JPH05322559A - 光学式変位センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】受光手段での受光光量が不足していることや過
剰であるときに光量が異常であることを報知することが
できる光学式変位センサを提供する。 【構成】投光素子１１は物体の表面に点状の光パターン
を形成する。物体の表面での反射光は受光光学系１５を
通してＰＳＤよりなる位置センサ１４に入射する。位置
センサ１４の出力信号は信号処理部２１に入力されて物
体までの距離が求められる。信号処理部２１は、位置セ
ンサ１４の両出力信号の和が第１の閾値であるダークカ
ットレベル以下であるか、両出力信号のうちの少なくと
も一方が第２の閾値であるブライトカットレベル以上で
あると、光量異常信号を発生する。光量異常信号が発生
すると、測定結果が誤りであると判断できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体までの距離を三角
測量法を用いて非接触で計測する光学式変位センサに関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、ＦＡ（ファクトリーオートメ
ーション）等の分野においてロボットの視覚センサなど
に用いるために、三角測量法に基づいて光学的に距離を
測定する変位センサが提供されている。この種の変位セ
ンサは、光学的に距離を測定するから物体までの距離を
非接触で測定できるという利点がある。また、図１に示
すように、物体までの距離に関する情報を検出するセン
サヘッド１０と、センサヘッド１０で求めた情報に基づ
いて物体までの距離を演算したり物体までの距離に応じ
た各種判定を行うためのコントローラ２０とは別体に設
けられて接続線を介して接続されている。このようにセ
ンサヘッド１０とコントローラ２０とを分離した構成と
すれば、センサヘッド１０が小型化され、ロボット等に
組み込み易くなる。

【０００３】ところで、センサヘッド１０は、物体３に
光ビームを照射して点状の光パターンである投光スポッ
トを物体の表面に形成する投光手段１と、投光手段１か
ら照射された光ビームの物体３の表面での反射光を検出
する受光手段２とを備える。受光手段２では、入射光を
受光光学系１５に通して収束させることによって、ＰＳ
Ｄなどの位置センサ１４の受光面に投光スポットの像と
しての受光スポットを形成し、受光スポットの位置に対
応した一対の位置信号を出力する。すなわち、位置セン
サ１４は、受光スポットの位置に応じて比率が決まる電
流信号である一対の位置信号を発生するのであって、両
位置信号の関係に基づいて受光スポットの位置を検出す
れば、物体３までの距離を三角測量法に基づいて求める
ことができるのである。

【０００４】さらに具体的に説明する。投光手段１は、
半導体レーザ等の発光素子１１を備え、発光素子１１か
ら出力された光は投光光学系１２に通されることによっ
て光ビームを形成する。また、発光素子１１には、コン
トローラ２０に設けたクロック信号発生部２２から発生
するタイミングパルスが駆動回路１３を通して入力さ
れ、発光素子１１は変調された光をタイミングパルスに
同期して間欠的に出力する。

【０００５】一方、位置センサ１４から出力される一対
の位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、それぞれ電流−電圧変換回路
１６ａ，１６ｂを通して電圧信号に変換される。各電圧
信号は増幅手段である増幅器１７ａ，１７ｂを通してそ
れぞれ増幅された後に、コントローラ２０に出力され、
演算手段である信号処理部２１に入力されて物体までの
距離に対応した出力信号を発生する。コントローラ２０
は、信号処理部２１およびクロック信号発生部２２のほ
かに、測定結果を表示する表示器を備えるとともに距離
の測定に対する各種指示を信号処理部２１に与えるキー
スイッチを備える操作表示部２３と、外部回路に対して
測定結果を出力したり外部回路からの指示情報を入力す
るための端子部２４とを備える。

