(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、
前記投光手段は、投光ビームを検出域に出射するものであり、
前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、
前記信号処理手段は、
前記受光素子上の受光スポットが所定の幅を越える場合にその受光スポットの受光レベルがピークとなる受光素子上のピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、
前記ピーク位置算出手段によって得られる前記受光素子上のピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有するものであることを特徴とする光式センサ。
【請求項２】
投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、
前記投光手段は、投光ビームを検出域に出射するものであり、
前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、
前記信号処理手段は、
前記受光素子の各画素の受光レベルを所定方向に順次走査し、受光レベルが所定の閾値を越える受光スポットの画素から受光レベルのピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、
前記受光素子の各画素の受光レベルを順次走査し、受光レベルが所定の閾値以下となったときにその受光スポットが所定以上の幅かどうかを判別し、所定以上の幅であるときに前記ピーク位置算出手段によって得られるピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有するものであることを特徴とする光式センサ。
【請求項３】
投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、所定の測定距離範囲にある検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、
前記投光手段は、投光ビームを測定距離範囲と光式センサとの間で集束させて投光ビームを検出域に出射するものであり、
前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、
前記信号処理手段は、
前記受光素子上の受光スポットが所定の幅を越える場合にその受光スポットの受光レベルがピークとなる受光素子上のピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、
前記ピーク位置算出手段によって得られる前記受光素子上のピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有するものであることを特徴とする光式センサ。
【請求項４】
投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、所定の測定距離範囲にある検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、
前記投光手段は、投光ビームを測定距離範囲と光式センサとの間で集束させて投光ビームを検出域に出射するものであり、
前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、
前記信号処理手段は、
前記受光素子の各画素の受光レベルを所定方向に順次走査し、受光レベルが所定の閾値を越える受光スポットの画素から受光レベルのピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、
前記受光素子の各画素の受光レベルを順次走査し、受光レベルが所定の閾値以下となったときにその受光スポットが所定以上の幅かどうかを判別し、所定以上の幅であるときに前記ピーク位置算出手段によって得られるピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有するものであることを特徴とする光式センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は検知領域に存在する物体に向けて光を出射し、その反射光を受光することによって物体までの距離や物体の段差や厚さ等を測定するようにした光式センサに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来物体までの距離を検出する光式変位センサにおいては受光素子にＰＳＤやＣＣＤが用いられている。ＣＣＤを用いた光式センサは投光ビームを物体検知領域に向けて照射し、その反射光を１次元又は２次元のＣＣＤ等の受光素子で受光する。そうすれば図１９（ａ）に示すように受光位置に応じて受光レベルが変化するため、受光レベルがピークとなる受光位置（以下、ピーク位置という）に基づいて物体までの距離を算出している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなＣＣＤを受光素子として用いた光式センサにおいて、図１９（ｂ）に示すように受光レベルに外乱等が生じて電気的又は光学的にノイズが発生した場合に、異なった位置を誤ってピーク位置と判断してしまう可能性があった。そこで幅の狭いノイズを除くためにピーク検出前に信号を平滑化することも考えられる。しかしながら平滑処理を行えば、ピーク位置を正確に判別することができなくなったり、平滑化により回路規模が大きくなったり、又はソフトウェアで実現する場合に信号処理に時間がかかるという欠点があった。
