JPS61218908A - 光電式物体検知装置 - 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】 〔技術分野〕 本発明は、三角測量方式にて被検知物体を検出する光電
式物体検知装置に関するものである。

〔背景技術〕

従来、三角測量方式にて被検知物体を検出するこの種の
光電式物体検知装置は、第１図および第２図に示すよう
に、被検知物体ＱＱＫ対して光ビーム（Ｐ）を投光する
投光手段＋１１と、投光手段＋１１の側方に所定間隔４
゜をもって配設され、被検知物体閃による光ビーム（Ｐ
）の反射光（Ｒ）を集光する集光手段（３）と、集光手
段（３）の集光面に配設され集光スポットの移動により
相反する２種の検知信号を出力するラインイメージセン
サ（４）と、両検知信号のレベル比に基いて被検知物体
を判別する判別手段（５）とで構成されており、投光手
段（１）は投光タイ三ンジを設定する同期信号を発生す
る発振回路−と、ドライブ回路（１１）と、発光タイオ
ード、レーザーダイオードなどの投光素子（１′４と、
光ビーム（Ｐ）を形成するコンデンサレンズよりなる投
光用光学系−とで形成されている。受光手段（２）は投
光手段１１）から所定間隔！。をもって並置され、投、
受光手段＋１）　＋２）は被検知物体（Ｘ）Ｋ対して三
角測量的に配置されている。この受光手段（２）は被検
知物体（Ｘ）Ｋよる反射光を集光するための凸レンズよ
りなる集光手段（３）と、集光手段（３）の集光面に配
設され集光スポット（Ｓ）の移動により相反する２種の
検知信号を出力するラインイメージセンサ（４）とで構
成されており、このラインイメージセンサ（４）は、凸
レンズよりなる集光手段（３）の集光面内に配設され、
集光スポット（Ｓ）の一方向の移動に際してその移動量
に応じて増加する第１の検知信号ＩＡを出力するととも
に移動量に応じて減少する第２の検知信号ＩＢを出力す
る。このラインイメージセンサ（４）は、例えばＰＩＮ
型ホトタイオードに属する半導体装置検知素子（以下Ｂ
ＳＤ（４）と称する）にて形成され、このＰＳＤ（４）
は第３図（ａ）に示すように、平破状シリ１ンｔａｎの
表面にＰ層（３１ａ）、裏面にＮ層（３１ｂ）、中間に
１層（３１ｃ）を形成したものであり、集光スポット（
Ｓ）の位置に対応した信号電流１人、ＩＢが出力される
ようになっている。この信号電流ＩＡは集光スポット（
Ｓ）の一方向の移動忙際してその移動量に比例して増加
する信号であり、信号電流ＩＢは移動量に比例して減少
する信号である。もちろん、信号電流ＩＡ＋ＩＢ　　が
光量に比例することは言うまでもない。第３図（ｂ）は
上述のＰＳＤ（４１の等価回路を示すもので、図中（Ｐ
ｉ）は電流源、（Ｄｏ）は理想的タイオード、（ＣＯ）
は接合容量、（Ｒｔ　）は並列抵抗、（Ｒｏ）は電極間
抵抗である。なお、ＰＳＤ（４）に代えて、距離！が変
化した場合における集光スポット（Ｓ）の移動に、応じ
て相反する信号電流Ｉム、ＩＢが得られるものであれば
何でも良いことは言うまでもない。

