JPH01167608A - 距離センサ - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、検出物体からの反射ビームを位置検出素子で
受光し、この位置検出素子からの受光信号に基づいてそ
の検出物体までの距離を演算するようにした距離センサ
に関する。

（従来の技術） 従来より、検出物体までの距離を検出するための検出距
離センサとして所謂三角測量の原理を利用したものが供
されている。この種の距離センサの一例を第７図乃び第
８図に示す。１は投光素子としてのＬ　Ｅ　Ｄ　（Ｌｌ
ｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｌｏｄｅ）で、これは投
光制御回路２から電流が与えられると、その電流の大き
さに応じた光出力で発光してレンズ３を介して略平行−
光ビームを前方に照射する。

４はＬＥＤの側方にこれから離間した状態に配設された
位置検出素子としての１次元のＰＳＤ（Ｐ。

５１ｔｉｏｎ　５ｅｎｓｌｔｉｖｅ　Ｄｅｖｉｃｅ）で
、ミれの受光面上における検出可能位置を示す受光系は
直線的であると共に、その受光系の指向方向を示す受光
系延長線５　ＩＪ（Ｌ　Ｅ　Ｄ　１の中心を通過するよ
うに位置されている。また、ＰＳＤ４の受光面にはレン
ズ６を介して前方からの光がスポット光として結像され
るようになっていて、これの出力端子からそのスポット
光の位置に対応した受光信号（電流信号）１１．１２を
出力するようになっている。７．８はＰＳＤ４の出力端
子に接続された増幅回路で、これは、ＰＳＤ４から出力
される受光信号１１＋１２を夫々増幅して電圧信号Ｖ　
１　＊　Ｖ　２として出力する。９は増幅回路７，８か
らの電圧信号ｖ１゜ｖ２を受ける減算回路で、これは電
圧信号ｖ１から電圧信号ｖ２を減算するようになってい
る。即ち、後述するように検出物体までの距離検出時に
おいて、増幅回路７．８から出力される各電圧信号Ｖｓ
、ｖｇは検出物体までの距離との間で直線関係にないの
で、演算回路９において検出物体までの距離との間に直
線関係を期待できる演算値（Ｖｌ−■２）を求めるもの
である。ここで、投光制御回路２は、増幅回路７，８か
ら出力される電圧信号ｖ１　、ｖ２の信号レベルの大き
さに応じてＬＥＤＩに与える電流量を変化させるように
なっている。尚、このようなフィードバック制御を行な
う理由としては、検出物体までの距離が一定にもかかわ
らずＰＳＤ４の受光面に結像されるスポット光の全体光
量が変化した場合、これに応じてＰＳＤ４から出力され
る受光信号１１＋　　Ｉ２の信号レベルが変化し、結局
、本来なら一定値であるべき演算値（ｖｌ　−ｖ２　＞
が変化してしまって誤検出となるためである。そこで、
斯様な誤検出を防ぐため、ＬＥＤＩから投射される全体
の光量レベルを制御して常にＰＳＤ４の受光面上に結像
されるスポット光の全体の光量レベルを一定とするもの
である。

斯様な構成の距離センサによれば、ＬＥＤｌから投射さ
れる光ビーム内に検出物体１０が位置すると、検出物体
１０により光ビームが反射され、これにより、その反射
ビームがレンズ６を介してＰＳＤ４の受光面上にスポッ
ト光として受光される。このとき、ＰＳＤ４は、ＬＥＤ
ｌ及び検出物体１０との間で三角形を形成する位置にあ
るから、ＰＳＤ４の受光面上に結像されるスポット光は
検出物体９までの距離が変化するに応じて受光系上を移
動する。即ち、ＰＳＤ４の受光面上に結像されるスポッ
ト光は、検出物体１０がＬＥＤＩに近接しているときは
該ＬＥＤＩの反対側に位置し、検出物体１０がＬＥＤＩ
から離間するに従って該ＬＥＤＩに向かって移動する。