【０００４】
本発明はこのような従来の光式センサの問題点に着目してなされたものであって、ノイズによる影響をなくし、ピーク位置を正確に検出できるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本願の請求項１の発明は、投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、前記投光手段は、投光ビームを検出域に出射するものであり、前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、前記信号処理手段は、前記受光素子上の受光スポットが所定の幅を越える場合にその受光スポットの受光レベルがピークとなる受光素子上のピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、前記ピーク位置算出手段によって得られる前記受光素子上のピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有するものであることを特徴とするものである。
【０００６】
ここでピーク位置算出手段は受光素子上の受光レベルに所定の閾値を設定し、これを越えるレベルが得られる画素群から受光レベルがピークとなる画素の位置を算出するものである。
【０００７】
ここで受光スポットとは受光量のピーク周辺の領域であり、受光スポットの大きさは、その受光スポットの面積や幅として表される。面積や幅は受光素子上の隣接する画素の数として示すことができる。ピーク位置算出手段には、受光素子の各画素の受光レベルを所定の閾値で二値化する二値化部と、二値化部で設定された閾値レベルを越える受光量の隣接する画素数を計数する明部カウンタを設け、明部カウンタの計数値が所定値を越える場合にピーク位置の算出処理を開始するようにしてもよい。
【０００８】
本願の請求項２の発明は、投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、前記投光手段は、投光ビームを検出域に出射するものであり、前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、前記信号処理手段は、前記受光素子の各画素の受光レベルを所定方向に順次走査し、受光レベルが所定の閾値を越える受光スポットの画素から受光レベルのピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、前記受光素子の各画素の受光レベルを順次走査し、受光レベルが所定の閾値以下となったときにその受光スポットが所定以上の幅かどうかを判別し、所定以上の幅であるときに前記ピーク位置算出手段によって得られるピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有することを特徴とするものである。
【０００９】
ここでピーク位置算出手段は閾値より低いレベルから閾値を越えて変化する受光素子上の位置と閾値より高い状態から低い状態に変化する受光素子上の位置を保持しておき、その差が所定値を越える場合に既に算出したピーク位置を有効と判別するようにしてもよく、その場合にピーク位置の検出を開始してもよい。又閾値を越えた場合に計数を開始し、受光素子の画素を順次走査する毎に計数を行い、受光レベルが閾値より低下したときその計数値が所定の値を越えている場合に、既に算出したピーク位置を有効とするようにしてもよく、その場合にピーク位置の検出を開始してもよい。
【００１０】
本願の請求項３の発明は、投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、所定の測定距離範囲にある検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、前記投光手段は、投光ビームを測定距離範囲と光式センサとの間で集束させて投光ビームを検出域に出射するものであり、前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、前記信号処理手段は、前記受光素子上の受光スポットが所定の幅を越える場合にその受光スポットの受光レベルがピークとなる受光素子上のピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、前記ピーク位置算出手段によって得られる前記受光素子上のピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有することを特徴とするものである。
【００１１】
