JPH04334834A - 光センサ - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ
　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ
　Ｄｉｏｄｅ　）およびランプなどの発光源を用いた投
光部およびＰＤ（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ　）、ＰＤア
レイ、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｄｅｖ
ｉｃｅ　）、およびＰＳＤ（Ｐｏｓｉｔｉｏｉｎ　Ｓｅ
ｎｓｉｔｉｖｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）などの受光素子を
用いた受光部を含み、被測定物体の有無の検出、前記物
体の寸法測定、前記物体までの距離の測定などに利用さ
れる光センサに関し、特に、光センサの温度特性に基づ
いてその出力を補正する機能を備える光センサに関する
。

【０００２】

【従来の技術】投光部より発した光を被測定物体あるい
は回帰性反射板に照射し、その反射光あるいは透過光を
受光部で受光して、受光光量変化により前記被測定物体
の有無検出または前記物体の寸法測定をする光センサが
あり、これら光センサには、一般的に温度特性の向上対
策として投光部における投光パワーを安定化するために
ＡＰＣ（Ａｕｔｏ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路
が内蔵される。

【０００３】また、被測定物体における変位または被測
定物体までの距離を測定する光センサにおいても、前記
ＡＰＣ回路の内蔵、あるいは温度特性に特に優れた回路
素子の使用などを図って光センサにおける温度特性の向
上を図るように構成されている。

【０００４】図３は、従来の被測定物体の寸法測定を行
なう寸法測定装置の概略構成図である。

【０００５】図示される寸法測定装置２０は、投光部２
１および受光部２２を含み、投光部２１から発せられる
平行光ＰＬを被測定物体ＯＢに照射し、前記物体ＯＢに
おいて遮蔽された透過光を受光部２２で検出し、応じて
前記物体ＯＢの寸法を測定するように構成される。

【０００６】前記投光部２１は、投光素子４１および前
記素子４１からの出射光を平行光ＰＬにして照射するた
めに設けられるレンズ４２を含む投光器４、および前記
投光素子４１をその投光パワーを安定化させるように駆
動する前記ＡＰＣ回路を内蔵する駆動回路１０を含む。

【０００７】前記受光部２２は受光素子５１、前記素子
５１の前段に設けられ、前記平行光ＰＬが前記素子５１
に効果的に入射するように設けられるレンズ５２および
前記物体ＯＢの寸法測定に関連して設けられるスリット
５３を含む受光器５および前記素子５１の出力信号を入
力し、応じて信号処理し前記物体ＯＢの寸法に関する出
力信号ｏｕｔを導出する受光回路６を含む。

【０００８】なお、前記投光素子４１はＬＤまたはＬＥ
Ｄなどが使用され、前記受光素子５１はＰＤなどが使用
される。

【０００９】前記寸法測定装置２０の動作において、予
め投光部２１と受光部２２は対向するように配置され、
前記投光部２１と受光部２２との間には被測定物体ＯＢ
が図面に対して垂直方向に搬送されていると想定する。 前記投光部２１における投光素子４１は駆動回路１０に
より駆動され、その投光は次段のレンズ４２を介して平
行光ＰＬとして、前記投光部２１と対向して配置された
受光部２２に入射する。

【００１０】前記受光部２２は前記投光部２１から照射
された平行光ＰＬを入射するが、このとき、前記入射す
る平行光ＰＬは被測定物体ＯＢの寸法に応じて遮蔽され
ており、前記物体ＯＢにおいて遮蔽されない透過光のみ
がスリット５３およびレンズ５２を介して受光素子５１
において受光される。前記受光素子５１における受光レ
ベルは、次段の受光回路６において前記物体ＯＢの寸法
に応じたアナログ量（電圧レベルまたは電流レベル等）
の出力信号ｏｕｔに変換され、該装置２０外部に導出さ
れる。以上により、寸法測定装置２０は被測定物体ＯＢ
の寸法に応じたレベルの出力信号ｏｕｔを導出できる。

【００１１】ここで、前掲図３に示されたように一方向
から平行光ＰＬにより光ビームを照射し、前記光ビーム
が被測定物体ＯＢにおいて遮蔽された場合の前記物体Ｏ
Ｂの寸法と受光出力、すなわち出力信号ｏｕｔとの相関
関係について説明する。