従って、ＰＳＤ４からはスポット光の中心位置に対応し
た受光信号工□、■２が出力されるから、その受光信号
１１゜Ｉ２に基づいてスポット光の中心位置ひいては検
出物体１０までの距離を三角測量の原理で検出すること
ができる。

（発明が解決しようとする問題点） ところが上述のものの場合、検出物体１Ｇが第９図に示
すようにＬＥＤ　１までの距離を等しく維持しながら該
ＬＥＤＩからの光ビームを横切る場合を例にして考えて
みると、検出物体１０からレンズ６に向かう反射ビーム
は、検出物体１０が光ビームの一端に進入し始めたとき
は反射ビーム１１だけであったものが、検出物体１０が
光ビームの途中まで進入する位置となると反射ビーム１
１及び１２で囲まれた範囲となり、検出物体１０が完全
に光ビームを横切った検出適正状態となると反射ビーム
１１及び１３で囲まれた範囲となり、そして、検出物体
１０が光ビームから脱出する位置となると反射ビーム１
３だけとなる。ここで、ＰＳＤ４の受光面上に位置する
スポット光の中心位置は、検出物体１０から反射される
反射ビームの範囲の変化に応じて移動するから、検出物
体１０から反射される反射ビームが上述したように順次
変化する場合は、ＰＳＤ４の受光面に結像されるスポッ
ト光の中心位置はＬＥＤ１方向に移動し、これにより、
ＰＳＤ４から出力される受光信号１１．１２は、検出物
体１０があたかもＰＳＤ４から離反中であるように変化
する。換言すれば、ＰＳＤ４から出力される受光信号１
ｔ、Ｉ、が検出物体１０までの距離に正しく対応してい
るときは、検出物体１０が光ビームに完全に横切った検
出適正状態のときのみだけであり、それ以外のとき、即
ち検出物体１０が光ビームの一部に進入した状態にある
ときには検出物体１０までの距離に正しく対応していな
い。この結果、検出物体１０が検出適正状態にないとき
に該検出物体１０までの距離検出動作が行なわれた場合
は、その検出物体１０までの距離を正しく検出すること
ができないことがあるという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、検出物体の検出中においてその検出物体が投光素子か
らの光ビームに対して検出適正状態にあるか否かを判定
することができる距離センサを提供するにある。

〔発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、検出物体に対して光ビームを投射する投光素
子と、前記検出物体での反射ビームをその検出物体との
間の距離に応じた位置で受光すべく前記投光素子の側方
にこれと離間した状態で配置され上記受光位置を示す受
光信号を出力する位置検出素子と、この位置検出素子か
らの受光信号に基づいて検出物体までの距離を演算する
ようにした距離センサにおいて、前記投光素子の近傍に
検出物体での反射ビームを受光するように配置された受
光素子を有し、その受光状態に基づいて当該検出物体上
に前記投光素子から投射される光ビームの両端が存在す
る検出適正状態にあるか否かを判定する位置判定手段を
設けたものである。

（作用） 光ビーム内に検出物体が検出適正状態で位置すると、光
ビームが検出物体により反射され、その反射ビームが位
置検出素子により受光される。すると、検出物体までの
距離に応じた受光信号が位置検出素子から出力され、こ
の受光信号に基づいて検出物体までの距離が演算される
。

さて、検出物体が光ビームに完全に横切った検出適正状
態にない状態で検出が行なわれた場合は、位置検出素子
からの受光信号は検出物体までの距離に正しく対応して
いないから、この場合は次のようにして演算で得られた
検出物体までの距離を利用しないようにすることができ
る。つまり、検出物体が検出適正状態にないということ
は、その検出物体が投光素子からの光ビームを完全に横
切っていない状態、即ち検出物体上に投光素子がらの光
ビームの両端共が存在していないということであるから
、位置判定手段おいて検出物体上に光ビームの両端が存
在していないと判定された場合は、このことに基づいて
演算によって得られた検出物体までの距離を利用しない
ようにすればよい。