本願の請求項４の発明は、投光手段と受光手段及び信号処理手段を備え、所定の測定距離範囲にある検出物体からの距離関連情報を得る光式センサであって、前記投光手段は、投光ビームを測定距離範囲と光式センサとの間で集束させて投光ビームを検出域に出射するものであり、前記受光手段は、画素の集合で構成された受光素子と、前記検出域からの反射光を前記受光素子に集光する集光手段と、を有するものであり、前記信号処理手段は、前記受光素子の各画素の受光レベルを所定方向に順次走査し、受光レベルが所定の閾値を越える受光スポットの画素から受光レベルのピーク位置を算出するピーク位置算出手段と、前記受光素子の各画素の受光レベルを順次走査し、受光レベルが所定の閾値以下となったときにその受光スポットが所定以上の幅かどうかを判別し、所定以上の幅であるときに前記ピーク位置算出手段によって得られるピーク位置に基づいて検出物体までの距離関連情報を得る距離情報検出部と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
更に請求項３，４においては、距離関連情報を得る測定距離範囲が所定範囲に定められている場合には、投光手段より出射する投光ビームを測定距離範囲の最も近い位置と光式センサとの間の位置に集束するようにしている。この場合には検出物体までの距離にかかわらず受光素子の受光面上で得られる受光レベルのピーク値や幅がそれほど変化しない。そのため閾値を高くしてノイズの影響を少なくして正確なピーク位置及び距離関連情報を得ることができる。又投光ビームは断面が円形等のビームであってもよく、一定方向に偏平なスリット状のビームであってもよい。スリットビームの場合はスリットビームの光軸に垂直な投光ビームの断面における短手方向を集束し、その最小幅の位置を集束位置とする。
【００１４】
受光素子としてはＰＳＤでなく多数の画素から成るＣＣＤ等の受光素子を用いる。受光素子は１次元であってもよく、２次元であってもよいが、スリット光を用いる場合は２次元の受光素子を用いる。受光素子は、受光面上の座標で表される各位置における受光量を電気信号に変換して位置毎の受光量がわかるように出力するイメージセンサである。１次元イメージセンサの場合には投光軸と受光軸で定まる面内に１次元イメージセンサを配置しておくものとする。又２次元のイメージセンサの場合にはスリットビームを用いる。スリットビームの光軸に垂直なビーム断面における長手方向は投受光手段の並び方向に垂直とする。この場合には投受光手段の並び方向に受光素子の画素を走査するものとする。投受光手段の並び方向に垂直な方向の各画素の受光レベルを一旦加算処理し、加算した受光レベル分布からピーク位置を求めてもよい。
【００１５】
又信号処理手段によって検出される距離関連情報とは、検出物体までの距離だけでなく、段差がある検出物体については段差の上下から得られる距離情報やその差から求まる段差の高さの情報も含まれる。又検出物体が透明な板状であり、その表面と裏面で反射する場合には夫々の反射面までの距離を求めることができ、更にその距離の差から厚さを求めることができるため、厚さの情報も含まれる。又検出物体が透明でその背景物体から反射する場合に、背景物体に対する検出物体の高さを検出することができ、これらを含めて距離関連情報とする。信号処理手段は、投光手段と受光手段との間の距離を基線長とし、受光素子上の受光量分布のピーク位置から三角測量の原理によって検出物体までの距離関連情報を求める。
【００１６】
又距離測定範囲内で投光軸上の夫々の点から受光レンズによって反射光を夫々集束する点の軌跡を求め、受光素子の面をこの軌跡と一致するように受光素子を配置することが好ましい。このような関係を共役の関係という。このように配置すれば距離によらずビーム照射位置と受光面とが結像関係になるので、受光面上の像が不必要に広がらず、正反射面が傾いても誤差が生じない。従って検出物体が正反射物体及び拡散反射物体のいずれの場合にも、物体までの距離関連情報を得ることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
図１は本発明の第１の実施の形態による光式センサ１０の全体構成を示すブロック図、図２はその内部の構造を示す図である。図１において投光手段１１は、駆動回路１２によって駆動される発光ダイオードやレーザダイオード等の投光素子１３と、投光素子１３の光を平行光とするコリメートレンズ１４、スリット板１５及びシリンドリカルレンズ１６を有している。スリット板１５には図示のように細長いスリット１５ａが形成されており、このスリット１５ａは投光手段１１と受光手段１７の並び方向（Ｘ軸方向）に対して垂直な方向（Ｙ軸方向）に形成されている。シリンドリカルレンズ１６はスリット板１５のスリット１５ａを通過した狭いスリット状の光を更にＸ軸方向に集束する。そして図示のようにＹ軸方向に一定の幅を持ち、Ｘ軸方向に狭くしたスリット状の光ビーム（以下、スリットビームという）を検出物体１８に向けて照射するためのものである。ここでシリンドリカルレンズ１６は、この実施の形態による光式センサの測定距離範囲より光式センサ１０に近い点を集束点として、スリットビームをＸ軸方向に集束させるものとする。又スリットビームのＹ軸方向の幅は投光軸方向に沿って一定である必要はなく、例えばＺ軸の座標値が大となるに従ってスリットビームのＹ軸方向の幅が大きくなるようにしてもよい。
【００１８】