【０００６】ところで、位置センサ１４として用いるＰ
ＳＤは、ｐｉｎ構造を有して長手方向の両端に出力電極
を有する受光素子であり、受光面に集光された受光スポ
ットが照射されると高抵抗層であるｐ層が、受光スポッ
トの照射位置と各出力電極との距離に逆比例して分割さ
れ、各出力電極からは全電流Ｉを分割した出力電流であ
る位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ が取り出されるようになってい
る。すなわち、各出力電極から出力される位置信号
Ｉ₁ ，Ｉ₂ は、出力電極の間の全抵抗をＺｓとし、ｐ層
の分割比をＺ₁ ：Ｚ₂ とすれば、 Ｉ₁ ＝（Ｚ₂ ／Ｚｓ）・Ｉ … Ｉ₂ ＝（Ｚ₁ ／Ｚｓ）・Ｉ … になる。一方、図６に示すように、受光スポットが位置
センサ１４の受光面の中央に位置しているときの受光光
学系１５の中心から物体３までの距離をｒとし、物体３
までの距離がΔｒだけ大きくなったとする。このとき、
受光スポットの位置は図６の左方にΔｘだけ移動する。
位置センサ１４の受光面の有効長を２Ｌとすれば、 Ｚ₁ ：Ｚ₂ ＝（Ｌ−Δｘ）：（Ｌ＋Δｘ） … であるから、式と式により、 Ｉ₁ ／Ｉ₂ ＝（Ｌ−Δｘ）／（Ｌ＋Δｘ） が得られる。したがって、 （Ｉ₁ −Ｉ₂ ）／（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）＝Δｘ／Ｌ … になる。位置センサ１４の受光面の有効長２Ｌは一定で
あるから、位置信号Ｉ₁，Ｉ₂ に対応した増幅器１７
ａ，１７ｂの出力に基づいて信号処理部２１において
（Ｉ₁ −Ｉ₂ ）／（Ｉ₁ ＋Ｉ₂ ）に相当する値を求めれ
ば、受光スポットの位置を知ることができるのである。

【０００７】また、受光光学系１５の中心と位置センサ
１４との距離をｆ、投光光学系１２の光軸上で距離ｒの
位置の点と位置センサ１４の中心とを結ぶ直線が投光光
学系１２の光軸となす角度をθとすれば、次の関係が得
られる。 （ｒ／cos θ＋Δｒ・cos θ) ：ｆ＝（Δｒ・sin θ）：Δｘ ∴ Δｒ＝ｒ・Δｘ／（ｆ・sin θ−Δｘ・cos θ）・cos θ ＝ｂ・Δｘ／（ａ−Δｘ） … ただし、ａ＝ｆ・tan θ、ｂ＝ｒ／cos²θである。すな
わち、式によれば、Δｘを求めれば変位した距離Δｒ
を求めることができるのであって、式と式とに基づ
いて変位した距離Δｒを求めることができることがわか
る。要するに、距離（ｒ＋Δｒ）を正確に求めようとす
れば、変位量Δｘを正確に求めることが必要であって、
位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ が正しく与えられることが必要であ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、距離を測定
する対象となる物体には、金属のように表面に光沢を有
したものや表面が黒いものなどがあり、物体の種類によ
って拡散反射率が大きく異なるものであるから、位置セ
ンサ１４に入射する受光光量が物体の種類によって大幅
に変化することになる。したがって、受光光量が不足し
て位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の出力値が極端に小さくなると、
増幅器１７ａ，１７ｂの内部雑音と位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂
とが識別できなくなって測定誤差が大きくなったり、測
定ができななったりするという問題が生じる。一方、受
光光量が大きく位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂の出力値が極端に大
きい場合には、増幅器１７ａ、１７ｂの増幅度が一定で
あると、増幅器１７ａ，１７ｂの出力が飽和することに
なり、測定誤差が大きくなったり、測定ができなくなっ
たりするという問題が生じる。すなわち、位置センサ１
４での受光光量によっては、物体までの距離を正確に求
めることができないという問題が生じるのである。

