JPH06117922A

JPH06117922A - 光センサー装置及びその作動方法

Info

Publication number: JPH06117922A
Application number: JP35455092A
Authority: JP
Inventors: Otmar Kappeler; カペラーオトマル
Original assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Current assignee: Erwin Sick GmbH Optik Elektronik
Priority date: 1991-12-16
Filing date: 1992-12-16
Publication date: 1994-04-28
Also published as: FR2685092A1; FR2685092B1; DE4141468A1; DE4141468C2

Abstract

(57)【要約】【目的】規則的に発生する妨害信号の場合にも、妨害
による影響を大きく受けず、理想的な妨害除去を行うこ
とができる光センサー装置及びその作動方法を提供す
る。【構成】本発明は、発光器５および受光器９によって
モニター領域内の物体７の存在を検出するための光セン
サー装置（又はその配置構成）を作動する方法に関する
ものである。発光器５は、それぞれが所定のパルス繰返
し周波数で次々に続く多数のパルスから構成される光信
号６を発する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、モニター領域内に時間
を遅らせて次々と光信号を発する発光器と、モニター領
域内の物体の存在に応じて物体検出信号を発する受信信
号処理装置に接続した受光器を含む、モニター領域内の
物体の存在を調べるための光センサー装置を操作する方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】光センサー装置（又はその配置構成）
は、最も広い意味での光障壁として実現することがで
き、すなわち反射光障壁、光検出器、距離検出器、可視
光測定装置などがこの表現の中に含まれる。

【０００３】光センサー装置、さらに詳しくは物体を認
知するための光障壁は、一般に、個々のパルスの形態で
の光信号が短い持続時間で周期的に発せられるという原
理にしたがって作動し、また物体によって反射される光
は、受光器により受けられ、受信信号処理装置で調べら
れる。発さられた各信号のあとには比較的長い休止が続
き、これは発せられた信号の長さの約１０倍から１００
倍に相当する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の光セン
サー装置には問題があり、それは時間の経過に応じて変
動する妨害信号、とくに周期的な妨害信号が、妨害信号
が正確に光信号の発射中に起こり、光または電磁段階を
経て受信信号処理装置内に達するとき、その結果を歪曲
させることがあるという問題である。妨害信号は、受光
器の光電子変換のあとセンサー装置の電子部分内に生じ
る光妨害信号ならびに電磁妨害の両方であると考えられ
る。

【０００５】この理由により、受光器のあとにフィルタ
を用いることによって、妨害信号の影響を減衰させる試
みがすでになされている。それは受けた信号を物体検出
信号として発しないというものである。しかし、これら
の方策には、一定時間で平均した受光値しか調べないと
いう欠点がある。そのために物体測定信号を出力するこ
とができる実際の周波数が希望に反して低下する。

【０００６】光信号を発する前および／または後の妨害
信号の発生を調べることによって光信号を発しているあ
いだの妨害信号の原因を再現し、この情報をもとにし
て、受けた光信号から妨害信号を除去する試みがさらに
行われている。この種の方法では、妨害信号が必ずしも
規則的なものでないため、再現は不可能なことが多く、
エラーなしにこの方法を遂行できるという保証はない。

【０００７】特に、既知の方法の作動モードは、妨害信
号が一定の規則性を持つときに影響を受けることがあ
り、この場合たとえばパルス波形発射信号と妨害信号が
繰り返して一致すると重大な妨害が起きることがある。
また、高い周波数を有する妨害信号は、既知の方法の作
動モードに特に強い影響を与えることがある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、初めに
述べたような種類の方法、すなわち特に規則的に発生す
る妨害信号の場合にも、妨害による影響を大きく受け
ず、理想的な妨害除去を行うことができる方法を実現す
ることである。

【０００９】本発明によれば、この目的は、発せられた
個々の光信号がパルス繰返し周波数で次々に続く一定数
のパルスによって構成されることによって達成され、ま
た受けた光信号が受信信号処理装置内のフィルタ装置を
通過し、このフィルタ装置がパルス繰返し周波数のスペ
クトル部分を透過できることによって達成される。

【００１０】したがって本発明は、これまで通常用いら
れていた個々のパルスのかわりに、パルス列を光信号と
して使用する。受けたパルス列は、その後パルス繰返し
周波数のスペクトル部分を透過できるフィルタ装置を通
り、パルス繰返し周波数の妨害信号部分が除去される。