図１，図２に示すように投光手段１１に対してＸ軸方向に受光手段１７が設けられる。受光手段１７は反射光を集光する集光手段である受光レンズ１９と、受光素子、例えば２次元ＣＣＤ２０を含んで構成されている。受光素子は多数の画素から成り、受光面上の２次元座標に表される各位置における受光量を電気信号に変換して、位置毎の受光量がわかるように出力する２次元のイメージセンサである。２次元受光素子としては、この実施の形態で用いたＣＣＤに限らず、例えばＢＢＤ，ＣＰＤ等の他の固体撮像ディバイスや、ビジコン撮像管等を使用することもできる。ここでは例えば２５６画素×２５６画素のＣＣＤ２０を用いるものとする。
【００１９】
ＣＣＤ２０には図示のようにＣＣＤドライバ２１が接続され、各画素信号はＣＣＤドライバ２１によって読出される。読出された信号はＡ／Ｄ変換器２２によってディジタル値に変換され、画像メモリ２３に転送される。画像メモリ２３は例えば転送された一画面分の画素信号を記憶するものである。又画像メモリ２３には演算処理部２４Ａが接続されている。演算処理部２４Ａは後述するようにピーク位置算出のためのレジスタやマイクロコンピュータを有し、画像メモリ２３のデータに基づいて物体までの距離や検出物体の厚み等を検出するものである。ＣＣＤドライバ２１，Ａ／Ｄ変換器２２，画像メモリ２３及び演算処理部２４Ａは、受光素子に得られる受光量分布に基づいて物体までの距離を算出する信号処理手段２５を構成している。
【００２０】
次にこの実施の形態による投受光手段の配置について、図２を用いて更に詳細に説明する。この実施の形態による光式センサは正反射物体と拡散反射物体との双方について距離が測定できるように、投光手段１１はＺ軸から所定角度θだけ傾けて配置する。受光手段１７も受光軸をＺ軸から角度θだけ傾けて、投光手段１１より照射され検出物体１８の表面で反射した正反射光を受光できる位置に配置する。ここで投光軸上の夫々の点からの反射光を受光レンズ１９によって集束する位置の軌跡を求め、２次元受光手段であるＣＣＤ２０の面をこの軌跡と一致するように配置しておく。このような投光軸に対する受光レンズ１９とＣＣＤ２０の配置の関係を共役な関係という。
【００２１】
次に演算処理部２４Ａの構成について図３を用いて説明する。演算処理部２４Ａは前述したように画像メモリ２３からのデータを読出す読出回路３１を有しており、その読出出力をバス３２上に出力する。バス３２上には閾値を保持する二値化レベルレジスタ３３、二値化レベルレジスタ３３に保持されている閾値によって二値化した結果を保持する二値化部３４、受光した各画素のうちの最大値（ＭＡＸ）を保持する最大値保持レジスタ３５、ピーク位置（Ｐ）を保持するピーク位置レジスタ３６、及び読出した画素の番号ｉを保持する画素カウンタ３７が接続され、最大値を得るピーク位置を検出するピーク位置検出部３８が接続される。二値化レベルレジスタ３３，二値化部３４は受光レベルを二値化する二値化手段を構成している。更にこのバス３２上には、ＣＰＵによって構成される距離情報検出部３９が接続される。距離情報検出部３９は受光素子上のピーク位置と投受光部間の距離に基づいて物体までの距離に関連した情報を検出するものであり、その出力は出力部４０より出力される。
【００２２】
図４（ａ），（ｂ）はこの場合の反射光の軌跡を示しており、図４（ａ）は検出物体１８の表面がＺ軸に垂直、即ちＸＹ平面に平行で光式センサ１０からの距離が変化する場合、図４（ｂ）は更に検出物体１８の表面がＹ方向を軸として傾く場合の反射光の軌跡を示している。投光軸に対する受光レンズ１９とＣＣＤ２０を共役な関係に配置しておけば、検出物体１８が拡散反射物体とすると、図４（ａ），（ｂ）に検出物体の表面からの反射光の軌跡を示すように、いずれの距離にあっても、又傾いていても、スリットビームで照射されている部分はＣＣＤ２０の受光面上に正しく結像される。又図４（ａ）に示すように検出物体１８が正反射物体の場合も、正反射光が受光レンズ１９を通過してＣＣＤ２０の受光面上に結像される。検出物体１８が図４（ｂ）に示すようにＹ軸に沿って傾いても、正反射光が受光レンズ１９に入射している限り、ＣＣＤ２０上の面に結像する。更に検出物体がＸ方向を軸としてわずかに傾いた場合も同様である。そしてこれらのいずれの場合にも、結像する位置は検出物体までの距離によって異なっている。このため検出物体１８の表面が拡散反射面か正反射面かを問わず、ＣＣＤ２０上の結像の位置から正確な距離関連情報を得ることができる。
【００２３】
次に測定距離範囲と集束距離Ｌｆ、及びＣＣＤ２０上の受光分布の関係について説明する。まず図５（ａ）に示すように、集束距離Ｌｆが測定距離範囲の中心Ｌｄに等しい場合（Ｌｆ＝Ｌｄ）について説明する。この場合には、図６（ａ）に示すように正反射物体では距離に対するピーク高さの比率は実線Ａに示すものとなる。本図より検出物体までの距離が測定距離範囲の中心Ｌｄと一致するときに比率が最高となり、これを１とすると、Ｌｄ−ΔＬ，Ｌｄ＋ΔＬにかけていずれも大幅に比率が低下する。図６（ｂ）は拡散反射物体の場合であり、この場合実線Ａに示すように距離Ｌｄのときを１とすると、距離がＬｄ−ΔＬのときにピークレベルが低くなる。
【００２４】