【０００９】本発明は上記問題点の解決を目的とするも
のであり、受光手段での受光光量が不足していることや
過剰であるときに光量が異常であることを報知すること
によって、物体までの距離を正確に求めることができな
い状態であることを使用者に知らせることができるよう
にした光学式変位センサを提供しようとするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、上
記目的を達成するために、点状の光パターンである投光
スポットを物体の表面に照射する投光手段と、投光手段
から照射された光の物体表面での反射光を受光光学系に
通して収束させ投光スポットの像として形成された受光
スポットの位置に対応して出力値の比率が決まる一対の
位置信号を出力する受光手段と、各位置信号に基づいて
物体までの距離を演算する演算手段とを備えた光学式変
位センサにおいて、位置信号は受光光量の増加に伴って
出力値が増加する電気信号であって、両位置信号の出力
値の和に対する第１の閾値と各位置信号の出力値に対す
る第２の閾値とを設定した受光光量判定手段を設け、受
光光量判定手段は、両位置信号の出力値の和が第１の閾
値以下であるか、両位置信号の出力値のうちの少なくと
も一方が第２の閾値以上であるときに、誤測定が生じる
受光光量であることを示す光量異常信号を発生するので
ある。

【００１１】請求項２の発明では、請求項１の構成に加
えて、第１の閾値および第２の閾値を可変に設定する閾
値設定手段を備えている。請求項３の発明では、点状の
光パターンである投光スポットを物体の表面に照射する
投光手段と、投光手段から照射された光の物体表面での
反射光を受光光学系に通して収束させ投光スポットの像
として形成された受光スポットの位置に対応して出力値
の比率が決まる一対の位置信号を出力する受光手段と、
各位置信号に基づいて物体までの距離を演算する演算手
段とを備えた光学式変位センサにおいて、位置信号を増
幅し演算手段に入力する増幅度が可変に設定される増幅
手段を設け、位置信号は受光光量の増加に伴って出力値
が増加する電気信号であって、両位置信号の出力値の和
に対する第１の閾値と各位置信号の出力値に対する第２
の閾値とを設定した受光光量判定手段と、両位置信号の
出力値の和に対して第１の閾値よりも大きい第３の閾値
と各位置信号の出力値に対して第２の閾値よりも小さい
第４の閾値とを設定した受光レベル調節手段とを設け、
受光光量判定手段は、両位置信号の出力値の和が第１の
閾値以下であるか、両位置信号の出力値のうちの少なく
とも一方が第２の閾値以上であるときに、誤測定が生じ
る受光光量であることを示す光量異常信号を発生し、受
光レベル調節手段は、両位置信号の出力値の和が第３の
閾値以下であるか、両位置信号の出力値のうちの少なく
とも一方が第４の閾値以上であるときに、演算手段に入
力する信号のレベルの変動幅を小さくする方向に投光ス
ポットの照射光量と増幅手段の増幅度との少なくとも一
方を調節するのである。

【００１２】

【作用】請求項１の構成では、受光光量判定手段を設
け、位置センサから出力される両位置信号の出力値の和
が第１の閾値以下であると、距離を測定するための十分
な受光光量が得られていないと判定して光量異常信号を
発生する。また、受光光量判定手段は、位置センサから
出力される両位置信号のうちの少なくとも一方が第２の
閾値以上であると、不必要に大きい受光光量が得られて
いると判定して光量異常信号を発生する。すなわち、位
置センサでの受光光量が不足であったり過剰であったり
する場合には、光量異常信号を発生して誤測定が生じる
受光光量であることを報知するのである。すなわち、受
光光量の異常を使用者に報知することにより、距離の測
定結果が正しくないことを知らせることができるのであ
る。

【００１３】請求項２の構成では、物体の拡散反射率に
応じて第１の閾値および第２の閾値を調節できるように
しているのであって、拡散反射率に基づいて測距の対象
となる物体を識別することが可能になる。すなわち、目
的とする物体に対しては受光光量が正常になり、測定対
象から除去したい物体については受光光量が異常になる
ようにしておけば、目的とする物体についてのみ測定結
果を出力することが可能になるのである。