【００１１】この方法の利点は次の点に見ることができ
る。発せられ、また受けた信号がたとえば個々のパルス
よりもかなり狭い帯域幅を有し、一方では先に通過する
狭帯域フィルタのあとでは受けた信号の処理が容易にな
り、他方では、発せられ、また受けた信号の狭帯域幅の
外にあるすべての妨害信号がフィルタ装置によって除去
され、その結果それ以後の処理過程に達しないため、大
部分の妨害信号をフィルタ装置によって除去することが
できる。

【００１２】パルス繰返し周波数の領域内に確かに存在
する妨害信号によって本発明の方法の作動モードが妨害
される場合があるが、これは、以下に述べる本発明の方
法の種々の利点を有する改良形態によって除外すること
ができる。ａ）個々の連続する光信号のパルス繰返し周波数は、各
光信号を発したあと変更される。妨害信号の周波数がパ
ルス繰返し周波数と全く同じ方法で変化することはない
ため、上記の妨害はこの方法により能率的に除去するこ
とができる。ｂ）上記のａ）にもとづくパルス繰返し周波数の変更
は、妨害信号が光信号の発射と発射のあいだの休止中に
検出されるとき、特に妨害信号が前回発した光信号の周
波数を有する場合にのみ実行される。ｃ）光信号内で連続発生するパルスのパルス繰返し周波
数は一定に保たれず、特に連続的に、増加または低下す
る。個々の光信号のこの「ぐらつき」のため、周期的妨
害が個々の光信号のごく小さな領域内で影響を持つこと
がある。しかし、受けた光信号は最小限にのみ歪曲する
ことがあるが、この場合にエラーは起こらない。ｄ）光信号を発したあとの妨害信号の検出中は、検出さ
れた妨害信号の振幅が所定の閾値の下に下がるまで、次
の光信号の発射は遅らされる。ｅ）光信号の発射の前および／または後に存在する可能
性のある妨害信号は、受光器により受けられ、この場合
に得た情報を、光信号の発射中に妨害信号の発生をおお
まかに調べるため、また、有用な信号と妨害信号を含
む、受けた光信号全体から有用な信号を引き出すため
に、使用する。

【００１３】上記のすべての方法において、妨害信号を
調べるため、光信号の発射間に試験受信を行うこともで
きる。この場合には、光信号はたとえば試験受信中に調
べられた妨害信号レベルが充分に低いときにのみ発せら
れる。さらに、受けた信号を用いて、充分に低い妨害信
号レベルが受けた後に検出されたときにだけ評価するこ
ともできる。

【００１４】本発明の方法を実行するために特に有利な
装置には、フィルタ装置としての乗算器があり、第一入
力部に、特に高域フィルタによって、フィルタして受け
た信号を加え、またその第二入力部に、発せられた光信
号のそれぞれのパルス繰返し周波数と基本周波数が一致
するもう一つの信号を加える。この場合には、高域フィ
ルタと乗算器のあいだに前置増幅器を接続することもで
きる。

【００１５】フィルタ装置として乗算器を使用すること
により、次のような大きな利点がある： − この方法では、フィルタ装置はモノリシック形態の
ものを非常に簡単に実現することができる。 − 乗算器として実現されるこの帯域フィルタの平均周
波数は、乗算器の第二入力部に加えられるもう一つの信
号の基本周波数を変更することによってごく簡単な方法
で変えることができ、これは特に上記のａ）、ｂ）、
ｃ）による方法を用いるときに有利である。この場合に
はもう一つの信号の基本周波数が発せられた光信号のパ
ルス繰返し周波数と同期的に変化しなければならないか
らである。 − 乗算器として実現されるこの帯域フィルタは、一定
のエネルギー条件に簡単にリセットでき、またたとえば
セラミック帯フィルタの場合のようにパルス後振動を考
慮に入れる必要なしに、リセットすることができる。 − 増倍される２つの信号はそれぞれ同じ周波数を有す
るが、受けた光信号の振幅がモニター領域内の物体の存
在の働きとしてかわるため、信号は乗算器の出力部に発
生し、この信号には二重のパルス繰返し周波数を有する
周波数成分と直流信号成分が含まれる。直流成分の振幅
は、モニター領域内の物体の存在を示す。この信号成分
はフィルタで除外して、乗算器の後に接続した低域フィ
ルタによって非常に簡単な方法で調べることができる。