次に図５（ｂ）に示す本実施の形態のように、集束距離Ｌｆが測定距離範囲より内側にある場合（Ｌｆ＜Ｌｄ−ΔＬ）について説明する。この場合には、正反射物体の距離に対するピーク高さ比率は図６（ａ）に破線Ｂで示すように、測定距離範囲内でほぼ一定となる。又拡散反射物体の場合にも図６（ｂ）の破線Ｂで示すように、ピーク高さの比率は測定距離範囲でほぼ一定となる。又図５（ｂ）に示すように、測定距離範囲で距離が遠くなるにつれて投光スポット径が大きくなっている。一方投光スポットの径が一定とすると、その反射光がＣＣＤの面上に受光される面積（以下、倍率という）は距離が近くなれば受光面積が大きく、遠くなれば受光面積が小さくなる。従って図５（ｂ）の場合には投光スポットの径と倍率とが相殺することとなって、ＣＣＤ２０の面上ではピークの幅がほぼ一定となる。
【００２５】
次に図５（ｃ）に示すように、一方集束距離Ｌｆが測定距離範囲の外側にある場合（Ｌｆ＞Ｌｄ＋ΔＬ）について説明する。この場合距離に対するピーク高さ比率は図６（ｂ）に一点鎖線Ｃで示すように、拡散反射物体ではあまり比率は変わらないが、図６（ａ）に一点鎖線Ｃで示すように、正反射物体では測定範囲で距離が遠ざかるにつれてピーク高さの比率が順次大きくなっている。又測定距離範囲では距離が遠くなるにつれてスポット径が徐々に小さくなり、倍率も同様にして小さくなるため、遠距離では受光面積が狭く、近距離では受光面積が広くなる。
【００２６】
図７はこれらのことから集束距離Ｌｆを変えたときにＣＣＤ２０の面上で得られる１本の水平ラインでの受光レベルの分布を示している。尚図７では検出物体が異なった位置にある場合の受光分布を同時に示しているが、実際には検出物体が不透明であれば、その表面までの距離によっていずれか１つのピークを持つ受光分布となる。集束距離Ｌｆが測定距離範囲内にある場合、典型的にはＬｆ＝Ｌｄの場合には、図７（ａ）に示すようにピーク値の変化が大きくなる。又集束距離Ｌｆを測定距離範囲の外側とした場合には、図７（ｃ）に示すようにピーク値の変動は図７（ａ）よりも小さくなるが、受光分布のピークの幅の変化が距離によって異なることとなる。図７（ｂ）は集束距離Ｌｆが測定距離範囲よりも近い本実施の形態の距離に対するピークの分布の変化を示している。このように集束距離Ｌｆが測定距離範囲よりも近い位置にある場合には、ピークの分布の幅がほぼ一定でピーク値もほぼ一定となるため、最も好ましい受光量の分布が得られる。ピーク値を一定とすれば、ノイズと区別するための閾値を高くすることができる。
【００２７】
さて図８（ａ）は本実施の形態のＣＣＤ２０を受光レンズ１９とは逆の面から見たもの、即ちモニタ画像として示している。ＣＣＤ２０の水平方向は投光手段１１と受光手段１７との並び方向、即ちＸ軸方向であり、検出物体１８が変位すると反射光の像がこれに伴って移動する方向でもある。又垂直方向はこれに垂直なＹ軸方向である。又図８（ｂ）は図８（ａ）に破線で示すＣＣＤ２０の水平方向の画素信号のピーク部分周辺の分布を示している。図８（ｂ）の両側の小さな山は電気的なノイズによって生じたものである。なお迷光がノイズとなる場合もある。この場合検出物体までの距離にかかわらず２つのピークのレベルや幅はほとんど一定であるため、誤検知の恐れがなくなり、検出物体の表面までの距離を算出することができる。
【００２８】
次に演算処理部２４Ａでのピーク値算出処理について図８（ｂ）の受光分布及び図９のフローチャートを用いて説明する。図９は演算処理部２４での１ラインにおけるピーク値の算出処理を示すフローチャートである。１ラインのピーク値算出処理を開始すると、まずステップ５１において画素カウンタｉを１とし、最大値ＭＡＸ及びピーク位置Ｐをリセットする。そしてステップ５２に進んで読出回路３１より得られる所定のライン中のｉ番目の画素の受光レベルを取込む。そしてステップ５３に進んでＸi が閾値ＴＨを越えているかどうかを判別する。この閾値ＴＨはあらかじめ二値化レベルレジスタ３３に保持されている値である。閾値レベルを越えていなければステップ５４，５５に進んで画素カウンタｉをインクリメントし、ｉの値が１ラインの画素数Ｌに達したかどうかを判別する。１ラインの画素数Ｌに達していなければ、ステップ５２に戻って同様の処理を繰り返す。ステップ５３において閾値ＴＨを越えている場合には、ステップ５６に進んでＸi とＭＡＸ値とを比較する。Ｘi がＭＡＸ値を越えている場合にはステップ５７に進んでこのときの受光レベルＸi を最大値ＭＡＸ値に保持すると共に、ピーク位置Ｐに画素カウンタｉの値を保持する。こうすれば順次ｉをインクリメントすることにより図８（ｂ）に示すように閾値を越える受光レベルのうちのピーク位置を算出することができる。ステップ５５において画素カウンタｉの値が１ラインの画素数Ｌに達すると、このとき最大値レジスタ３５に保持されているＭＡＸ値が最大値、Ｐをピーク位置と判断して処理を終える。
【００２９】
２次元のＣＣＤを用いる場合には、このような処理を各ライン毎に行い、距離情報検出部３９ではピーク位置Ｐを集計し、その頻度の高い位置を最大レベルを与える位置とすることができる。この値に基づいて距離関連情報が出力できる。こうすれば閾値ＴＨ以下のノイズ成分であれば判別処理を行わないため、誤動作が少なくなり、高速での処理が可能となる。
【００３０】