【００１４】請求項３の構成では、請求項１の構成に対
して、位置信号を増幅し演算手段に入力する増幅度が可
変に設定される増幅手段と、両位置信号の出力値の和に
対して第１の閾値よりも大きい第３の閾値と各位置信号
の出力値に対して第２の閾値よりも小さい第４の閾値と
を設定した受光レベル調節手段とを設けているのであっ
て、受光レベル調節手段は、両位置信号の出力値の和が
第３の閾値以下であるか、両位置信号の出力値のうちの
少なくとも一方が第４の閾値以上であるときに、演算手
段に入力する信号のレベルの変動幅を小さくする方向に
投光スポットの照射光量と増幅手段の増幅度との少なく
とも一方を調節するのである。すなわち、受光手段での
受光光量が極端に少ない場合には、位置信号を増幅して
も内部雑音によって信号対雑音比が小さくなって、物体
までの距離を正確に測定できなくなるから、投光スポッ
トの照射光量を増加させることによって対応し、物体ま
での距離を正確に測定するのである。また、受光手段で
の受光光量が多い場合には、投光スポットの照射光量を
減少させたり、位置信号の増幅度を低減したりすること
によって、演算手段への入力信号が飽和するのを防止す
ることができる。

【００１５】しかも、受光光量の過剰や不足に対して投
光スポットの照射光量や増幅手段の増幅度の調節の要否
を判定する閾値を光量異常信号が発生する閾値の内側に
設定しているから、光量異常信号が発生して物体までの
距離が測定できない状態になるよりも以前に演算手段へ
の入力レベルを調節することができ、距離の測定が行え
ない状態を少なくすることができるのである。とくに、
木質の物体の距離を測定するような場合には、木目の存
在によって場所ごとに拡散反射率が変化することになる
が、受光レベル調節手段によって演算手段への入力レベ
ルの変動幅を小さくするように調節しているので、光量
異常信号の発生頻度が減少して物体の全面について距離
の測定が可能になるのである。

【００１６】また、間欠的に距離を測定する構成とした
場合に、投光スポットの照射光量や増幅手段の増幅度を
調節すると、回路動作が安定するまでに一定の時間がか
かるから、所定回数の測定による位置信号の平均値に基
づいて演算手段への入力レベルを調節するのが望ましい
が、仮に、第１の閾値と第３の閾値および第２の閾値と
第４の閾値をそれぞれ同じ値に設定しているとすれば、
光量異常信号が発生した後に一定時間が経過してからで
なければ、演算手段への入力レベルが調節されず、距離
の測定が一定時間はできないことになる。これに対し
て、請求項３の構成では、第１の閾値よりも第３の閾値
を高く設定し、第２の閾値よりも第４の閾値を低く設定
しているから、測距ができない時間が短縮されることに
なる。

【００１７】

【実施例】本実施例の基本的な構成は図１に示した構成
と同様であって、信号処理部２１は、図２に示すように
構成されている。すなわち、信号処理部２１では、セン
サヘッド１０から出力された一対の信号をそれぞれ増幅
器３１ａ，３１ｂにより増幅し、検波回路３２ａ，３２
ｂによって検波した後、Ａ／Ｄ変換回路３３ａ，３３ｂ
を通してディジタル信号に変換する。増幅器３１ａ，３
１ｂは増幅度が可変であって、ゲイン設定回路３４を通
して増幅度が調節される。検波回路３２ａ，３２ｂは、
クロック信号発生部２１から出力されるタイミングパル
スに同期して受光した信号を検波する。Ａ／Ｄ変換回路
３３ａ，３３ｂによってディジタル信号に変換された信
号は、ＣＰＵ３５に入力される。ＣＰＵ３５はメモリ３
６に可能されたプログラムに基づいて動作し、従来の技
術の項において説明したような演算を行って物体までの
距離を求める。また、表示駆動回路３７およびキーセン
ス回路３８を通して接続されている操作表示部２３に対
して、求めた距離を出力して表示器に表示する。ここ
に、表示駆動回路３７は表示器を駆動する回路であっ
て、キーセンス回路３８はキースイッチの操作情報をＣ
ＰＵ３５に入力する回路である。ＣＰＵ３５で求めた距
離は、Ｄ／Ａ変換回路３９によりアナログ信号に変換さ
れた後に、端子部２４を介して外部回路に出力される。
また、端子部２４を介して入力される外部回路からの制
御情報は、制御入力回路４０を通してＣＰＵ３５に入力
される。ここにおいて、ＣＰＵ３５は、キーセンス回路
３８や制御入力回路４０を通して入力される情報やＡ／
Ｄ変換回路３３ａ，３３ｂより入力される情報に基づい
てゲイン設定回路３４を制御し、距離を測定する対象と
なる物体に対して増幅器３１ａ，３１ｂの増幅度を適正
に設定する。

