に
   対する比が0.2×10^-3ないし２×10^-3の範囲内に
   在ることを特徴とする特許請求の範囲第６項記載
   のモニター装置。 ８ 前記発光素子のうち、隣り合うものから発し
   て前記光検出器に到達する光線が前記結像系にお
   いて該光線の幅の1/2重畳することを特徴とする
   特許請求の範囲第５項記載のモニター装置。 ９ 前記結像系が細い板状の構造を有して前記発
   光素子の列に平行に伸長していることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のモニター装置。 １０ 前記結像系が凹面鏡からなることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載のモニター装置。 １１ 前記スロツト部材及び前記光検出器が前記
   モニター領域外に配置されるように前記凹面鏡が
   その長手方向の周りに傾けられていることを特徴
   とする特許請求の範囲第１０項記載のモニター装
   置。 １２ 各々前記スロツト部材及び前記光検出器を
   具備した複数の前記結像系が直接に接するように
   並置されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のモニター装置。 １３ 隣り合う前記結像系が直接に接触している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項記載の
   モニター装置。 １４ 前記光検出装置が並列に電子回路に接続さ
   れていることを特徴とする特許請求の範囲第１２
   項記載のモニター装置。 １５ 前記発光素子の隣接する列の間に付加的な
   発光素子が設置され、この付加的に設置された発
   光素子が隣接する前記結像系の接触部分を照射す
   るように構成されていることを特徴とする特許請
   求の範囲第１２項記載のモニター装置。 １６ 前記発光素子が前記結像系の光軸から外方
   に向つて離れるに従つて該発光素子間の間隔が小
   さくなるように配列されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載のモニター装置。