位置敏感光电传感器和在该传感器中设置基准距离的方法转让专利
申请号 : CN200610007804.X
文献号 : CN1821711B
文献日 : 2010-07-28
发明人 : 杉山和利 , 大上健志
申请人 : 株式会社其恩斯
摘要 :
在一个可根据使用光的三角测距仪来计算到目标的距离并输出与基准距离的比较结果的位置敏感光电传感器中，首先，通过使用改变包括接收透镜和受光元件的受光部分的角度的受光部分调整机构，粗略设置基准距离Dref。其后，通过示教执行对基准距离的变化调整。此外，必要时使用者可通过用增加/减少键进行的手动调整来执行对基准距离的微调。
权利要求 :
1.一种位置敏感光电传感器，包括：
发光元件，用来发射光；
聚光透镜，用来将发光元件发射的光投射到目标上；
接收透镜；
受光元件，用来通过接收透镜接收从目标反射回来的反射光；
主控制部分，通过处理来自受光元件的信号来计算光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置，从而计算出到目标的距离；以及光学调整机构，通过调整发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中至少一个的角度或位置，来改变受光元件的光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置，其中，主控制部分输出二进制信号作为计算出的到目标的距离与基准距离之间的比较结果，并且在通过光学调整机构作出调整的情况下，用软件执行对基准距离的变化调整，其中所述通过软件执行的对基准距离的变化调整包含通过示教执行的自动变化调整和通过使用者对增加/减少开关的操作而进行的微调中的至少一个。
2.一种根据权利要求1的位置敏感光电传感器，其中使用一个分离的光敏二极管作为受光元件，该分离的光敏二极管的光敏表面被划分为第一光敏表面和第二光敏表面，从而输出从每个分离的光敏表面分别接收到的光量信号，并且所述主控制部分执行归一化计算，该计算中用从第一光敏表面获得的第一接收光量与从第二光敏表面获得的第二接收光量的总和除这两个接收光量的差值，从而得到一个探测参数，其在预设范围内随距离基本上按线性变化，之后在预设范围内对基准距离执行变化调整。
3.一种根据权利要求1的位置敏感光电传感器，其中所述主控部分执行功能：通过使用第一和第二位置距离计算所述基准距离来执行所述的基准距离的变化调整；所述第一位置距离是由该位置敏感光电传感器计算的距一个第一位置的距离，所述第二位置距离是由该位置敏感光电传感器计算的距比第一位置更远的一个第二位置的距离。
4.一种根据权利要求1的位置敏感光电传感器，还包括：
包括第一和第二显示区域的显示部分，该第一显示区域显示距目标的计算距离，该第二显示区域显示该基准距离。
5.一种根据权利要求1的位置敏感光电传感器，其中所述主控部分包含一个调整部件，用于通过电指令对光调整机构进行调整。
6.一种在位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，所述的位置敏感光电传感器包括用来将光投射到目标的发光元件和聚光透镜、和用来接收从目标反射的反射光的接收透镜和受光元件，所述的位置敏感光电传感器根据使用光的三角测距仪来计算到目标的距离，并输出一个二进制信号作为计算出的距离与基准距离之间的比较结果，该方法包括：第一步，通过光学调整机构对发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中至少一个的角度或位置进行调整，来改变受光元件的光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置；和第二步，用软件对基准距离执行变化调整，其中所述通过软件执行的对基准距离的变化调整包含通过示教执行的自动变化调整和通过使用者对增加/减少开关的操作而进行的微调中的至少一个。
7.一种在位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，所述的位置敏感光电传感器包括用来将光投射到目标的发光元件和聚光透镜、和用来接收从目标反射的反射光的接收透镜和受光元件，所述的位置敏感光电传感器通过处理来自该受光元件的信号来计算距目标的距离，以便计算在该受光元件的光敏感表面上的接收光点的位置或受光量分布的重心位置，并输出一个二进制信号作为计算出的距离与基准距离之间的比较结果，该方法包括：第一步，通过光学调整机构对发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中至少一个的角度或位置进行调整，来改变受光元件的光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置；
和第二步，使用第一和第二位置距离计算基准距离并执行所述基准距离的变化调整，该第一位置距离是由该位置敏感光电传感器计算的距一个第一位置的距离，该第二位置距离是由该位置敏感光电传感器计算的距比第一位置更远的一个第二位置的距离；第三步，随着使用者的操作而改变由第二步改变的基准距离。
8.一种根据权利要求7的在位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，还包括：
第四步，显示计算的距目标的距离或基准距离。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种位置敏感光电传感器，其通过一种使用光的三角测距仪来测量到一个目标的距离，以及一种改变在该传感器中设置的基准距离的方法。
背景技术
这种类型的光电传感器被称为位置传感器，或在某些情况下被称为位移传感器，其基于一种使用光的三角测距仪来测量到目标(下称“工件”)的距离。如图1所示，一个发光元件102和一个受光元件103以一个预设间距布置在传感器头部101内。一束从发光元件102中发出的光通过一个聚光透镜104投射到一个工件WK上。之后，从工件WK反射的光束通过一个接收透镜105入射到受光元件103。作为受光元件103，使用PSD(位置敏感半导体元件)或CCD(固态图像传感器)，其在一个预设范围内具有一个光敏表面，并可探测照射到光敏表面上的入射光的光点位置或者探测光量分布的重心位置。
在图1中，当工件WK的位置如虚线所示靠近传感器头部101时，入射到受光元件103上的反射光如虚线所示发生变化。从而照射到受光元件103的光敏表面上的接收光的光点位置或者光量分布的重心位置按照箭头所示发生移动。当工件WK按照远离传感器头部101的方向移动时，照射到受光元件103的光敏表面上的接收光的光点位置或者光量分布的重心位置按照箭头所示的相反方向发生移动。因此，到工件WK的距离或者其位移可以通过探测照射到受光元件103的光敏表面上的接收光的光点位置或者光量分布的重心位置来进行测量。
