JPH0230790Y2

JPH0230790Y2 -

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Publication number: JPH0230790Y2
Application number: JP1984123996U
Authority: JP
Priority date: 1984-08-15
Filing date: 1984-08-15
Publication date: 1990-08-20
Also published as: JPS6065689U

Description

【考案の詳細な説明】この考案は光線を用いた物体感知装置に関する
ものである。

赤外線を用いたこの種物体感知装置としては、
従来第１図に示すようなものがある。すなわち、
例えば赤外線を発する送光部１からの赤外線を物
体３に当て、その反射光を受光部２により受信検
知することにより、物体３の存在を知るものであ
る。

送光部１は、赤外線を発生させる発光素子例え
ば発光ダイオード（LED）４、レンズ構成の光
学系５及び発光ダイオード４からの赤外線の出力
を振幅変調する発振器例えばマルチバイブレータ
で構成される方形波発振器６により構成されてい
る。また、受光部２は、レンズ構成の光学系７、
赤外線を受光し電気信号に変換する受光素子例え
ばフオトダイオードPD８、送光部１の変調周波
数成分のみを取り出すための帯域通過波器
（BPF）９、及び交流増幅器１０により構成され
ている。なお、１１は検知信号の出力端子であ
る。

次に、この物体感知装置の動作を説明する。ま
ず、発振器６により例えば第２図に示すような繰
り返し周波数なる方形波を発生させ、この出力
により発光ダイオード４を駆動させる。従つて、
発光ダイオード４の出力は周波数なる断続（変
調）光となる。この変調体は光学系５を介して空
間へ放射される。この放射された赤外線の進路に
例えば物体３が置かれると、赤外線の一部が反射
され、受光部２に至る。受光部２においては、こ
の赤外線は光学系７により集光された後、フオト
ダイオード８により検波され電気信号（周波数
なる方形波）に変換される。このフオトダイオー
ド８の出力は帯域通過波器９により不要信号
（ノイズ）が除去された後、交流増幅器１０によ
り適当なレベルに増幅され出力端子１１より物体
存在の検知信号として取り出される。しかして、
この信号により、アラーム機器、例えばベル、ス
ピーカ等が駆動し報知するものである。

一方、物体３が存在しないときは、反射光がな
いので受光部２には入射光がなく、入力信号はな
い。従つて、出力端子１１からは何の信号も出力
されない。このように、出力信号の有無によつて
物体３の有無を検出することができるものであ
る。

しかしながら、現実にはこの感知装置の設置場
所、例えば住宅の玄関の周辺には螢光灯などの街
灯がある場合が多く、この螢光灯の光が入射して
この感知装置の動作を不能にしたり、あるいは誤
動作させたりする。すなわち、これら螢光灯など
の光に、例えばその電源電圧の変化等によりこの
感知装置の変調周波数なる成分が含まれると、
感知装置が動作してしまう。そして、この光が強
すぎると感知装置は飽和状態となり、物体３の有
無を検出することができなくなつてしまう。

さらに、この感知装置の設置上避けることので
きない例えば電柱のような物体が存在する場合
で、この物体からの反射量が大きく、これによつ
て受光部が飽和状態又はそれに近い状態になつて
いる場合には、検出したい物体が出現してもこれ
を検出することができない。

このように従来の物体感知装置では、外来光に
よつて誤動作を起こしたり、動作不能になつたり
する欠点があつた。

この考案は上記実情に鑑みてなされたもので、
その目的は、不要な外来光の影響を防止し得る信
頼性の高い物体感知装置を提供することにある。

この考案は、従来の装置の受光部にゲート回路
を設け、このゲート回路を送光部の変調用発振器
の出力でゲート動作させることにより、物体の移
動すなわち感知装置と物体の距離の変化を以つて
移動物体の存在を検知するものである。

以下、図面を参照してこの考案の一実施例を説
明する。第３図において、２１は光線例えば赤外
線を発生する送光部、２２はこの赤外線の物体２
３からの反射光を受光する受光部である。送光部
２１は従来例と同様に、発光素子例えば発光ダイ
オード２４、レンズ構成の光学系２５及び赤外線
出力を振幅変調する発振器例えば方形波発振器２
６により構成されている。また、受光部２２は、
レンズ構成の光学系２７、受光した赤外線を電気
信号に変換する受光素子例えばフオトダイオード
（PD）２８、送光部２１の変調周波数成分のみを
取り出すための帯域通過波器（BPF）２９、
交流増幅器３０、送光部２１の発振器２６からの
出力によりその入出力間をオン・オフするゲート
回路３１、物体２３の移動に十分応答する時定数
を有し、ゲート回路３１の出力を積分する積分回
路３２、この積分回路３２の出力の直流成分を遮
断するコンデンサ３３、及び交流増幅器３４によ
り構成されている。なお、３５は検知信号の出力
端子である。