【００１２】図４は、従来および本発明の一実施例に適
用される寸法測定装置における被測定物体による遮光量
と受光量との関係を説明する図である。

【００１３】図４は、その縦軸に受光部２２における受
光量、すなわち出力信号ｏｕｔの信号レベルがとられ、
横軸には被測定物体ＯＢにおける遮光量、すなわち前記
物体ＯＢの寸法がとられる。また横軸には検出領域ＲＧ
がとられる。前記領域ＲＧは前記スリット５３の次段の
レンズ５２に平行光ＰＬを通すことのできる隙間の幅（
スリット長：既知の値）に相当する。したがって、図４
に示されるように前記物体ＯＢによる遮光量に応じて受
光量が変化する、すなわち出力信号ｏｕｔが変化するの
で、予め定められた検出領域ＲＧを用いれば、前記物体
ＯＢの寸法を容易に測定することができる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の寸法測定装置２０は、被測定物体ＯＢにおける
平行光ＰＬの遮蔽によって生じる受光光量の変位を検出
することにより、前記物体ＯＢの寸法を測定するように
動作しているので、同一の被測定物体ＯＢを測定するよ
うな場合であっても、その周囲温度の変化により測定さ
れた寸法値が異なるという問題があった。つまり、測定
時の周囲温度の変化により、投光部２１における投光素
子４１の特性が変化し、投光パワーが変動したり、また
受光部２２における受光素子５１の変換効率が変動した
り、さらには受光回路６に含まれる信号処理回路の特性
変動などが発生し、前掲図４に示されたような理想的な
特性曲線が得られず、これに起因して該装置における測
定精度の悪化および誤検出などが発生するという問題も
あった。

【００１５】また、冒頭にも述べたが従来の光センサで
は、ＡＰＣ回路の内蔵あるいは温度特性に優れた回路素
子の使用などにより温度特性の向上を図っているが、こ
れは温度特性の部分的な対策をしているだけであり、光
センサ全体での温度補正がなされてない。したがって、
光センサにおける温度特性の向上には限界があり、上述
した誤検出および測定精度の悪化などを引起こすという
問題があった。

【００１６】それゆえにこの発明の目的は、該センサ全
体における温度特性を向上させて、誤検出の防止、高精
度測定および温度特性による機種間のばらつきを小さく
する光センサを提供することである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明に係る光センサ
は、投光部と、前記投光部により照射された光を受光し
、応じて前記受光レベルに応じたレベルの電気信号を出
力する受光部とを備えて構成される。詳細には、前記投
光部および前記受光部の少なくともいずれか一方の温度
変位を検出する温度変位検出手段と、前記電気信号の変
位を検出する信号変位検出手段と、前記温度変位検出手
段により検出された前記温度変位および前記信号変位検
出手段により検出された前記信号変位に基づいて、前記
電気信号の温度係数を算出する算出手段と、前記算出手
段により算出された前記温度係数および前記温度変位検
出手段により検出された前記温度変位に基づいて、前記
電気信号をそこに含まれる前記温度変位による変位分を
相殺するように補正する補正手段とを備えて構成される
。

【００１８】

【作用】この発明に係る光センサは上述のように構成さ
れて、その受光動作において前記受光部が、その受光レ
ベルに応じて出力する電気信号は、前記温度変位検出手
段により検出される該センサ自体の温度変位に追従して
、前記補正手段により前記温度変位分に相当する変位分
が相殺されるよう補正されながら導出されるので、該セ
ンサ自体の温度特性は向上する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して詳細に説明する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例による被測定物
体の寸法測定を行なう寸法測定装置の概略構成図である
。

【００２１】図１に示される寸法測定装置１と、前述し
た図２に示された寸法測定装置２０とを比較し、その構
成上異なる点は寸法測定装置１が前記装置２０の機能構
成に追加して演算部７、温度センサ８および９ならびに
電源１３を新たに追加している点にある。

【００２２】前記演算部７は受光部３の受光回路６の出
力段に設けられ、前記受光回路６が出力する受光レベル
に応じたレベルの出力信号ｏｕｔを、予め算出された温
度係数を用いて補正し、出力信号ＯＵＴを導出する。前
記温度センサ８は受光部３の内部に設けられ、前記受光
部３を一体的に覆うケース１２内部の温度を検出し、応
じて受光部温度信号Ｙを前記演算部７に与える。前記温
度センサ９は投光部２を一体的に覆うケース１１の内部
の温度を検出し、応じて投光部温度信号Ｘを演算部７に
与える。なお、前記温度センサ８および９は、たとえば
サーミスタを含んで構成される。

