(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光素子からの出射光を投光する手段と、この手段で投光した出射光がその光路上で散乱反射した光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、この複数の受光素子で変換した電気信号を演算増幅する受光信号演算増幅回路とを有し、前記出射光をあらかじめ定めた周波数で変調し、前記出射光が光路上で散乱反射した光に対する前記受光信号演算増幅回路からの受光信号演算増幅信号が前記出射光と同じ周波数の信号であった場合に前記出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体があることを検出する投受光による物体検知装置において、前記受光信号演算増幅回路を受光信号演算交流増幅回路とし、この受光信号演算交流増幅回路の出力信号が前記発光素子の変調信号に対して同じ周波数で且つあらかじめ定められた位相状態であった場合に前記出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体があると判断する手段を備えたことを特徴とする物体検知装置。
【請求項２】
請求項１記載の物体検知装置において、前記受光信号演算交流増幅回路に前記出射光の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性を付加したことを特徴とする物体検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自走ロボットの障害物回避のための物体検知、自動ドアの開閉のための人体検知、複写機やイメ−ジスキャナ等の画像読取装置の複写原稿又は読取原稿の有無及び／又は原稿位置及び／又は原稿サイズを装置側で自動的に検知する原稿検知等に用いられる物体検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は従来の物体検知装置の機械・光学系を示す。この物体検知装置においては、発光素子４から出射した光は、投光レンズ３で略平行光にコリメ−トされる。上記出射光の光路上に物体(例えば人体)１３が置かれていた場合、上記出射光はその光路上の物体１３で拡散反射される。この拡散反射された光は、受光レンズ５で集光され、受光素子６に入射する。
【０００３】
受光レンズ５は、縦方向と横方向の焦点距離が異なっており、非点収差を発生させる。そのため、光路上の物体１３で拡散反射されて受光レンズ５に入射した光は、受光レンズ５から物体１３の光拡散反射位置までの距離によりその結像状態が変化する。図１３は上記出射光の光路上の物体１３で拡散反射された光の受光レンズ５による受光素子６への結像状態の変化を斜線で示す。図１３では、受光レンズ５に対する所定の距離Ｌでの物体１３による拡散反射光が受光レンズ５によって円形に結像し、物体１３から受光レンズ５までの距離がその距離Ｌよりも短くて出射光の物体１３による拡散反射位置が受光レンズ５に近い場合には物体１３による拡散反射光が受光素子６上に横長に結像し、物体１３から受光レンズ５までの距離がその距離Ｌよりも長くて出射光の物体１３による拡散反射位置が受光レンズ５よりも遠い場合には物体１３による拡散反射光が受光素子６上に縦長に結像するように設計されている。
【０００４】
受光素子６は４つの素子ａ〜ｄに分割されており、拡散反射光の結像状態によって各分割素子ａ〜ｄに入射する光量が変わる。各分割素子ａ〜ｄに入射した光量を各分割素子ａ〜ｄでそれぞれ電気信号ｓａ〜ｓｄに変換して（ｓａ＋ｓｃ）−（ｓｂ＋ｓｄ）と演算すると、この演算結果は、受光レンズ５から距離Ｌだけ離れた場所に物体１３を置いたときの拡散反射光が受光レンズ５によって受光素子６上に円形に結像しているときには０になる。
【０００５】
物体１３から受光レンズ５までの距離がその距離Ｌよりも短くて出射光の物体１３による拡散反射位置が受光レンズ５に近い場合には上記演算結果が（＋）になり、上記演算結果は出射光の物体１３による拡散反射位置が受光レンズ５に近くなるにつれて一度（＋）の極大を迎えた後に光が分散してしまうことにより０になる。物体１３から受光レンズ５までの距離がその距離Ｌよりも長くて出射光の物体１３による拡散反射位置が受光レンズ５よりも遠い場合には上記演算結果が（−）になり、この（−）方向に振れた演算結果は物体１３から受光レンズ５までの距離が受光レンズ５から遠くなるにつれて一度（−）の極大を迎えた後に光が分散してしまうことにより０になる。図１４はその様子を示す。
【０００６】
