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JP7619100B2 - Optical sensor, optical sensor control method, and optical sensor control program - Google Patents
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JP7619100B2 - Optical sensor, optical sensor control method, and optical sensor control program - Google Patents

Optical sensor, optical sensor control method, and optical sensor control program Download PDF

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Description

本発明は、光学式センサ、光学式センサの制御方法及び光学式センサの制御プログラムに関する。 The present invention relates to an optical sensor, a control method for an optical sensor, and a control program for an optical sensor.

従来、対象物までの距離を計測する光学式センサが知られている。特許文献1には、光学式センサが、直線状の光スポットを形成してこの直線状の光スポットからの反射光を二次元イメージセンサで受光することで、三角測距方式を用いて対象物における多点それぞれとの距離を検出する技術が開示されている。 Conventionally, optical sensors that measure the distance to an object are known. Patent Document 1 discloses a technology in which an optical sensor forms a linear light spot and receives reflected light from this linear light spot with a two-dimensional image sensor, thereby detecting the distance to each of multiple points on the object using a triangulation method.

特開2020-180918号公報JP 2020-180918 A

上記のような三角測距方式を用いて対象物における多点での距離を検出する技術では、精度を確保しつつ光学式センサと対象物との間の距離(以下、「検出距離」ともいう)を長くしようとすると、センサのサイズを大型化する必要がある。 In the technology for detecting the distance at multiple points on an object using the above-mentioned triangulation method, if one wishes to increase the distance between the optical sensor and the object (hereinafter also referred to as the "detection distance") while maintaining accuracy, it is necessary to increase the size of the sensor.

そこで、本発明は、上記課題を解決するため、検出距離の長さに関わらず、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、対象物における多点での検出距離を精度よく検出することができる光学式センサ、光学式センサの制御方法及び光学式センサの制御プログラムを提供することを目的とする。 In order to solve the above problems, the present invention aims to provide an optical sensor, an optical sensor control method, and an optical sensor control program that can accurately detect detection distances at multiple points on an object while preventing the sensor size from increasing, regardless of the length of the detection distance.

本発明の一態様に係る光学式センサは、検出光を投光する投光素子と、投光素子から投光された検出光の光軸を、基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニットと、対象物で反射した検出光を受光して検出信号を出力する受光素子と、調整ユニットを駆動することにより検出光を対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、複数の位置それぞれと光学式センサとの前記基準軸の方向の距離を算出する距離算出部と、を備える。 An optical sensor according to one aspect of the present invention includes a light-projecting element that projects detection light, an adjustment unit that adjusts the optical axis of the detection light projected from the light-projecting element so that it forms an angle with respect to a reference axis, a light-receiving element that receives the detection light reflected from an object and outputs a detection signal, and a distance calculation unit that calculates the distance between each of the multiple positions and the optical sensor in the direction of the reference axis by a ToF method based on the detection signal obtained by driving the adjustment unit to project the detection light to each of multiple positions on the object.

この態様によれば、光学式センサは、光軸を調整して対象物における複数の位置に投光することができる。このため、この態様によれば、光学式センサは、複数のセンシング機構を使用したり直線状の光スポットを形成して二次元イメージセンサで受光したりせずに、一つのセンシング機構で、対象物における多点での検出距離を検出することができる。ToF方式を利用することで、検出距離が長くなっても、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、三角測距方式と比較して精度が低下するおそれを少なくすることができる。このため、この態様によれば、光学式センサは、検出距離の長さに関わらず、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、対象物における多点での検出距離を精度よく検出することができる。 According to this aspect, the optical sensor can adjust the optical axis to project light onto multiple positions on the object. Therefore, according to this aspect, the optical sensor can detect the detection distance at multiple points on the object with one sensing mechanism, without using multiple sensing mechanisms or forming a linear light spot and receiving it with a two-dimensional image sensor. By using the ToF method, even if the detection distance becomes long, the size of the sensor can be suppressed from increasing, and the risk of accuracy decreasing compared to the triangulation method can be reduced. Therefore, according to this aspect, the optical sensor can accurately detect the detection distance at multiple points on the object, regardless of the length of the detection distance, while suppressing the size of the sensor from increasing.

上記態様において、光学式センサは、複数の位置それぞれにおける距離に基づいて、複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における変位量であって基準軸の方向と並行方向の変位量を算出する変位量算出部をさらに備えてもよい。 In the above aspect, the optical sensor may further include a displacement amount calculation unit that calculates the amount of displacement between a first position and a second position among the multiple positions, the amount of displacement being parallel to the direction of the reference axis, based on the distance between each of the multiple positions.

この態様によれば、光学式センサは、ToF方式により算出された複数の位置それぞれの検出距離に基づいて複数の位置に含まれる2点間の変位量を算出することができる。このため、この態様によれば、光学式センサは、検出距離の長さに関わらず、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、多点間での変位を精度よく検出することができる。 According to this aspect, the optical sensor can calculate the amount of displacement between two points included in the multiple positions based on the detection distances of each of the multiple positions calculated by the ToF method. Therefore, according to this aspect, the optical sensor can accurately detect the displacement between multiple points while preventing the sensor size from increasing, regardless of the length of the detection distance.

上記態様において、光学式センサは、変位量に基づいて、第1位置と第2位置との間における前記対象物の傾きを算出する傾き算出部をさらに備えてもよい。 In the above aspect, the optical sensor may further include a tilt calculation unit that calculates the tilt of the object between the first position and the second position based on the amount of displacement.

この態様によれば、光学式センサは、多点間の基準軸方向の変位量に基づいて、多点間における対象物の傾きを算出することができる。このため、この態様によれば、光学式センサは、検出距離の長さに関わらず、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、多点間における対象物の傾きを精度よく検出をすることができる。 According to this aspect, the optical sensor can calculate the inclination of the object between multiple points based on the amount of displacement in the reference axis direction between the multiple points. Therefore, according to this aspect, the optical sensor can accurately detect the inclination of the object between multiple points while preventing the sensor size from increasing, regardless of the length of the detection distance.

上記態様において、光学式センサは、第1モードと第2モードとを含む光学式センサの動作モードを切り替える切替部をさらに備え、調整ユニットは、第1モードでは特定の方向へ投光するよう光軸を調整し、第2モードでは複数の方向へ投光するよう光軸を調整し、距離算出部は、第1モードでは検出光を投光して得た検出信号に基づいて対象物における単一の位置と光学式センサとの距離を算出し、第2モードでは検出光を投光して得た検出信号に基づいて対象物における複数の位置それぞれと光学式センサとの距離を算出してもよい。 In the above aspect, the optical sensor further includes a switching unit that switches between operation modes of the optical sensor including a first mode and a second mode, the adjustment unit adjusts the optical axis to project light in a specific direction in the first mode and adjusts the optical axis to project light in multiple directions in the second mode, and the distance calculation unit calculates the distance between a single position on the object and the optical sensor based on a detection signal obtained by projecting the detection light in the first mode, and calculates the distance between each of multiple positions on the object and the optical sensor based on the detection signals obtained by projecting the detection light in the second mode.

この態様によれば、光学式センサは、異なる動作モードごとに、単一の反射位置との距離を算出するか複数の反射位置との距離を算出するかを切り替えることができる。このため、この態様によれば、光学式センサは、その用途に応じて、従来のToFセンサのように対象物における単一点との距離を検出したい場合には第1モードに切り替えて、対象物における多点の距離を検出したい場合、多点間の変位量や傾きを算出したい場合には第2モードに切り替えて動作することができる。 According to this aspect, the optical sensor can switch between calculating the distance to a single reflection position and calculating the distance to multiple reflection positions for each different operation mode. Therefore, according to this aspect, the optical sensor can switch to the first mode when it is desired to detect the distance to a single point on an object like a conventional ToF sensor, and can switch to the second mode when it is desired to detect the distance to multiple points on an object and calculate the amount of displacement or tilt between multiple points, depending on the application.

上記態様において、調整ユニットは、少なくとも投光素子及び受光素子と共に筐体内に収容され、投光素子から投光された検出光の光軸を調整する光軸調整素子を含んでもよい。 In the above aspect, the adjustment unit may include an optical axis adjustment element that is housed in the housing together with at least the light-emitting element and the light-receiving element and adjusts the optical axis of the detection light emitted from the light-emitting element.

この態様によれば、光学式センサは、筐体の外に検出光L1の光軸を調整する可動部を設ける必要がない。このため、この態様によれば、光学式センサは、筐体を例えば製造ラインに付随する構造物に直接的に固定できるので、設置がしやすく、また作業者による不用意な接触等の影響も受けにくくすることができる。 According to this aspect, the optical sensor does not need to have a movable part outside the housing to adjust the optical axis of the detection light L1. Therefore, according to this aspect, the optical sensor can be easily installed because the housing can be directly fixed to, for example, a structure associated with the production line, and it is also less susceptible to the effects of inadvertent contact by workers.