【００２３】前記演算部７は、タイマを内蔵し該寸法測
定装置１の電源１３投入時ごとに、前記電源投入による
前記ケース１１またはケース１２内部の温度上昇分を前
記温度信号Ｘまたは前記温度信号Ｙに基づいて算出し、
該装置１における温度特性の補正係数（以下、温度係数
と呼ぶ）を算出する機能と各種補正機能をそなえている
。前記電源投入時ごとに算出される温度係数は、以降の
該測定装置１稼働時において前記受光回路６における出
力信号ｏｕｔを前記寸法測定装置１における温度変位分
、すなわち前記ケース１１またはケース１２内部におけ
る温度変位分に相当する出力変動分だけ補正するために
用いられる。補正された出力信号ｏｕｔは出力信号ＯＵ
Ｔとして導出されるよう構成される。次に、前記演算部
７における前記温度係数の算出手順について説明する。

【００２４】まず、次のように変数を予め設定する。 電源１３投入からｔ１時間期間における投光部２内部の
温度変位：Ｘ１ 電源１３投入からｔ２時間期間における投光部２内部の
温度変位：Ｘ２ 電源１３投入からｔ１時間期間における受光部３内部の
温度変位：Ｙ１ 電源１３投入からｔ２時間期間における受光部３内部の
温度変位：Ｙ２ 電源１３投入からｔ１時間期間における出力信号ｏｕｔ
の変位：Ｚ１ 電源１３投入からｔ２時間期間における出力信号ｏｕｔ
の変位：Ｚ２ 投光部２の温度係数：ｐ 受光部３の温度係数：ｑ ただしｔ１＜ｔ２ 以上のように各変数を定め、下記の計算式により前記温
度係数ｐおよびｑが算出される。

【００２５】ｐ・Ｘ１＋ｑ・Ｙ１＝Ｚ１　　　　…（ｔ
１時間期間経過後） ｐ・Ｘ２＋ｑ・Ｙ２＝Ｚ２　　　　…（ｔ２時間期間経
過後） たとえば、ｔ１時間期間においてＸ１＝８ｄｅｇ、Ｙ１
＝４ｄｅｇ、Ｚ１＝＋０．６％ ｔ２時間期間においてＸ２＝１０ｄｅｇ、Ｙ２＝６ｄｅ
ｇ、Ｚ２＝＋１．０％ と演算部７において算出されたとき、 温度係数ｐ＝−０．０５％／ｄｅｇ 温度係数ｑ＝＋０．２５％／ｄｅｇ と算出される。したがって、寸法測定装置１としての温
度係数は（温度係数ｐ＋温度係数ｑ）により、＋０．２
％／ｄｅｇと算出される。

【００２６】以上のように、演算部７は電源１３投入時
ごとに上述した演算処理により寸法測定装置１の温度係
数（以下、温度係数（ｐ＋ｑ）と呼ぶ）を算出するよう
に動作する。

【００２７】上述のように該寸法測定装置１の温度特性
における温度係数（ｐ＋ｑ）が算出されると、その後の
該装置１の稼働状態においては、投光部２または受光部
３におけるその内部温度の変位が前記温度信号Ｘまたは
前記温度信号Ｙから算出される。そして、前記算出温度
変位と直前の電源投入時に算出された温度係数（ｐ＋ｑ
）とにより稼働時に得られる出力信号ｏｕｔが演算部７
において前記温度変位分に相当する出力変位分だけ補正
されて、出力信号ＯＵＴとして導出される。前記出力信
号ＯＵＴは演算部７における演算結果がそのまま出力さ
れる場合はデジタル形式で出力されるし、また演算部７
の出力段にＤ／Ａコンバータ（ディジタル／アナログ変
換器）を備えてアナログ量として出力されるようにして
もよい。以上のように、該寸法測定装置１における温度
係数（ｐ＋ｑ）の算出は、前記電源１３の投入時ごとに
実施されるので、前記温度係数（ｐ＋ｑ）は電源１３投
入時ごとにデータ更新される。また前記算出された温度
係数（ｐ＋ｑ）を用いた出力信号ｏｕｔの補正演算処理
は、演算部７におけるデータサイクル毎に実施される。

【００２８】なお、前記温度センサ８および９、演算部
７ならびに電源１３を除く他の回路および処理部は図３
で示した従来のそれと同様であるため、それらに関する
詳細な説明は省略する。