次に、上記従来の物体検知装置の電気系について説明する。図６は上記従来の物体検知装置の電気系を示す。この物体検知装置では、発光素子４は発光素子駆動回路１９によって変調点灯されるが、その変調周波数は発振器２０によってあらかじめ定められた周波数が指示される。上記出射光の光路上に物体１３が置かれていた場合、発光素子４から出射した変調光はその光路上に置かれた物体１３によって拡散反射され、受光素子６に入射する。この受光素子６に入射した拡散反射光は、受光素子６の各分割素子ａ〜ｄを経由して受光信号演算増幅回路１８によって演算増幅され、受光演算増幅信号として比較器１６に入力される。
【０００７】
図１２は受光信号演算増幅回路１８を示す。この受光信号演算増幅回路１８は、受光素子６の各分割素子ａ、ｃの出力信号ｓａ，ｓｃがコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１が接続された演算増幅器Ａ１で加算増幅されて（ｓａ＋ｓｃ）となると共に、受光素子６の各分割素子ｂ、ｄの出力信号ｓｂ、ｓｄがコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２が接続された演算増幅器Ａ２で加算増幅されて（ｓｂ＋ｓｄ）となり、これらの和信号（ｓａ＋ｓｃ）、（ｓｂ＋ｓｄ）がそれぞれ抵抗Ｒ３〜Ｒ６及びコンデンサＣ３が接続された演算増幅器Ａ３で減算増幅されて（ｓａ＋ｓｃ）−（ｓｂ＋ｓｄ）となる。
【０００８】
受光信号演算増幅回路１８からの受光演算増幅信号は基本的には０Ｖ電圧を基準として受光素子６の各分割素子ａ〜ｄが受けた受光光量の演算結果に比例した電圧レベルとなる信号である。そして、受光素子６が受ける光は発光素子４から出射した光がその光路上の物体１３によって拡散反射さけた光であるから、受光演算増幅信号は０Ｖ電圧を基準として受光素子６の各分割素子ａ〜ｄが受けた受光光量の演算結果に比例した電圧レベルとなる信号であり、その演算結果は物体１３が出射光の光路上に置かれた光軸方向の位置によって０Ｖから（＋）に振れたり、０Ｖから（−）に振れたりする。従って、図１４に示したように基準電圧を（＋）に設定して受光演算増幅信号を２値化すれば、出射光の光路上の光軸方向の限定された範囲（＝受光レンズ５からの距離が限定された範囲）に物体がある時のみ２値化信号を得ることができる。
【０００９】
比較器１６は、基準電圧設定回路１７からの基準電圧と受光信号演算増幅回路１８からの受光演算増幅信号とを比較し、受光演算増幅信号が基準電圧より大きい場合には「１」、受光演算増幅信号が基準電圧より小さい場合には「０」となる２値化信号を物体検知信号として受光信号識別回路１５に入力する。
【００１０】
受光素子６には、光路上に置かれた物体１３で拡散反射された発光素子４の出射光のみならず、外乱光も入射する。このため、受光素子６に入射した光が、発光素子４の出射光であるのか外乱光であるのかを区別することが必要となる。そこで、発光素子４はあらかじめ定めた周波数で変調点灯し、受光信号識別回路１５は、受光素子６の各分割素子ａ〜ｄが受けた受光光量の演算結果が発光素子４の変調周波数と同じ周波数であった場合に、受光素子６に入射した光が上記出射光の光路上の物体１３で拡散反射された発光素子４の出射光であると判断し、物体有りと判定する。この様子を図７に示す。
【００１１】
図８は受光信号識別回路１５の処理フロ−を示す。受光信号識別回路１５は、発振器２０からの信号の周波数（発光素子４の変調周波数）と比較器１６からの２値化信号の周波数を比較し、２値化信号の周波数が発光素子２０の変調周波数と同じ周波数であった場合には発光素子４から出射した光が物体１３によって拡散反射されて受光素子６に入射した光であると判断し、物体１３が出射光の光路上の光軸方向の限定された範囲にあると判断する。
【００１２】
また、受光信号識別回路１５は、比較器１６からの２値化信号の周波数が発光素子４の変調周波数と同じ周波数ではない場合には発光素子４から出射した光が物体１３によって拡散反射されて受光素子６に入射した光ではないと判断し、物体が出射光の光路上の光軸方向の限定された範囲にないと判断する。従って、受光信号識別回路１５は物体が上記出射光の光路上の光軸方向の限定された範囲に置かれていることを検知する物体検知手段を構成する。
【００１３】
図９は、物体検知装置の他の例である原稿検知装置の一例の機械・光学系を示す。この原稿検知装置においては、発光素子４から出射した光は、投光レンズ３で略平行光にコリメ−トされてハ−フミラ−２で反射され、回転ミラ−７に入射する。この回転ミラ−７で反射された光は、光路１１に沿ってコンタクトガラス１からなる原稿載値台に向かう。光走査手段としての回転ミラ−７は、モ−タ８によって回転駆動され、回転ミラ−７で反射された光がコンタクトガラス１を軌跡１２に沿って走査される。コンタクトガラス１は複写機、イメ−ジスキャナ等の画像読取装置において、原稿が載置される原稿載置台であり、コンタクトガラス１上の原稿は画像読取装置により画像が読み取られる。
【００１４】