判別手段（６）はＰ　Ｓ　Ｄ　ｆ４１出力に基いて被検
知物体（３）が所定の検知エリア内に存在するかどうか
を判別して出力回路（６）および動作表示回路（７）を
制御するようになっている。この判別手段（５）は、Ｐ
ＳＤ（４）からの信号電流ＩＡ、ＩＢを信号電圧ｖＡ　
ｘ　ＶＢ　Ｋ増巾変換する受光回路（２１ａ）（２１ｂ
）と、対数増巾回路（２２ａ）（２２ｂ）と、対数増巾
回路（２２ａ）出力、ａｎＶ人から対数増中回Ｍ（２２
ｂ）出力Ａ　ｎ　Ｖ　Ｂを減算する減算回路（ハ）と、
減算回路の出力Ｊ３　ｎ　Ｖ　Ａ　／　Ｖ　Ｂ　と検知
エリア設定用ボリウム（２４ａ）にて設定された動作レ
ベルＶｓとを比較して減算回路回出力１３　ｎ　Ｖ人／
ＶＢ　　が動作レベルＶｓ以下のときＨレベルを出力す
る比較回路（２４１と、対数増巾回路（２２ｂ）出力ｆ
ｆ１ｎＶｎと基準レベルＶｓｌを比較して投光、受光レ
ベルが正常動作レベル以上かどうかを比較判別する比較
回路（ハ）と、比較回路ｃ２４１（２り出力の論理硅を
とるアンド回路（至）と、投光素子（１２１からの光ビ
ーム（Ｐ）の投光タイミング（発振回路（１０）からの
出力される同期信号）に同期してアンド回路（至）出力
をサンづリンクすることにより、被検知物体（Ｘ）が検
知エリア内に存在するかどうかを確実に判別するように
した信号処理回路罰とで形成され、信号処理回路（３）
出力にて負荷制御用のリレー、負荷制御用の半導体スイ
ッチ素子などよりなる出力回路（６）および動作表示回
路（７）を制御するようになっている。なお、受光回路
（２１ａ）（２１ｂ）はパルス光信号のみを通し直流光
信号をカットしたり、特定の周波数のみを通すバンドパ
スフィルタ回路を含むものであるいま、被検知物体閃が
第４図（ａ）に示すように光電式物体検知装置（至）か
ら距Ｍ右、−ｅ８．ノ、の位置に存在する場合において
、集光面内に配設されたＰＳＤ（４）に対する集光スポ
ット（Ｓ）の位置はそれぞれ第４図（ｂ）のようになり
、被検知物体（３）の位置が光ビームＣＰ）の投光方向
に変化すると、集光ビーム（Ｓ）が矢印Ｍ方向に移動し
てＰ　Ｓ　Ｄ　（４１から出力される信号電流ＩＡ、Ｉ
ｎは集光スポット（Ｓ）の位置に対応した位置信号とな
る。判別手段（５）では、受光回路（２１ａ）（２１ｂ
）にてこの信号電流ＩＡ。

Ｉｎに比例した信号電圧７人＋　Ｖ　Ｂを形成し、対数
増巾回路（２２ａ）（２２ｂ）にて対数増巾した電圧Ａ
　ｎ　Ｖ人、ｆｆ１ｎＶｎを減算回路□□□にて減算す
ることにより、減算回路（ハ）から信号電圧Ｖ　Ａ　ｅ
　ｖＢのレベル比の対数値−１３ｎ　Ｖ　Ａ　／　Ｖ　
Ｂ　　が出力されることになる。この減算回路の出力ｆ
ｆ１ｎＶＡ／Ｖｎ　　は被検知物体００までの距離Ｊに
応じて変化する。

したがって、比較回路Ｃ２４の検知エリア設定ボリウム
（２４ａ）にて動作しベルＶｓを適当に設定することに
より、正確な検知エリアが容易に設定でき、減算回路の
出力−ｅ　ｎ　Ｖ　Ａ　／　Ｖ　Ｂ　　が動作レベル■
８以下となったとき比較回路（至）出力がＨレベルとな
る。このとき、投光、受光レベルが正常動作範囲であっ
て対数増巾回路（２２ｂ）出力Ｊ　ｎ　Ｖ　ｎが基準レ
ベルＶｓ、以上であれば比較回路（ハ）出力もＨレベル
となり、アンド回路（ハ）出力がＨレベルとなり信号処
理回路（５）を介して出力回路（６）および動作表示回
路（７）が作動されるようＫなっている。