【００２９】図１の寸法測定装置１の動作において、従
来と同様にして駆動回路１０により投光駆動されて投光
素子４１から照射された平行光ＰＬは、被測定物体ＯＢ
によりその一部分が遮蔽されながら受光器５の受光素子
５１に、スリット５３およびレンズ５２を介して入射す
る。前記受光素子５１に入射した光は電気信号に変換さ
れ受光回路６において前述した図４に示される遮光量と
受光量との関係に基づく出力信号ｏｕｔとして導出され
る。演算部７は電気出力信号ｏｕｔを入力し、応じて予
め算出された前記温度係数（ｐ＋ｑ）と温度センサ９の
前記信号Ｘまたは温度センサ８の前記信号Ｙに基づいて
算出された投光部２または受光部３内部における温度変
位に基づいて前記温度変位に相当する前記出力信号ｏｕ
ｔに含まれる変動分を相殺するように前記信号ｏｕｔを
補正した後、出力信号ＯＵＴを導出する。したがって該
寸法測定装置１においては、その出力信号ＯＵＴが、常
に該装置１の温度特性を補償された形式で導出されるこ
とになる。

【００３０】図２は、前掲図１に示された演算部７にお
ける寸法測定装置１の温度特性補正の動作を示す概略処
理フロー図である。

【００３１】図２に示される概略処理フローは、予めプ
ログラムとして演算部７の図示されないメモリにストア
され、またこの処理フローで用いられる各変数（後述す
る）も前記メモリに予めその記憶領域がとられる。

【００３２】次に、演算部７による該装置の温度特性補
正動作について説明する。演算部７の図示されないＣＰ
Ｕは、ステップＳＴ１（図中ＳＴ１と略す）において電
源１３の電源投入の有無を確認する。このとき、電源投
入が確認されなければステップＳＴ１の処理が繰り返し
実行されるが、電源投入が確認されると、応じてステッ
プＳＴ２以降の処理に移行する。

【００３３】ステップＳＴ２ないしステップＳＴ６の処
理においては、ＣＰＵは前記電源投入からｔ１時間期間
、およびｔ２時間期間の各時間経過後の投受光部の温度
変位ならびに出力信号ｏｕｔの変位を算出しながら該寸
法測定装置１の温度係数（ｐ＋ｑ）を、前述のようにし
て算出する。前記算出された温度係数（ｐ＋ｑ）は、算
出後、前記演算部７の内部メモリに一時ストアされる。

【００３４】その後、ＣＰＵはステップＳＴ７ないしス
テップＳＴ１０を含んで構成されるループ処理Ｌを該測
定装置１の稼働期間繰り返し実行する。出力信号ｏｕｔ
を投光部２の内部温度上昇に基づいて、逐次温度特性に
ついて補正するために、まずステップＳＴ７の処理にお
いて、投光部温度信号Ｘを読込み、読込まれた信号Ｘを
デジタルデータに変換し、変数Ｘγに設定する。その後
、ステップＳＴ８の処理において、直前の電源投入時か
らの温度変位が算出される。つまり、前記ステップＳＴ
２の処理において電源投入直後の投光部温度信号Ｘから
読まれた投光部２の温度を表わす変数Ｘαの値と、前記
変数Ｘγの値とから、前記温度変位ＸＤが算出される（
ＸＤ＝Ｘγ−Ｘα）。その後、ＣＰＵは前記受光回路６
から出力信号ｏｕｔを入力し、予め算出された前記温度
係数（ｐ＋ｑ）および前記温度変位ＸＤを用いて前記信
号ｏｕｔをそこに含まれる前記温度変位ＸＤに相当する
変位分を相殺するように補正し、この補正された値を変
数ＶＤに設定する。その後、ＣＰＵはステップＳＴ１０
の処理において前記変数ＶＤの値を出力信号ＯＵＴにし
て該装置外部に出力する。これにより、出力信号ｏｕｔ
について前記電源投入直後から現時点における温度変動
分に相当する出力変動分を前記温度係数（ｐ＋ｑ）およ
び前記温度変位ＸＤを用いてリアルタイムに補正するこ
とができる。