通常这种光电传感器具有以下功能：测量并显示到工件WK的距离，而且将测量结果和基准距离(阈值)之间的比较结果显示为二进制信号，并将其输出到外部装置。而且，有一种专门的光电传感器，其只具有将作为到工件的距离和基准距离之间比较结果的二进制信号输出的功能。有时这种传感器被特别的称为可设距光电开关。在这种可设距光电开关中，可使用一种比上述PSD或CCD便宜的分离PD(光敏二极管)作为受光元件。
如图2所示，作为受光元件的分离PD103具有分成两部分的光敏表面，并且各自接收到的光量信号可以从各自分离的光敏表面中探测到。一个分离的光敏表面称为N侧(靠近侧)光敏表面，而另一个分离的光敏表面称为F侧(远离侧)光敏表面。如图2(b)所示，当一个接收光点SP位于N侧光敏表面和F侧光敏表面的分界线上时，可从这两个分离的光敏表面获得相等的接收光量信号。同样的，如图2(a)所示，当这个接收光点SP向N侧光敏表面移动时，从N侧光敏表面获得的接收光量变得大于从F侧光敏表面获得的接收光量(N＞F)。相反，如图2(c)所示，当该接收光点SP向F侧光敏表面移动时，从F侧光敏表面获得的接收光量变得大于从N侧光敏表面获得的接收光量(N＜F)。因此，如果假设将如图2(b)所示位置作为基准距离，那么可根据从N侧光敏表面和F侧光敏表面获得的接收光量差额的正负来输出二进制信号，用来表示到工件WK的距离是靠近基准距离还是远离基准距离。
从图1可以了解到在上述位置敏感光电传感器中，可测量的距离范围是根据受光元件的光敏表面的大小和光学系统的常量(发光元件102和受光元件103的间距、接收透镜的放大率等)决定的。当工件位于可测量的距离范围之外时，反射光的接收光点也位于受光元件的光敏表面之外，因此反射光无法被测量。当接收透镜的放大率增大时，用一个小的受光元件(光敏表面)就可覆盖一个较大的距离范围，但是分辨能力会变差。因此在已有技术中提供了短距离位置敏感光电传感器和长距离位置敏感光电传感器。
而且，对于可设距光电开关的情况，由于用来输出二进制信号的基准距离是根据发光元件和受光元件之间的位置关系、角度等决定的，因此使用者很难随意地改变基准距离。例如，在JP-A-6-168652中(下称专利文献1)，提出了一种连接在传感器头部的可设距光电开关，其通过提供一种改变/调整光接收轴角度的机构，来使得使用者可以改变该光电开关的基准距离。
然而，在专利文献1提出的可设距光电开关中，由于只能通过光学系统的调整机构来设置基准距离，所以很难设置最佳的基准距离。尤其是，在不同的操作者(使用者)之间设置的变化很大。而且，如上所述，在这种类型的测量到工件距离的位置敏感光电传感器中，通过一个传感器来覆盖较大的测距范围也是困难的。
在图1中，当工件WK的位置如虚线所示靠近传感器头部101时，入射到受光元件103上的反射光如虚线所示发生变化。从而照射到受光元件103的光敏表面上的接收光的光点位置或者光量分布的重心位置按照箭头所示发生移动。当工件WK按照远离传感器头部101的方向移动时，照射到受光元件103的光敏表面上的接收光的光点位置或者光量分布的重心位置按照箭头所示的相反方向发生移动。因此，到工件WK的距离或者其位移可以通过探测照射到受光元件103的光敏表面上的接收光的光点位置或者光量分布的重心位置来进行测量。
通常这种光电传感器具有以下功能：测量并显示到工件WK的距离，而且将测量结果和基准距离(阈值)之间的比较结果显示为二进制信号，并将其输出到外部装置。而且，有一种专门的光电传感器，其只具有将作为到工件的距离和基准距离之间比较结果的二进制信号输出的功能。有时这种传感器被特别的称为可设距光电开关。在这种可设距光电开关中，可使用一种比上述PSD或CCD便宜的分离PD(光敏二极管)作为受光元件。
如图2所示，作为受光元件的分离PD103具有分成两部分的光敏表面，并且各自接收到的光量信号可以从各自分离的光敏表面中探测到。一个分离的光敏表面称为N侧(靠近侧)光敏表面，而另一个分离的光敏表面称为F侧(远离侧)光敏表面。如图2(b)所示，当一个接收光点SP位于N侧光敏表面和F侧光敏表面的分界线上时，可从这两个分离的光敏表面获得相等的接收光量信号。同样的，如图2(a)所示，当这个接收光点SP向N侧光敏表面移动时，从N侧光敏表面获得的接收光量变得大于从F侧光敏表面获得的接收光量(N＞F)。相反，如图2(c)所示，当该接收光点SP向F侧光敏表面移动时，从F侧光敏表面获得的接收光量变得大于从N侧光敏表面获得的接收光量(N＜F)。因此，如果假设将如图2(b)所示位置作为基准距离，那么可根据从N侧光敏表面和F侧光敏表面获得的接收光量差额的正负来输出二进制信号，用来表示到工件WK的距离是靠近基准距离还是远离基准距离。
从图1可以了解到在上述位置敏感光电传感器中，可测量的距离范围是根据受光元件的光敏表面的大小和光学系统的常量(发光元件102和受光元件103的间距、接收透镜的放大率等)决定的。当工件位于可测量的距离范围之外时，反射光的接收光点也位于受光元件的光敏表面之外，因此反射光无法被测量。当接收透镜的放大率增大时，用一个小的受光元件(光敏表面)就可覆盖一个较大的距离范围，但是分辨能力会变差。因此在已有技术中提供了短距离位置敏感光电传感器和长距离位置敏感光电传感器。
而且，对于可设距光电开关的情况，由于用来输出二进制信号的基准距离是根据发光元件和受光元件之间的位置关系、角度等决定的，因此使用者很难随意地改变基准距离。例如，在JP-A-6-168652中(下称专利文献1)，提出了一种连接在传感器头部的可设距光电开关，其通过提供一种改变/调整光接收轴角度的机构，来使得使用者可以改变该光电开关的基准距离。
然而，在专利文献1提出的可设距光电开关中，由于只能通过光学系统的调整机构来设置基准距离，所以很难设置最佳的基准距离。尤其是，在不同的操作者(使用者)之间设置的变化很大。而且，如上所述，在这种类型的测量到工件距离的位置敏感光电传感器中，通过一个传感器来覆盖较大的测距范围也是困难的。
发明内容
考虑到上述问题提出本发明，其目的在于，通过结合使用在一个光学系统的调整机构中进行设置和在处理一个从受光元件得到的信号基础上进行变化调整，来容易地并适当地对用来和到工件距离做比较的基准距离进行设置和改变。
然而，本发明并不需要实现上述目的，而且可能实现并未在此说明的其他目的。另外本发明还可能实现未公开的目的而不影响本发明的范围。