エンコ−ダ読み取りセンサ９及びエンコ−ダディスク１０は、回転ミラ−７からの出射光がコンタクトガラス１上のどの位置にいるかを知る為のエンコ−ダを構成し、エンコ−ダディスク１０がモ−タ８に取り付けられてモ−タ８により回転駆動される。このエンコ−ダディスク１０をエンコ−ダ読み取りセンサ９で読み取ることで、回転ミラ−７からの出射光がコンタクトガラス１上のどの位置を走査しているかを知ることができる。
【００１５】
コンタクトガラス１の上に原稿が置かれていた場合、回転ミラ−７からの出射光はコンタクトガラス１上の原稿で拡散反射される。この拡散反射された光は、回転ミラ−７からコンタクトガラス１への出射光と同じ光路１１を逆に進んで回転ミラ−７で反射され、ハ−フミラ−２を透過して受光レンズ５で集光され、受光素子６に入射する。この原稿検知装置は、発光素子４の出射光がコンタクトガラス１上の原稿で拡散反射された光を受光素子６で検出し、コンタクトガラス１上の原稿の有無を判別する。
【００１６】
次に、この原稿検知装置の電気系について説明する。図１０は、この原稿検知装置の電気系の構成を示す。この原稿検知装置の電気系は、先に説明した図５及び図６に示す物体検知装置の電気系と同様な電気系４、６、１５〜２０に出射光走査位置識別回路２１と原稿サイズ判定回路１４を設けたもので、受光信号識別回路１５がコンタクトガラス１上の原稿２４の有無を判別した信号を原稿サイズ判定回路１４に入力したときのコンタクトガラス１上の出射光の走査位置を出射光走査位置識別回路２１によって知り、原稿２４の大きさを判定する。
【００１７】
出射光走査位置識別回路２１は、エンコ−ダディスク１０とエンコ−ダ読み取りセンサ９からなるエンコ−ダで回転ミラ−７からの出射光がコンタクトガラス１上のどの位置にいるかを識別する為の出射光走査位置識別手段を構成し、出射光走査位置識別信号を原稿サイズ判定回路１４に入力する。
【００１８】
原稿サイズ判定回路１４は、受光信号識別回路１５から原稿検知信号が入力されたときには出射光のコンタクトガラス１上の走査位置を出射光走査位置識別回路２１からの出射光走査位置識別信号より読み取り、原稿２４がコンタクトガラス１の上に置かれた位置を換算する。コンタクトガラス１に原稿２４を置くときに基準位置を決めておくと、原稿サイズ判定回路１４は、受光信号識別回路１５でコンタクトガラス１上に原稿２４があると判定して受光信号識別回路１５からの原稿検知信号が入力されたときに出射光走査位置識別回路２１からの出射光走査位置識別信号より出射光の走査位置を知って原稿２４の大きさを判定する。従って、原稿サイズ判定回路１４は、原稿２４の位置及び大きさを判定する原稿サイズ判定手段を構成する。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の物体検知装置では、物体１３、２４が出射光の光路上の光軸方向の限定された範囲にないときの受光信号演算増幅回路１８の出力信号のレベルを基準として物体１３、２４を検出する。一般的には物体１３、２４がないときの受光信号演算増幅回路１８の出力信号レベルは０Ｖであり、物体１３、２４がないときの受光信号演算増幅回路１８の出力信号レベルが０Ｖになっていないと物体１３、２４を検出できなくなったり、物体１３、２４がないのにあると判断してしまうことがある。
【００２０】
物体１３、２４がないときに受光信号演算増幅回路１８の出力が０Ｖにならない要因としては、外乱光や受光素子６の暗電流によるオフセット電圧、受光信号演算増幅回路１８や受光素子６の温度特性によるオフセット電圧の変動、変調光の受光増幅における受光信号演算増幅回路１８の帯域の不足やスルーレートの不足による受光演算増幅信号の浮き上がり等がある。
【００２１】
図１５は受光素子６の各分割素子ａ〜ｄの演算結果にオフセット電圧が加算された状態を示す。図１５に示すように受光素子６の各分割素子ａ〜ｄの演算結果にオフセット電圧が加わると、出射光の光路上に物体１３、２４が置かれていなくても物体有りと判定されてしまう。受光信号演算増幅回路１８の帯域の不足やスルーレートの不足による受光演算増幅信号の浮き上がりは物体１３、２４を検出できなくしてしまう。
【００２２】
外乱光によるオフセットについて説明すると、受光素子６で検出する物体１３、２４からの拡散反射光は微少である為、受光信号演算増幅回路１８の増幅度を大きくする必要がある。受光素子６には、光路上に置かれた物体１３、２４からの拡散反射光のみならず、外乱光も入射する。外乱光は物体検知装置が置かれた状況によって変化するが、外乱光は発光素子４の出射光が物体１３、２４で拡散反射された光に重なり、外乱光に属するバックグランド光はオフセット電圧となって受光信号演算増幅回路１８の出力に現れてくる。受光信号演算増幅回路１８の増幅度が大きい為、微少なバックグランド光も物体検知に影響するくらい大きいオフセット電圧になることもある。
【００２３】