上記態様において、光軸調整素子は、検出光を偏向することで検出光の光軸を調整する液晶デバイスを含んでもよい。 In the above embodiment, the optical axis adjustment element may include a liquid crystal device that adjusts the optical axis of the detection light by deflecting the detection light.

この態様によれば、光学式センサは、上記のような液晶デバイスを光軸調整素子に利用することで互いに離散する複数の位置に投光するように光軸を調整することができる。また、特許文献1のように対象物における複数の位置との距離を検出するために直線状の光スポットを形成すると検出光のパワー密度が低下してしまう傾向にあるが、この態様によれば、光学式センサは、任意の複数の位置に対してより高密度の検出光を投光することができる。 According to this aspect, the optical sensor can adjust the optical axis to project light onto multiple, mutually-distant positions by using the above-mentioned liquid crystal device as an optical axis adjustment element. In addition, forming a linear light spot to detect the distance to multiple positions on the target object as in Patent Document 1 tends to reduce the power density of the detection light, but according to this aspect, the optical sensor can project detection light with higher density onto any multiple positions.

上記態様において、光学式センサは、基準軸となす1以上の角度を記憶する記憶部をさらに備え、調整ユニットは、記憶部に記憶される1以上の角度に基づいて検出光の光軸を調整してもよい。 In the above aspect, the optical sensor may further include a memory unit that stores one or more angles with respect to the reference axis, and the adjustment unit may adjust the optical axis of the detection light based on the one or more angles stored in the memory unit.

この態様によれば、光学式センサは、自身が備える記憶部を参照して光軸を調整するため、外部機器から角度の情報を授受するのと比較して高速に処理することができる。 According to this aspect, the optical sensor adjusts the optical axis by referring to its own memory unit, allowing for faster processing compared to receiving and sending angle information from an external device.

本発明の第2の態様における光学式センサの制御方法は、検出光を投光する投光素子と、投光素子から投光された検出光の光軸を基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニットと、対象物で反射した検出光を受光して検出信号を出力する受光素子とを備える光学式センサの制御方法であって、調整ユニットを駆動することにより検出光を対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、複数の位置それぞれと光学式センサとの距離を算出する距離算出ステップと、を有する。 The control method for an optical sensor in a second aspect of the present invention is a control method for an optical sensor including a light-projecting element that projects detection light, an adjustment unit that adjusts the optical axis of the detection light projected from the light-projecting element so that it forms an angle with a reference axis, and a light-receiving element that receives the detection light reflected by an object and outputs a detection signal, and includes a distance calculation step of calculating the distance between each of the multiple positions and the optical sensor by a ToF method based on the detection signal obtained by driving the adjustment unit to project the detection light to each of multiple positions on the object.

本発明の第3の態様における光学式センサの制御プログラムは、検出光を投光する投光素子と、投光素子から投光された検出光の光軸を基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニットと、対象物で反射した検出光を受光して検出信号を出力する受光素子とを備える光学式センサの制御プログラムであって、調整ユニットを駆動することにより検出光を対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、複数の位置それぞれと光学式センサとの距離を算出する距離算出ステップと、をコンピュータに実行させる。 The control program for the optical sensor in the third aspect of the present invention is a control program for an optical sensor including a light-projecting element that projects detection light, an adjustment unit that adjusts the optical axis of the detection light projected from the light-projecting element so that it forms an angle with a reference axis, and a light-receiving element that receives the detection light reflected by an object and outputs a detection signal, and causes a computer to execute a distance calculation step of calculating the distance between each of the multiple positions and the optical sensor by a ToF method based on the detection signal obtained by projecting the detection light to each of multiple positions on the object by driving the adjustment unit.

このような第2、第3の態様であっても、第1の態様と同様に、検出距離の長さに関わらず、対象物における多点での検出距離を精度よく検出することができる。 In the second and third aspects, as in the first aspect, the detection distance at multiple points on the target object can be detected with high accuracy regardless of the length of the detection distance.

本発明によれば、検出距離の長さに関わらず、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、対象物における多点での検出距離を精度よく検出することができる光学式センサ、光学式センサの制御方法及び光学式センサの制御プログラムを提供することができる。 The present invention provides an optical sensor, an optical sensor control method, and an optical sensor control program that can accurately detect detection distances at multiple points on an object while preventing the sensor size from increasing, regardless of the length of the detection distance.

実施形態に係る光学式センサの外観斜視図である。1 is a perspective view of an external appearance of an optical sensor according to an embodiment; 実施形態のシステム構成図である。FIG. 1 is a system configuration diagram of an embodiment. 実施形態に係わる対象物の変位量の算出の一例を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining an example of calculation of a displacement amount of an object according to an embodiment. 実施形態に係わる対象物の傾きの算出の一例を説明するための図である。10A and 10B are diagrams for explaining an example of calculation of the inclination of an object according to an embodiment. 実施形態に係る光学式センサの第1モード及び第2モードそれぞれの対象物との距離検出の一例を説明するための図である。5A to 5C are diagrams for explaining an example of distance detection to an object in each of a first mode and a second mode of the optical sensor according to the embodiment. 実施形態に係る光学式センサの動作の一例を示したフロー図である。FIG. 4 is a flow chart showing an example of an operation of the optical sensor according to the embodiment.

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態(以下「本実施形態」という。)について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。 A preferred embodiment of the present invention (hereinafter referred to as "this embodiment") will be described with reference to the attached drawings. Note that in each drawing, parts with the same reference numerals have the same or similar configurations.

図1は、光学式センサ100の外観斜視図である。本実施形態に係る光学式センサ100は、対象物の部分形状の有無や特定箇所までの距離等を検出するセンサであり、例えば工場の製造ラインなどに設置されて利用される。光学式センサ100は、検出光L1を対象物へ向けて投光し、対象物で反射して戻ってくる検出光L2を受光する。光学式センサ100は、検出光の往復時間を計測することにより距離情報を検出するToF方式を用いる。光学式センサ100は、検出光L2を受光できない場合には対象物が検出されない旨の未検出情報を出力し、検出光L2を受光できた場合には距離情報を出力する。 FIG. 1 is an external perspective view of an optical sensor 100. The optical sensor 100 according to this embodiment is a sensor that detects the presence or absence of a partial shape of an object, the distance to a specific point, etc., and is installed and used, for example, on a production line in a factory. The optical sensor 100 projects a detection light L1 toward the object and receives a detection light L2 that is reflected by the object and returns. The optical sensor 100 uses a ToF method that detects distance information by measuring the round-trip time of the detection light. When the optical sensor 100 cannot receive the detection light L2 , it outputs undetected information indicating that the object is not detected, and when the optical sensor 100 can receive the detection light L2 , it outputs distance information.

検出光L1は、筐体101の一面に設けられた透過窓102を透過して投光される。詳細については後述するが、光学式センサ100は、投光素子から投光された検出光L1の投光方向を調整する光軸調整素子を備える。光軸調整素子は、所定ピッチで直交する2軸方向(図示するX軸方向とY軸方向)へ、検出光L1の光軸を偏向することができる。具体的には、図示するように偏向可能範囲内のドットで示す任意の方向(xm,yn)へ検出光L1の光軸を一致させることができる。 The detection light L1 is projected through a transparent window 102 provided on one surface of the housing 101. Although details will be described later, the optical sensor 100 includes an optical axis adjustment element that adjusts the projection direction of the detection light L1 projected from the light projecting element. The optical axis adjustment element can deflect the optical axis of the detection light L1 in two axial directions (X-axis direction and Y-axis direction shown in the figure) that are orthogonal at a predetermined pitch. Specifically, the optical axis of the detection light L1 can be aligned with any direction ( xm , yn ) indicated by dots within the deflectable range as shown in the figure.