本发明的位置敏感光电传感器的结构包括：一个发光元件和一个聚光透镜，用来将光投射到目标上；一个接收透镜和一个受光元件，用来接收从目标反射的光；和一个主控制部分，其通过处理来自受光元件的信号来计算光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置，从而计算出到目标的距离，该主控制部分包括一个光学调整机构，其通过调整发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中的至少一个的角度或位置，来改变受光元件的光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置；其中该主控制部分具有的功能为：输出一个二进制信号作为到目标的计算距离与基准距离之间的比较结果，和在光学调整机构作出调整的情况下通过软件对基准距离执行变化调整。
在此情况下，事实上一个等价于距离的值(数字值)可能作为该位置敏感光电传感器的主控制部分计算的距离被使用。因此，这里提到的“距离”是指一个“距离等价参数”。
而且，一种在本发明的位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，本发明的位置敏感光电传感器包括用来向目标发射光的发光元件和聚光透镜、和用来从目标接收反射光的接收透镜和受光元件，根据使用光的三角测距仪来计算到目标的距离，并且输出一个二进制信号作为计算距离与基准距离之间的比较结果，该方法包括：第一步，通过一个光学调整机构，其调整发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中的至少一个的角度或位置，来改变照射到受光装置的光敏表面上的接收光点的位置或接收光量分布的重心位置；和第二步，通过软件对基准距离执行变化调整。
根据该位置敏感光电传感器和在位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，对基准距离的设置和变化调整是以多个阶段按以下方式执行的，即通过光学调整机构大略地设置出基于光学系统的结构决定的基准距离，然后通过软件执行对基准距离的变化调整(微调)。因此使用者能够容易地并适当地对基准距离作出设置和变化调整。
在优选的结构中，通过软件执行的对基准距离的变化调整包含通过示教(teaching)进行的自动变化调整和通过使用者对增/减开关的操作而进行的微调中的至少一种。当变化调整包括这两种调整时，对基准距离的设置和变化调整可以更细微和适当地执行。
在本发明的位置敏感光电传感器的优选结构中，使用一个分离的PD作为受光元件，该分离PD的光敏表面被分为第一光敏表面和第二光敏表面，可从每个分离的光敏表面输出各自的接收光量信号，并且主控制部分执行归一化计算，其中用从第一光敏表面获得的第一接收光量和从第二光敏表面获得的第二接收光量的总和除这两个接收光量之间的差值，从而得到一个随距离而在预设范围内基本以线性变化的探测参数，然后在预设范围内对基准距离执行变化调整。根据这种结构，可使用比PSD或CCD便宜的分离PD来构成位置敏感光电传感器，而且使用者可适当地对基准距离进行设置和变化调整。
然而，本发明并不需要实现上述目的，而且可能实现并未在此说明的其他目的。另外本发明还可能实现未公开的目的而不影响本发明的范围。
本发明的位置敏感光电传感器的结构包括：一个发光元件和一个聚光透镜，用来将光投射到目标上；一个接收透镜和一个受光元件，用来接收从目标反射的光；和一个主控制部分，其通过处理来自受光元件的信号来计算光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置，从而计算出到目标的距离，该主控制部分包括一个光学调整机构，其通过调整发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中的至少一个的角度或位置，来改变受光元件的光敏表面上接收光点的位置或接收光量分布的重心位置；其中该主控制部分具有的功能为：输出一个二进制信号作为到目标的计算距离与基准距离之间的比较结果，和在光学调整机构作出调整的情况下通过软件对基准距离执行变化调整。
在此情况下，事实上一个等价于距离的值(数字值)可能作为该位置敏感光电传感器的主控制部分计算的距离被使用。因此，这里提到的“距离”是指一个“距离等价参数”。
而且，一种在本发明的位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，本发明的位置敏感光电传感器包括用来向目标发射光的发光元件和聚光透镜、和用来从目标接收反射光的接收透镜和受光元件，根据使用光的三角测距仪来计算到目标的距离，并且输出一个二进制信号作为计算距离与基准距离之间的比较结果，该方法包括：第一步，通过一个光学调整机构，其调整发光元件、聚光透镜、接收透镜、和受光元件中的至少一个的角度或位置，来改变照射到受光装置的光敏表面上的接收光点的位置或接收光量分布的重心位置；和第二步，通过软件对基准距离执行变化调整。
根据该位置敏感光电传感器和在位置敏感光电传感器中设置基准距离的方法，对基准距离的设置和变化调整是以多个阶段按以下方式执行的，即通过光学调整机构大略地设置出基于光学系统的结构决定的基准距离，然后通过软件执行对基准距离的变化调整(微调)。因此使用者能够容易地并适当地对基准距离作出设置和变化调整。
在优选的结构中，通过软件执行的对基准距离的变化调整包含通过示教(teaching)进行的自动变化调整和通过使用者对增/减开关的操作而进行的微调中的至少一种。当变化调整包括这两种调整时，对基准距离的设置和变化调整可以更细微和适当地执行。
在本发明的位置敏感光电传感器的优选结构中，使用一个分离的PD作为受光元件，该分离PD的光敏表面被分为第一光敏表面和第二光敏表面，可从每个分离的光敏表面输出各自的接收光量信号，并且主控制部分执行归一化计算，其中用从第一光敏表面获得的第一接收光量和从第二光敏表面获得的第二接收光量的总和除这两个接收光量之间的差值，从而得到一个随距离而在预设范围内基本以线性变化的探测参数，然后在预设范围内对基准距离执行变化调整。根据这种结构，可使用比PSD或CCD便宜的分离PD来构成位置敏感光电传感器，而且使用者可适当地对基准距离进行设置和变化调整。
附图说明
图1示出了一个位置敏感光电传感器的工作原理。
图2(a)到2(c)示出了作为受光元件的分离PD的工作原理。
图3是示出了根据本发明示例性非限制实施例的位置敏感光电传感器的外观的透视图。
图4是示出了根据本发明示例性非限制实施例的位置敏感光电传感器的电路结构的框图。
图5(a)到5(b)是说明了对接收光量的差值进行归一化计算的曲线图。
图6是示出了对接收光量的差值进行归一化计算处理流程的流程图。
图7是包含按钮开关和放大器部分的数字显示器的上面板的俯视图。
图8是示出了一个示教实例的流程图。
图9(a)到9(b)是示出了一个受光部分调整机构的结构实例的示意图。