【００１８】ところで、ＣＰＵ３５は、Ａ／Ｄ変換回路
３３ａ，３３ｂの出力値に基づいて以下のような動作を
行うようにプログラムが設定されている。すなわち、両
出力値の和に対する第１の閾値（以下、ダークカットレ
ベルと呼称する）と、各出力値に対する第２の閾値（以
下、ブライトカットレベルと呼称する）とが設定され、
両出力値の和がダークカットレベル以下であるか、少な
くとも一方の出力値がブライトカットレベル以上である
ときには、光量異常信号を発生して表示駆動回路３７を
通して表示器に光量が過剰または不足していることを表
示する。また、端子部２４に外部回路が接続されている
ときには、Ｄ／Ａ変換回路３９を通して外部回路に光量
異常信号を出力し、受光光量の過剰または不足が生じて
いることを外部回路に報知する。ここにおいて、端子部
２４には、光量が過剰である場合の光量異常信号に対応
する端子と、光量が不足している場合の光量異常信号に
対応する端子とが設けられている。ダークカットレベル
およびブライトカットレベルは、操作表示部２３に設け
たキースイッチの操作や制御入力回路４０を通して入力
される外部回路からの制御情報によって可変に設定する
ことができるようになっている。

【００１９】操作表示部２３は、図３に示すように、発
光ダイオードや液晶表示器を用いたセグメント式の表示
器２５と、押操作される複数個のキースイッチ２６ａ〜
２６ｇとを有した表示パネル２７を備える。表示器２５
は複数桁の数値を表示することができるように構成され
ている。キースイッチ２６ａ，２６ｂは、表示器２５に
表示されている数値を増減させるために設けられ、カー
ソルキーであるキースイッチ２６ｃ，２６ｄによって表
示器２５の所望の桁を選択した後に、キースイッチ２６
ａ，２６ｂを操作することによって、数値を増減させる
ことができるようになっている。また、キースイッチ２
６ｅ，２６ｆは、それぞれダークカットレベルとブライ
トカットレベルとのどちらを設定するかを指定するため
に設けられ、キースイッチ２６ｇは、モードを切り換え
るために設けられている。

【００２０】たとえば、ダークカットレベルを設定する
場合には、まず、キースイッチ２６ｅを押すと、現在の
受光光量がリアルタイムで表示器２５に表示される。受
光光量は、飽和するレベルを１００％として、百分率に
よって表示される。この状態で、キースイッチ２６ｇを
押すと設定モードに移行するから、キースイッチ２６ａ
〜２６ｄを用いてダークカットレベルを設定する。設定
後は、キースイッチ２６ｇを再度押せば所望のダークカ
ットレベルが確定して、測定モードに移行するのであ
る。ブライトカットレベルの設定の際には、最初にキー
スイッチ２６ｆを押す点が異なるだけであって、他の操
作は同じである。

【００２１】上述した構成によれば、位置センサ１４か
らの位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の出力値の和がダークカットレ
ベルに相当する値よりも大きく、しかも、両位置信号Ｉ
₁ ，Ｉ₂ の出力値がそれぞれブライトカットレベルに相
当する値よりも小さいという条件が満たされているとき
に、対象物体までの距離が正確に測定されていると判断
するのである。上記条件が満たされていない場合には、
対象物体までの距離が正確に測定されていないものとし
て報知する。