さて本実施の形態による光式センサでは物体までの距離をそのまま測定するようにしているが、図１０に示すように、ベルトコンベア上を搬送する比較的小さい検出物体までの距離を検出する場合等には、スリットビームを用いることによってベルトコンベア４１上の表面の大部分に光を入射させることができる。そしてベルトコンベア４１上で検出物体４２の通過位置がずれても支障なく距離が測定できる。又ベルトコンベア４１と検出物体までの距離が相違するため、異なった距離にピークが得られる。従って複数のピーク位置を検出し、夫々の距離を求めてその差分値から背景物体であるベルトコンベア４１の面と対象となる検出物体４２との段差を検出したり、検出物体自体の高さを求める用途に光式センサを用いることができる。即ちＣＣＤ２０上の近側の第１のピーク位置に基づく距離Ｌａと、遠側の第２のピーク位置に基づく距離Ｌｂとを求め、その差によって段差や検出物体自体の高さを算出することができる。
【００３１】
又検出すべき物体が透明物体であれば、物体の表面と裏面で一部の光が反射して反射光が得られる。これらの反射光のレベルが十分大きければ透明物体までの距離やピークの差から厚さを検出することができる。更に検出物体に段差がある場合には段差を検出することも可能となる。
【００３２】
（第２の実施の形態）
次に本発明の第２の実施の形態について説明する。この実施の形態において投受光部の構成については前述した第１の実施の形態と同一であり、これらについての説明は省略する。本実施の形態では演算処理部２４Ｂの構成及びピーク位置を算出する処理のみが異なっている。演算処理部２４Ｂは図１１に示すように、第１の実施の形態による演算処理部２４Ａの構成に加えて、閾値ＴＨを越える明部の画素数ｊを計数する明部カウンタ４３を有している。その他の構成は前述した第１の実施の形態と同一である。
【００３３】
次にこの第２の実施の形態によるピーク位置算出処理について図１２のフローチャート及び図１３（ａ）の受光分布を用いて説明する。動作を開始するとまずステップ６１において初期化処理を行う。初期化処理は画素カウンタｉを１とし、明部カウンタｊ及び最大値ＭＡＸ，ピーク位置Ｐをリセットする。次いでステップ６２に進んでｉ番の画素のＡ／Ｄ変換値をＸi とする。次いでステップ６３においてＸi が閾値ＴＨを越えているかどうかを判別する。閾値ＴＨを越えていなければステップ６４に進んで明部カウンタｊを０とし、ステップ６５に進んで画素カウンタｉをインクリメントする。そしてステップ６６に進んで画素カウンタｉが１ラインの画素数Ｌを越えているかどうかを判別する。１ラインの画素数Ｌを越えていなければステップ６２に戻って同様の処理を繰り返す。一方ステップ６３においてＸi が閾値ＴＨを越えている場合には、ステップ６７に進んで明部カウンタｊをインクリメントし、このカウンタｊの計数値が有効な明部の幅Ｗを越えているかどうかを判別する。明部幅Ｗ以下であればステップ６５に進み、同様の処理を繰り返す。明部幅Ｗを越えている場合には最大値及びピーク位置の探索を開始し、ステップ６９に進んでこのとき得られた受光レベルＸi が最大値ＭＡＸを越えているかどうかを判別する。ＭＡＸ以下であればステップ６５に戻ってｉをインクリメントし、１ラインの終了かどうかを判別して同様の処理を繰り返す。ステップ６９において受光レベルＸi がＭＡＸを越えている場合には、ステップ７０に進んでそのとき得られる受光レベルＸi をＭＡＸ値に保持する。更にそのときの画素カンウタｉの値をピーク位置Ｐに保持する。そしてステップ６５に進んでｉをインクリメントして同様の処理を繰り返す。
【００３４】
こうすれば図１３（ａ）に示すようにｉを順次インクリメントしてピーク位置判別処理を行うと、ピークが閾値ＴＨ以下の場合や閾値を越えていても所定幅Ｗの以下の場合にはノイズであると判別できる。そして閾値を越え、且つ所定幅Ｗ以上の受光レベルが得られた場合のみピーク位置の探索を開始することにより、ノイズの影響を除いて正確にピーク位置を判別することができる。距離情報検出部３９では判別したピーク位置に基づいて物体までの距離関連情報を出力することは前述した第１の実施の形態と同様である。
【００３５】
（第３の実施の形態）
次に本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態において、光学系及び投受光部の構成については前述した第１の実施の形態と同様であり、演算処理部の構成及びピーク位置の算出処理のみが異なっている。演算処理部２４Ｃは図１４に示すように第１の実施の形態による演算処理部２４Ａの構成に加えて、暗状態から明状態へのエッジ位置（ＥDL）を検出するエッジ位置レジスタ４４と、明状態から暗状態へのエッジ位置（ＥLD）を検出するエッジ位置レジスタ４５とを設けている。その他の構成は前述した第１又は第２の実施の形態と同様である。
【００３６】