图10是示出了根据本实施例的位置敏感光电传感器中设置模式和测量模式概要的流程图。
图11(a)到11(b)是说明了在另一个实施例中使用PSD或CCD作为受光元件的工作原理的图示。
图2(a)到2(c)示出了作为受光元件的分离PD的工作原理。
图3是示出了根据本发明示例性非限制实施例的位置敏感光电传感器的外观的透视图。
图4是示出了根据本发明示例性非限制实施例的位置敏感光电传感器的电路结构的框图。
图5(a)到5(b)是说明了对接收光量的差值进行归一化计算的曲线图。
图6是示出了对接收光量的差值进行归一化计算处理流程的流程图。
图7是包含按钮开关和放大器部分的数字显示器的上面板的俯视图。
图8是示出了一个示教实例的流程图。
图9(a)到9(b)是示出了一个受光部分调整机构的结构实例的示意图。
图10是示出了根据本实施例的位置敏感光电传感器中设置模式和测量模式概要的流程图。
图11(a)到11(b)是说明了在另一个实施例中使用PSD或CCD作为受光元件的工作原理的图示。
具体实施方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行说明。
图3是示出了根据本发明示例性非限制实施例的位置敏感光电传感器的外观的透视图。本实施例的位置敏感光电传感器示出了一种称为放大器分离型的传感器，并且头部11和放大器部分12通过电缆13连接。
放大器部分12具有一个薄的长方体外壳121。连接到头部11上的电缆13与外壳的前端相连，并且连接到一个上层控制装置(PLC等)的电缆14与外壳的后端相连。一个与DIN导轨(设备装配标准导轨)匹配的结构布置在外壳121的下表面122。可将多个放大器部分12装配到DIN导轨上并彼此相邻。这时，相邻放大器部分12之间的电连接可通过布置在放大器部分12一侧表面的连接器123来提供。
一个使用8位的(4位×2)7段LED的数字显示器124和一个用来显示测量结果(与基准距离的比较结果)的输出指示器(发光二极管)125被布置在放大器部分12的上表面。而且布置了多个按钮开关126到128，用来设置基准距离值、切换操作模式和显示模式等。还布置了一个由透明树脂制成的保护罩130，用来保护按钮开关126到128、数字显示器124等。在图3中所示的保护罩130为打开状态。通过布置在放大器部分12后端上部的铰链部分来转动保护罩130。当保护罩130关闭时，放大器部分12的上面板(显示/操作面板)，包括按钮开关126到128、数字显示器124等都被保护罩130遮盖。
一个发光部分和一个受光部分被内置在头部分11中。构成头部分11，从而一束从发光元件发出的光LB从头部分11的前表面投射到工件WK上，然后从工件WK反射的光LB’从受光部分的前表面入射到受光元件上。参考图1已经说明，发光部分包含一个聚光透镜并且受光部分包含一个接收透镜。同时，一个微调器112被布置在头部分11的后表面，该微调器通过使用随后说明的受光部分调整机构27来手动设置基准距离。
图4是示出了根据本发明实施例的位置敏感光电传感器的电路结构的框图。内置在头部分11中的发光部分21包含了使用激光二极管或发光二极管及其驱动电路的发光元件。同时受光部分包含一个使用分离PD的受光元件22。参考图2已经说明，该分离PD的光敏表面被分离为N侧光敏表面和F侧光敏表面，并且各自接收的光量信号从分离的光敏表面分别输出。在图2中，从N侧光敏表面输出的接收光量信号用N表示，从F侧光敏表面输出的接收光量信号用F表示。某些情况下，从N侧光敏表面获得的接收光量(电压或数字转换值)也用N表示，而从F侧光敏表面获得的接收光量也用F表示。
如图4所示，从N侧光敏表面和F侧光敏表面输出的接收光量信号N和F分别通过放大器23和24输入到模拟运算部分25中。之后从模拟运算部分25中输出接收光量信号N和两个接收光量信号之间的差值N-F(下称“接受光量差值信号”)。这些信号被输入到信号切换部分26中。该信号切换部分26根据从放大器部分12输出的开关控制信号将接收光量信号N和接收光量差值信号N-F交替的(以时分方式)输出到电缆13中。给到信号切换部分26的开关控制信号是重叠在发光部分21的控制信号上的，并且通过电缆13从放大器部分12输出。这里，固定在头部分11中的受光部分调整机构27将在随后进行说明。
在放大器部分12中，经过电缆13从头部分11反馈的接收光量信号N和接收光量差值信号N-F通过信号放大器部分31被放大，之后通过一个AD转换器部分32被转换成数字值，然后输入到一个主控制部分33中。该主控制部分33从均已转换为数字值的接收光量信号N和接收光量信号差值N-F中将另一个接收光量信号F恢复。为方便起见，接收光量差值信号和作为相应数字值的接收光量的差值都被表示为N-F。该主控制部分33还实现对该接收光量的差值进行稍后描述的归一化计算处理，并且使显示器部分34显示一个结果数字量。如图3所示，该显示部分34包含布置在放大器部分12的上面板上的数字显示器124和输出指示器125。
而且，在放大器部分12中还布置了一个设置输入部分35和一个发光控制部分36，用来执行对基准距离的设置(变化调整)等。该设置输入部分35包含如图3所示的布置在放大器部分12的上面板上的按钮开关126到128。该发光控制部分36根据主控制部分33的指令向头部分11中的发光部分21提供发光控制信号。同时根据以上说明，该发光控制部分36还具有将开关控制信号重叠在发光控制信号上的功能，该开关控制信号是从放大器12提供给头部分11来以时分的方式切换接收光量信号N和接收光量差值信号N-F。在主控制部分33处在测量模式时测得的到工件WK的距离与基准距离之间的比较结果被显示在包含在显示部分34中的输出指示器125上，并且还被输出到连接在控制装置(PLC等)上的电缆14中。
图5是说明了对接收光量的差值进行归一化计算的曲线图。而且图6是示出了对接收光量的差值进行归一化计算处理流程的流程图。参考图2对已有技术的说明中了解到，当接收光点SP位于分离PD的N侧光敏表面和F侧光敏表面的分界线上时，可从每个分离的光敏表面获得相等的接收光量信号，因此接收光量差值信号N-F为零。当接收光点SP向N侧光敏表面偏移时，信号N-F为正值。当接收光点SP向F侧光敏表面偏移时，信号N-F为负值。在图5(a)中用实线和虚线表示的曲线来描述该状态。
在图5(a)中，实线曲线41示出了当使用其表面具有相对较高的光漫反射度的工件WK时的特性，虚线曲线42示出了当使用其表面具有相对较低的光漫反射度的工件WK时的特性。在两种情况下，位于基于光学系统的结构决定的基准距离Dref上的接收光量差值N-F为零。即，相对于在作为受光元件22的分离PD的N侧光敏表面和F侧光敏表面之间的分界线，接收光点SP在N侧光敏表面和F侧光敏表面上的分布是相等的。在这种情况下，即使光点SP偏移了相同的距离，在光点SP从基准距离Dref偏移的点上，取决于工件WK表面的光漫反射度，接收光量差值N-F也是不同的。