暗電流によるオフセットについて説明すると、ホトダイオ−ドは暗電流が流れ、受光素子６にホトダイオ−ドを使用した場合はホトダイオ−ドの暗電流が受光信号演算増幅回路１８によって増幅されてオフセット電圧として出力される。図１２に示した受光信号演算増幅回路では、受光素子６としての４分割ホトダイオ−ドの各分割素子ａ〜ｄの暗電流は、演算増幅器Ａ１と演算増幅器Ａ２で増幅され、演算増幅器Ａ３で減算される。演算増幅器Ａ１の出力と演算増幅器Ａ２の出力に現れる暗電流の量は異なるため、その暗電流の差が演算増幅器Ａ３で増幅されて大きなものになってしまう。
【００２４】
温度特性によるオフセット変動について説明すると、ホトダイオ−ドの各分割素子ａ〜ｄの暗電流は温度により増減する特性（温度特性）を持つため、受光信号演算増幅回路１８の増幅度を大きくすると、受光信号演算増幅回路１８の出力に現れるオフセット電圧の変動も大きくなる。受光信号演算増幅回路１８も温度特性があり、この温度特性はオフセット電圧の変動として現れる。図１２に示した受光信号演算増幅回路では、アンプＡ１、Ａ２のオフセット電圧の差がアンプＡ３で増幅されて大きくなる。そして、先に外乱光について説明したと同じように出射光の光路上に物体１３、２４が置かれていないのに出射光の光路上に物体があると受光信号識別回路１５が判定してしまうことがある。
【００２５】
そこで、この問題を解決するために、従来は受光信号演算増幅回路１８にオフセットキャンセル回路を付加したり、基準電圧設定回路１７にオフセット補償回路を付加したりすることが行われている。しかし、オフセットキャンセル回路やオフセット補償回路は、原理的に複雑で、高価であり、物体検知装置が高価なものとなる。
【００２６】
受光信号演算増幅回路１８の帯域不足による受光演算増幅信号の浮き上がりについて説明すると、受光信号演算増幅回路１８の増幅度を大きくすると、受光信号演算増幅回路１８の周波数特性の高域側のゲインが低下してしまう。受光信号演算増幅回路１８の高域側のゲインが低下し、発光素子４の変調周波数での受光信号演算増幅回路１８のゲインが不足してくると、受光演算増幅信号の０Ｖ側のレベルが浮き上がってしまう。
【００２７】
受光信号演算増幅回路１８のスルーレート不足による浮き上がりについて説明すると、物体１３、２４からの拡散反射光の光量は、物体１３、２４の濃度に比例する。受光素子６の各分割素子ａ〜ｄからの受光信号は受光素子６の各分割素子ａ〜ｄに入射した拡散反射光の光量に比例する。図２１は物体濃度と受光演算増幅信号電圧の関係を示す。受光信号演算増幅回路１８のスル−レ−トが小さいと、非常に明るい物体１３、２４が出射光の光路上に置かれた場合、受光演算増幅信号の振幅が大きくなり、受光信号演算増幅回路１８のスル−レ−トが足りなくなってしまい、受光信号演算増幅回路１８のゲインが不足したと同じように、受光演算増幅信号の０Ｖ側のレベルが浮き上がってしまう。
【００２８】
この受光演算増幅信号の０Ｖ側の浮き上がりを押さえるためには、受光信号演算増幅回路１８に使用するアンプを高帯域・高スル−レ−トにしなければならない。しかし、高帯域・高スル−レ−トのアンプは高価であり、物体検知装置が高価なものとなる。図１７は従来の受光信号演算増幅回路１８の受光演算増幅信号とその受光演算増幅信号を比較器１６で２値化した２値化信号とを示し、図１８は浮き上がった受光演算増幅信号とその２値化結果を示す。図２０は受光信号演算増幅回路１８の周波数特性の高域側のゲインが低下し、発光素子４の変調周波数での受光信号演算増幅回路１８のゲインが不足した状態を示す。
【００２９】
電気ノイズについて説明すると、受光信号演算増幅回路１８の出力信号には物体１３、２４で拡散反射された発光素子４の出射光、外乱光の信号のほかに、電気的外乱の信号が現れる。この受光信号演算増幅回路１８の出力信号を比較器１６に入力し基準電圧と比較して２値化した後、その２値化信号の周期を受光信号識別回路１５で確認する場合、物体１３、２４で拡散反射された発光素子４の出射光の信号が外乱光や電気的外乱の信号に埋もれてしまい、発光素子４の変調周波数と同じ周波数を確認することができず、物体１３、２４を検知できなくなることがあった。従来は、外乱光に対する対策は無く、電気的外乱に対しては、電気的外乱を受け難くする程度の対策しか無く、信頼性が低かった。
【００３０】
以上のように、従来の物体検知装置は、物体を検知できないか、検知できたとしても誤検知となることを回避するために高価なものになっていた。また、従来の物体検知装置は、このように高価なものであっても信頼性が低かった。
請求項１に係る発明は、安価に実現でき、受光信号演算交流回路の発光素子変調周波数での帯域のゲインが不足してもその影響をほとんど受けることがなく、受光信号演算交流増幅回路のスル−レ−トが不足しても物体濃度の影響をほとんど受けることが無い物体検知装置を提供することを目的とする。
【００３１】
