JPH10281719A

JPH10281719A - 境界線検出方法

Info

Publication number: JPH10281719A
Application number: JP9089285A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sekii; 宏関井
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 1997-04-08
Filing date: 1997-04-08
Publication date: 1998-10-23

Abstract

(57)【要約】【課題】反射率の異なる対象物が順次送られてくる場
合でも、高精度に境界を検出する。【解決手段】反射率の差によって生じる境界線を有す
る移動する対象物３に対して、投光部であるＬＥＤ２の
投光軸と受光素子である２分割ＰＤ５の受光軸を含む面
を、移動方向に平行に配置し、２分割ＰＤの受光信号を
除算処理回路１１で除算して、境界線を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、反射型光電セン
サで移動体上の反射率の相違により発生する境界線を高
精度に検出する境界線検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、線状マークを検出する技術とし
て、２個の受光素子を用い、その受光素子出力の差分を
取るもの、あるいは２分割フォトダイオードを用い、そ
の各分割フォトダイオードの受光出力の差分を取るもの
が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のマーク
等の境界線検出方法のうち、２個の受光素子の出力差分
による方法では、複数の受光素子上に、反射光がまた
がるように光学系を設定しなければならないため、受光
ビームを大きくする必要がある。受光素子を複数個使
うため、光学系ヘッド部が大きく複雑化する。差分よ
り線状マークを検出しているため、差分出力の立上がり
特性もしくは立下がり特性が対象物の反射率に依存す
る。したがって、反射率の異なる対象物が順次送られて
くるようなアプリケーションでは高精度の位置決めがで
きないという問題がある。又、２分割フォトダイオード
の出力差分を取る方法でも、上記の問題がある。

【０００４】この発明は上記問題点に着目してなされた
ものであって、反射率の異なる対象物が順次送られてく
る場合でも、高精度に検出できる境界線検出方法を提供
することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この出願の特許請求の範
囲の請求項１に係る境界線検出方法は、反射率の差によ
って発生する境界線を有する移動物体に対して、受光素
子上での反射光の重心変化を検出する反射型光電センサ
の投光軸と受光軸を含む面を移動方向に平行に配置し、
受光信号を除算して境界線の検知時間差より移動速度も
しくは間隔を制御するようにしている。

【０００６】また、請求項５に係る境界線検出方法は、
移動体の表面にラインの反射率差によって生じる境界線
を移動方向に対して直交するように配置し、その境界線
が光電センサの投光軸と受光素子の受光面法線を含む平
行な構成とし、受光素子の検出方法が移動体の移動方向
と平行であるようにしている。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、実施の形態により、この発
明をさらに詳細に説明する。図１は、この発明の一実施
形態線状マーク検出方法に使用される変位センサである
反射型光電センサのセンサヘッド部の断面図である。図
１において、ケース体１ａに収納された投光素子として
のＬＥＤ２からの光が投光軸に対して垂直な方向（図で
は矢印Ｐ方向）に移動する対象物３に照射され、その反
射光がケース体１ａの上部に設けられたスリット４を介
して、ケース体１ａ内に設けられた受光素子としての２
分割ＰＤ（フォトダイオード）５で受光される。この２
分割ＰＤは、ＰＳＤ素子であってもよい。

【０００８】このセンサヘッド部１は、投光軸Ａ、Ｂと
受光面ａ、ｂの法線を含む面（紙面に平行方向）内の受
光素子上での重心変化より対象物３の距離を三角測距の
原理、つまり、三角形ａｂＯと三角形ＡＢＯに基づいて
検出する。この場合、対象物３上の投光スポット径内に
は、一様な反射率のものであることが正確な距離を出力
する条件となる。

【０００９】ところが、図２に示すように、対象物３上
の投光スポット径内に、反射率の異なる部分Ｑ（ここで
は低反射とした）があると、受光素子５上で重心変化が
起きてしまい、距離が一定であるにもかかわらず、出力
変化が起こる。そのため、境界線検出の精度が悪くな
る。この実施形態境界線検出方法は、この現象をも考慮
して、従来の反射形光電センサを用いた場合より高精度
に、線状マーク等の境界線を検出するものである。

【００１０】そのため、この実施形態では、図１のセン
サヘッド部の後処理として、図３に示す回路を使用す
る。図３において、センサヘッド部１内には、図１の場
合と同様、ＬＥＤ２及び２分割ＰＤ５を備え、２分割Ｐ
Ｄ５の受光信号は、処理回路部１０の除算処理回路１１
で、除算処理されて出力される。なお、トランジスタ１
２は、ＬＥＤ２駆動用のトランジスタである。