从图5(a)中可以看出，随着光点SP基准距离Dref偏移的量增大，接收光量差值N-F的绝对值先增大然后减小。之后，该绝对值在距离范围Rgd的两端变为零，该距离范围Rgd等价于光点SP落在受光元件22的光敏表面内的范围。即，由于在光点SP移出光敏表面两端时两个接收光量N和F都变为零，所以接收光量差值N-F的值也相应变为零。由此可以理解，不能用接收光量差值N-F作为一个表示相对距离(位移)的探测参数。
因此，在本实施例的位置敏感光电传感器中，主控制部分33实现对接收光量差值的归一化计算处理。通过用接收光量N和接收光量F的总和(N+F)除接收光量差值N-F，来将该处理基本上应用于消除工件WK表面的光漫反射度的影响。此外，增加一个当接收光量N或接收光量F接近零时强制将(N-F)/(N+F)的值设为1的处理。下面将通过图6的流程图对这些处理过程进行说明。
图6示出了图4所示的放大器部分中主控制部分33根据输入的接收光量N和输入的接收光量差值N-F来执行归一化计算处理的各个步骤。首先，在步骤#101中，主控制部分通过从接收光量N中将接收光量差值N-F减去来计算出(恢复)接收光量F。后面将说明在某些情况下，该接收光量F连同接收光量N一起分别显示在数字显示器124上。从而，所得接收光量F和接收光量N被存储在主控制部分33的存储器中。
之后，在步骤#102中，该主控制部分计算接收光量N和接收光量F的总和(接收光量总和)N+F。由于该值有时会显示在数字显示器124上，所以也将该值存储在存储器中。在下一步骤#103中，主控制部分执行归一化计算以检测通过用接收光量总和N+F除接收光量差值N-F得到的(N-F)/(N+F)。
然后，在下一步骤#104中，主控制部分执行当接收光量N或F接近零时应用的校正处理。在接收光量N或F减小到小于接近零的预设值时，该处理强制地将(N-F)/(N+F)的值设置为1。执行该处理是为了避免以下情况：当接收光量N或F接近零时(N-F)/(N+F)的值不稳定，从而导致了(N-F)/(N+F)的值与距离之间的关系不能被唯一地限定。接着在步骤#105中，以该方式获得的(N-F)/(N+F)的值存储在主控制部分33的存储器中，并且也以数字形式显示在数字显示器124上作为表示相对距离(位移)的数值。
图5(b)所示曲线描述的是由上述归一化计算处理结果获得的(N-F)/(N+F)的值。在图5(b)中，由曲线43表示通过将距离范围Rgd内的(N-F)/(N+F)的值与一个预设系数D相乘而获得的值D(N-F)/(N+F)。从图5(b)中可以看出，通过从距离范围Rgd去除两个端部而设定的范围Rgl中，该值D(N-F)/(N+F)的变化基本上是线性的。这两个端部与(N-F)/(N+F)的值被强制的设置为1的范围相对应。由于在除去两个端部的范围Rgl中，数值D(N-F)/(N+F)与距离之间的关系基本上为线性的，所以在该范围内可以任意设定基准距离。
换句话说，与已有技术不同的是，这里无需将根据光学系统的结构决定的接收光量差值N-F变为零时的距离Dref作为基准距离。基准距离可在一个包含该距离的预设范围(图5(b)中的范围Rgl)内进行设置(变化)。主控制部分33可通过软件执行对作为数字值的基准距离进行变化设置。从而，如常规的示教一样可以自动设置基准距离。
下面将参考图7和图8说明一个通过示教自动设置基准距离的实例。图7是包含按钮开关126到128和放大器部分12的数字显示器124的上面板的俯视图。图8是示出了一个示教实例的流程图。在对示教实例进行说明之前，先简单说明图7所示上面板的显示和操作。
在图7中，如上说明的，输出指示器125为LED，其上显示出主控制部分33在测量模式下测得的到工件WK的距离与基准距离之间的比较结果。例如，当到工件WK的距离小于基准距离时，左侧的输出指示器125开启，而当到工件WK的距离大于基准距离时，右侧的输出指示器125开启。在这种情况下，为了防止输出指示器125上的显示发生振动等，将一个预设的滞后(死区)提供给到工件WK的距离与基准距离之间的比较结果。即当工件WK靠近头部分11和远离头部分11时，由于滞后距离，使得输出指示器125的切换时间等都不相同。
数字显示器124是一个8位的7段LED，被分为高4位的显示部分124H和低4位的显示部分124L。通过使用显示部分124H和显示部分124L可在设置模式和测量模式中实现多种显示变化。例如，在测量模式下，等价于基准距离的数值可被显示在显示部分124H上，并且等价于到工件WK距离的现有值的数值(归一化计算处理之后的值D(N-F)/(N+F))可被显示在显示部分124L上。接收光量差值N-F和接收光量总和N+F分别显示在显示部分124H和显示部分124L上。这些多个显示模式可由按钮开关126或127进行切换。该数字显示器124不仅可以简单地显示上述数值，还可以显示错误代码、操作模式符号等。
按钮开关126或127是用来切换显示模式、操作模式(设置模式、测量模式等)和其他模式的。而且，按钮开关128是一个上下键(增/减键)，用来对预设的基准距离进行手动微调。
图8中的流程图示出了一个作为使用者操作的流程的示教实例。在步骤#201中，使用者从预备的多个类型的示教模式中选择一个示教模式A。该选择是通过按下按钮开关126或127或它们的组合来实现的。
然后在步骤#202中，使用者将工件WK设置在头部分11前方的第一位置上。该第一位置是位于工件WK的存在可被探测到的近距离一侧的位置。这时，主控制部分33计算出与到工件WK距离的当前值对应的数值，并随后将该值显示在如数字显示器124的左侧显示部分124H上。之后，在步骤#203中，使用者在此情况下按下设置开关(按钮开关126或127)。结果，显示在数字显示器124上并与在近距离一侧的位置对应的数值被固定。
接着，在步骤#204中，使用者将工件WK设置在头部分11前方的第二位置。该第二位置是位于工件WK的存在不能被检测到的远距离一侧的位置。这时，主控制部分33计算出与到工件WK距离的当前值对应的数值，并随后将该值显示在如数字显示器124的右侧显示部分124L上。之后，在步骤#205中，使用者在此情况下按下设置开关。结果，显示在数字显示器124上并与在远距离一侧上的位置对应的数值被固定。最后，使用者检查在数字显示器124上显示的表示第一位置和第二位置的数值，然后按下决定开关(按钮开关126或127)(步骤#206)。这样，示教模式下的操作结束。主控制部分33计算出例如第一位置和第二位置数值之间的一个中间值，并将该中间值设置为基准距离。这个设置的基准距离被显示在如数字显示器124的左侧显示部分124H上。