請求項２に係る発明は、安価に実現でき、且つ、外乱光や電気的外乱の影響を小さくすることができて信頼性を高めることができる物体検知装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明は、発光素子からの出射光を投光する手段と、この手段で投光した出射光がその光路上で散乱反射した光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子と、この複数の受光素子で変換した電気信号を演算増幅する受光信号演算増幅回路とを有し、前記出射光をあらかじめ定めた周波数で変調し、前記出射光が光路上で散乱反射した光に対する前記受光信号演算増幅回路からの受光信号演算増幅信号が前記出射光と同じ周波数の信号であった場合に前記出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体があることを検出する投受光による物体検知装置において、前記受光信号演算増幅回路を受光信号演算交流増幅回路とし、この受光信号演算交流増幅回路の出力信号が前記発光素子の変調信号に対して同じ周波数で且つあらかじめ定められた位相状態であった場合に前記出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体があると判断する手段を備えたものである。
【００３３】
請求項２に係る発明は、請求項１記載の物体検知装置において、前記受光信号演算交流増幅回路に前記出射光の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性を付加したものである。
【００３４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の第１の実施形態の電気系の構成を示す。この第１の実施形態では、上記従来の図５及び図６に示す物体検知装置において、受光信号演算増幅回路１８の代わりに交流増幅回路からなる受光信号演算交流増幅回路２２が用いられ、受光信号識別回路１５の代わりに受光信号識別回路２３が用いられる。また、図２は本発明の第２の実施形態の電気系の構成を示す。この第２の実施形態では、上記従来の図９及び図１０に示す物体検知装置としての原稿検知装置において、受光信号演算増幅回路１８の代わりに交流増幅回路からなる受光信号演算交流増幅回路２２が用いられ、受光信号識別回路１５の代わりに受光信号識別回路２３が用いられる。
【００３５】
図１１は上記受光信号演算交流増幅回路２２を示す。この受光信号演算交流増幅回路２２では、受光素子６の各分割素子ａ、ｃの出力信号ｓａ、ｓｃがコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１が接続された演算増幅器Ａ１で加算増幅されて（ｓａ＋ｓｃ）となると共に、受光素子６の各分割素子ｂ、ｄの出力信号ｓｂ、ｓｄがコンデンサＣ２及び抵抗Ｒ２が接続された演算増幅器Ａ２で加算増幅されて（ｓｂ＋ｓｄ）となり、これらの和信号（ｓａ＋ｓｃ）、（ｓｂ＋ｓｄ）がそれぞれ抵抗Ｒ３、Ｒ４及びコンデンサＣ４、Ｃ５の直列回路を経由して抵抗Ｒ５、Ｒ６及びコンデンサＣ３が接続された演算増幅器Ａ３で減算増幅されて（ｓａ＋ｓｃ）−（ｓｂ＋ｓｄ）となる。
【００３６】
図１６は出射光の光路上に置かれた物体１３、２４からの光を受光したときの受光信号演算交流増幅回路２２からの受光演算交流増幅信号の例とその受光演算交流増幅信号を比較器１６で２値化した２値化信号の例を示す。図３は物体１３、２４が出射光の光路上の限定された光軸方向の位置（物体Ａの位置）に置かれたときの受光信号演算交流増幅回路２２からの受光演算交流増幅信号の例と物体１３、２４が出射光の光路上の限定された光軸方向からわずかに離れた位置（物体Ｂの位置）に置かれたときの受光信号演算交流増幅回路２２からの受光演算交流増幅信号の例とその受光演算交流増幅信号を比較器１６で２値化した２値化信号の例を示す。
【００３７】
オフセット電圧は、直流成分であり、受光信号演算増幅回路を交流増幅回路からなる受光信号演算交流増幅回路２２とすることで排除できる。受光素子６に入射するバックグランド光の直流成分は、交流増幅回路２２によって排除される。図１１に示すように受光素子６は４つの素子ａ〜ｄに分割された４分割ホトダイオ−ドを使用している。ホトダイオ−ドの分割素子ａ〜ｄに入射したバックグランド光は演算増幅器Ａ１と演算増幅器Ａ２のそれぞれで増幅されるが、演算増幅器Ａ１、Ａ２と演算増幅器Ａ３の接続がコンデンサＣ４、Ｃ５で交流結合となっている。この為、演算増幅器Ａ３にはバックグランド光の直流成分の影響が伝わらず、演算増幅器Ａ１、Ａ２のオフセット電圧もホトダイオ−ドの暗電流の影響も演算増幅器Ａ３には伝わらない。
【００３８】