光学式センサ100は、言い換えると、光軸調整素子により偏向しない場合の検出光L1の光軸を基準とした場合、この基準とする光軸(以下、「基準軸」ともいう)と角度をなすように光軸を調整することができる。光学式センサ100は、この調整の結果、偏向可能範囲内における互いに離散している複数の位置に検出光L1ヲ投光させることができる。そして、光学式センサ100は、この複数の位置から1以上の反射させる位置(以下、「反射位置」ともいう)を指定することで、この指定された反射位置から反射して戻ってくる検出光L2を選択的に受光することができる。本実施形態では、筐体101に設けられた調整ユニットが検出光の光軸を調整する例を説明するが、調整ユニットをこれに限る趣旨ではない。また、本実施形態では、偏向しない場合の検出光L1の光軸を基準軸とする例を説明するが、基準軸をこれに限る趣旨ではない。 In other words, when the optical axis of the detection light L1 when not deflected by the optical axis adjustment element is used as a reference, the optical sensor 100 can adjust the optical axis so that it forms an angle with the reference optical axis (hereinafter also referred to as the "reference axis"). As a result of this adjustment, the optical sensor 100 can project the detection light L1 to a plurality of positions that are mutually separated within the deflection possible range. Then, the optical sensor 100 can selectively receive the detection light L2 that is reflected and returned from the specified reflection position by specifying one or more reflection positions (hereinafter also referred to as the "reflection position") from the plurality of positions. In this embodiment, an example will be described in which an adjustment unit provided in the housing 101 adjusts the optical axis of the detection light, but the adjustment unit is not limited to this. Also, in this embodiment, an example will be described in which the optical axis of the detection light L1 when not deflected is used as the reference axis, but the reference axis is not limited to this.

光学式センサ100は、検出光L1の投光方向に沿ってDnからDfの範囲で距離(以下、「検出距離」ともいう)を検出することができる。すなわち、図の網点で示す範囲が検出可能範囲であり、光学式センサ100は、この範囲に対象物が存在しなければ未検出情報を出力し、この範囲に対象物が存在すれば検出光L1の反射位置までの距離情報を出力する。 The optical sensor 100 can detect distances (hereinafter also referred to as "detection distances") in the range from Dn to Df along the projection direction of the detection light L1. That is, the range indicated by the dots in the figure is the detectable range, and the optical sensor 100 outputs undetected information if no object is present within this range, and outputs distance information to the reflection position of the detection light L1 if an object is present within this range.

筐体101の一面には操作ボタン150が設けられており、操作ボタン150は、ユーザからの操作を受け付ける。また、筐体101の一面には表示パネル160が設けられており、表示パネル160は、設定された基準軸に対する1以上の角度(以下、基準軸に対する角度を単に「角度」ともいう)、又はこの角度が取りうる範囲(以下、「角度範囲」ともいう)を表示する。ケーブル103は、外部機器であるPLCやPCと接続され、出力信号をこれらの機器へ伝送する。なお、図示するようにX軸、Y軸及びZ軸を定める。以後のいくつかの図面においても図1と同様の座標軸を併記することにより、それぞれの図面が表す構成要素の向きを示す。 An operation button 150 is provided on one side of the housing 101, and the operation button 150 accepts operations from the user. In addition, a display panel 160 is provided on one side of the housing 101, and the display panel 160 displays one or more angles relative to a set reference axis (hereinafter, the angle relative to the reference axis is also simply referred to as "angle"), or the range in which this angle can take (hereinafter, also referred to as "angle range"). The cable 103 is connected to an external device such as a PLC or PC, and transmits an output signal to these devices. Note that the X-axis, Y-axis, and Z-axis are defined as shown in the figure. In the following drawings, the same coordinate axes as in FIG. 1 are also shown to indicate the orientation of the components represented in each drawing.

図2は、光学式センサ100のシステム構成図である。光学式センサ100の制御システムは、主に、制御部110、投光素子120、光軸調整素子130、受光素子140、操作ボタン150、表示パネル160、入出力IF170、記憶部180によって構成される。制御部110は、光学式センサ100の制御とプログラムの実行処理を行うプロセッサ(CPU:Central Processing Unit)である。制御部110は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の演算処理チップや、各種電気信号を処理する処理回路を含む構成であってもよい。制御部110は、記憶部180から読み出される、あるいは入出力IF170を介して外部機器から与えられる制御プログラムを実行して、対象物の検出処理に関する様々な処理を実行する。 Figure 2 is a system configuration diagram of the optical sensor 100. The control system of the optical sensor 100 is mainly composed of a control unit 110, a light projecting element 120, an optical axis adjustment element 130, a light receiving element 140, an operation button 150, a display panel 160, an input/output IF 170, and a storage unit 180. The control unit 110 is a processor (CPU: Central Processing Unit) that controls the optical sensor 100 and executes programs. The control unit 110 may be configured to include an arithmetic processing chip such as an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and a processing circuit that processes various electrical signals. The control unit 110 executes a control program that is read from the storage unit 180 or provided from an external device via the input/output IF 170, and performs various processes related to the detection process of the target object.

投光素子120は、検出光L1を投光する素子である。投光素子120は、レーザ光(例えば635nm~680nmの赤色光)を出射するレーザダイオードであり、制御部110の制御により特定の周波数(例えば12MHz)に変調された検出光L1を出射する。検出光L1の波長帯域が可視帯域であれば対象物に照射されたスポットが視認できるので、検出光L1を所望の方向へ向けて調整する場合や、検査が実行されている検査箇所を確認する場合に都合が良い。なお、投光素子120は、コヒーレント光を出射するレーザダイオードに限らず、LEDなどのインコヒーレント光を出射する素子を用いてもよい。 The light projecting element 120 is an element that projects the detection light L1 . The light projecting element 120 is a laser diode that emits laser light (e.g., red light of 635 nm to 680 nm), and emits the detection light L1 modulated to a specific frequency (e.g., 12 MHz) under the control of the control unit 110. If the wavelength band of the detection light L1 is in the visible band, the spot irradiated on the object can be visually recognized, which is convenient when adjusting the detection light L1 to a desired direction or when checking the inspection location where the inspection is being performed. The light projecting element 120 is not limited to a laser diode that emits coherent light, and an element that emits incoherent light such as an LED may be used.

光軸調整素子130は、上述のように、投光素子120から投光された検出光L1の光軸を調整する素子である。光軸調整素子130は、調整ユニットの一例であり、投光素子120から投光された検出光L1の光軸を、基準軸に対して角度をなすように調整する。このような構成によれば、複数のセンシング機構を使用したり直線状の光スポットを形成して二次元イメージセンサで受光したりせずに、一つのセンシング機構で、対象物における多点での検出距離を検出させることができる。 As described above, the optical axis adjustment element 130 is an element that adjusts the optical axis of the detection light L1 projected from the light projecting element 120. The optical axis adjustment element 130 is an example of an adjustment unit, and adjusts the optical axis of the detection light L1 projected from the light projecting element 120 so that it forms an angle with respect to the reference axis. With this configuration, it is possible to detect detection distances at multiple points on an object with one sensing mechanism, without using multiple sensing mechanisms or forming a linear light spot and receiving it with a two-dimensional image sensor.

光軸調整素子130は、投光素子120及び後述する受光素子140と共に筐体101内に収容されている。このような構成によれば、光軸調整素子130は、筐体101の外に検出光L1の光軸を調整する可動部を設ける必要がない。このため、このような構成によれば、筐体101を例えば製造ラインに付随する構造物に直接的に固定できるので、光学式センサ100の設置がしやすく、また作業者による不用意な接触等の影響も受けにくい。 The optical axis adjustment element 130 is housed in the housing 101 together with the light projecting element 120 and the light receiving element 140 described later. With this configuration, the optical axis adjustment element 130 does not need to have a movable part for adjusting the optical axis of the detection light L1 outside the housing 101. For this reason, with this configuration, the housing 101 can be directly fixed to, for example, a structure associated with the production line, making it easy to install the optical sensor 100 and less susceptible to the effects of inadvertent contact by an operator.

光軸調整素子130は、例えば、検出光L1を偏向することで検出光L1の光軸を調整する液晶デバイスを含んでもよい。液晶デバイスは、例えば、液晶セルに電圧を加えてオン/オフを制御することにより偏向を実現する。液晶デバイスは、具体的には、液晶セルが配列された液晶回折格子(例えば、会誌「光学」30巻1号:「液晶光学デバイスの研究動向」第6頁)を積層し、入力された制御信号に応じて入射されたレーザ光の偏向量を制御できるように液晶セルに印加する電圧を制御する制御回路を組み込んだデバイスである。 The optical axis adjustment element 130 may include, for example, a liquid crystal device that adjusts the optical axis of the detection light L1 by deflecting the detection light L1 . The liquid crystal device achieves deflection by, for example, applying a voltage to a liquid crystal cell to control the on/off state. Specifically, the liquid crystal device is a device in which a liquid crystal diffraction grating in which liquid crystal cells are arranged (for example, Journal of Optics, Vol. 30, No. 1: "Research Trends in Liquid Crystal Optical Devices," p. 6) is stacked, and a control circuit is incorporated that controls the voltage applied to the liquid crystal cell so that the amount of deflection of the incident laser light can be controlled according to an input control signal.