（実施例） 以下、本発明の一実施例について第１図乃至第６図を参
照して説明するに、従来例を示す第７図乃び第８図と同
一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分
についてのみ説明する。即ち、第３図において、１は投
光素子たるＬＥＤ。

２はＬＥＤＩに電流を与える投光制御回路、４は位置検
出素子たるＰＳＤ、７．８はＰＳＤ４からの受光信号１
１ｒ　　Ｉ２を増幅して電圧信号Ｖｌ。

ｖ２として出力する増幅回路、９は増幅回路７゜８から
出力される電圧信号ｖｌ、ｖ２の差を演算する減算回路
である。尚、この場合１．ＰＳＤ４の受光面上の受光系
の延長を示す受光系延長線５は第１図及び第２図に示す
ようにＬＥＤＩの中心を通過している。

さて、第３図に示す１４は減算回路９に接続されたアナ
ログスイッチで、これのオン、オフに基づいて減算回路
９の演算結果が外部回路に出力されるようになっている
。この場合、アナログスイッチ１４は後述する位置判定
手段１５からの信号によりオン、オフするもので、ロウ
レベル信号が与えられた状態でオンし且つハイレベル信
号が与えられた状態でオフするようになっている。

次に位置判定手段１５について説明する。この位置判定
手段１５において、１６は位置判定用のＰＳＤで、これ
の受光面上には前述の位置検出用のＰＳＤ４の受光系と
同一の直線的な受光系１７が存する。そして、ＰＳＤ１
６は、受光系１７の指向方向が前述のＰＳＤ４における
受光系延長線５の指向方向と一致すると共に、ＬＥＤ　
１の中心を通過し且つ受光系延長線５と直交する受光中
心゛指示線１８上に受光系１７の中心が一致するように
してＬＥＤＩの近傍に配設されている。また、ＰＳＤ１
６の受光面上にはレンズ１９を介して前方からの光がス
ポット光として結像されるようになっていて、そのスポ
ット光の位置に応じた受光信号１３．！、を各出力端子
から夫々出力するようになっている。２０は差動増幅回
路で、これの反転入力端子（−）及び非反転入力端子（
＋）はＰＳＤＩ６の各出力端子に夫々接続されている。

また、差動増幅回路２０の非反転入力端子には補正用電
源２１が接続されていて、ＰＳＤＩ６がら差動増幅回路
２０の非反転入力端子に出力される受光信号Ｉ４の信号
レベルを補正するようになっている。この場合、上記の
ような補正を行なう理由としては、ＰＳＤＩ６の受光面
に結像されるスポット光の中心位置が、そのＰＳＤＩ６
の受光系１７と受光中心指示線１８とが交差する受光中
心点２２に丁度位置したときは、差動増幅回路２０の各
入力端子に与えられる受光信号■３＋Ｉ４の信号レベル
は本来なら一致するはずであるが、ＰＳＤＩ６をＬＥＤ
ｌの近傍の上述した所定位置に寸分狂いなく配設するこ
とは困難であり、このため、ＰＳＤＩ６の受光面に結像
されるスポット光の中心位置が受光中心点２２に位置す
るにしてもそのスポット光の中心位置がＰＳＤＩ６の受
光系１７の中心とはならず、結局、このＰＳＤＩ６の出
力端子からの受光信号１３＋　　１．の信号レベルひい
ては差動増幅回路２０に入力される入力電流の信号レベ
ルが一致しないことが往々にしであるためである。そこ
で、ＰＳＤＩ　６の受光面上のスポット光が受光中心に
位置したときに、差動増幅回路２０の入力信号レベルを
一致させるべく、補正用電源２１によってＰＳＤｌＢか
らの受光信号１４の信号レベルを調整するものである。

一方、２３は差動増幅回路２０の出力端子に接続された
全波整流器で、これは、差動増幅回路２０からの出力信
号がゼロレベルのときのみロウレベル信号をアナログス
イッチ１４に出力してこれをオンさせ、差動増幅回路２
０からの出力信号がプラスレベル或はマイナスレベルの
ときにハイレベル信号をアナログスイッチ１４に出力し
てこれをオフさせる。