如上所述，主控制部分33可通过软件设置基准距离的范围，即使用者通过示教模式A下的操作可设置第一位置和第二位置的范围对应于图5(b)中的范围Rgl。该范围是由光学系统的结构和受光元件光敏表面的大小决定的，并且被限制在一个较狭窄的范围内。因此，本实施例的位置敏感光电传感器装备了一个受光部分调整机构(图4中的27)，其通过改变受光部分的角度来改变图5(a)和(b)中的基准距离Rref。
图9是示例性地示出了一个受光部分调整机构27的结构实例的示意图。图9(a)示出了使用手动调整的情况，图9(b)示出了使用电机驱动调整的情况。发光部分21和受光部分20内置在头部分11中，发光部分21包含一个发光元件211和一个聚光透镜212。受光部分20包含受光元件22和接收透镜201。在该实例中，发光部分21的位置和角度是固定的，而受光部分20中的受光元件22和接收透镜201可绕轴AX整体旋转。一个扇形部件202被固定在受光部分20上，并且一个斜齿轮203形成在该扇形部件202外部沿着绕轴AX的圆弧上。同时提供一个旋转操作杆204，其上形成有与斜齿轮203互相啮合的齿轮槽，并且其末端部分露在头部分11的后表面外作为图3所示的微调器112来进行转动操作。
根据上述结构，当使用者转动微调器112(旋转操作杆204)时，受光部分20将绕轴AX旋转。结果当从工件WK反射回的光LB’入射到受光元件22的中心时，光轴的角度发生变化，因此，根据光学系统的结构决定的基准距离Dref可被改变。
在图9(b)所示的结构中，在微调器112(旋转操作杆204)的位置提供一个电机(步进电机、齿轮电机等)205，并且将一个与扇形部件202的斜齿轮203互相啮合的齿轮206固定在旋转轴上。当电机205被来自放大器部分12中的主控制部分33的控制信号旋转/驱动时，与图9(a)中的手动操作一样，受光部分20绕轴AX转动，因此根据光学系统的结构决定的基准距离Dref可被改变。如果通过旋转编码器等探测到受光部分20绕轴AX的旋转角，则能够实现通过主控制部分33对基准距离Dref的自动调整。在图9(a)中通过手动操作进行设定的情况中，优选的是使用者可根据微调器112的旋转角度等来可视地确定一个基准距离Dref的标准。
在图9所示的受光部分调整机构27的实例中，通过对受光元件22和接收透镜201整体的转动/操作来改变基准距离Dref。但是也可通过对受光元件22和接收透镜201整体的平移来改变基准距离Dref。换句话说，如果将受光部分20向靠近或远离发光部分21的方向(图9中的垂直方向)进行平移，则受光元件22的光敏表面上的光点位置被改变，其后可改变基准距离Dref。可选的是，可以类似地通过在垂直方向上单独的移动受光元件22或接收透镜201来改变基准距离Dref。
此外，从以上说明可以明显地知道，当发光部分21而非受光部分20的角度或位置发生改变时，受光元件22的光敏表面上的光点位置被改变，其后可改变基准距离Dref。具体地讲，为了通过改变受光元件22的光敏表面上的光点位置或光量分布重心位置来改变基准距离Dref，可提供一个光学调整机构，用来调整发光元件211、聚光透镜212、接收透镜201和受光元件22中的至少一个的角度和位置。图9所示的受光部分调整机构27仅仅是这个光学调整机构的一个实例。例如，当光学调整机构被构成为将受光部分20和发光部分21各自的角度同时以相反方向改变时，该结构可以更好的探测其表面(镜面)可规则地反射光线的工件WK。
根据本实施例的位置敏感光电传感器提供一种方便使用者使用的设置功能，该功能结合使用了在一个预设范围内由光学调整机构(受光部分调整机构27)进行的对基准距离Dref的设定和主控制部分33通过软件执行的对基准距离的设定(变化调整或微调)。
图10是示出了根据本实施例的位置敏感光电传感器中设置模式和测量模式概要的流程图。在步骤#301中，确定操作模式是设置模式还是测量模式。当操作模式为设置模式时，在下一步骤#302中通过受光部分调整机构27来设定基准距离Dref。可采用通过使用如图9(a)所示的机构进行的手动设置或使用如图9(b)所示的机构进行的电机驱动(或自动)设置作为该设置。
在步骤#303中，在设置了基准距离Dref之后，根据示教来执行对基准距离的变化调整。已经对该示教的一个实例进行了说明。随后，在步骤#304中，手动执行对基准距离的微调。即，使用者可以通过使用安装在放大器部分12的上面板上的作为上下键的按钮开关128来进行调整以增加/减少基准距离设定值。这时，设置的基准距离显示在数字显示器124(其左侧显示部分124H)上，并且该显示值随着对按钮开关128的操作而增大/减小。之后，限定基准距离的设置值，并且随后开始测量模式(步骤#305)。
而且，该设置中可省略步骤#303和步骤#304中的任意一个。例如，在步骤#302中通过受光部分调整机构27设置了基准距离Dref之后，可在步骤#303中省略通过示教对基准距离进行变化调整，从而直接在步骤#304中执行通过使用按钮开关128对基准距离进行的手动微调。否则，当在步骤#303中执行通过示教对基准距离进行的变化调整之后，通过省略步骤#304中对基准距离的手动微调，可将操作模式从设置模式变为测量模式。步骤#303和步骤#304中的处理都是由主控制部分33通过软件执行的对基准距离的变化调整(或微调)。
当在步骤#301中操作模式被确定为测量模式时，在步骤#306中测量出到工件WK的距离。该测量是在范围Rgl内执行的，如图5所示，在此范围内，在对接收光量差值进行归一化计算之后获得的D(N-F)/(N+F)的值随距离基本上按线性变化。之后，在步骤#307中，将测量结果与基准距离进行比较，从而确定到工件WK的距离是否靠近或远离基准距离。如上所述，将比较结果输出到连接在控制装置(PLC等)的电缆14(步骤#308)，并将其显示在包含在显示部分34中的输出指示器125上(步骤#309)。随后，重复上述处理直到操作结束(步骤#310中判断为是)。
在本实施例中，在设置模式下执行示教。作为另一实施例，可能在测量模式下执行示教，并且可在测量过程中执行对基准距离Dref的变化/设置。
根据以上描述，对本发明的实施例和变化进行了说明。但本发明不仅限于上述实施例和变化，并且可在各种模式下实现。例如，本发明不限于图3中所示的头部分11与放大器部分12通过电缆13连接的放大器分离的光电开关。而本发明可能被应用于其头部分和放大器部分内置在一个外壳内的放大器一体的光电开关。
而且，在本实施例中，作为光学调整机构(受光部分调整机构27)的实例示出了使用扇形部件202和斜齿轮203的结构。此外，各种公知的结构，如齿条和小齿轮传动机构、螺旋馈送机构等都可被使用。