次にこの実施の形態の動作について図１５，図１６のフローチャート及び図１３（ｂ）の受光分布を用いて説明する。動作を開始するとまずステップ７１において初期化処理を行う。初期化処理は画素カウンタｉを１とし、最大値ＭＡＸ，ピーク位置Ｐをリセットし、更にエッジ位置レジスタ４４，４５のＥDL，ＥLDをリセットする。次いでステップ７２に進んでｉ番目の画素データのＡ／Ｄ変換値をＸi とする。そしてステップ７３においてＸi が閾値ＴＨを越えているかどうか、及びステップ７４において前回の画素データのＡ／Ｄ変換値Ｘi-1 がＴＨを越えているかどうかを判別する。これらの値以下であればステップ７５に進んでｉをインクリメントする。そして画素カウンタｉの値が１ラインの画素数Ｌを越えているかどうかを判別し、この値以下であればステップ７２に戻って同様の処理を繰り返す（ステップ７６）。さてステップ７３において閾値ＴＨを越えた場合にはステップ７３からステップ７７に進んで前回の画素データＸi-1 が閾値ＴＨ以下かどうかを判別する。ＴＨ以下であればステップ７８においてエッジ位置レジスタＥDLに画素カウンタｉの値をセットし、暗から明へのエッジ位置として保持する。そしてステップ７９に進んで最大値ＭＡＸと受光レベルＸi とを比較する。受光レベルが最大値ＭＡＸ以下であればステップ７５に進んで同様の処理を繰り返す。Ｘi がＭＡＸ値を越えている場合には、ステップ８０に進んでピーク位置Ｐを更新する。即ち受光レベルＸi の値を最大値ＭＡＸとして保持し、画素カウンタｉの値をピーク位置Ｐとして保持する。そしてステップ７５に戻ってｉをインクリメントし、同様の処理を繰り返す。
【００３７】
一方ステップ７４においてＸi-1 が閾値ＴＨを越えている場合には、ステップ８１において画素カウンタｉの値をエッジ位置レジスタＥLDに保持し、明から暗へのエッジ位置とする。そしてステップ８２に進んでピーク位置Ｐが既にセットされているかどうかを判別する。セットされていなければステップ７５に戻って同様の処理を繰り返し、セットされている場合にはステップ８３に進んで、エッジ位置レジスタＥDLとＥLDとの差が有効明暗幅Ｗを越えているかどうかを判別する。この幅以下であればステップ７５に戻って同様の処理を繰り返す。この差がＷを越えている場合には、ステップ８４に進んでピーク位置の確定処理を行う。こうすれば閾値ＴＨ以上で一定幅を越える受光レベルからピーク位置を求めることができ、ノイズの影響を除いて正確にピーク位置を判別することができる。距離情報検出部３９では判別したピーク位置に基づいて物体までの距離関連情報を出力することは前述した第１の実施の形態と同様である。
【００３８】
この実施の形態においては、ステップ８４のピーク位置確定後に最大値ＭＡＸをリセットするようにすれば、透明物体等で複数のピーク位置が存在する場合にも夫々のピーク位置を判別することができ、これによって透明物体の表面までの距離及び裏面までの距離を独立して検出することができる。又これらの差に基づいて透明物体の厚さを検出することができる。
【００３９】
（第４の実施の形態）
次に本発明の第４の実施の形態について説明する。この実施の形態においてはピーク位置算出処理以外の点については第２の実施の形態と同様であり、第１の実施の形態の構成に加えて、バスライン３２に明部の画素数を計数する明部カウンタ４３が接続されている。
【００４０】
さてこの実施の形態によるピーク位置算出処理について図１７，図１８のフローチャート及び図１３（ｃ）の受光分布を参照しつつ説明する。動作を開始するとまずステップ８１において初期化処理を行う。初期化処理では画素カウンタｉを１とし、明部カウンタｊ，ピーク位置Ｐ及び最大値ＭＡＸの値をリセットする。そしてステップ８２に進んでｉ番目の画素の受光レベルをＸi とする。そしてステップ８３，８４においてＸi が閾値ＴＨを越えているかどうか、及びＸi-1 が閾値ＴＨを越えているかどうかを判別する。いずれもＴＨ以下であればステップ８４からステップ８５に進んで画素カウンタｉをインクリメントし、ｉが１ラインの画素数Ｌを越えているかどうかを判別する。画素カウンタｉが１ラインの画素数Ｌに達していなければステップ８２に戻って同様の処理を繰り返す。さてステップ８３においてＸi が閾値ＴＨを越えている場合には、図１８のステップ８７に進んでＸi-1 が閾値ＴＨ以下かどうかを判別する。ＴＨ以下でなければステップ８８において明部カウンタｊをインクリメントし、ＴＨ以下であればステップ８９において明部カウンタｊをリセットする。そしてステップ９０においてＸi が最大値ＭＡＸを越えているかどうかを判別する。このレベルを越えていなければステップ８５に戻って同様の処理を繰り返し、ＭＡＸを越えている場合にはステップ９１においてそのときのＸi をＭＡＸとして仮決定し、画素カウンタｉの値をピーク位置Ｐにセットする。
【００４１】
さてステップ８４においてＸi-1 が閾値ＴＨを越えている場合には、ステップ９２においてピーク位置が既にセットされているかどうかを判別する。ピーク位置がセットされていなければステップ８５に戻って同様の処理を繰り返し、セットされている場合にはステップ９３に進んで明部カウンタの計数値ｊが所定値Ｗを越えているかどうかを判別する。Ｗを越えていなければステップ８５に戻って同様の処理を繰り返し、Ｗを越えている場合にはステップ９４に進んでピーク位置を確定する。こうして画素カウンタｉが１ラインの画素数Ｌに達するまで同様の処理を繰り返すことによってピーク位置を確定することができる。この場合も閾値を越えているノイズの影響を除いて正確にピーク位置を判別することができる。距離情報検出部３９では判別したピーク位置に基づいて物体までの距離関連情報を出力することは前述した第１の実施の形態と同様である。
【００４２】