【００２２】たとえば、図４に示すような回転軸４の表
面との距離を測定する場合について説明する。この回転
軸４の周面の一所には他の部分に比較して拡散反射率が
極端に小さい材質の部材４ａが設けられているものとす
る。ここで、増幅器３１ａ，３１ｂの増幅度は、回転軸
４からの反射光によって距離の測定に適した出力値が増
幅器３１ａ，３１ｂから得られる程度に設定されている
ものとする。また、ダークカットレベルは、部材４ａか
らの反射光に対応する両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の出力値の
和に対応したレベルよりも高く設定しておく。たとえ
ば、回転軸４からの反射光に対する受光光量が飽和する
受光光量の７０％であって、部材４ａからの反射光に対
する受光光量が２０％であるとすれば、ダークカットレ
ベルは２０〜７０％の間（たとえば、４０％）に設定す
ればよい。この場合、ブライトカットレベルは７０％よ
りも高く設定しておくのはいうまでもない。このような
条件で回転軸４までの距離を測定すると、回転軸４に対
しては正確に距離を測定することができるが、部材４ａ
に対しては両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の出力値の和に対応す
るレベルがダークカットレベル以下になるから、ＣＰＵ
３５から光量異常信号が出力され、光量不足が表示器２
５に表示されるとともに端子部２４を通して外部回路に
報知される。

【００２３】一方、回転軸４については距離の測定を行
わずに部材４ａについて距離を測定する場合には、部材
４ａからの反射光に対応するように増幅器３１ａ，３１
ｂの増幅度を設定する。加えて、回転軸４からの反射光
を受光する際の位置信号Ｉ₁，Ｉ₂ の出力値の和の２分
の１に対するレベルよりもブライトカットレベルを低く
設定しておく。また、ダークカットレベルは、部材４ａ
の反射光に対する両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の和に対応する
レベルよりも低く設定しておくことはもちろんのことで
ある。この条件で回転軸４までの距離を測定すると、回
転軸４に対しては両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の少なくとも一
方の出力値に対するレベルがブライトカットレベルを越
えるから、ＣＰＵ３５から光量異常信号が出力され、光
量過剰が表示器２５に表示されるとともに端子部２４を
通して外部回路に報知される。また、部材４ａに対して
は両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ のいずれもがブライトカットレ
ベルを越えることはないから、部材４ａまでの距離を正
確に測定することができるのである。

【００２４】（実施例２）本実施例では、実施例１と同
様に、投光素子１１を間欠的に発光させているものとす
る。また、ＣＰＵ３５およびメモリ３６によって、位置
信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の信号レベルを判定して、駆動回路１３
での減衰率を調節したり、増幅器３１ａ，３１ｂの増幅
度を調節したりする受光レベル調節手段が構成されてい
るものとする。すなわち、受光レベル調節手段は、両位
置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の和が第３の閾値（以下、調節用ダー
クレベルと呼称する）であるときや、各位置信号Ｉ₁ ，
Ｉ₂の少なくとも一方が第４の閾値（以下、調節用ブラ
イトレベルと呼称する）であるときに、投光スポットの
照射光量や増幅器３１ａ，３１ｂの増幅度を複数段階に
調節することによって、Ａ／Ｄ変換回路３３ａ，３３ｂ
の出力値の変動幅を小さくするように制御するのであ
る。受光レベル調節手段では、距離を複数回（たとえ
ば、３２回）測定した際の位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の平均値
に基づいて、投光スポットの照射光量や増幅器３１ａ，
３１ｂの増幅度を調節する必要があるかどうかを判定す
る。すなわち、両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の和の平均値が調
節用ダークレベル以下になると、投光素子１１の発光輝
度を高めるように駆動回路１３を制御し（増幅回路３１
ａ，３１ｂの増幅度を増加させてもよい）、少なくとも
一方の位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の平均値が調節用ブライトレ
ベル以上になると、増幅度３１ａ，３１ｂの増幅度を低
減させるのである（投光素子１１の発光輝度を低減させ
てもよい）。

【００２５】調節用ダークレベルはダークカットレベル
よりも高く設定されており、調節用ブライトレベルはブ
ライトカットレベルよりも高く設定される。したがっ
て、位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の出力値が徐々に変化するよう
な場合には、調節用ダークレベルを通過してからダーク
カットレベルに達し、調節用ブライトレベルを通過して
からブライトカットレベルに達することになる。その結
果、複数回の測定に対する位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の平均値
に基づいて投光スポットの照射光量や増幅器３１ａ，３
１ｂの増幅度を調節しているにもかかわらず、光量異常
信号が発生する頻度が少なくなり、距離の測定ができな
くなる時間が短くなるのである。

