JPS63292016A - 測距型光電スイッチ - 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１ 本発明は、光位置センサを用いて三角測距法により検知
対象までの距離を検出する測距型光電スイッチに関する
ものである。

［背景技術］ 一般に検知対象が所定の設定距離に存在するかどうかを
判定して出力を得る光電スイッチとしては、発光部から
検知′Ｎ束に照射された光ビームの反射光の強度によっ
て検知対象を検出する反射型光電スイッチが提供′！−
れでいるが、反射型の光電スイッチは受光部での受光量
に基づいて検知討求を検出するから、検知対象の周囲の
背景からの光線の影響を受けやすく、信頼性が低いとい
う問題がある。一方、このような問題をＭ消する充電ス
イッチとして、受光部に光位置センサ（以下ＰＳＤと略
称する：　ｐｏｓｉｔｉｏｎ　５ｅｎｓｉｔｉｖｅ　ｄ
ｅｔＣｃｔｏｒ）を用いて三角測距法により対策物体を
検出するようにしたものがある。ＰＳＤＩは、第２図に
示すように、ｐｉｎ７オトダイオードのｐ層を高抵抗層
とし、その両端に電極１１ａ、ｌｌｂを設け、ｎ層側に
共通電極１２を設けた構造を有する光起電力素子である
。ＰＳＤＩのｐ　ｌ？Ｉｊ側の表面にスポット光が照射
されると、ｐ／ｌｉｊがスポット光の照射位置で分！ｌ
Ｉされ、各電極１１ａ、１１ｂと分割位置との間の距離
に反比例した電流が各型４！１ｌｌａ、１１ｂから出力
される。すなわち、両電極１１ａ、１１６間を結ぶ方向
をＸ方向、両電極１１ａ＋１１ｂ間の中心位置を原、α
、両電極１１ａ、Ｉｌｂ間の距！（すなわち、受光部の
長さ）を２１とし、原点から電極１１ａ側に距離Ｘの位
置でｐＪｌの表面にスポット光が照射され、そのときの
起電流が■。であるとすると、各電極１１ａ、１１ｂか
ら取り出される電流Ｉ、、ｒ２と起電流工。との関係は
、次式のようになる。

１、／Ｉ。＝（１−Ｘ）／２１　　・・・・・・■ｒ２
／Ｉｏ＝（ｔ’＋Ｘ）／２１−−■ここに、ｌ０＝Ｉ、
＋１２とした。■、■両式の比の対数をとると、 となり、スポット光が原点（受光部の中心）付近に照射
されていると仮定すれば、（Ｘ＃）＜＜１となるから、
０式は以下のように変形できる。

このよ、うに、ＰＳＤＩの受光面へのスポット光の照射
位置が両電極１１ａ、１１ｂから出力される電流の比と
して検出でき、しかもスポット光の光量に対応する起電
流Ｉ。に依存しないのである。すなわち、照射方向が一
定方向となるように設定された発光部から検知対象にス
ポット光を照射し、その反射光をレンズ系を通してＰＳ
Ｄ　Ｉの受光面に集光させれば、ＰＳＤ　Ｉへのスポッ
ト光の集光位置は発光部もしくは受光部と検知対象との
間の距離の関数となるから、反射光の強度とは無関係に
検知対象までの距離を検出できるのである。

以上の原理に基づき、ＰＳＤＩを用いた充電スイッチを
第３図に示すように構成することが考えられている。外
乱ノイズ除去のために発光部（図示せず）は高周波で変
調されたスポット光を照射するように構成され、発光部
の光軸方向は一定方向に設定されている。検知対象から
の反射光を受光するＰＳＤｌの両電極１１ａ、Ｉｌｂよ
り取り出された電流はそれぞれ前置回路部２　ａ、　２
　ｂで増幅され、除算回路である演算回路部３゛におい
て電流比に対応する出力が計算される。したがって、演
算回路ｇ３゛の出力電圧はＰＳＤｌの受光面におけるス
ポット光の照射位置に対応することになり、上述したよ
うに、ＰＳＤＩの受光面へのスポット光の照射位置は検
知対象までの距離の関数となっているから、演算回路部
３゛の出力値は検知対象までの距離に対応することにな
る。そこで、この後段に比較回路を設け、予め設定され
たしきい値と演算回路部３°の出力値とを比較すれば、
その大小関係により所定の設定距離に検知対象が存在し
ているかどうかを判定でき、この判定出力に基づいて出
力回路から接、α出力を得るように構成することができ
る。