次に上記構成の作用について説明する。。

まず、検出物体１０の位置が検出適正状態にある場合、
即ちＬＥＤＩからの光ビームの両端共が検出物体１０上
に存在する場合について説明する。

即ち、投光制御回路２からＬＥＤＩに電流が与えられる
と、第４図に示すようにＬＥＤＩが発光してレンズ３を
介して前方に略平行な光ビームを投射する。すると、Ｌ
ＥＤＩからの光ビームは前方に位置する検出物体１０で
反射され、その反射ビームがレンズ６を介してＰＳＤ４
の受光面にスポット光として結像される。そして、ＰＳ
Ｄ４の各出力端子からは、スポット光の位置に応じた受
光信号１１＋’Ｉ！が夫々増幅回路７．８に出力され、
ここで増幅されて電圧信号ｖｌ　＊　Ｖ　ｔとして減算
回路９に出力される。そして、減算回路９において、電
圧信号ｖｌ、ｖ、の差が演算されその演算結果が出力さ
れる。このとき、上述したようにＬＥＤＩからの光ビー
ムの両端が検出物体１０上に存在している場合は、検出
物体１０で反射して位置判定用のＰＳＤＩ６の受光面上
に結像されるスポット光の中心位置は、第６図（ｂ）で
示すようにＰＳＤｌＢの受光面上の受光中心点２２に位
置しているから、差動増幅回路２０の各入力信号レベル
は一致し、これにより、差動増幅回路２０からの出力信
号はゼロレベルとなる。従って、位置判定手段１５から
アナログスイッチ１４にロウレベル信号が出力されて、
アナログスイッチ１４がオンし、この結果、減算回路９
での演算結果（検出物体１０までの距離に対応している
）が外部回路に出力される。

而して、検出物体１０が距離を一定に保った状態でＬＥ
ＤＩからの光ビームを横切って移動した場合は、減算回
路９における演算結果が不正確となっている虞があるか
ら、斯様な場合は次のようにして減算回路９による演算
結果が外部回路に出力されるのを防止することができる
。即ち、第５図（ａ）で示すように検出物体１０が矢印
Ｂ方向に進んでＬＥＤＩからの光ビームに一部進入した
状態では、位置判定用のＰＳＤｌＢに結像されるスポッ
ト光は第６図（ａ）で示す位置となっている。つまり、
ＰＳＤＩ８の受光面には光ビームの一部が結像していて
、このため、ＰＳＤＩ６の各出力端子からの受光信号の
レベルひいては差動増幅回路２０の各入力端子に対する
信号レベルに差異を生じている。この結果、差動増幅回
路２０からの出力信号は例えばプラスレベルとなって、
これにより位置判定手段１５からハイレベル信号が出力
されるため、アナログスイッチ２３がオフする。このと
き、位置検出用のＰＳＤ４から出力された受光信号ＩＬ
＋　　■２は検出物体までの距離に対応せず、このため
減算回路９による演算結果は検出物体１０までの距離に
対応していないから、上述したように位置判定手段１５
からの制御によりアナログスイッチ１４がオフされてい
ることにより、減算回路９において演算された演算結果
（検出物体１０までの距離に対応していない）が外部回
路に出力されることはない。

そして、検出物体１０の移動が進んで第５図（ｂ）で示
すようにＬＥＤ　１からの光ビームを完全に横切った位
置となると、ＰＳＤＩ　６の受光面に結像されるスポッ
ト光の中心位置は第６図（ｂ）で示すようにＰＳＤＩ６
の受光面上の受光中心点２２に位置する。すると、差動
増幅回路２０の各入力端子に人力する信号レベルが一致
し、これにより差動増幅回路２０から出力される信号レ
ベルがゼロレベルとなる。この結果、位置判定手段１５
からロウレベル信号が出力されてアナログスイッチ１４
がオンする。このとき、減算回路９において演算される
演算結果は正しく検出物体１０までの距離に対応してい
るので、オン状態となったアナログスイッチ１４を介し
てその演算結果が外部に出力されるにしても、何ら不都
合が生じることはない。