上記構成によれば、光軸調整素子130は、上記のような液晶デバイスを利用することで互いに離散する複数の位置に投光するように調整することができる。また、特許文献1のように対象物における複数の位置との距離を検出するために直線状の光スポットを形成すると検出光のパワー密度が低下してしまう傾向にあるが、上記構成によれば、任意の複数の位置に対してより高密度の検出光を投光することができる。また、上記構成によれば、光軸調整素子130は、可動部が必要なMEMSミラー等と比較して、より簡易な構成で実現することができる。 According to the above configuration, the optical axis adjustment element 130 can be adjusted to project light onto multiple, mutually-distant positions by using the above-mentioned liquid crystal device. In addition, forming a linear light spot to detect the distance to multiple positions on the target object, as in Patent Document 1, tends to reduce the power density of the detection light, but with the above configuration, it is possible to project detection light of higher density onto any multiple positions. In addition, with the above configuration, the optical axis adjustment element 130 can be realized with a simpler configuration than a MEMS mirror or the like that requires a movable part.

光軸調整素子130は、例えば、第1モードでは特定の方向へ投光するよう光軸を調整し、第2モードでは複数の方向へ投光するよう光軸を調整してもよい。ここで「第1モード」と「第2モード」とは、光学式センサ100の動作モードである。また、この「特定の方向」とは、典型的には基準軸と光軸が一致する方向だが、これに限定されない。 The optical axis adjustment element 130 may, for example, adjust the optical axis to project light in a specific direction in the first mode, and adjust the optical axis to project light in multiple directions in the second mode. Here, the "first mode" and "second mode" are operating modes of the optical sensor 100. Furthermore, this "specific direction" is typically a direction in which the reference axis and the optical axis coincide, but is not limited to this.

光軸調整素子130は、例えば、後述する記憶部180に記憶される1以上の角度に基づいて検出光L1の光軸を調整してもよい。 The optical axis adjustment element 130 may adjust the optical axis of the detection light L1 based on, for example, one or more angles stored in a storage unit 180, which will be described later.

上記構成によれば、光軸調整素子130は、筐体101に収容される記憶部180を参照して光軸を調整するため、外部機器から角度の情報を授受するのと比較して高速に処理することができる。 With the above configuration, the optical axis adjustment element 130 adjusts the optical axis by referring to the memory unit 180 housed in the housing 101, allowing for faster processing compared to receiving and sending angle information from an external device.

受光素子140は、光電変換が可能な素子であり、対象物で反射した検出光L2を受光して検出信号を出力する素子である。受光素子140は、例えば、フォトダイオード(PDA)や位置検出素子(PSD)であってもよい。また、受光素子140は、他の例として、二次元状に配列された光電変換画素を有する例えばCMOSセンサであってもよい。受光素子140は、受光した検出光L2を電気信号に変換して制御部110へと送信する。なお、図においては対象物へ向けて投光される検出光L1と、受光素子140で受光する検出光L2の光路を分けて示すが、実際には図1に示すように同一光路であり、例えばダイクロイックミラーを用いて検出光L1と検出光L2を分離する。 The light receiving element 140 is an element capable of photoelectric conversion, and receives the detection light L2 reflected by the object and outputs a detection signal. The light receiving element 140 may be, for example, a photodiode (PDA) or a position sensitive detector (PSD). As another example, the light receiving element 140 may be, for example, a CMOS sensor having photoelectric conversion pixels arranged in a two-dimensional shape. The light receiving element 140 converts the received detection light L2 into an electrical signal and transmits it to the control unit 110. In the figure, the optical paths of the detection light L1 projected toward the object and the detection light L2 received by the light receiving element 140 are shown separately, but in reality, they are the same optical path as shown in FIG. 1, and the detection light L1 and the detection light L2 are separated using, for example, a dichroic mirror.

操作ボタン150は、ユーザからの指定を受け付ける操作部材であり、例えば、UPボタンとDOWNボタン、十字ボタンなどが含まれていてもよい。操作ボタン150は、制御部110と協働して、光軸調整素子130が調整可能な検出光L1の基準軸に対する角度の範囲から基準軸に対する特定の角度の指定を事前に受け付ける受付部としての機能を担う。また、操作ボタン150は、例えば、制御部110と協働して、光学式センサ100の動作モードの指定を受け付ける受付部としての機能を担ってもよい。動作モードの詳細は後述する。操作ボタン150は、これらの受付部としての機能のほかにも、光学式センサ100の各種項目の入力を受け付ける受付部としての機能も担う。なお、操作部材としては操作ボタンに限らず、タッチセンサなど他のデバイスを用いてもよい。 The operation button 150 is an operation member that accepts a designation from a user, and may include, for example, an UP button, a DOWN button, a cross button, and the like. The operation button 150, in cooperation with the control unit 110, functions as a reception unit that accepts in advance the designation of a specific angle with respect to the reference axis from the range of angles with respect to the reference axis of the detection light L1 that the optical axis adjustment element 130 can adjust. The operation button 150 may also, for example, cooperate with the control unit 110 and function as a reception unit that accepts the designation of the operation mode of the optical sensor 100. Details of the operation mode will be described later. In addition to these functions as a reception unit, the operation button 150 also functions as a reception unit that accepts input of various items of the optical sensor 100. Note that the operation member is not limited to the operation button, and other devices such as a touch sensor may be used.

表示パネル160は、例えば液晶パネルであり、光学式センサ100の設定状態、検出結果としての検出情報や未検出情報などが表示される。なお、光学式センサ100の設定状態を示すデバイスとしては、LEDなどが設けられていてもよい。入出力IF170は、ケーブル103を介して外部機器と情報の授受を行うためのインタフェースであり、例えばEthernet(登録商標)ユニットやLANユニットを含む。なお、入出力IF170としては、ケーブル103を介した有線接続に限らず、無線LANやBluetooth(登録商標)に対応する接続ユニットを含んでもよい。ここで「検出情報」とは、光学式センサ100で検出した検出距離や変位を示す情報であり、上述の距離情報又は後述の変位情報の少なくともいずれかを含む情報である。 The display panel 160 is, for example, a liquid crystal panel, and displays the setting state of the optical sensor 100, detection information as a detection result, non-detection information, etc. Note that an LED or the like may be provided as a device indicating the setting state of the optical sensor 100. The input/output IF 170 is an interface for sending and receiving information to and from an external device via the cable 103, and includes, for example, an Ethernet (registered trademark) unit or a LAN unit. Note that the input/output IF 170 is not limited to a wired connection via the cable 103, and may include a connection unit corresponding to a wireless LAN or Bluetooth (registered trademark). Here, the "detection information" is information indicating the detection distance or displacement detected by the optical sensor 100, and includes at least either the distance information described above or the displacement information described below.

記憶部180は、不揮発性の記憶媒体であり、例えばフラッシュメモリによって構成されている。記憶部180は、光学式センサ100の制御や処理を実行するプログラムの他にも、制御や演算に用いられる様々なパラメータ値、関数、ルックアップテーブル等を記憶し得る。 The storage unit 180 is a non-volatile storage medium, and is composed of, for example, a flash memory. In addition to programs that control and process the optical sensor 100, the storage unit 180 can store various parameter values, functions, lookup tables, etc. used for control and calculation.

記憶部180は、例えば、基準軸となす1以上の角度又は角度範囲を記憶してもよい。記憶部180は、例えば、受付部が受け付けた1以上の角度又は角度範囲を記憶してもよい。 The storage unit 180 may store, for example, one or more angles or angle ranges relative to a reference axis. The storage unit 180 may store, for example, one or more angles or angle ranges received by the reception unit.

制御部110は、制御プログラムが指示する処理に応じて様々な演算を実行する機能演算部としての役割も担う。制御部110は、投光調整部111、距離算出部112、変位量算出部113として機能し得る。 The control unit 110 also functions as a functional calculation unit that executes various calculations according to the processing instructed by the control program. The control unit 110 can function as a light projection adjustment unit 111, a distance calculation unit 112, and a displacement amount calculation unit 113.

投光調整部111は、基準軸と角度をなす検出光L1が投光されるように光軸調整素子130を駆動し、投光素子120と受光素子140に検出処理を実行させる。投光調整部111は、例えば、基準軸となす1以上の角度を記憶する記憶部180を参照して、基準軸に対してこの1以上の角度をなすように光軸調整素子130を駆動してもよい。 The light projection adjustment unit 111 drives the optical axis adjustment element 130 so as to project the detection light L1 forming an angle with the reference axis, and causes the light projection element 120 and the light receiving element 140 to execute detection processing. The light projection adjustment unit 111 may, for example, refer to a storage unit 180 that stores one or more angles formed with the reference axis, and drive the optical axis adjustment element 130 so as to form the one or more angles with the reference axis.