比較器１６には演算増幅器Ａ３のオフセット電圧のみが伝わるが、その量は小さいので、演算増幅器Ａ３のオフセット電圧の影響はほとんどない。先に述べたように、温度特性はオフセット電圧の変化として現れる。しかし、ホトダイオ−ド並びに演算増幅器Ａ１、Ａ２の温度特性の影響はコンデンサＣ４、Ｃ５により比較器１６には伝わらず、演算増幅器Ａ３のオフセット電圧の温度特性の影響のみが比較器１６に伝わる。演算増幅器Ａ３のオフセット電圧の温度特性の影響は増幅されないので小さい。従って、受光信号演算増幅回路１８を受光信号演算交流増幅回路２２とすることによって、従来必要としていたオフセットキャンセル回路やオフセット補償回路は不要となり、安価な物体検知装置を実現できる。
【００３９】
受光信号演算増幅回路１８を受光信号演算交流増幅回路２２とすることによって、受光信号演算交流増幅回路２２の出力は０Ｖを挟んだ振幅信号となる。受光信号演算交流増幅回路２２の周波数特性が悪化し、発光素子４の変調周波数の帯域での受光信号演算交流増幅回路２２のゲインが不足した場合も、受光信号演算交流増幅回路２２の出力は０Ｖを挟んでの振幅が小さくなるのみである。基準電圧設定回路１７で基準電圧を０Ｖに近いところに設定すれば、発光素子４の変調周波数の帯域での受光信号演算交流増幅回路２２のゲインが不足してもその影響はほとんど受けない。
【００４０】
明るい濃度の物体１３、２４が置かれ、受光素子６に入射する光量が大きくなったときに、受光信号演算交流増幅回路２２のスル−レ−トが小さくても、受光信号演算交流増幅回路２２の出力は０Ｖを挟んでの振幅信号である。基準電圧設定回路１７で基準電圧を０Ｖに近い所に設定すれば、受光信号演算交流増幅回路２２のスル−レ−トが小さくても物体濃度の影響はほとんど受けない。従って、受光信号演算交流増幅回路２２に使用するアンプは、汎用の安価なアンプを使用することができ、安価な物体検知装置を実現できる。
【００４１】
従来の受光信号演算増幅回路１８の出力の受光演算増幅信号は、受光素子６の各分割素子が受けた受光光量の演算結果に比例した電圧レベルとなる信号である。受光素子６が受ける光は、変調点灯された発光素子４から出射した光が物体１３、２４によって拡散反射した光であるから、受光演算増幅信号は発光素子４が消えているときには０Ｖ電圧で受光素子６に光が入射したときには受光素子６の各分割素子が受けた受光光量の演算結果に比例した電圧レベルとなる変調信号であり、上記演算結果は物体１３、２４が置かれた位置（受光レンズ５からの距離）によって０Ｖから（＋）に振れたり、０Ｖから（−）に振れたりする。
【００４２】
上記演算結果が（＋）に振れるのは物体１３、２４が図１３で説明した、受光レンズ５の設計された距離Ｌよりも受光レンズ５に近いときであり、図１４で説明したように基準電圧設定回路１７で基準電圧を基準距離Ｌに合わせて（＋）に設定して受光演算増幅信号を比較器１６で２値化すれば、出射光の光路上の設計された光軸方向の位置より近いところの限られた範囲に物体１３、２４がある時のみ２値化信号が得られる。受光信号識別回路１５はその２値化信号の周波数を確認して出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体有りと判断する。
【００４３】
第１及び第２の実施形態においては、受光信号演算増幅回路１８を受光信号演算交流増幅回路２２とした。このため、受光素子６の各分割素子の受光光量を受光信号演算交流増幅回路２２で演算した結果は、物体１３、２４が図１３で説明した、受光レンズ５の設計された距離Ｌよりも受光レンズ５から遠い位置に置かれても、物体１３、２４で拡散反射した光が受光素子６に入射したときに０Ｖを挟んだ変調信号となる。この信号を比較器１６で２値化すると、その２値化信号の周波数は、物体１３、２４が置かれた位置に関わらず、発光素子４の変調周波数と等しいので、２値化信号の周波数を確認しただけでは出射光の光路上の限定された光軸方向の位置にある物体１３、２４だけを検出することが出来なくなってしまった。
【００４４】
そこで、第１及び第２の実施形態においては、受光信号演算増幅回路１８を受光信号演算交流増幅回路２２とすると共に、受光信号識別回路２３にて従来行っていた受光信号識別回路１５による比較器１６からの２値化信号の周波数と発光素子４の変調周波数との比較に加え、発光素子４の変調信号（発振器２０からの信号）と比較器１６からの２値化信号の位相状態の確認を行うようにして、出射光の光路上の限定された光軸方向の位置（＝受光レンズ５からの距離が限定された位置）にある物体を検出する。
【００４５】
図４は受光信号識別回路２３の処理フロ−を示す。受光信号識別回路２３は、発振器２０からの信号の周波数（発光素子４の変調周波数）と比較器１６からの２値化信号の周波数を比較し、２値化信号の周波数が発光素子４の変調周波数と同じ周波数ではない場合には発光素子４から出射した光が物体１３、２４によって拡散反射されて受光素子６に入射した光ではないと判断し、出射光の光路上に物体がないと判断する。