ところで、上述の光電スイッチは、原理的には反射光の
強度に依存することなく、検知対象の検出を行なえるが
、実際には検知対象との距離に上り反射光の強度が変化
し、またＰＳＤＩの起電流は波長により変化するから、
ＰＳＤ　１の出力電流の大きさは相当に広範囲で変化す
ると考えられる。

したがって、ｔ１装回路部２　ａ、　２　ｂには広いダ
イナミックレンジが要求されるが、ダイナミックレンジ
の上限は電源電圧に依存しているから、電池電源等の比
較的低電圧の電源を使用する場合にはダイナミックレン
ジを広くとれないものである。すなわち、大きい入力信
号に対して回路を飽和させないためには、伝達インピー
ダンスを小さく設定する必要があり、また小さい入力信
号に対して帰還抵抗による電流熱雑音の増加を防止する
とともに十分なゲインを得て測距精度を高めるためには
、伝達インピーダンスを大きく必要がある。

第３図回路はこの点を考慮したものであり、検知対象と
検知条件（検知対象の位置等）とが決定されればＰＳＤ
Ｉで受光される反射光の強度が決定されるので、検知対
象が所定位置に位置するときに、最適条件で回路が作動
するように前置回路部２ａ、２ｂの伝達インピーダンス
を設定すれば、比較的グイナミックレンノが狭くても入
力電流が回路の動作範囲を逸脱することがなく、安定な
動作が行なえるという点に着目して構成されている。

すなわち、ＰＳＤＩの全電流■。をデジタル信号に変換
する７ナログ一デジタル変換部４と、アナログ−デジタ
ル変換部４の出力値を記憶する記憶部５と、前置回路ｇ
２ａ、２ｂの伝達インピーダンスを調節するインピーダ
ンス可変部６ｍ、６ｂと、記憶部５の記憶値に基づいて
インピーダンス可変部６　ａ、　６　ｂを制御する制御
回路部７とを設けている。したがって、Ｉ［離測定前に
実際に測定を行なう検知対象からの受光量を検出し、検
知対象に応じた受光量をプリセットスイッチ８°の繰作
により記憶部５に基準値として記憶するのであり、距離
測定においては、この基準値に基づいて前置回路部２　
ａ、　２　ｂの伝達インピーダンスを調節するから、伝
達インピーダンスが検知対象に適応した最適値に設定さ
れるのである。

ここに、演算回路部３゛への入力値は起電流に相当する
電流■。と一方の電極１１ａから出力された電流Ｉ、と
の比に相当するから、上述した０式の両辺の対数をとれ
ば、 さらに、（Ｘ＃）＜＜１なる関係を導入すれば、となり
、この電流比によってスポット光の位置、すなわち検知
対象までの距離を算出しでいる。

第３図回路構成では、前置回路部２　ａ、　２　ｂのグ
イナミクレンシを小さくできるが、ＰＳＤ　１の一対の
出力電流をそれぞれ増幅する一対の前置回路部２　ａ、
　２　ｂを設けているから、前置回路部２ａ’、２ｂの
数が多く、また、演算回路部３°への入力信号がアナロ
グ信号であるから、演算精度、とくに温度特性について
問題がある。

［発明の目的１ 本発明は上述の点に鑑みて為されたものであって、その
目的とするところは、前置回路部を１つにして構成を簡
略化するとともに、演算精度を向上させた測距型光電ス
イッチを提供することにある。