而且，在本实施例中，使用便宜的分离PD作为受光元件22。但是也可使用在已有技术中普遍使用的PSD(位置敏感半导体元件)或CCD(固态图像传感器)作为受光元件22。在PSD中，如图11(a)所示，在组成光敏表面的高阻半导体基板的两端，纵向布置了一对信号输出终端。当光照射到光敏表面时，由于光电动势的作用从一对信号输出终端获得光电流I1和I2。光电流I1和I2的值根据光敏表面上光点的位置发生改变。如图11(a)所示，假设光敏表面的长度为L，光敏表面中心到光点SP重心的距离为x，满足一个关系式(I2-I1)/(I1-I2)＝2x/L。因此，如果已知光电流I1和I2的值，则可计算出光点SP在纵向上的位置x。
而且，在CCD中，如图11(b)所示，可从各个纵向排列的象素中得到等价于接收光量的信号。因此，可从产生自各个象素的接收光量信号中得出一个接收光量分布信号51，并且通过处理该分布信号可计算出光点SP的重心。这种情况下，图11(b)示出了一维CCD(直线图像传感器)的实例，然而也可使用一个二维CCD(区域图像传感器)。
根据以上描述，在使用PSD或CCD作为受光元件22的情况下，当通过光学调整机构(受光部分调整机构)粗略设置了一个基准距离时，随后通过软件执行对该基准距离的变化调整(微调)，与上述实施例相似，可以容易地并适当地对基准距离进行设置和变化，同时覆盖了较宽的测量距离范围。
而且，上述实施例被构成为接收光量信号N和接收光量差值信号N-F通过电缆13交替地从头部分11提供给放大器部分12(以时分方式)。另一实施例可被构成为提供接收光量信号F来代替接收光量信号N。即将接收光量信号F和接收光量差值信号N-F通过电缆13交替地提供给放大器部分12。通常地接收光量信号F(远端接收光量信号)具有峰值水平低于接收光量信号N(近端接收光量信号)的优点，从而不易发生饱和。
对于熟悉已有技术的人员明显的是，在不脱离本发明的精神或范围内的情况下，可对本发明的所述优选实施例进行各种修改和变化。因此，希望覆盖与所附权利要求及其等同物的范围一致的所有对本发明的修改和变化。
本申请要求2005年2月18日提交的第2005-041435号日本专利申请的优先权，该申请的内容在此引作参考。
图3是示出了根据本发明示例性非限制实施例的位置敏感光电传感器的外观的透视图。本实施例的位置敏感光电传感器示出了一种称为放大器分离型的传感器，并且头部11和放大器部分12通过电缆13连接。
放大器部分12具有一个薄的长方体外壳121。连接到头部11上的电缆13与外壳的前端相连，并且连接到一个上层控制装置(PLC等)的电缆14与外壳的后端相连。一个与DIN导轨(设备装配标准导轨)匹配的结构布置在外壳121的下表面122。可将多个放大器部分12装配到DIN导轨上并彼此相邻。这时，相邻放大器部分12之间的电连接可通过布置在放大器部分12一侧表面的连接器123来提供。
一个使用8位的(4位×2)7段LED的数字显示器124和一个用来显示测量结果(与基准距离的比较结果)的输出指示器(发光二极管)125被布置在放大器部分12的上表面。而且布置了多个按钮开关126到128，用来设置基准距离值、切换操作模式和显示模式等。还布置了一个由透明树脂制成的保护罩130，用来保护按钮开关126到128、数字显示器124等。在图3中所示的保护罩130为打开状态。通过布置在放大器部分12后端上部的铰链部分来转动保护罩130。当保护罩130关闭时，放大器部分12的上面板(显示/操作面板)，包括按钮开关126到128、数字显示器124等都被保护罩130遮盖。
一个发光部分和一个受光部分被内置在头部分11中。构成头部分11，从而一束从发光元件发出的光LB从头部分11的前表面投射到工件WK上，然后从工件WK反射的光LB’从受光部分的前表面入射到受光元件上。参考图1已经说明，发光部分包含一个聚光透镜并且受光部分包含一个接收透镜。同时，一个微调器112被布置在头部分11的后表面，该微调器通过使用随后说明的受光部分调整机构27来手动设置基准距离。
图4是示出了根据本发明实施例的位置敏感光电传感器的电路结构的框图。内置在头部分11中的发光部分21包含了使用激光二极管或发光二极管及其驱动电路的发光元件。同时受光部分包含一个使用分离PD的受光元件22。参考图2已经说明，该分离PD的光敏表面被分离为N侧光敏表面和F侧光敏表面，并且各自接收的光量信号从分离的光敏表面分别输出。在图2中，从N侧光敏表面输出的接收光量信号用N表示，从F侧光敏表面输出的接收光量信号用F表示。某些情况下，从N侧光敏表面获得的接收光量(电压或数字转换值)也用N表示，而从F侧光敏表面获得的接收光量也用F表示。
如图4所示，从N侧光敏表面和F侧光敏表面输出的接收光量信号N和F分别通过放大器23和24输入到模拟运算部分25中。之后从模拟运算部分25中输出接收光量信号N和两个接收光量信号之间的差值N-F(下称“接受光量差值信号”)。这些信号被输入到信号切换部分26中。该信号切换部分26根据从放大器部分12输出的开关控制信号将接收光量信号N和接收光量差值信号N-F交替的(以时分方式)输出到电缆13中。给到信号切换部分26的开关控制信号是重叠在发光部分21的控制信号上的，并且通过电缆13从放大器部分12输出。这里，固定在头部分11中的受光部分调整机构27将在随后进行说明。
在放大器部分12中，经过电缆13从头部分11反馈的接收光量信号N和接收光量差值信号N-F通过信号放大器部分31被放大，之后通过一个AD转换器部分32被转换成数字值，然后输入到一个主控制部分33中。该主控制部分33从均已转换为数字值的接收光量信号N和接收光量信号差值N-F中将另一个接收光量信号F恢复。为方便起见，接收光量差值信号和作为相应数字值的接收光量的差值都被表示为N-F。该主控制部分33还实现对该接收光量的差值进行稍后描述的归一化计算处理，并且使显示器部分34显示一个结果数字量。如图3所示，该显示部分34包含布置在放大器部分12的上面板上的数字显示器124和输出指示器125。
而且，在放大器部分12中还布置了一个设置输入部分35和一个发光控制部分36，用来执行对基准距离的设置(变化调整)等。该设置输入部分35包含如图3所示的布置在放大器部分12的上面板上的按钮开关126到128。该发光控制部分36根据主控制部分33的指令向头部分11中的发光部分21提供发光控制信号。同时根据以上说明，该发光控制部分36还具有将开关控制信号重叠在发光控制信号上的功能，该开关控制信号是从放大器12提供给头部分11来以时分的方式切换接收光量信号N和接收光量差值信号N-F。在主控制部分33处在测量模式时测得的到工件WK的距离与基准距离之间的比较结果被显示在包含在显示部分34中的输出指示器125上，并且还被输出到连接在控制装置(PLC等)上的电缆14中。