【００４６】
また、受光信号識別回路２３は、２値化信号の周波数が発光素子４の変調周波数と同じ周波数であった場合には発光素子４の変調信号（発振器２０からの信号）の位相と比較器１６からの２値化信号の位相を比較し、発光素子４の変調信号と比較器１６からの２値化信号とが予め定められた位相関係にあるかどうかを確認する。
【００４７】
そして、受光信号識別回路２３は、発光素子４の変調信号と比較器１６からの２値化信号とが予め定められた位相関係にあれば、発光素子４から出射した出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体１３、２４があると判断する。また、受光信号識別回路２３は、発光素子４の変調信号と比較器１６からの２値化信号とが予め定められた位相関係になければ、発光素子４から出射した出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体１３、２４が置かれていないと判断する。
【００４８】
以上のように、第１及び第２の実施形態は、発光素子４からの出射光を投光する手段（投光レンズ３等）と、この手段で投光した出射光がその光路上で散乱反射した光を受光して電気信号に変換する複数の受光素子ａ〜ｄと、この複数の受光素子ａ〜ｄで変換した電気信号を演算増幅する受光信号演算増幅回路とを有し、前記出射光をあらかじめ定めた周波数で変調し、前記出射光が光路上で散乱反射した光に対する前記受光信号演算増幅回路からの受光信号演算増幅信号が前記出射光と同じ周波数の信号であった場合に前記出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体１３、２４があることを検出する投受光による物体検知装置において、前記受光信号演算増幅回路を受光信号演算交流増幅回路２２とし、この受光信号演算交流増幅回路２２の出力信号が前記発光素子４の変調信号に対して同じ周波数で且つあらかじめ定められた位相状態であった場合に前記出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲に物体１３、２４があると判断する手段としての受光信号識別回路２３を備えたので、直流成分であるオフセット電圧を容易に排除することができ、従来必要としていた高価なオフセットキャンセル回路やオフセット補償回路が不要になって安価に実現できる。しかも、受光信号演算交流増幅回路の発光素子変調周波数での帯域のゲインが不足しても、その影響をほとんど受けることがなく、受光信号演算交流増幅回路に使用するアンプには汎用の安価なアンプを使用することができ、安価にできる。また、受光信号演算交流増幅回路のスル−レ−トが小さくても、物体濃度の影響をほとんど受けることが無く、受光信号演算交流増幅回路に使用するアンプには汎用の安価なアンプを使用することができる。さらに、受光信号演算増幅回路を受光信号演算交流増幅回路としても、物体が出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲にあるかどうかを判断することができる。
【００４９】
本発明の他の各実施形態は、上記第１及び第２の実施形態において、それぞれ、受光信号演算交流増幅回路２２に発光素子４の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性を付加したものである。図１９は受光信号演算交流増幅回路２２に付加した周波数特性を示す。図１１に示した受光信号演算交流増幅回路２２では、抵抗Ｒ３、Ｒ４、Ｒ５及びコンデンサＣ３、Ｃ４、Ｃ５の定数設定により、容易に発光素子４の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性を付加することができる。
【００５０】
これらの実施形態では、受光信号演算交流増幅回路２２に発光素子４の変調周波数を概略中心としたバンドパス特性を付加したので、比較器１６による受光演算交流増幅信号の２値化の前に、受光演算交流増幅信号から発光素子４の変調周波数を概略中心とした周波数成分を取り出すことができ、外乱光や電気的外乱の影響を小さくすることができ、信頼性が従来よりも高い物体検知装置を実現することができる。
【００５１】
【発明の効果】
以上のように請求項１に係る発明によれば、上記構成により、直流成分であるオフセット電圧を容易に排除することができ、従来必要としていた高価なオフセットキャンセル回路やオフセット補償回路が不要になって安価に実現できる。しかも、受光信号演算交流回路の発光素子変調周波数での帯域のゲインが不足しても、その影響をほとんど受けることがなく、受光信号演算交流増幅回路に使用するアンプには汎用の安価なアンプを使用することができ、安価にできる。また、受光信号演算交流増幅回路のスル−レ−トが小さくても、物体濃度の影響をほとんど受けることが無く、受光信号演算交流増幅回路に使用するアンプには汎用の安価なアンプを使用することができる。さらに、受光信号演算増幅回路を受光信号演算交流増幅回路としても、物体が出射光の光路上の限定された光軸方向の範囲にあるかどうかを判断することができる。