次に、この物体感知装置の動作を説明する。第
４図Ａは発振器２６の出力波形であり、この場合
振幅v₀、繰り返し周波数なる方形波である。第
４図Ｂは送光部２１からの信号が物体２３，２
３′により反射され、受光部２２で受信されたと
きの帯域通過波器２９の出力側の波形、第４図
Ｃは同じくゲート回路３１の出力側の波形、第４
図Ｄは受信信号が強すぎて、その振幅が飽和して
いる場合のゲート回路３１の出力波形である。

まず、発振器２６により、第４図Ａのような方
形波で、発光ダイオード２４を駆動すると、発光
ダイオード２４から断続波、つまり方形波状に変
調された赤外線が出力される。この赤外線出力は
光学系２５により集光され、光線（ビーム）とし
て空間に送光される。この送光部２１からの赤外
線の光は、物体２３が存在する場合は、これによ
り反射されてその一部が受光部２２に帰つて来
る。受光部２２において、この光は光学系２７に
より集光され効率よくフオトダイオード２８に送
られる。フオトダイオード２８では、この光の信
号を検波し電気信号に変換する。この電気信号
は、送光部１の変調波形すなわち発振器２６の出
力波形と同じく第４図Ａのような方形波となる。
この信号をe₀とする。この信号e₀は、変調周波数
と同じ通過周波数を持つ帯域通過波器２９を
通り、第４図Ｂに示すような正弦波状の信号e₁，
e₁′となる。ここで、実線で示した信号e₁は物体
２３によるものであり、点線で示した信号e₁′は
物体２３′によるものである。以下e₂，e₂′…等に
ついても同様である。すなわちe₁，e₁′には物体
２３と物体２３′との間隔Ｌに相当する分だけ受
信信号に時間遅れΔ_tが生じている。一方、前述
したようにゲート回路３１は発振器２６の出力、
すなわち変調波と同じ波形（方形波）でゲートさ
れているので、第４図Ａの時間表示のようにt₁−
t₂，t₃−t₄…は信号通過、t₂−t₃，t₄−t₅…は信号
不通過なる動作をする。従つて、このゲート回路
３１の出力信号は、t₁−t₂，t₃−t₄…間にのみ現
われる。すなわち、第４図Ｃのe₂，e₂′のように
なる。この信号e₂，e₂′は積分回路３２で積分処
理され、e₂に対してはv₂，e₂′についてはv₂′のよ
うな直流電圧となる。すなわち、物体２３が距離
Ｌだけ移動して物体２３′の位置迄変化すること
により、受信信号の積分回路３１の出力電圧はv₂
からv₂′迄変化することになるので、この電圧の
変化Δv₂を検出することによつて、物体２３の存
在を検知することができる。例えば、物体２３が
人間の場合、積分回路３２の時定数を人間の動き
に応答するように選んでおく、電圧v₂，v₂′の変
化Δv₂はコンデンンサ３３を介して交流増幅器３
４に導かれて必要なレベルに増幅される。この増
幅された信号は、出力端子３５を介してベルやス
ピーカ等を駆動し報知することができる。

以上のようにこの考案においては、物体２３の
移動距離、すなわち位置的変化による受信信号の
時間差によつても検知できるようにしているの
で、受信信号が強すぎて受信機が飽和状態となつ
た場合でも、物体の検知ができる。すなわち、第
４図Ｄにおいて、ゲート回路３１は電圧E₀を以
て飽和するものとすると、物体２３からの受信信
号は、ゲート回路３１の出力側ではe₃のようにE₀
でスライスされた波形となる。一方、e₃′も同様
にスライスされた波形となるが、e₃に対してΔ_tだ
け時間遅れがあるため、ほぼ点線で示したように
なり、その有効波形面積は斜線で示したようにな
りe₃より小さくなる。従つて、これらの信号e₃，
e₃′なる電圧を積分すると、v₃，v₃′のようになり、
Δv₃なる差を生ずる。すなわち、受信信号が強す
ぎて受信機がその振幅において飽和しても、物体
２３が、例えば物体２３′の位置に移動すること
により、つまりは物体が動くことによりこれを電
圧の変化として検知することができる。一例とし
て、いま変調周波数を＝100KHzとし、物体２
３の移動距離をＬ＝３ｍとすると、受信信号e₁と
e₁′の行路差は2L＝６ｍとなり、これによる時間
差はΔ_t≒20nsとなる。第４図Ｄのe₃，e₃′は台形
状をなしているが、これを方形波として近似的に
e₃，e₃′のデユーテイを計算すると、＝100KHz
故t₃−t₁＝10μs＝10000nsとなり、e₃に対しては
0.5，e₃′に対しては、 5000ns−20ns／10000ns＝0.498となる。