而してこの従来例においては判別手段（５）はＰＳＤ（
４）から出力される信号電流ＩムｔＩＢを増巾した信号
のレベル比の対数値を演算してその演算値が所定の検知
範囲か否かＫよって被検知物体（３）が検知エリア内に
あるかどうかを判別して出力回路（６）を作動させてｈ
るので、被検知物体閃の光反射率に関係なく検知エリア
を設定でき、投、受光用光学系（Ｉｓ　（３）の汚れや
光軸のずれの影響を受けることがないようＫなっている
。ところで、このような光電式物体検知装置において、
ＰＳＤ（４）は集光スポットの重心位置に比例して出力
が変化するようＫなっているが、被検知物体（３）が色
むらのある拡散面である場合には、この重心位置が必ず
しも距離Ｊに対応したものとならないことになり、測距
誤差が生じて被検知物体閃をａ１夾に検知できなくなる
という問題があった。すなわち、投光手段（１）から投
光される実際の投光ビーム（Ｐ）は第７図に示すよう忙
一定の面積−人を被検知物体面Ｘａに投光されており、
この被検知物体面Ｘａが色むらのない均一な拡散面であ
れば、ＰＳＤ（４）上には、集光手段（３）の受光レン
ズの像倍率をｍとすると、−ｍＡの集光ビームＳが第８
図（ａ）に示すように結像され、その重心位置に対する
信号電流Ｉム、よりの比は距１１１１！ＪＫ正確に対応
している。一方、色むらのある被検知物体面ｘｂで投光
ビーム（Ｐ）が反射された場合には、ＰＳＤ（４）上の
集光ビームＳは第８図（ｂ）に示すように結像され、そ
の重心位置はΔＸだけ左方くずれることになり、重心位
置に対する信号電流Ｉ　Ａ　ｐ　Ｉ　Ｂの比は距離！に
正確に対応しなくなり、測距誤差が発生することになる
。また、集光手段（３）の受光レンズには収差があるの
で、実際の集光ビームＳの径は−ｍＡよりも大きくなっ
ており、測距誤差はより大きくなる。この測距誤差は、
投光ビーム（Ｐ）の径φＡを小さくすることにより軽減
できるが、それにも限度があり、受光レンズの収差を小
さくする必要が生じる。ところで、レンズの収差は、一
般にレンズ口径と焦点距離の比（ＦＮＯ）を大きくする
程良くなるが、口径を小さくすればＰＳＤ（４）の受光
量が減少するという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、ラインイメージセンサの受光量をあ
まり減少させることなく、集光手段による収差を少なく
して測距誤差を少なくすることにより、被検知物体を確
実に検出できるようにした光電式物体検知装置を提供す
ることＫある〔発明の開示〕 （実施例１） 第５図は本発明一実施例を示すもので、前記従来例と同
様の光電式物体検知装置において、集光手段（３）を構
成する受光レンズ（３ａ）を縦長の矩形状凸レンズにて
形成し、ＰＳＤ（４）の長手方向の収差のみが小さくな
るような光学系としたものである。なお、実施例にあっ
ては、この受光レンズ（３ａ）の左右に突設した嵌合突
１片鴎をハウジング＠ｌに設けたガイド溝部にスライド
係合して取付けるようにしである。

いま、実施例にあっては集光手段（３）はＰＳＤ（４）
の長手方向の収差のみが小さくなるような横寸法の小さ
い光学系となっており、収差による測距誤差が少くなる
ようになっている。また、この場合、測距誤差に関与し
な一縦寸法を小さくしていないので、ＰＳＤ（４）の受
光量があまり減少せず、被検知物体面をａ！実に検出で
きるようになっている。すなわち、円形のアパーチャを
設けてレンズ口径を小さくした場合に比べて大きな受光
量が確保でき、反射率の小さい被検知物体閃であっても
確実に検出できるようになっている。

（実施例２） 第６図は他の実施例を示すもので、縦長のスリット日が
？投されたスリット板（４４１を受光レンズ（縦長凸レ
ンズを形成したものであり、動作は実施例１と全く同様
である。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、被検知物体に対して光ビームを
投光する投光手段と、投光手段の側方に所定間隔をもっ
て配設され、被検知物体による光ビームの反射光を集光
する集光手段と、集光手段の集光面に配設され集光スポ
ットの移動により相反する２種の検知信号を出力するラ
インイメージセンサと、両検知信号のレベル比に基いて
被検知物体を判別する判別手段とよりなる光電式物体検
知装置において、集光手段をラインイメージセンサの長
手方向の収差のみが小さくなるような光学系にて形成し
たものであるので、ラインイメージセンサの受光量をあ
まり減少させることなく、集光手段による収差を少なく
して測距誤差を少なくしており、被検知物体を確実に検
出できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る光電式物体検知装置の概略構成図
、第２図は同上の回路図、第３図（ａ）は同上の要部断
面図、第３図（ｂ）は同上の要部等価回路図、第４図は
同上の動作説明図、第５図は本発明一実施例の要部分解
斜視図、第６図は同上の他の実施例の要部分解斜視図、
４７Ｊ！１７図および第８図は従来例の問題点の説明図
である。 ＋１）は投光手段、（３）は集光手段、（４）はライン
イメージセンサ、（５）は判別手段である。 代理人　弁理士　　石　１）長　七 第３図 （Ｇ）　　　　　　　　　（ｂ） 第４図 第７図 １１８図 （Ｇ） （ｂ） 手続補正書（自発） 昭和６０年５月ｊ３　日

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検知物体に対して光ビームを投光する投光手段
   と、投光手段の側方に所定間隔をもつて配設され、被検
   知物体による光ビームの反射光を集光する集光手段と、
   集光手段の集光面に配設され集光スポットの移動により
   相反する２種の検知信号を出力するラインイメージセン
   サと、両検知信号のレベル比に基いて被検知物体を判別
   する判別手段とよりなる光電式物体検知装置において、
   集光手段をラインイメージセンサの長手方向の収差のみ
   が小さくなるような光学系にて形成したことを特徴とす
   る光電式物体検知装置。