［発明の開示］ （構成） 本発明に係る測距型光電スイッチは、発光部から検知対
象に照射されたスポット光の検知対象での反射光の受光
スポット位置が検知対象までの距離に対応して移動する
ように構成され、受光スポットの位置に基づいて三角測
距法により検知対象までの距離を検出する測距型光電ス
イッチにおいて、受光スポットの位置に応じて相反する
方向に変化する一対の電流出力が得られる光位置センサ
と、光位置センサの出力電流を後段に伝達する前置回路
部と、前置回路部の出力をデジタル信号に変換する７ナ
ログ一デノタル変換部と、光位置センサの一対の出力電
流の和を前置回路部に入力する第１の設定と光位置セン
サの一方の出力電流を前置回路部に入力する第２の設定
とが択一的に選択可能な切換部と、切換部が第１の設定
のときにアナログ−デジタル変換部の出力値を基準値と
して記憶する記憶部と、切換部が第２の設定のときに記
憶一部に記憶された基準値に呼応して前置回路部の伝達
インピーダンスを最適値に設定するインピーダンス可変
部と、切換部が第２の設定のときに記憶部に記憶された
基準値とアナログ−デジタル変換部の出力値との比に基
づいて検知対象までの距離を演算する演算回路部とを具
備して成るものであり、距離測定時にはＰＳＤの出力電
流の一方のみを利用することにより、１つの前置回路部
で回路構成を充足させ、かつ演算回路部での演算をデジ
タル化することにより、演算精度を向上させたものであ
る。

（実施例） 第１図に示すように、ＰＳＤＩの出力電流は曲直増幅を
行なう前置回路部２に入力される。ＰＳＤｌの出力電流
としては、背景技術の項で説明した両電極１１ａ、ｌｌ
ｂからの出力電流が採用され、切換部としてのプリセッ
トスイッチ８ａにより、両出力電流の和工、＋ｒ２（＝
ｒｏ）を前置回路部２に入力する第１の設定と、一方の
出力電流１１のみを前置回路部？に入力する第２の設定
とが択一的に選択される。前置回路部２の出力はアナロ
グ−デジタル変換？￥５４に入力され、アナログ−デジ
タル変換部４の出力端には上記プリセットスイッチ８ａ
に連動するプリセットスイッチ８ｂが接続され、プリセ
ットスイッチ８ａが上記第１の設定のときには、アナロ
グ−デジタル変換部４の出力は記憶部５に入力され、プ
リセットスイッチ８ａが上記第２の設定のときには、ア
ナログ−デジタル変換部４の出力は演算回路ｆｆ１ｓ３
に入力されるようになっている。記憶部５は、電源切断
後にも記憶値が保持されるように通常はＥＥＰＲＯＭ等
のＲＯＭが用いられるのであり、プリセットスイッチ８
　ａ、　８　ｂの操作により書き込みがなされ、その後
位が記憶されるようになっている。電源切断後に記憶値
が消去されていもよい場合には、記憶部５としてＲＡＭ
を用いることもできる。記憶部５の記憶値に基づいて制
御回路部７ではインピーダンス可変部６を制御して前置
回路部２の伝達インピーダンスを最適値にｉｌｌＩｇす
るのである。また、演算回路部３では記憶部５の記憶値
と７ナログーデ　　　　′フタル変換部４の出力値とか
ら検知対象までの距離を算出する。