【００５２】
請求項２に係る発明によれば、上記構成により、請求項１記載の物体検知装置と同様に安価に実現でき、更に受光信号演算交流増幅回路が発光素子の変調周波数を概略中心とするバンドパス特性を有するので、外乱光や電気的外乱の影響を小さくすることができ、信頼性が従来よりも高い物体検知装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電気系の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の電気系の構成を示すブロック図である。
【図３】上記実施形態での異なる距離の物体による各信号の状態を説明する図である。
【図４】上記実施形態における受光信号識別回路の処理フロ−を示すフローチャートである。
【図５】従来の物体検知装置の機械・光学系を示す概略図である。
【図６】同物体検知装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【図７】従来の物体検知装置での異なる距離の物体による各信号の状態を説明する図である。
【図８】従来の物体検知装置における受光信号識別回路の処理フロ−を示すフローチャートである。
【図９】物体検知装置の他の例としての原稿検知装置の機械・光学系を示す斜視図である。
【図１０】同原稿検知装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【図１１】上記実施形態における受光信号演算交流増幅回路を示す回路図である。
【図１２】従来の物体検知装置における受光信号演算増幅回路を示す回路図である。
【図１３】物体検知装置において出射光の光路上の物体で拡散反射された光の受光レンズによる受光素子への結像状態の変化を説明する図である。
【図１４】物体検知装置において受光演算増幅信号の出射光の光路上の物体の光軸方向の位置による変化を説明する図である。
【図１５】物体検知装置において受光演算増幅信号にオフセット電圧が加算されたときの状態を説明する図である。
【図１６】上記実施形態における受光信号演算交流増幅回路の受光演算交流増幅信号とその２値化信号を説明する図である。
【図１７】従来の物体検知装置における受光信号演算増幅回路の受光演算増幅信号とその２値化信号を説明する図である。
【図１８】従来の物体検知装置における受光信号演算増幅回路の受光演算増幅信号が浮き上がった状態とその２値化信号を説明する図である。
【図１９】上記実施形態における受光信号演算交流増幅回路に付加した周波数特性を示す特性図である。
【図２０】従来の物体検知装置において受光信号演算増幅回路の周波数特性の高域側のゲインが低下し、発光素子の変調周波数でのゲインが不足いた状態を説明する図である。
【図２１】従来の物体検知装置における物体濃度と受光演算増幅信号電圧の関係を説明する図である。
【符号の説明】
１      コンタクトガラス
２      ハーフミラー
３      投光レンズ
４      発光素子
５      受光レンズ
６      受光素子
７      回転ミラー
８      モータ
９      エンコーダ読み取りセンサ
１０      エンコーダディスク
１１      走査される出射光の光路
１２      コンタクトガラス上の光の走査軌跡
１３      物体(人体等)
１４      原稿サイズ判定回路
１５      受光信号識別回路
１６      比較器
１７      基準電圧設定回路
１８      受光信号演算増幅回路
１９      発光素子駆動回路
２０      発振器
２１      出射光走査位置識別回路
２２      受光信号演算交流増幅回路
２３      受光信号識別回路
２４      原稿
ａ〜ｄ      受光素子の分割素子
Ａ１、Ａ２、Ａ３      アンプ
Ｒ１〜Ｒ５      抵抗
Ｃ１〜Ｃ５      コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【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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【図２０】
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【図２１】
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