【００１６】前記の装置の好ましい実施例では、光信号
のパルスならびにその他の信号のパルスは正弦波形また
は方形とすることができる。

【００１７】できれば、復調器を上記の低域フィルタの
後に接続するのが好ましい。これは、たとえば積分器と
して実現することができる。この積分器は、光信号を発
しない期間中に短絡させ、こうすることによって、光信
号の各発射間に起きる妨害信号が物体検出信号の送出に
影響を与えるのを回避することができる。

【００１８】たとえば積分器によって達成される、低域
フィルタの出力信号の復調は、低域フィルタの信号遷移
時間を補正する時間だけ遅らせなければならない。

【００１９】受けた光信号とその他の信号のあいだの遷
移時間差を補正して、この信号に掛け合せることにより
混合するために、第一乗算器と第二乗算器を備えること
ができ、両乗算器の各第一入力部に受信信号を受ける
が、その他の信号は、第一乗算器の第二入力部に与えら
れ、またその他の信号は第二乗算器の第二入力部に９０
度移相して与えられる。両乗算器の出力信号は次に、そ
れぞれ低域フィルタでフィルタされ、そのあと加えられ
る。この方法では、上記遷移時間差の影響は除去され
る。

【００２０】

【実施例】以下に本発明を、付属の図面中の模範的な実
施例について説明する。図１に発振器２を示すが、これ
は、たとえば正弦波形の基本振動を発生し、この振動は
信号形成器３を経て信号Ａとしてパルス繰返し発生器４
に選択的に供給される。パルス繰返し発生器４は、制御
装置１に接続され、発振器２により発生される信号はこ
の制御装置に供給される。制御装置は制御信号Ｂを発生
し、これによってどのような時間間隔でパルス列をそれ
ぞれ発生しなければならないかをパルス繰返し発生器４
に指示する。

【００２１】パルス列発生器４により発生したパルス列
Ｃは発光器５に供給され、発光器５は信号Ｃに対応する
光信号６を発する。

【００２２】光信号６は、たとえばそのような物体がモ
ニター領域内に存在するとき物体７により反射され、受
光信号８として受光器９に供給され、そこで信号は電気
信号に再び変換されるる。

【００２３】受けた信号は次に、低周波数の妨害信号を
除外する高域フィルタ１０に選択的に導くことができ、
それによって、より大きな低周波数妨害成分の場合に処
理される信号の動きを低下させる。

【００２４】たとえばこの方法でフィルタされた信号は
次にオプションの前置増幅器１１に導くことができ、そ
こから乗算器１２の第一入力部に達する。

【００２５】乗算器１２の第二入力部には、発振器２の
出力信号が供給される。

【００２６】信号形成器３が方形信号を発生する場合に
は、乗算器１２は簡単なアナログ回路機構として設計す
ることができる。しかし、信号Ａが正弦波形を有する場
合には、乗算器１２はアナログ乗算器として設計され
る。

【００２７】乗算器１２は、その入力部に加えられる２
つの信号の合計周波数と差異周波数の信号成分を含む信
号を発生する。２つの信号は同じ周波数を有し、受けた
信号は、モニター領域内の物体の存在に応じて乗算器の
第二入力部に供給されるその他の信号とはその振幅のみ
が異なるため、乗算器１２の出力信号の差異周波数成分
は直流信号であり、この信号の振幅はモニター領域内の
物体の存在について指示を与えている。この直流成分を
乗算器１２の出力信号からフィルタで除去するために、
低域フィルタ１３を乗算器の後に接続する。

【００２８】低域フィルタ１３の出力信号は、オプショ
ンの増幅器１４を経てたとえば選択的に制御されるスイ
ッチ１５へ供給される。スイッチが光信号の各発射の間
の休止中には開き、光信号発射中には閉じるように、信
号Ｄは制御装置１によってスイッチ１５に供給され、受
けた信号は光信号発射中だけスイッチ１５の出力部に到
達する。

【００２９】スイッチ１５の出力信号は復調器１６に供
給され、この復調器はたとえば積分器として実現するこ
とができる。制御装置１はまた信号Ｄを、光信号の各発
射間の休止中にはゼロに設定されるように積分器１６に
供給する。このようにして、光信号の各発射間に発生す
る妨害信号は除去される。

【００３０】測定時間の終了時には、積分器１６の出力
部の出力信号Ｅは、モニター領域内の物体の存在につい
ての所望の情報を提供する値を有し、これをその後の信
号を調べるために用いることができる。