そして、検出物体１０が第５図（ｃ）で示すようにＬＥ
ＤＩからの光ビーム内から脱出する位置となると、ＰＳ
ＤＩ６に結像されるスポット光は第６図（ｃ）で示す位
置となる。すると、ＰＳＤＩ６から出力される受光信号
１３，１．に再び差異を生じ、これにより、差動増幅回
路２０から出力される信号レベルが今度はマイナスレベ
ルとなる。この結果、位置判定手段１５からハイレベル
信号が出力されてアナログスイッチ１４がオフする。こ
のとき、減算回路９において演算された演算結果は検出
物体１０までの距離に対応していないので、その不正確
な演算結果が外部に出力されることはない。

要するに、上記構成のものによれば、検出物体１０がＬ
ＥＤＩからの光ビームに対して検出適正状態にあるか否
かを位置判定手段１５により判定するようにしたので、
位置判定手段１５が設けられていない従来例と違って、
減算回路９から不正確な虞のある演算結果が出力される
ことを確実に防止することができる。

尚、上記実施例では、位置判定手段１５からの出力によ
りアナログスイッチ１４をオン、オフするように構成し
たが、これに代えて、位置判定手段１５に出力端子を接
続し、その出力端子を介して出力される位置判定手段１
５からの信号に基づいて減算回路９からの演算結果の良
否を判定すると共に、その判定結果により演算結果を利
用するか否かを判断するように構成してもよい。

その他、本発明は上記し且つ図面に示したちのに限定さ
れることなく、例えばＰＳＤ４及び１６に代えてイメー
ジセンサを用いてもよい等、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変形して実施できる。

［発明の効果］ 本発明は以上の記述から明らかなように、検出物体まで
の距離を三角測量の原理に基づいて検出するようにした
距離センサにおいて、投光素子の近傍に検出物体までの
反射ビームを受光するように配置された受光素子を有し
、その受光状態に基づいて当該検出物体上に前記投光素
子からの光ビームの両端が存在するか否かを判定する位
置判定手段を設けたので、検出物体の距離を検出中にお
いてその検出物体が投光素子からの光ビームに対して検
出適正状態にあるか否かを判定できるという優れた効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第６図は本発明の一実施例を示すものであり
、第１図は検出物体の検出状態で示す要部の斜視図、第
２図は要部の配置関係を示す正面図、第３図は全体の電
気的構成を示すブロック図、第４図は検出物体の検出状
態で示す要部の平面図、第５図は検出物体が光ビーム内
を横切るような検出状態で示す要部の平面図、第６図は
検出物体が光ビーム内を横切るような検出状態において
位置判定用のＰＳＤに結像するスポット光を示す該ＰＳ
Ｄの正面図である。また、第７図乃至第９図は従来例を
示すものであり、第７図は第４図相当図、第８図は第３
図相当図、第９図は検出物体が光ビーム丙を横切るよう
な検出状態で示す要部の平面図である。 図中、１はＬＥＤ　（投光素子）、４はＰＳＤ（位置検
出素子）、１０は検出物体、１５は位置判定手段、１６
はＰＳＤ　（受光素子）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、検出物体に対して光ビームを投射する投光素子と、
   前記検出物体での反射ビームをその検出物体との間の距
   離に応じた位置で受光すべく前記投光素子の側方にこれ
   と離間した状態で配置され上記受光位置を示す受光信号
   を出力する位置検出素子と、この位置検出素子からの受
   光信号に基づいて検出物体までの距離を演算するように
   した距離センサにおいて、前記投光素子の近傍に検出物
   体での反射ビームを受光するように配置された受光素子
   を有し、その受光状態に基づいて当該検出物体上に前記
   投光素子から投射される光ビームの両端が存在する検出
   適正状態にあるか否かを判定する位置判定手段を設けた
   ことを特徴とする距離センサ。