【００２６】次に、距離を測定する対象が、図５のよう
に、木目を有した木質材５である場合を例示して動作を
説明する。木質材５では木目の存在によって色の濃淡が
生じており、木質材５を移動させながら距離を測定する
と、受光光量が変化することになる。ただし、木質材５
の移動速度を適宜設定することによって、１回の測距に
要する時間に比較して木質材５の移動距離が十分に短く
なるように設定してある。

【００２７】いま、ダークカットレベルを両位置信号Ｉ
₁ ，Ｉ₂ の和の最大値の１０％と設定し、ブライトカッ
トレベルを両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ のうちの一方の最大値
の９５％に設定しているものとする。この場合、調節用
ダークレベルは、たとえば両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ の和の
最大値の２０％などと設定することができ、調節用ブラ
イトレベルは両位置信号Ｉ₁ ，Ｉ₂ のうちの一方の最大
値の８０％などと設定することができる。受光光量が徐
々に減少して信号レベルが調節用ダークレベル以下にな
った場合には、その後、所定回数（たとえば、３２回）
の測距を行う間に、信号レベルがダークカットレベル以
下にならなければ、光量異常信号が発生する前に、投光
素子１１の発光輝度や増幅回路３１ａ，３１ｂの増幅度
を大きくすることができる。また、所定回数の測距の間
にダークカットレベルに達したとしても、調節用ダーク
レベル以下になった後に複数回の測距が行われているか
ら、調節用ダークレベルとダークカットレベルとが等し
く設定されている場合に比較すれば、測距ができなくな
る時間は短縮されることになる。

【００２８】一方、受光光量が徐々に増加して信号レベ
ルが調節用ブライトレベル以上になった場合には、その
後、所定回数（たとえば、３２回）の測距を行う間に、
信号レベルがブライトカットレベル以上にならなけれ
ば、光量異常信号が発生する前に、投光素子１１の発光
輝度や増幅回路３１ａ，３１ｂの増幅度を小さくするこ
とができる。また、所定回数の測距の間にブライトカッ
トレベルに達したとしても、調節用ブライトレベルとブ
ライトカットレベルとを等しく設定している場合に比較
すれば、測距ができなくなる時間は短縮される。他の構
成および動作は実施例１と同様であるから説明を省略す
る。

【００２９】

【発明の効果】請求項１の発明は、受光光量判定手段を
設け、位置センサから出力される両位置信号の出力値の
和が第１の閾値以下であると、距離を測定するための十
分な受光光量が得られていないと判定して光量異常信号
を発生し、位置センサから出力される両位置信号のうち
の少なくとも一方が第２の閾値以上であると、不必要に
大きい受光光量が得られていると判定して光量異常信号
を発生するので、位置センサでの受光光量が不足であっ
たり過剰であったりする場合には、光量異常信号を発生
して誤測定が生じる受光光量であることを報知すること
ができ、距離の測定結果が正しくないことを使用者に知
らせてることができるという利点を有するのである。

【００３０】請求項２の発明は、物体の拡散反射率に応
じて第１の閾値および第２の閾値を調節できるようにし
ているのであって、拡散反射率に基づいて測距の対象と
なる物体を識別することが可能になるという利点があ
る。請求項３の発明は、両位置信号の出力値の和に対し
て第１の閾値よりも大きい第３の閾値と各位置信号の出
力値に対して第２の閾値よりも小さい第４の閾値とを設
定した受光レベル調節手段とを設けているのであって、
受光レベル調節手段は、両位置信号の出力値の和が第３
の閾値以下であるか、両位置信号の出力値のうちの少な
くとも一方が第４の閾値以上であるときに、演算手段に
入力する信号のレベルの変動幅を小さくする方向に投光
スポットの照射光量と増幅手段の増幅度との少なくとも
一方を調節するので、受光手段での受光光量が極端に少
ない場合には、投光スポットの照射光量や増幅手段の増
幅度を増加させることによって対応し、受光手段での受
光光量が多い場合には、投光スポットの照射光量や増幅
手段の増幅度を低減したりすることによって対応するこ
とができ、結果的に、測距が不能になる頻度を低減でき
るという利点がある。しかも、受光光量の過剰や不足に
対して投光スポットの照射光量や増幅手段の増幅度の調
節の要否を判定する閾値を光量異常信号が発生する閾値
の内側に設定しているから、光量異常信号が発生して物
体までの距離が測定できない状態になるよりも以前に演
算手段への入力レベルを調節することができ、距離の測
定が行えない状態を少なくすることができるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例を示すブロック回路図である。