距離算出部112は、投光した検出光L1と、受光した検出光L2の時間差を例えば両者の位相差を用いて算出し、対象物までの検出距離に変換する。距離算出部112は、例えば、光軸調整素子130を駆動することにより検出光L1を対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、対象物における複数の反射位置それぞれと光学式センサ100との検出距離を算出する。制御部110は、距離算出部112の算出結果をデータ構造化し、距離情報として出力する。あるいは、受光素子140が検出光L2を受光しない場合には、規定された未検出情報を出力する。 The distance calculation unit 112 calculates the time difference between the projected detection light L1 and the received detection light L2 , for example, using the phase difference between the two, and converts it into a detection distance to the object. The distance calculation unit 112 calculates the detection distance between each of the multiple reflection positions on the object and the optical sensor 100 using the ToF method based on a detection signal obtained by driving the optical axis adjustment element 130 to project the detection light L1 to each of the multiple positions on the object. The control unit 110 puts the calculation result of the distance calculation unit 112 into a data structure and outputs it as distance information. Alternatively, when the light receiving element 140 does not receive the detection light L2, it outputs specified non-detection information.

距離算出部112は、例えば、第1モードでは検出光L1を投光して得た検出信号に基づいて対象物の単一の反射位置と光学式センサ100との距離を算出してもよい。また、距離算出部112は、例えば、第2モードでは検出光L1を投光して得た検出信号に基づいて対象物における複数の反射位置それぞれと光学式センサ100との距離を算出する。 For example, in the first mode, the distance calculation unit 112 may calculate the distance between a single reflection position on the object and the optical sensor 100 based on a detection signal obtained by projecting the detection light L1 . Also, in the second mode, the distance calculation unit 112 calculates the distance between each of a plurality of reflection positions on the object and the optical sensor 100 based on a detection signal obtained by projecting the detection light L1 .

上記構成によれば、距離算出部112は、異なる動作モードごとに、単一の反射位置との距離を算出するか複数の反射位置との距離を算出するかを切り替えることができる。このため、上記構成によれば、光学式センサ100の用途に応じて、例えば、従来のToFセンサのように対象物における単一点との距離を検出したい場合には第1モードに切り替えて、対象物における多点の距離を検出したい場合、多点間の変位量や傾きを算出したい場合には第2モードに切り替えて動作することができる。 According to the above configuration, the distance calculation unit 112 can switch between calculating the distance to a single reflection position or calculating the distance to multiple reflection positions for each different operation mode. Therefore, according to the above configuration, depending on the application of the optical sensor 100, for example, when it is desired to detect the distance to a single point on an object like a conventional ToF sensor, it can switch to the first mode, and when it is desired to detect the distance to multiple points on an object and calculate the amount of displacement or tilt between multiple points, it can switch to the second mode.

変位量算出部113は、複数の反射位置それぞれにおける検出距離を互いに比較して、複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における基準軸の方向と並行方向の変位量(以下、単に「変位量」ともいう)を算出する。第2位置は、複数の位置のうち第1位置とは異なる位置である。変位量算出部113は、算出した変位量を示す変位情報を出力する。 The displacement amount calculation unit 113 compares the detection distances at each of the multiple reflection positions to calculate the amount of displacement (hereinafter also simply referred to as "displacement amount") in a direction parallel to the direction of the reference axis between a first position and a second position among the multiple positions. The second position is a position among the multiple positions that is different from the first position. The displacement amount calculation unit 113 outputs displacement information indicating the calculated amount of displacement.

ここで、図3を参照して、変位量算出部113における変位量の算出例を説明する。図3に示すように、光学式センサ100は、検出光L1を投光して、3点(基準位置、a点及びb点)の反射位置(図3では、「スポット種別」と表記)までの検出距離をそれぞれ算出する。本例では、この基準位置に対して投光する検出光L1の光軸を基準軸とする。また、本例では、基準軸の方向と並行方向をZ軸方向、基準軸と垂直をなす方向をX軸方向とする。a点及びb点に対する投光の際、光学式センサ100は、この基準軸と角度をなすよう光軸を調整する。また、本例では、第1位置をa点、第2位置をb点とする。また、本例では、検出光の光軸に沿った検出距離の値を「距離値」といい、距離値に基づいて算出するZ軸方向の光学式センサ100と反射位置それぞれとの間の距離の値を「Z軸距離値(DZ)」という。また、本例では、基準位置以外の各反射位置に対して投光する際に基準軸に対してなす角度を「角度変位量(θ1)」(図3~4では、「チルト角(θ1)」と表記)という。 Here, an example of the calculation of the displacement amount in the displacement amount calculation unit 113 will be described with reference to FIG. 3. As shown in FIG. 3, the optical sensor 100 projects the detection light L1 and calculates the detection distances to the reflection positions (indicated as "spot type" in FIG. 3) of three points (reference position, point a, and point b). In this example, the optical axis of the detection light L1 projected to this reference position is the reference axis. In this example, the direction parallel to the reference axis is the Z axis direction, and the direction perpendicular to the reference axis is the X axis direction. When projecting light to points a and b, the optical sensor 100 adjusts the optical axis so as to form an angle with this reference axis. In this example, the first position is point a, and the second position is point b. In this example, the value of the detection distance along the optical axis of the detection light is called the "distance value", and the value of the distance between the optical sensor 100 in the Z axis direction and each of the reflection positions calculated based on the distance value is called the "Z axis distance value (D Z )". In this example, the angle that light makes with respect to the reference axis when it is projected onto each reflection position other than the reference position is called the "angular displacement amount (θ 1 )" (in Figs. 3 and 4, this is indicated as the "tilt angle (θ 1 )").

変位量算出部113は、基準位置が反射位置の場合、距離算出部112により算出された距離値2500mmに対して相対値を0と算出する。距離算出部112は、a点が反射位置の場合、算出した距離値2470mmと角度変位量2°とに基づいて、Z軸距離値2468.5mmを算出する。そして、変位量算出部113は、このZ軸距離値と基準位置の距離値とを比較して、比較の結果相対値を-31.5mmと算出する。相対値を-30と算出する。また、距離算出部112は、b点が反射位置の場合、算出した距離値2490mmと角度変位量2°とに基づいて、Z軸距離値2488.5mmを算出する。そして、変位量算出部113は、このZ軸距離値と基準位置の距離値とを比較して、比較の結果相対値を-11.5mmと算出する。変位量算出部113は、これらの算出された相対値に基づいて、対象物の2点間のZ軸方向の変位量を算出する。例えば、変位量算出部113は、a点とb点との間のZ軸方向の変位量を、それぞれの相対値(-31.5mmと-11.5mm)に基づいて、20mmと算出してもよい。 When the reference position is the reflection position, the displacement amount calculation unit 113 calculates a relative value of 0 for the distance value of 2500 mm calculated by the distance calculation unit 112. When point a is the reflection position, the distance calculation unit 112 calculates a Z-axis distance value of 2468.5 mm based on the calculated distance value of 2470 mm and the angular displacement amount of 2°. Then, the displacement amount calculation unit 113 compares this Z-axis distance value with the distance value of the reference position, and calculates a relative value of -31.5 mm as a result of the comparison. The displacement amount calculation unit 113 calculates a relative value of -30. When point b is the reflection position, the distance calculation unit 112 calculates a Z-axis distance value of 2488.5 mm based on the calculated distance value of 2490 mm and the angular displacement amount of 2°. Then, the displacement amount calculation unit 113 compares this Z-axis distance value with the distance value of the reference position, and calculates a relative value of -11.5 mm as a result of the comparison. The displacement amount calculation unit 113 calculates the amount of displacement in the Z-axis direction between two points on the object based on these calculated relative values. For example, the displacement amount calculation unit 113 may calculate the amount of displacement in the Z-axis direction between points a and b to be 20 mm based on the respective relative values (-31.5 mm and -11.5 mm).

上記構成によれば、変位量算出部113は、ToF方式により算出された複数の位置それぞれの検出距離に基づいて複数の位置に含まれる2点間の変位量を算出することができる。ToF方式を利用することで、検出距離が長くなっても、センサのサイズを大型化せずに、三角測距方式と比較して精度が低下するおそれを少なくすることができ、ひいては検出不良のおそれも少なくすることができる。このため、上記構成によれば、検出距離の長さに関わらず、センサのサイズの大型化を抑制しつつ、対象物における多点での検出距離を精度よく検出し、ひいては多点間での変位を精度よく算出をすることができる。 According to the above configuration, the displacement amount calculation unit 113 can calculate the amount of displacement between two points included in the multiple positions based on the detection distances of each of the multiple positions calculated by the ToF method. By using the ToF method, even if the detection distance is long, the size of the sensor is not increased, and the risk of accuracy decreasing compared to the triangulation method can be reduced, and the risk of detection failure can also be reduced. Therefore, according to the above configuration, regardless of the length of the detection distance, the detection distances at multiple points on the target object can be accurately detected while suppressing the increase in size of the sensor, and the displacement between multiple points can be accurately calculated.