【００１１】ここで、受光信号の処理に、除算回路を使
用する理由について説明する。図４の（ａ）は受光素子
としてＰＳＤを用いた場合の説明図、図４の（ｂ）は受
光素子として２分割ＰＤを用いた場合の説明図であり、
いずれの場合も出力電流をＩ ₁、Ｉ₂、素子幅をＬ、図
４の（ａ）の重心位置をｘ、図４の（ｂ）の受光素子上
でのビーム径をＢｗ、入射光ビームが中心に入光したと
きの分割ＰＤの内側からビームスポット端までの距離を
ｘとすると、それぞれの出力電流Ｉ₁、Ｉ₂を用いて除
算処理すると、図４の（ａ）のＰＳＤの場合、

【００１２】

【数１】

【００１３】と表され、また図４の（ｂ）の２分割ＰＤ
の場合、

【００１４】

【数２】

【００１５】となり、いずれの場合も反射光量に依存せ
ずに、重心位置を求めることができる。図２に示す場合
で、図５の（ａ）に示すように、投光ビーム幅Ｂｗ固定
で、対象物が右から左へ移動した場合に、従来のように
差動処理すると、図５の（ｃ）の出力となり、この発明
の実施形態のように除算処理すると、図５の（ｂ）の出
力となる。図５の（ｂ）、及び図５の（ｃ）において、
、、の位置は、図６に示すように、は投光ビー
ム端に境界が達した時、は投光ビームの中心に境界が
達した時、は投光ビームを境界が抜ける時点を示して
いる。

【００１６】図５の（ｂ）に示すように、除算処理する
と、図５の（ｃ）に示す差動処理の時と比べて、信号の
立上がり、立下がりが急峻になる。そのため高精度に位
置決めすることができる。波形が急峻なほど、高精度に
位置決め出来る理由について説明する。境界線の位置決
めをするのに、最終的には、除算処理された信号をコン
パレータに入力し、あるスレッショルドより上か、下か
で判別する。この除算出力の波形は、対象物の反射率の
組み合わせにより、レベル的に上下動することが考えら
れるが、波形が急峻であれば、上下してもスレッショル
ドと交叉する位置はわずかずれるだけとなり、位置決め
誤差が少ない。つまり位置決め精度が良い。この場合、
反射率の差が小さいと、差動処理ではΔＶが小さくなる
ため、信号の立上りが緩くなるが、除算処理をすれば小
さいことの影響は受けるが、差動処理に比べ立上がり、
立下がりが急峻であるため、上記したように高精度に位
置決めすることができる。ただし、ここ図５、図６での
説明は、対象物の大きさＷが投光ビーム径Ｂｗと同等以
上の場合である。

【００１７】次に、対象物の大きさＷが投光ビームの径
Ｂｗより小さい場合について、図７、図８により説明す
る。図７の（ａ）は、ビーム径Ｂｗの投光ビームに対
し、幅Ｗの対象物が右から左へ移動して行く場合を示し
ており、図７の（ｂ）は受光信号を除算処理した場合の
出力を、また図７の（ｃ）は受光信号を差動処理した場
合の出力をそれぞれ示している。なお、図７の（ｂ）、
及び図７の（ｃ）において、、、…、の位置は、
図８示すようにが投光ビームの前端に、対象物の境界
１が達した位置を、が投光ビームの前端に対象物の中
心が達した位置を、が投光ビームの前端に対象物の境
界２が達した位置を、が投光ビームの中心に対象物の
中心が達した位置を、が投光ビームの後端に対象物の
境界１が達した位置を、が投光ビームの後端に対象物
の中心が達した場合を、が投光ビームの後端に対象物
の境界２が達した位置をそれぞれ示している。

【００１８】この場合、信号の立上がり、立下りの急峻
さは見かけ上、差がなくなるように見えるが、差動処理
の場合、反射光量の変化であるΔＶが極端に小さくなる
ため判別するのは、実用上難しい。また、反射率差が小
さくなると、更にΔＶが小さくなるため、ますます境界
線の判別は困難となる。これに対して、除算処理の場
合、図７の（ｂ）に示した波形を反射率差が小さくても
維持できるため、高精度に位置決めすることができる。

【００１９】図９は、図１に示した光学ヘッドと図３の
回路とからなる反射形光電センサを用いて、複写機内の
駆動ベルト上のトナーの位置を検出する場合の適用例を
示す図である。転写ベルト２１上のイエロー、マゼン
タ、シアン、クロの各転写位置２２、２３、２４、２５
は、転写ベルト２１の移動により、反射形光電センサ２
６は、除算処理回路１１より、それぞれ図１０に示す信
号波形が出力され、この信号で高精度な位置決めを行う
ことができる。つまり、この境界線を示す信号から境界
線の検知時間差を得、これにより移動速度あるいは境界
線の間隔を制御する。なお、２７、２８、２９、３０
は、イエロー、マゼンタ、シアン、クロの転写ドラムで
ある。