【図２】実施例に用いる信号処理部のブロック回路図で
ある。

【図３】実施例に用いる操作表示部の正面図である。

【図４】実施例１の使用状態を示す説明図である。

【図５】実施例２の使用状態を示す説明図である。

【図６】本発明に係る光学式変位センサの動作原理を示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 投光手段 ２ 受光手段 １１ 投光素子 １２ 投光光学系 １３ 駆動回路 １４ 位置センサ １５ 受光光学系 ２１ 信号処理部 ２５ 表示器 ２６ａ キースイッチ ２６ｂ キースイッチ ２６ｃ キースイッチ ２６ｄ キースイッチ ２６ｅ キースイッチ ２６ｆ キースイッチ ２６ｇ キースイッチ ２７ 表示パネル ３１ａ 増幅器 ３１ｂ 増幅器 ３４ ゲイン設定回路 ３５ ＣＰＵ ３６ メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 義彦 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 点状の光パターンである投光スポットを
   物体の表面に照射する投光手段と、投光手段から照射さ
   れた光の物体表面での反射光を受光光学系に通して収束
   させ投光スポットの像として形成された受光スポットの
   位置に対応して出力値の比率が決まる一対の位置信号を
   出力する受光手段と、各位置信号に基づいて物体までの
   距離を演算する演算手段とを備えた光学式変位センサに
   おいて、位置信号は受光光量の増加に伴って出力値が増
   加する電気信号であって、両位置信号の出力値の和に対
   する第１の閾値と各位置信号の出力値に対する第２の閾
   値とを設定した受光光量判定手段を設け、受光光量判定
   手段は、両位置信号の出力値の和が第１の閾値以下であ
   るか、両位置信号の出力値のうちの少なくとも一方が第
   ２の閾値以上であるときに、誤測定が生じる受光光量で
   あることを示す光量異常信号を発生することを特徴とす
   る光学式変位センサ。
2. 【請求項２】 第１の閾値および第２の閾値を可変に設
   定する閾値設定手段を備えて成ることを特徴とする請求
   項１記載の光学式変位センサ。
3. 【請求項３】 点状の光パターンである投光スポットを
   物体の表面に照射する投光手段と、投光手段から照射さ
   れた光の物体表面での反射光を受光光学系に通して収束
   させ投光スポットの像として形成された受光スポットの
   位置に対応して出力値の比率が決まる一対の位置信号を
   出力する受光手段と、各位置信号に基づいて物体までの
   距離を演算する演算手段とを備えた光学式変位センサに
   おいて、位置信号を増幅し演算手段に入力する増幅度が
   可変に設定される増幅手段を設け、位置信号は受光光量
   の増加に伴って出力値が増加する電気信号であって、両
   位置信号の出力値の和に対する第１の閾値と各位置信号
   の出力値に対する第２の閾値とを設定した受光光量判定
   手段と、両位置信号の出力値の和に対して第１の閾値よ
   りも大きい第３の閾値と各位置信号の出力値に対して第
   ２の閾値よりも小さい第４の閾値とを設定した受光レベ
   ル調節手段とを設け、受光光量判定手段は、両位置信号
   の出力値の和が第１の閾値以下であるか、両位置信号の
   出力値のうちの少なくとも一方が第２の閾値以上である
   ときに、誤測定が生じる受光光量であることを示す光量
   異常信号を発生し、受光レベル調節手段は、両位置信号
   の出力値の和が第３の閾値以下であるか、両位置信号の
   出力値のうちの少なくとも一方が第４の閾値以上である
   ときに、演算手段に入力する信号のレベルの変動幅を小
   さくする方向に投光スポットの照射光量と増幅手段の増
   幅度との少なくとも一方を調節することを特徴とする光
   学式変位センサ。