【００３１】反射感知原理により、前記装置は、二重段
階法で設計することもできる。

【００３２】図２は、時間の経過に応じた信号ＡからＥ
の動き（進展）を示している。発振器２は、周期的な方
形信号Ａを発生する。制御装置２は、光信号の発射中は
高レベルを保持し、また光信号の各発射間には低レベル
を保持する信号Ｂを送出する。信号Ｃは、パルス列発生
器４により発生するパルス列を示し、これはたとえば信
号ＡとＢを掛け合せることにより得ることができる。

【００３３】信号Ｂは、それぞれスイッチ１５の制御ま
たは復調器１６の制御を行う制御装置１の信号である。
信号Ｄは、各パルス列が発せられた後に積分器１６のリ
セットをトリガーする。

【００３４】図示されている信号Ｅの３つの時間間隔
は、最初の時間間隔中のモニター領域内の物体の存在に
対するセンサー装置の出力信号の進展を示している。

【００３５】図３は、次々と発せられる光信号の形態を
示しており、これは本発明では、パルス列から構成され
る。

【００３６】図３中のａは、パルスＩが一定のパルス繰
返し周波数で次々に続く光信号Ｌ₁を示している。光信
号Ｌ₁に続くすべての光信号Ｌ₂、Ｌ₃、・・・のパルス
繰返し周波数は、この場合には一定である。

【００３７】図３中のｂは光信号Ｌ₁を示しているが、
ここでもまたパルスがこの光信号内で次々に続くパルス
繰返し周波数は一定である。しかし、この例では、連続
する光信号Ｌ₁′、Ｌ₂′、Ｌ₃′、・・・のパルス繰返
し周波数は連続的に低下し、またｎ番目の光信号Ｌｎ′
のパルス繰返し周波数は、光信号Ｌ₁′のパルス繰返し
周波数に等しく、この場合にもまた、光信号Ｌｎ′に続
く光信号のパルス繰返し周波数は連続的に低下する。

【００３８】光信号のパルス繰返し周波数の上記の変化
形態は、各光信号発射のあと、または妨害信号がパルス
繰返し周波数の領域内に存在するときのみ、のいずれか
で達成することができる。

【００３９】パルス繰返し周波数を非連続的に増加する
こともできるが、パルス繰返し周波数を連続的に低下す
ることもできる。パルス繰返し周波数の不連続的な変化
も起こりうる。

【００４０】図３中のｃは、光信号内の連続するパルス
のパルス繰返し周波数が連続的に増加するような、光信
号Ｌ₁″、Ｌ₂″、Ｌ₃″を示している。この場合にはま
た、低下もひとつの変化形態と見なす。

【００４１】図３の光信号は、実際にはかなり多数のパ
ルスを有するため、ほとんど概略的に示している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するための装置の好ましい
実施例の構成図である。

【図２】図１に示した信号の時間の経過に応じた動き
（進展）を示す波形図である。

【図３】本発明の方法を実施するための好ましい光信号
形態を示す波形図である。

【符号の説明】

１制御装置２発振器３信号形成器４パルス繰返し発生器５発光器６光信号７物体８受光信号９受光器１０高域フィルタ１１前置増幅器１２乗算器１３低域フィルタ１４増幅器１５スイッチ１６復調器（積分器）Ａ振動信号Ｂ制御信号Ｃパルス列Ｄ制御信号Ｌ₁，Ｌ₂，Ｌ₃，Ｌ₁′，Ｌ₂′，Ｌ₃′，Ｌ₁″，Ｌ₂″，
Ｌ₃″ 光信号