（動作） 以下、動作を説明する。虫ず、距離の測定前に、プリセ
ットスイッチ８ａを第１の設定とし、ＰＳＤｌの両出力
電流の和１　＋　＋Ｉ　２（＝　ｒ　ｏ）を前置回路部
２に入力する。このとき、プリセットスイッチ８ｂによ
りアナログ−デジタル変換部４の出力　・は記憶部５に
入力されるから、実際に距離測定を行なう検知対象を検
知距離付近に配置すれば、記憶部５には検知対象からの
反射光の受光量に対応した値が基準値として書き込まれ
るのである。距離測定においては、プリセットスイッチ
８ａを第２の設定とすれば、ＰＳＤｌからの一方の出方
電流■、のみが前置回路部２に入力される。このとき、
記ｍ部５に記憶された基準値に基づいてインピーダンス
可変部６が受光量に対応した最適値にｉ１’ｌｌ！！さ
れるから、前置回路部２の伝達インピーダンスすなわち
ゲインが最適値となる。また、アナログ−デジタル変換
部４の出力は演算回路部３に入力され、記憶部５に記憶
された基準値（すなわち、ＰＳＤ　Ｉの全電流■。に対
応したデジタル値）とともに、背景技術の項で説明した
計算式により検知対象までの距離を求めることができる
のである。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、発光部から検知対象に照射され
たスポット尤の検知対象での反射光の受光スポット位置
が検知対象までの距離に対応して移動するように構成さ
れ、受光スポットの位置に基づいて三角測距法により検
知対象までの距離を検出する測距型光電スイッチにおい
て、受光スポットの位置に応じて相反する方向に変化す
る一対の電流出力が得られる光位置センサと、光位置セ
ンサの出力電流を後段に伝達する前置回路部と、前置回
路部の出方をデジタル変換に変換するアナログ−デジタ
ル変換部と、光位置センサの一対の出力電流の和を前置
回路部に入力する第１の設定と光位置センサの一方の出
力電流を前置回路部に入力する第２の設定とが択一的に
選択可能な切換部と、切換部が第１の設定のときにアナ
ログ−デジタル変換部の出力値を基準値として記憶する
記憶部と、切換部が＃Ｓ２の設定のときに記憶部に記憶
された基準値に呼応して前置回路部の伝達インピーダン
スを最適値に設定するインピーダンス可変部と、切換部
が第２の設定のときに記１！部に記憶された基準値と７
ナログ一デジタル変換部の出力値との比に基づいて検知
対象までの距離を演算する演算回路部とを具備して成る
ものであり、前置回路部が１つとなるから、回路構成が
簡略化されろという利点を有し、かつ前置回路部の伝達
インピーダンスの最適化に用いるアナログ−デジタル変
換部を測距の際にも共用して演算回路部をデジタル化し
ているから、リニアリティがよく、とくに温度特性が向
上するという利点を有するものである。この装置は、測
距中において検知対象までの距離の変動が少ない場合に
は、正確な測鉗が行なえるものであり、製造ラインでの
部品の検出等において有効なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部ブロック図、第２
図は本発明に係る洞鉗型光電スイッチに使泪する光位置
センサを示す断面図、第３図は従来例を示す要部ブロッ
ク図である。 １は光位置センサ、２は前置回路部、３は演算回路部、
４は７ナログ一デジタル変換部、５は記憶部、６はイン
ピーダンス可変部、７は制御回路部、８ａ、８ｂはプリ
セットスイッチである。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発光部から検知対象に照射されたスポット光の検
   知対象での反射光の受光スポット位置が検知対象までの
   距離に対応して移動するように構成され、受光スポット
   の位置に基づいて三角測距法により検知対象までの距離
   を検出する測距型光電スイッチにおいて、受光スポット
   の位置に応じて相反する方向に変化する一対の電流出力
   が得られる光位置センサと、光位置センサの出力電流を
   後段に伝達する前置回路部と、前置回路部の出力をデジ
   タル信号に変換するアナログ−デジタル変換部と、光位
   置センサの一対の出力電流の和を前置回路部に入力する
   第１の設定と光位置センサの一方の出力電流を前置回路
   部に入力する第２の設定とが択一的に選択可能な切換部
   と、切換部が第１の設定のときにアナログ−デジタル変
   換部の出力値を基準値として記憶する記憶部と、切換部
   が第２の設定のときに記憶部に記憶された基準値に呼応
   して前置回路部の伝達インピーダンスを最適値に設定す
   るインピーダンス可変部と、切換部が第２の設定のとき
   に記憶部に記憶された基準値とアナログ−デジタル変換
   部の出力値との比に基づいて検知対象までの距離を演算
   する演算回路部とを具備して成ることを特徴とする測距
   型光電スイッチ。