【００２０】図１１は、この発明の他の実施形態境界線
検出方法に使用される反射形光電センサの例を示す概略
図である。図１１において、移動体３の表面には、移動
方向に対して直交する方向に、ライン状の反射率差によ
って生じる境界線３１が配置されている。そして、反射
形光電センサ３２は、ＬＥＤ３３からの投光軸と受光素
子である２分割ＰＤ（ＰＳＤでも良い）３４の受光面法
線を含む面が、境界線に対し平行となるように構成され
ている。また、２分割ＰＤ３４は２つのＰＤが移動体３
の表面と平行に方向に配置されている。

【００２１】このような構成であると、反射率差によっ
て生じる重心変化検出方向、つまり境界線検出方向は水
平、対象物（移動体）のばたつきによる反射光重心変化
検出方向は垂直と、互いに９０°異なるため、対象物の
ばたつきが生じても境界線を安定して検出することがで
きる。そのため、この境界線検出方法を複写機の転写ベ
ルトの転写位置検出を行うのに、ベルトのばたつきをそ
れほど考慮に入れる必要はないので、反射形光電センサ
をベルトのどの位置にでも設けることができる。

【００２２】この発明のさらに他の実施形態境界線検出
方法として、図３に示す回路の除算処理回路の後に微分
処理回路を設け、その出力でもって境界線検出を行って
もよい。この方法によると、除算処理回路の出力が図１
２の（ａ）の場合、その微分処理出力は、図１２の
（ｂ）の信号波形となり、出力波形がより急峻となるた
め、位置決め精度をさらに向上させることができる。ま
た、この微分出力波形により除算出力波形のピーク点を
安定して検出できる。

【００２３】

【発明の効果】特許請求の範囲の請求項１、請求項２及
び請求項３に係る発明によれば、受光素子上の反射光の
重心位置変化を除算処理により求めるようにしたので、
変位センサの光学系でよいため、光学系が簡素であ
る。対象物の大きさを投光ビーム径以下にしても受光
素子上での重心変化は発生するため、対象物の大きさの
制限を緩くすることができる。対象物の反射率が異な
る場合でも、除算処理により信号を規格化できるため、
信号の立上がりもしくは立下がり特性を揃えることがで
き、高精度に位置決めすることができる。

【００２４】また、請求項４に係る発明によれば、除算
処理後、さらに微分処理するので、出力信号波形がより
急峻となり、また除算出力波形のピーク点を安定して検
出でき、さらに高精度の検出を行うことができる。ま
た、請求項５に係る発明によれば、ばたつきによる反射
光重心検出方向と境界線検出方向が９０°異なるため、
対象物のばたつきが発生しても、その影響を受けること
なく、境界線を安定して検出できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態境界線検出方法に使用す
る反射形光電センサのセンサヘッドの断面図である。

【図２】同反射形センサヘッドで反射率の一様でない対
象物の境界線を検出する場合の説明図である。

【図３】図１のセンサヘッドと組み合わせて反射形光電
センサを構成する回路部の回路図である。

【図４】同反射形光電センサを用い、除算処理で境界線
を検出する場合の説明図である。

【図５】対象物の幅が投光スポット径以上の場合で、除
算処理を行った場合と、差動処理を行った場合の出力の
相違を説明する図である。

【図６】図５の波形の各タイミングを説明する波形図で
ある。

【図７】対象物の幅が投光スポット径よりも小さい場合
で、除算処理と差動処理を行った場合の出力波形の相違
を説明する図である。

【図８】図７の波形の各タイミングを説明する波形図で
ある。

【図９】上記実施形態境界線検出方法の適用例を示す図
である。

【図１０】同適用例における反射形光電センサの出力波
形を示す図である。

【図１１】この発明の他の実施形態境界線検出方法を説
明する図である。

【図１２】この発明のさらに他の実施形態境界線検出方
法を説明する出力波形を示す図である。

【符号の説明】

１センサヘッド部２ＬＥＤ３対象物５２分割ＰＤ１１除算処理回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】反射率の差によって発生する境界線を有す
る移動物体に対して、受光素子上での反射光の重心変化
を検出する反射型光電センサの投光軸と受光軸を含む面
を移動方向に平行に配置し、受光信号を除算して境界線
の検知時間差より移動速度もしくは間隔を制御するよう
にしたことを特徴とする境界線検出方法。
【請求項２】前記境界線は、複写機の転写ベルトのトナ
ーによって形成されるものであり、前記境界線の検知時
間差より、トナー位置間隔を制御するものである請求項
１記載の境界線検出方法。
【請求項３】前記境界線を形成する対象物の大きさが投
光ビーム径以上である請求項１又は請求項２記載の境界
線検出方法。
【請求項４】前記受光信号の除算後は、さらに微分処理
を行うようにしたことを特徴とする請求項１、請求項２
又は請求項３記載の境界線検出方法。
【請求項５】移動体の表面にラインの反射率差によって
生じる境界線を移動方向に対して直交するように配置
し、その境界線が光電センサの投光軸と受光素子の受光
面法線を含む平行な構成とし、受光素子の検出方法が移
動体の移動方向と平行であるようにしたことを特徴とす
る境界線検出方法。