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】モニター領域内に時間を遅らせて次々と
光信号（６）を発する発光器（５）と、モニター領域内
の物体（７）の存在に応じて物体検出信号（Ｅ）を送出
する受信信号処置段階に接続された受光器（９）とによ
って、モニター領域内に存在する物体（７）を検出する
ための光センサー装置を作動する方法であって；発せら
れた個々の各光信号（６）が、所定のパルス繰返し周波
数で次々に続く多数のパルス（Ｉ）から構成され、また
受けた光信号（８）が受信信号処理段階のフィルタ装置
（１０、１２、１３）を通過し、前記フィルタ装置がパ
ルス列（Ｌ、Ｌ′、Ｌ″）のスペクトル成分を透過でき
ることを特徴とする、モニター領域内に存在する物体
（７）を検出するための光センサー装置を作動する方
法。
【請求項２】パルス（Ｉ）が光信号（Ｌ、Ｌ′）内で
次々に続く場合のパルス繰返し周波数が一定であること
を特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】個々の連続する光信号（Ｌ）のパルス繰
返し周波数が一定であることを特徴とする、上記各請求
項のいずれか一つに記載の方法。
【請求項４】個々の連続する光信号（Ｌ′）のパルス
繰返し周波数が変化することを特徴とする、請求項１ま
たは２のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】パルス繰返し周波数が、各光信号を発し
たあと変化することを特徴とする、請求項４記載の方
法。
【請求項６】パルス繰返し周波数が、パルス繰返し周
波数の領域内にスペクトル成分を含む妨害信号の発生に
より変化することを特徴とする、請求項４記載の方法。
【請求項７】光信号（Ｌ″）内の連続するパルスのパ
ルス繰返し周波数が一定でないことを特徴とする、請求
項１又は請求項４から６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】光信号内の連続するパルスのパルス繰返
し周波数が連続的に増加または低下することを特徴とす
る、請求項７記載の方法。
【請求項９】光信号（６）の各発射の間に妨害信号を
検出するために試験受信を行うことを特徴とする、上記
請求項１から８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】試験受信中に調べられる妨害信号レベ
ルが充分に低いときにのみ光信号（６）が発せられるこ
とを特徴とする、請求項９記載の方法。
【請求項１１】充分に低い妨害信号レベルが受信後に
検出されたときだけ受けた信号（８）を用いて評価する
ことを特徴とする、請求項９または１０のいずれか一つ
に記載の方法。
【請求項１２】光信号（６）を発する前および／また
は後に、存在する可能性のある妨害信号が受光器（９）
により検出され、それによって得られた情報を光信号の
発射中に妨害信号の発生をおおまかに調べるため、ま
た、有用な信号と妨害信号を含む、受けた光信号全体か
ら有用な信号を引き出すために使用することを特徴とす
る、請求項１から１１のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１３】フィルタ装置（１０、１２、１３）
が、特に高域フィルタ（１０）によって、フィルタして
受けた信号がその第一入力部に加えられ、また発せられ
た光信号（６）の各パルス繰返し周波数とその基本周波
数が一致するもう一つの信号（Ａ）がその第二入力部に
加えられる乗算器（１２）を含むことを特徴とする、請
求項１から１２のいずれか一つに記載の方法を実施する
ための装置。
【請求項１４】前置増幅器（１１）が高域フィルタ
（１０）と乗算器（１２）のあいだに接続されることを
特徴とする、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】別の信号（Ａ）が正弦波形を有するこ
とを特徴とする、請求項１３または１４のいずれか一つ
に記載の装置。
【請求項１６】別の信号（Ａ）が方形を有することを
特徴とする、請求項１３または１４のいずれか一つに記
載の装置。
【請求項１７】光信号のパルスが正弦波形を有するこ
とを特徴とする、請求項１３から１６のいずれか一つに
記載の装置。
【請求項１８】光信号のパルス（Ｉ）が方形を有する
ことを特徴とする、請求項１３から１６のいずれか一つ
に記載の装置。
【請求項１９】乗算器（１２）の出力部の信号が、低
域フィルタ（１３）に供給されることを特徴とする、請
求項１３から１８のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２０】復調器（１５、１６）が低域フィルタ
（１３）の後に接続されることを特徴とする、請求項１
９記載の装置。
【請求項２１】低域フィルタ（１３）の出力信号の復
調が、その信号遷移時間を補正するのに充分な時間遅延
されることを特徴とする、請求項２０記載の装置。
【請求項２２】復調器（１５、１６）が積分器（１
６）を含むことを特徴とする、請求項２０または２１の
いずれか一つに記載の装置。
【請求項２３】積分器（１６）が、光信号（６）が発
せられていない時間のあいだは短絡されることを特徴と
する、請求項２２記載の装置。
【請求項２４】それぞれ第一入力部および第二入力部
を有する第一乗算器および第二乗算器を含み、受けた信
号が前記第一入力部にそれぞれ供給され、第一乗算器の
第二入力部に別の信号が供給され、第二乗算器の第二入
力部に９０度移相して別の信号が供給されることを特徴
とする、請求項１３から２３のいずれか一つに記載の装
置。
【請求項２５】２個の乗算器の出力信号がその出力信
号が追加段階に供給される各低域フィルタに供給される
ことを特徴とする、請求項２４記載の装置。