従つて、こららを積分した電圧v₃，v₃′は、v₃
＝1vとすればv₃′＝0.996Vとなる。つまり4mVの
変化となり、これを利得60dBの交流増幅器34で
増幅すると、4Vとなる。これは報知信号として
十分な値である。

次に、この装置の設置場所に避けることのでき
ない反射物体があり、この物体よりの反射光が、
受光部２２に入射している場合について説明す
る。

第５図において、４１はこの装置の設置上どう
しても避けることのできない物体で、例えば電柱
のようなものであり、これによる反射光が受光部
２２に入射し、その信号が大きく受光部２２のゲ
ート回路３１において飽和しているものとする。
このような状態で、検出したい物体２３が出現し
ても、従来の装置ではこれを検出することができ
なかつた。しかしながら、この考案の装置では、
この物体２３の検出ができる。すなわち、第６図
Ａにおいて、e₄は物体４１からの反射信号で、フ
オトダイオード２８の入力または出力信号で、こ
れは方形波である。第６図Ｂに示すe₅は物体２３
からの反射信号で、やはり方形波である。一般
に、e₄とe₅は、物体の大きさまたは位置が異なる
ため、その振幅、位相共に相違している。第５
図、第６図では、振幅においてe₅はe₄の80％、物
体２３と物体４１はL₂だけ距離の差があるので、
Δt₁だけe₄に対してe₅が時間的に遅れている。す
なわち、Δt₁の位相差を有している。このe₄とe₅
を合成すると、第６図Ｃのe₆のようなブロツク積
み上げ状の波形となる。このe₆の信号は帯域通過
波器２９を通過すると、e₆′、すなわち同図の
点線で示すようないわゆる正弦波状の信号とな
る。一方、物体４１からの反射信号e₆は、帯域通
過波器２９を通ると第６図Ａの点線で示すよう
なe₄′となりやはり正弦波となるが、この信号
e₄′と信号e₆′はΔt₂の位相差を持つている。

しかるに、前述したように、e₄′，e₆′共に振幅
的に飽和状態となつていても両者の間に位相差が
あれば、物体２３を検知することができる。この
ことは、第４図Ｄにおいて、e₃にe₄′を、また
e₃′にe₆′を対応させることによつて容易に理解で
きるものである。

以上のようにこの考案によれば、従来の装置の
受光部にゲート回路を設け、これを送光部の変調
波で動作させ、受信信号の出力制御を行い、さら
にこの出力を積分回路により積分する構成として
ので、物体の移動を受信機において電圧の変化と
して検知できる。

すなわち、この感知装置の検知範囲を広げるた
め、送信出力を上げ、受信感度を上げた場合、よ
り遠くの物体を検知できることは勿論のこと、よ
り近くの物体つまり受信信号が強すぎて受信機が
その振幅において飽和状態となつても、その物体
が位置的に変化すると検知することができる。

これにより、装置の設置上避けることのできな
い反射物体が存在していても、その影響を受ける
ことなく、所望の物体を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の物体感知装置の構成を示すブロ
ツク図、第２図は同物体感知装置における発振器
の出力波形図、第３図はこの考案の一実施例に係
る物体感知装置の構成を示すブロツク図、第４図
Ａ〜Ｄはそれぞれ同物体感知装置の動作を説明す
るための波形図、第５図は同物体感知装置の他の
動作を説明するためのブロツク図、第６図Ａ〜Ｃ
は同じく波形図である。２１……送光部、２２……受光部、２３，２
３′……物体、２４……発光ダイオード、２５，
２７……光学系、２６……発振器、２８……フオ
トダイオード、２９……帯域通過波器、３０…
…交流増幅器、３１……ゲート回路、３２……積
分回路、３３……コンデンサ、３４……交流増幅
器、３５……出力端子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

光線を発生させる発光素子、この発光素子を変
調駆動する発振器及び前記光線を集光し空間に送
光する光学系を有する送光部と、前記光線の物体
からの反射光を集光する光学系、この光学系で受
光された光信号を電気信号に変換する受光素子、
この受光素子の出力のうち前記発振器による変調
成分を取出す帯域通過波器、この帯域通過波
器の出力を増幅する増幅器、この増幅器の出力を
前記発振器の出力信号と移動物体の動き（位置変
化）により生じる同物体の反射光線による電気信
号との移相差を検出するように出力制御するゲー
ト回路、このゲート回路の出力を積分する積分回
路及びこの積分回路の直流分を阻止するコンデン
サを有する受光部とを具備し、移動物体の動きに
より生じる同物体からの反射光線の前記電気信号
との移相差の変化により移動物体を検知するよう
にしたことを特徴とする物体感知装置。