傾き算出部114は、変位量算出部113により算出された変位量に基づいて、複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における対象物の傾きを算出する。 The tilt calculation unit 114 calculates the tilt of the object between the first position and the second position among the multiple positions based on the amount of displacement calculated by the displacement calculation unit 113.

ここで、図4を参照して、傾き算出部114における傾きの算出例を説明する。本例は、図3の例と同様に、光学式センサ100は、検出光L1を投光して、3点(基準位置、a点及びb点)の反射位置からの検出距離をそれぞれ算出する。 Here, an example of the calculation of the inclination in the inclination calculation unit 114 will be described with reference to Fig. 4. In this example, similar to the example in Fig. 3, the optical sensor 100 projects the detection light L1 and calculates the detection distances from the reflection positions of three points (the reference position, point a, and point b).

図3の例と同様に、変位量算出部113は、基準位置が反射位置の場合、距離算出部112により算出された距離値2500mmに対して相対値を0と算出する。距離算出部112は、a点が反射位置の場合、算出した距離値2490mmと角度変位量2°とに基づいて、Z軸距離値2488.5mmを算出する。そして、変位量算出部113は、このZ軸距離値と基準位置の距離値とを比較して、比較の結果相対値を-11.5mmと算出する。また、距離算出部112は、b点が反射位置の場合、算出した距離値2510mmとと角度変位量2°とに基づいて、Z軸距離値2508.5mmを算出する。そして、変位量算出部113は、このZ軸距離値と基準位置の距離値とを比較して、比較の結果相対値を+8.5mmと算出する。変位量算出部113は、a点とb点との間のZ軸方向の変位量を、それぞれの相対値(-11.5と+8.5)に基づいて、20mmと算出する。 As in the example of FIG. 3, when the reference position is the reflection position, the displacement amount calculation unit 113 calculates a relative value of 0 for the distance value of 2500 mm calculated by the distance calculation unit 112. When point a is the reflection position, the distance calculation unit 112 calculates a Z-axis distance value of 2488.5 mm based on the calculated distance value of 2490 mm and the angular displacement amount of 2°. Then, the displacement amount calculation unit 113 compares this Z-axis distance value with the distance value of the reference position, and calculates a relative value of -11.5 mm as a result of the comparison. Also, when point b is the reflection position, the distance calculation unit 112 calculates a Z-axis distance value of 2508.5 mm based on the calculated distance value of 2510 mm and the angular displacement amount of 2°. Then, the displacement amount calculation unit 113 compares this Z-axis distance value with the distance value of the reference position, and calculates a relative value of +8.5 mm as a result of the comparison. The displacement calculation unit 113 calculates the displacement in the Z-axis direction between points a and b to be 20 mm based on their relative values (-11.5 and +8.5).

傾き算出部114は、上記の算出された変位量と、a点とb点との間のX軸方向の変位量(図4では、「スポット移動量」と表記)と、に基づいて、a点とb点間における対象物の傾きとして角度θ2を算出する。傾き算出部114は、例えば、tanθ2(a点とb点との間のZ軸方向の変位量/a点とb点との間のX軸方向の変位量)を算出することで、角度θ2を算出してもよい。 The tilt calculation unit 114 calculates the angle θ2 as the tilt of the object between points a and b based on the calculated displacement amount and the displacement amount in the X-axis direction between points a and b (in FIG. 4, this is indicated as "spot movement amount"). The tilt calculation unit 114 may calculate the angle θ2 by, for example, calculating tan θ2 (the displacement amount in the Z- axis direction between points a and b/the displacement amount in the X-axis direction between points a and b).

上記構成によれば、傾き算出部114は、a点とb点との間のZ軸方向の変位量に基づいて、a点とb点間における対象物の傾きを算出することができる。このため、上記構成によれば、傾き算出部114は、検出距離の長さに関わらず、多点間における対象物の傾きを精度よく検出することができる。 According to the above configuration, the tilt calculation unit 114 can calculate the tilt of the object between points a and b based on the amount of displacement in the Z-axis direction between points a and b. Therefore, according to the above configuration, the tilt calculation unit 114 can accurately detect the tilt of the object between multiple points regardless of the length of the detection distance.

切替部115は、第1モードと第2モードとを含む光学式センサの動作モードを切り替える。切替部115は、例えば、受付部が受け付けた動作モードの指定に基づいて、第1モードと第2モードとを切り替えてもよい。また、他の例として、入出力IF170を介して外部機器から与えられる指定情報に基づいて、第1モードと第2モードとを切り替えてもよい。この指定情報とは、動作モードの指定を示す情報である。なお、本実施形態では、単一の反射位置から反射した検出光を検出するモード(以下、「単一点モードという」)を第1モードとし、複数の反射位置それぞれから反射した検出光L2を検出するモード(以下、「多点モード」という)を第2モードとする。光学式センサ100は、単一点モードでは、対象物における特定の位置に投光し、この特定の位置と光学式センサ100との距離を検出する。他方多点モードでは、光学式センサ100は、投光しながら対象物における複数の位置間を移動し、光学式センサ1と指定された複数の反射位置それぞれとの距離を検出する。 The switching unit 115 switches between the operation modes of the optical sensor, including the first mode and the second mode. For example, the switching unit 115 may switch between the first mode and the second mode based on the designation of the operation mode received by the reception unit. As another example, the switching unit 115 may switch between the first mode and the second mode based on designation information provided from an external device via the input/output IF 170. This designation information is information indicating the designation of the operation mode. In this embodiment, the mode in which the detection light reflected from a single reflection position is detected (hereinafter referred to as the "single-point mode") is the first mode, and the mode in which the detection light L2 reflected from each of the multiple reflection positions is detected (hereinafter referred to as the "multi-point mode") is the second mode. In the single-point mode, the optical sensor 100 projects light at a specific position on the object and detects the distance between this specific position and the optical sensor 100. On the other hand, in the multi-point mode, the optical sensor 100 moves between multiple positions on the object while projecting light, and detects the distance between the optical sensor 1 and each of the multiple designated reflection positions.

ここで、図5を参照して、単一点モード及び多点モードそれぞれの対象物との距離検出の一例を説明する。本例では、対象物を狙うスポットをターゲットスポットといい、このターゲットスポットを基準位置とする。本例では、このターゲットスポットの方向を基準軸の方向とする。また、本例では、指定された複数の反射位置を、対象物におけるa~d点とする。本例では、基準軸の方向と並行方向をZ軸方向、基準軸と垂直をなす方向をX軸方向とし、Z軸及びX軸と垂直をなす方向をY軸方向とする。 Now, with reference to FIG. 5, an example of distance detection to an object in each of single-point mode and multi-point mode will be described. In this example, the spot aimed at the object is called the target spot, and this target spot is set as the reference position. In this example, the direction of this target spot is set as the direction of the reference axis. Also, in this example, the multiple specified reflection positions are set as points a to d on the object. In this example, the direction parallel to the direction of the reference axis is set as the Z-axis direction, the direction perpendicular to the reference axis is set as the X-axis direction, and the direction perpendicular to the Z-axis and X-axis is set as the Y-axis direction.

図5(a)に示すように、例えば、単一点モードでは、光学式センサ100は、偏向可能範囲内のターゲットスポットの方向に検出光を投光する。光学式センサ100は、検出光L1を投光して得た検出信号に基づいてターゲットスポットと光学式センサとの距離を算出する。この算出された基準位置であるターゲットスポットとの検出距離は、2520mmとする。 As shown in Fig. 5A, for example, in the single-point mode, the optical sensor 100 projects a detection light in the direction of a target spot within the deflection range. The optical sensor 100 calculates the distance between the target spot and the optical sensor based on a detection signal obtained by projecting the detection light L1 . The detection distance from the target spot, which is the calculated reference position, is set to 2520 mm.