この実施の形態においては、ステップ９４のピーク位置確定後に最大値ＭＡＸをリセットするようにすれば、透明物体等で複数のピーク位置が存在する場合にも夫々ピーク位置を判別することができ、これによって透明物体の表面までの距離及び裏面までの距離を独立して検出することができる。又これらの差に基づいて透明物体の厚さを検出することができる。
【００４３】
尚前述した各実施の形態では光式センサの投受光手段と信号処理手段とを１つの筐体に収納しているため、種々の検出物体の検出用途に適用することができ、使い易さを向上させることができる。
【００４４】
又前述した各実施の形態では、スリット光を用い２次元のＣＣＤによって物体までの距離を検出するようにした光式センサについて説明しているが、本発明はスリット光にすることなく断面が略円形の光式センサに適用することができる。この場合には受光素子として１次元の画素による受光素子を用いることができ、この場合も前述した各実施の形態によるピーク検出処理を適用することができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本願の請求項１〜４の発明によれば、受光素子の受光面上で得られるピーク位置を検出する場合に、ノイズ等の影響をなくしてピーク位置を算出することができる。又請求項１〜４の発明では、受光スポットが一定の大きさを持つ場合にその受光レベルのピーク位置を算出することができる。従って閾値を越えた高いレベルのノイズがあっても、ノイズと信号とを識別してピーク位置を検出することができ、物体までの距離や段差，透明物体の厚さ等をより正確に検出することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光式センサの構成を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態による光式センサの光学系の内部構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態による信号処理部の構成を示すブロック図である。
【図４】第１の実施の形態による光式センサにおいて、レンズ１９とＣＣＤ２０を共益な位置に配置した場合の受光位置の構成を示す図である。
【図５】シリンドリカルレンズの集束位置Ｌｄと測定距離範囲の関係を示す図である。
【図６】（ａ）は正反射物体の測定距離範囲と集束距離に対する受光ピーク値の変化を示す図であり、（ｂ）は拡散反射物体における距離に対する受光比率の関係を示すグラフである。
【図７】ＣＣＤ上の任意の水平ラインにおける位置に対する受光レベルの変化を示すグラフである。
【図８】第１の実施の形態による光式センサのＣＣＤ２０上の受光量分布及びある水平ラインの受光量分布を示すグラフである。
【図９】第１の実施の形態による信号処理部のピーク位置算出処理を示すフローチャートである。
【図１０】第１の実施の形態による光式センサの使用例を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態による演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図１２】第２の実施の形態による信号処理部のピーク位置算出処理を示すフローチャートである。
【図１３】第２〜第４の実施の形態による受光素子の特定のライン上の受光量分布を示すグラフである。
【図１４】本発明の第３の実施の形態による演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図１５】本実施の形態による信号処理部のピーク位置算出処理を示すフローチャート（その１）である。
【図１６】本実施の形態による信号処理部のピーク位置算出処理を示すフローチャート（その２）である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態による信号処理部のピーク位置算出処理を示すフローチャート（その１）である。
【図１８】本発明の第４の実施の形態による信号処理部のピーク位置算出処理を示すフローチャート（その２）である。
【図１９】従来のＣＣＤを用いた光式変位センサにおいて、検出物体までの距離と受光レベルの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  光式センサ
１１  投光手段
１２  駆動回路
１３  投光素子
１４  コリメートレンズ
１５  スリット板
１５ａ  スリット
１６  シリンドリカルレンズ
１７  受光手段
１８  検出物体
１９  受光レンズ
２０  ＣＣＤ
２１  ＣＣＤドライバ
２２  Ａ／Ｄ変換器
２３  画像メモリ
２４Ａ，２４Ｂ，２４Ｃ  演算処理部
２５  信号処理手段
３１  読出回路
３２  バスライン
３３  二値化レベルレジスタ
３４  二値化部
３５  最大値保持レジスタ
３６  ピーク位置レジスタ
３７  画素カウンタ
３８  ピーク位置検出部
３９  距離情報検出部
４０  出力部
４３  明部カウンタ
４４，４５  ピーク位置レジスタ
【図１】
0003695170.tif 000002
【図２】
0003695170.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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