【００３５】上述した補正後の出力信号ＯＵＴが導出さ
れると、処理は再びステップＳＴ７に戻り、以下同様に
して、ループ処理Ｌが繰り返し実行される。

【００３６】以上のように演算部７は、該寸法測定装置
１の稼働期間は、ループ処理Ｌを繰り返し実行すること
により、逐次得られる出力信号ｏｕｔを、予め算出した
前記温度係数（ｐ＋ｑ）および逐次得られる温度変位Ｘ
Ｄを用いて、前記温度変位ＸＤに相当する出力変動分だ
け補正することができる。

【００３７】なお、上述した実施例における寸法測定装
置１は透過型であるので投光部２と受光部３の両方に温
度センサ９および８を設置し、ｔ１時間期間およびｔ２
時間期間経過後のそれぞれの内部温度上昇と出力信号ｏ
ｕｔの変位を検出する必要があるが、いずれか一方の温
度特性が明らかに無視できるような場合には、ｔ１時間
期間経過後のみ（ｔ２時間期間経過後の検出は不要）に
おいて、必要とされる一方の内部温度上昇とｔ１時間期
間の出力信号ｏｕｔの変位を検出するだけで前記寸法測
定装置１の温度係数（ｐ＋ｑ）を算出できる。

【００３８】また、反射型の他の寸法測定装置であって
も、上述と同様にｔ１時間期間経過後のみの各値を検出
するだけでよい。

【００３９】また、前記出力信号ｏｕｔはアナログ量の
出力変位を検出するようにしたが、前記信号ｏｕｔをデ
ィジタル量として、ディジタル量の出力変位を検出する
ことも可能である。

【００４０】また、該温度特性の補正処理は、寸法測定
装置に適用された場合を述べたが、光センサを利用した
他の測定装置および検出装置にも同様にして適用可能で
ある。

【００４１】

【発明の効果】この発明による光センサは、該センサの
特性を決定する温度係数を算出する算出手段を備え、前
記算出された温度係数および温度変位検出手段により検
出された温度変位に基づいて、出力する信号に含まれる
前記温度変位による変位分を相殺するように補正する補
正手段を備えるので、該光センサの温度特性が補正され
る。したがって該光センサを用いて検出および測定する
際の誤検出の防止および高精度測定が可能となるという
効果がある。

【００４２】また、前記温度係数は、光センサ稼働時、
算出手段によりリアルタイムに算出されるので、予め光
センサの温度特性を知る必要もなく、ユーザの使い勝手
が向上するという効果がある。

【００４３】また前記補正手段は投光部、受光部などの
回路特性に起因する温度特性の変動要因も含めてトータ
ルに補正するので、光センサの温度特性の機種間ばらつ
きを小さくできるという効果がある。また前記効果によ
りユーザは温度特性の良好なセンサ回路を特に選択する
必要がないので光センサの選択の自由度が向上するとい
う効果もある。

【００４４】さらに、光センサの温度特性を改善するた
めに、特に温度特性の優れた高価な回路素子を該光セン
サに使用する必要がなく、該光センサの製造コストの削
減が図れるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による被測定物体の寸法測定
を行なう寸法測定装置の概略構成図である。

【図２】図１に示された演算部における被測定装置の温
度特性補正の動作を示す概略処理フロー図である。

【図３】従来の被測定物体の寸法測定を行なう寸法測定
装置の概略構成図である。

【図４】従来および本発明の一実施例に適用される寸法
測定装置における受光量と被測定物体における遮光量と
の関係を説明する図である。

【符号の説明】

１　　寸法測定装置 ２　　投光部 ３　　受光部 ７　　演算部 ８および９　　温度センサ Ｘ　　投光部温度信号 Ｙ　　受光部温度信号 ＯＵＴおよびｏｕｔ　　出力信号 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　投光部と、前記投光部により照射され
   た光を受光し、応じて前記受光レベルに応じたレベルの
   電気信号を出力する受光部とを備えた光センサであって
   、前記投光部および前記受光部の少なくともいずれか一
   方の温度変位を検出する温度変位検出手段と、前記電気
   信号の変位を検出する信号変位検出手段と、前記温度変
   位検出手段により検出された前記温度変位および前記信
   号変位検出手段により検出された前記信号変位に基づい
   て、前記電気信号の温度係数を算出する算出手段と、前
   記算出手段により算出された前記温度係数および前記温
   度変位検出手段により検出された前記温度変位に基づい
   て、前記電気信号をそこに含まれる前記温度変位による
   変位分を相殺するように補正する補正手段とを備えた、
   光センサ。