図5(b)に示すように、例えば、多点モードでは、光学式センサ100は、直交する2軸方向(図示するX軸方向とY軸方向)のうち、X軸方向に沿う2点(a点及びc点)とY軸方向に沿う2点(b点及びd点)との合計4点の方向に検出光L1を投光する。光学式センサ100は、a~d点の方向に検出光を投光するにあたって、検出光の光軸を調整して対象物における反射位置を移動させる。光学式センサ100は、検出光を投光して得た検出信号に基づいてa~d点と光学式センサとの距離それぞれを算出する。この算出された各点の検出距離は、例えば、a点は2510mm、b点は2515mm、c点は2520mm、d点は2520mmとする。この場合、a点及びb点の検出距離から算出したa点及びb点のZ軸距離が基準位置での距離よりも小さいので、a点の周辺及びb点の周辺が凹面状になっていることが推定される。他方、c点及びd点の検出距離から算出したa点及びb点のZ軸距離が基準位置での距離と同じなので、c点及びd点の周辺が平面状になっていることが推定される。このように、光学式センサ100は、対象物における多点での距離を検出することで、対象物の凹凸の状態の推定に利用することもできる。 As shown in FIG. 5B, for example, in the multi-point mode, the optical sensor 100 projects the detection light L1 in the direction of two points (points a and c) along the X-axis direction and two points (points b and d) along the Y-axis direction of two orthogonal axial directions (X-axis direction and Y -axis direction shown in the figure), totaling four points. When projecting the detection light in the direction of points a to d, the optical sensor 100 adjusts the optical axis of the detection light to move the reflection position on the target object. The optical sensor 100 calculates the distance between each of points a to d and the optical sensor based on the detection signal obtained by projecting the detection light. The calculated detection distances of each point are, for example, 2510 mm for point a, 2515 mm for point b, 2520 mm for point c, and 2520 mm for point d. In this case, since the Z-axis distances of points a and b calculated from the detection distances of points a and b are smaller than the distances at the reference position, it is estimated that the periphery of point a and the periphery of point b are concave. On the other hand, since the Z-axis distances of points a and b calculated from the detection distances of points c and d are the same as the distances at the reference position, it is estimated that the areas around points c and d are flat. In this way, the optical sensor 100 can be used to estimate the unevenness of an object by detecting distances at multiple points on the object.

図6を参照して、光学式センサ100の対象物までの検出距離及び対象物における変位の検出の動作例を説明する。なお、以下に示す処理の順番は一例であって、適宜、変更されてもよい。なお、本例において、Nは、自然数を示し初期値を「1」とする。また、本例では、1~NE番目(NE:最後の番号)までの基準軸に対する角度が予め受付部を介して指定され、記憶部180に記憶されているものとする。 An example of the operation of the optical sensor 100 to detect the distance to an object and the displacement of the object will be described with reference to Fig. 6. Note that the order of the processes shown below is one example and may be changed as appropriate. Note that in this example, N indicates a natural number and has an initial value of "1". Also, in this example, it is assumed that angles from 1 to N E (N E is the last number) with respect to the reference axis are specified in advance via the receiving unit and stored in the storage unit 180.

図6に示すように、光学式センサ100の投光素子120は、検出光を投光する(ステップS10)。 As shown in FIG. 6, the light-emitting element 120 of the optical sensor 100 emits detection light (step S10).

次に、動作モードが第1モードの場合(ステップS11の「第1モード」)、受光素子140は、対象物で反射した検出光を受光して検出信号を出力する(ステップS12)。次に、距離算出部112は、検出光を投光して得た検出信号に基づいて対象物における反射位置と光学式センサとの距離を算出する(ステップS13)。距離算出部112は、算出した距離を示す距離情報を含む検出情報を出力する(ステップS14)。 Next, when the operating mode is the first mode ("first mode" in step S11), the light receiving element 140 receives the detection light reflected from the object and outputs a detection signal (step S12). Next, the distance calculation unit 112 calculates the distance between the reflection position on the object and the optical sensor based on the detection signal obtained by projecting the detection light (step S13). The distance calculation unit 112 outputs detection information including distance information indicating the calculated distance (step S14).

次に、動作モードが第2モードの場合(ステップS11の「第2モード」)、投光調整部111がN番目に指定された角度になるように光軸調整素子130を駆動し、光軸調整素子130は、投光素子から投光された検出光の光軸を、基準軸に対してN番目に指定された角度をなすように調整する(ステップS15)。 Next, when the operating mode is the second mode ("second mode" in step S11), the light projection adjustment unit 111 drives the optical axis adjustment element 130 so that the angle is the Nth specified angle, and the optical axis adjustment element 130 adjusts the optical axis of the detection light projected from the light projection element so that it forms the Nth specified angle with respect to the reference axis (step S15).

次に、受光素子140は、対象物におけるN番目の反射位置で反射した検出光を受光して検出信号を出力する(ステップS16)。次に、距離算出部112は、検出光を投光して得た検出信号に基づいて対象物におけるN番目の反射位置と光学式センサとの距離を算出する(ステップS17)。 Next, the light receiving element 140 receives the detection light reflected at the Nth reflection position on the object and outputs a detection signal (step S16). Next, the distance calculation unit 112 calculates the distance between the Nth reflection position on the object and the optical sensor based on the detection signal obtained by projecting the detection light (step S17).

次に、N+1番目の角度が指定されている場合(ステップS18のYES)、制御部110はNをインクリメントし(ステップS19)、ステップ10の前まで戻る。 Next, if the (N+1)th angle is specified (YES in step S18), the control unit 110 increments N (step S19) and returns to the state before step 10.

次に、N+1番目の角度が指定されていない場合(ステップS18のNO)、複数の反射位置それぞれにおける検出距離を互いに比較して、複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における基準軸の方向と並行方向の変位量を算出する(ステップS20)。次に、制御部110は、算出された検出距離と変位量とを含む検出情報を出力する(ステップS21)。 Next, if the (N+1)th angle is not specified (NO in step S18), the detection distances at each of the multiple reflection positions are compared with each other to calculate the amount of displacement parallel to the direction of the reference axis between the first position and the second position among the multiple positions (step S20). Next, the control unit 110 outputs detection information including the calculated detection distance and amount of displacement (step S21).

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。 The above-described embodiments are intended to facilitate understanding of the present invention, and are not intended to limit the present invention. The elements of the embodiments, as well as their arrangements, materials, conditions, shapes, sizes, etc., are not limited to those exemplified, and may be modified as appropriate. Furthermore, configurations shown in different embodiments may be partially substituted or combined.

[変形例]
なお、本発明を上記実施形態に基づいて説明してきたが、以下のような場合も本発明に含まれる。
[Modification]
Although the present invention has been described based on the above embodiment, the following cases are also included in the present invention.

[変形例1]
上記実施形態では、光軸調整素子130に液晶デバイスを利用する例を説明したが、光軸調整素子130はこれに限定されない。光軸調整素子130としては、他にも、MEMSミラー、光フェーズドアレイ、電気光学結晶などを利用することができる。可視光に拘らないのであれば、光軸調整素子130として、近赤外光を用いるスローライト等を利用することもできる。
[Modification 1]
In the above embodiment, an example in which a liquid crystal device is used for the optical axis adjustment element 130 has been described, but the optical axis adjustment element 130 is not limited to this. Other examples of the optical axis adjustment element 130 that can be used include a MEMS mirror, an optical phased array, and an electro-optical crystal. If visible light is not required, a slow light using near-infrared light can also be used for the optical axis adjustment element 130.

[変形例2]
上記実施形態では、対象物における多点での距離を算出するために、基準軸に対する角度であって記憶部180に記憶する角度をなすように光軸を調整する例を説明したが、光軸を調整する方法はこれに限定されない。他の例として、記憶部180は、偏向可能範囲内に基準点(例えば、図3~5の基準位置等)を設け、対象物における位置(例えば、図3及び図4のa点及びb点等)ごとに、基準点からのX軸方向の変位量及びY軸方向の変位量を記憶してもよい。そして、投光調整部111は、基準点からX軸方向及びY軸方向にこれらの変位量分変位させた位置に検出光L1が投光されるように光軸調整素子130を駆動し、投光素子120と受光素子140に検出処理を実行させてもよい。
[Modification 2]
In the above embodiment, an example has been described in which the optical axis is adjusted to form an angle with respect to a reference axis that is stored in the storage unit 180 in order to calculate the distance at multiple points on the target object, but the method of adjusting the optical axis is not limited to this. As another example, the storage unit 180 may provide a reference point (e.g., the reference position in Figs. 3 to 5) within the deflection range, and store the displacement amount in the X-axis direction and the displacement amount in the Y-axis direction from the reference point for each position on the target object (e.g., points a and b in Figs. 3 and 4). Then, the light projection adjustment unit 111 may drive the optical axis adjustment element 130 so that the detection light L1 is projected to a position displaced by these displacement amounts in the X-axis direction and the Y-axis direction from the reference point, and cause the light projection element 120 and the light receiving element 140 to perform the detection process.

本実施形態の一部又は全部は、以下の附記のようにも記載されうるが、以下には限られない。 A part or all of this embodiment can be described as follows, but is not limited to the following:

[附記]
光学式センサ(100)であって、
検出光(L1)を投光する投光素子(120)と、
前記投光素子(120)から投光された前記検出光(L1)の光軸を、基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニット(130)と、
対象物で反射した前記検出光(L2)を受光して検出信号を出力する受光素子(140)と、
前記調整ユニット(130)を駆動することにより前記検出光を前記対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサ(100)との距離を算出する距離算出部(112)と、
を備える光学式センサ(100)。
[Additional Note]
An optical sensor (100),
A light-projecting element (120) for projecting a detection light (L 1 );
an adjustment unit (130) that adjusts the optical axis of the detection light (L 1 ) projected from the light projecting element (120) so that the optical axis forms an angle with a reference axis;
a light receiving element (140) that receives the detection light ( L2 ) reflected by an object and outputs a detection signal;
a distance calculation unit (112) that calculates a distance between each of a plurality of positions on the object and the optical sensor (100) by a ToF method based on a detection signal obtained by projecting the detection light onto each of a plurality of positions on the object by driving the adjustment unit (130);
An optical sensor (100) comprising:

100…光学式センサ、101…筐体、102…透過窓、103…ケーブル、110…制御部、111…投光調整部、112…距離算出部、113…変位量算出部、114…傾き算出部、115…切替部、120…投光素子、130…光軸調整素子、140…受光素子、150…操作ボタン、160…表示パネル、170…入出力IF、180…記憶部 100...Optical sensor, 101...Housing, 102...Transmission window, 103...Cable, 110...Control unit, 111...Light projection adjustment unit, 112...Distance calculation unit, 113...Displacement amount calculation unit, 114...Inclination calculation unit, 115...Switching unit, 120...Light projection element, 130...Optical axis adjustment element, 140...Light receiving element, 150...Operation button, 160...Display panel, 170...Input/output IF, 180...Storage unit

Claims (8)

光学式センサであって、
検出光を投光する投光素子と、
前記投光素子から投光された前記検出光の光軸を、基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニットと、
対象物で反射した前記検出光を受光して検出信号を出力する受光素子と、
前記調整ユニットを駆動することにより前記検出光を前記対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサとの距離を算出する距離算出部と、
前記複数の位置それぞれにおける前記距離と前記基準軸に対してなす前記角度とに基づいて、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサとの前記基準軸の方向と並行方向の距離を算出することにより、前記複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における変位量であって前記基準軸の方向と並行方向の変位量を算出する変位量算出部と、
を備える光学式センサ。
An optical sensor comprising:
a light-projecting element that projects detection light;
an adjustment unit that adjusts an optical axis of the detection light projected from the light projecting element so that the optical axis forms an angle with a reference axis;
a light receiving element that receives the detection light reflected by an object and outputs a detection signal;
a distance calculation unit that calculates a distance between each of a plurality of positions on the object and the optical sensor by a ToF method based on a detection signal obtained by projecting the detection light onto each of a plurality of positions on the object by driving the adjustment unit;
a displacement amount calculation unit that calculates a distance between each of the plurality of positions and the optical sensor in a direction parallel to the reference axis based on the distance at each of the plurality of positions and the angle with respect to the reference axis, thereby calculating an amount of displacement between a first position and a second position among the plurality of positions in a direction parallel to the reference axis;
An optical sensor comprising:
前記変位量に基づいて、前記第1位置と前記第2位置との間における前記対象物の傾きを算出する傾き算出部をさらに備える、請求項に記載の光学式センサ。 The optical sensor according to claim 1 , further comprising a tilt calculation unit that calculates a tilt of the object between the first position and the second position based on the amount of displacement. 第1モードと第2モードとを含む前記光学式センサの動作モードを切り替える切替部をさらに備え、
前記調整ユニットは、前記第1モードでは特定の方向へ投光するよう前記光軸を調整し、前記第2モードでは複数の方向へ投光するよう前記光軸を調整し、
前記距離算出部は、前記第1モードでは前記検出光を投光して得た検出信号に基づいて前記対象物における単一の位置と前記光学式センサとの距離を算出し、前記第2モードでは前記検出光を投光して得た検出信号に基づいて前記対象物における複数の位置それぞれと前記光学式センサとの距離を算出する、
請求項1又は2に記載の光学式センサ。
A switching unit that switches an operation mode of the optical sensor between a first mode and a second mode,
The adjustment unit adjusts the optical axis to project light in a specific direction in the first mode, and adjusts the optical axis to project light in a plurality of directions in the second mode;
the distance calculation unit calculates a distance between a single position on the object and the optical sensor based on a detection signal obtained by projecting the detection light in the first mode, and calculates a distance between each of a plurality of positions on the object and the optical sensor based on a detection signal obtained by projecting the detection light in the second mode.
3. The optical sensor according to claim 1 or 2 .
前記調整ユニットは、少なくとも前記投光素子及び前記受光素子と共に筐体内に収容され、前記投光素子から投光された前記検出光の光軸を調整する光軸調整素子を含む、
請求項1からのいずれか一項に記載の光学式センサ。
the adjustment unit includes an optical axis adjustment element that is accommodated in a housing together with at least the light emitting element and the light receiving element and adjusts an optical axis of the detection light emitted from the light emitting element,
The optical sensor according to claim 1 .
前記光軸調整素子は、前記検出光を偏向することで前記検出光の光軸を調整する液晶デバイスを含む、
請求項に記載の光学式センサ。
The optical axis adjustment element includes a liquid crystal device that adjusts the optical axis of the detection light by deflecting the detection light.
5. The optical sensor according to claim 4 .
前記基準軸となす1以上の角度を記憶する記憶部をさらに備え、
前記調整ユニットは、前記記憶部に記憶される前記1以上の角度に基づいて前記検出光の光軸を調整する、
請求項1からのいずれか一項に記載の光学式センサ。
A storage unit that stores one or more angles with respect to the reference axis,
The adjustment unit adjusts the optical axis of the detection light based on the one or more angles stored in the storage unit.
The optical sensor according to claim 1 .
検出光を投光する投光素子と、前記投光素子から投光された前記検出光の光軸を基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニットと、対象物で反射した前記検出光を受光して検出信号を出力する受光素子とを備える光学式センサの制御方法であって、
前記調整ユニットを駆動することにより前記検出光を前記対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサとの距離を算出する距離算出ステップと、
前記複数の位置それぞれにおける前記距離と前記基準軸に対してなす前記角度とに基づいて、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサとの前記基準軸の方向と並行方向の距離を算出することにより、前記複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における変位量であって前記基準軸の方向と並行方向の変位量を算出する変位量算出ステップと、
を有する光学式センサの制御方法。
A control method for an optical sensor including a light-projecting element that projects detection light, an adjustment unit that adjusts an optical axis of the detection light projected from the light-projecting element so as to form an angle with a reference axis, and a light-receiving element that receives the detection light reflected by an object and outputs a detection signal, comprising:
a distance calculation step of calculating a distance between each of the plurality of positions and the optical sensor by a ToF method based on a detection signal obtained by projecting the detection light onto each of the plurality of positions on the object by driving the adjustment unit;
a displacement amount calculation step of calculating a distance between each of the plurality of positions and the optical sensor in a direction parallel to the direction of the reference axis based on the distance at each of the plurality of positions and the angle with respect to the reference axis, thereby calculating a displacement amount between a first position and a second position among the plurality of positions in a direction parallel to the direction of the reference axis;
A method for controlling an optical sensor comprising the steps of:
検出光を投光する投光素子と、前記投光素子から投光された前記検出光の光軸を基準軸に対して角度をなすように調整する調整ユニットと、対象物で反射した前記検出光を受光して検出信号を出力する受光素子とを備える光学式センサの制御プログラムであって、
前記調整ユニットを駆動することにより前記検出光を前記対象物における複数の位置それぞれに投光して得た検出信号に基づいて、ToF方式により、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサとの距離を算出する距離算出ステップと、
前記複数の位置それぞれにおける前記距離と前記基準軸に対してなす前記角度とに基づいて、前記複数の位置それぞれと前記光学式センサとの前記基準軸の方向と並行方向の距離を算出することにより、前記複数の位置のうち第1位置と第2位置との間における変位量であって前記基準軸の方向と並行方向の変位量を算出する変位量算出ステップと、
をコンピュータに実行させる光学式センサの制御プログラム。
A control program for an optical sensor including a light-projecting element that projects detection light, an adjustment unit that adjusts an optical axis of the detection light projected from the light-projecting element so as to form an angle with a reference axis, and a light-receiving element that receives the detection light reflected by an object and outputs a detection signal,
a distance calculation step of calculating a distance between each of the plurality of positions and the optical sensor by a ToF method based on a detection signal obtained by projecting the detection light onto each of the plurality of positions on the object by driving the adjustment unit;
a displacement amount calculation step of calculating a distance between each of the plurality of positions and the optical sensor in a direction parallel to the direction of the reference axis based on the distance at each of the plurality of positions and the angle with respect to the reference axis, thereby calculating a displacement amount between a first position and a second position among the plurality of positions in a direction parallel to the direction of the reference axis;
A control program for an optical sensor that causes a computer to execute the above.
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