图5是说明了对接收光量的差值进行归一化计算的曲线图。而且图6是示出了对接收光量的差值进行归一化计算处理流程的流程图。参考图2对已有技术的说明中了解到，当接收光点SP位于分离PD的N侧光敏表面和F侧光敏表面的分界线上时，可从每个分离的光敏表面获得相等的接收光量信号，因此接收光量差值信号N-F为零。当接收光点SP向N侧光敏表面偏移时，信号N-F为正值。当接收光点SP向F侧光敏表面偏移时，信号N-F为负值。在图5(a)中用实线和虚线表示的曲线来描述该状态。
在图5(a)中，实线曲线41示出了当使用其表面具有相对较高的光漫反射度的工件WK时的特性，虚线曲线42示出了当使用其表面具有相对较低的光漫反射度的工件WK时的特性。在两种情况下，位于基于光学系统的结构决定的基准距离Dref上的接收光量差值N-F为零。即，相对于在作为受光元件22的分离PD的N侧光敏表面和F侧光敏表面之间的分界线，接收光点SP在N侧光敏表面和F侧光敏表面上的分布是相等的。在这种情况下，即使光点SP偏移了相同的距离，在光点SP从基准距离Dref偏移的点上，取决于工件WK表面的光漫反射度，接收光量差值N-F也是不同的。
从图5(a)中可以看出，随着光点SP基准距离Dref偏移的量增大，接收光量差值N-F的绝对值先增大然后减小。之后，该绝对值在距离范围Rgd的两端变为零，该距离范围Rgd等价于光点SP落在受光元件22的光敏表面内的范围。即，由于在光点SP移出光敏表面两端时两个接收光量N和F都变为零，所以接收光量差值N-F的值也相应变为零。由此可以理解，不能用接收光量差值N-F作为一个表示相对距离(位移)的探测参数。
因此，在本实施例的位置敏感光电传感器中，主控制部分33实现对接收光量差值的归一化计算处理。通过用接收光量N和接收光量F的总和(N+F)除接收光量差值N-F，来将该处理基本上应用于消除工件WK表面的光漫反射度的影响。此外，增加一个当接收光量N或接收光量F接近零时强制将(N-F)/(N+F)的值设为1的处理。下面将通过图6的流程图对这些处理过程进行说明。
图6示出了图4所示的放大器部分中主控制部分33根据输入的接收光量N和输入的接收光量差值N-F来执行归一化计算处理的各个步骤。首先，在步骤#101中，主控制部分通过从接收光量N中将接收光量差值N-F减去来计算出(恢复)接收光量F。后面将说明在某些情况下，该接收光量F连同接收光量N一起分别显示在数字显示器124上。从而，所得接收光量F和接收光量N被存储在主控制部分33的存储器中。
之后，在步骤#102中，该主控制部分计算接收光量N和接收光量F的总和(接收光量总和)N+F。由于该值有时会显示在数字显示器124上，所以也将该值存储在存储器中。在下一步骤#103中，主控制部分执行归一化计算以检测通过用接收光量总和N+F除接收光量差值N-F得到的(N-F)/(N+F)。
然后，在下一步骤#104中，主控制部分执行当接收光量N或F接近零时应用的校正处理。在接收光量N或F减小到小于接近零的预设值时，该处理强制地将(N-F)/(N+F)的值设置为1。执行该处理是为了避免以下情况：当接收光量N或F接近零时(N-F)/(N+F)的值不稳定，从而导致了(N-F)/(N+F)的值与距离之间的关系不能被唯一地限定。接着在步骤#105中，以该方式获得的(N-F)/(N+F)的值存储在主控制部分33的存储器中，并且也以数字形式显示在数字显示器124上作为表示相对距离(位移)的数值。
图5(b)所示曲线描述的是由上述归一化计算处理结果获得的(N-F)/(N+F)的值。在图5(b)中，由曲线43表示通过将距离范围Rgd内的(N-F)/(N+F)的值与一个预设系数D相乘而获得的值D(N-F)/(N+F)。从图5(b)中可以看出，通过从距离范围Rgd去除两个端部而设定的范围Rgl中，该值D(N-F)/(N+F)的变化基本上是线性的。这两个端部与(N-F)/(N+F)的值被强制的设置为1的范围相对应。由于在除去两个端部的范围Rgl中，数值D(N-F)/(N+F)与距离之间的关系基本上为线性的，所以在该范围内可以任意设定基准距离。
换句话说，与已有技术不同的是，这里无需将根据光学系统的结构决定的接收光量差值N-F变为零时的距离Dref作为基准距离。基准距离可在一个包含该距离的预设范围(图5(b)中的范围Rgl)内进行设置(变化)。主控制部分33可通过软件执行对作为数字值的基准距离进行变化设置。从而，如常规的示教一样可以自动设置基准距离。
下面将参考图7和图8说明一个通过示教自动设置基准距离的实例。图7是包含按钮开关126到128和放大器部分12的数字显示器124的上面板的俯视图。图8是示出了一个示教实例的流程图。在对示教实例进行说明之前，先简单说明图7所示上面板的显示和操作。
在图7中，如上说明的，输出指示器125为LED，其上显示出主控制部分33在测量模式下测得的到工件WK的距离与基准距离之间的比较结果。例如，当到工件WK的距离小于基准距离时，左侧的输出指示器125开启，而当到工件WK的距离大于基准距离时，右侧的输出指示器125开启。在这种情况下，为了防止输出指示器125上的显示发生振动等，将一个预设的滞后(死区)提供给到工件WK的距离与基准距离之间的比较结果。即当工件WK靠近头部分11和远离头部分11时，由于滞后距离，使得输出指示器125的切换时间等都不相同。
数字显示器124是一个8位的7段LED，被分为高4位的显示部分124H和低4位的显示部分124L。通过使用显示部分124H和显示部分124L可在设置模式和测量模式中实现多种显示变化。例如，在测量模式下，等价于基准距离的数值可被显示在显示部分124H上，并且等价于到工件WK距离的现有值的数值(归一化计算处理之后的值D(N-F)/(N+F))可被显示在显示部分124L上。接收光量差值N-F和接收光量总和N+F分别显示在显示部分124H和显示部分124L上。这些多个显示模式可由按钮开关126或127进行切换。该数字显示器124不仅可以简单地显示上述数值，还可以显示错误代码、操作模式符号等。
按钮开关126或127是用来切换显示模式、操作模式(设置模式、测量模式等)和其他模式的。而且，按钮开关128是一个上下键(增/减键)，用来对预设的基准距离进行手动微调。
图8中的流程图示出了一个作为使用者操作的流程的示教实例。在步骤#201中，使用者从预备的多个类型的示教模式中选择一个示教模式A。该选择是通过按下按钮开关126或127或它们的组合来实现的。
然后在步骤#202中，使用者将工件WK设置在头部分11前方的第一位置上。该第一位置是位于工件WK的存在可被探测到的近距离一侧的位置。这时，主控制部分33计算出与到工件WK距离的当前值对应的数值，并随后将该值显示在如数字显示器124的左侧显示部分124H上。之后，在步骤#203中，使用者在此情况下按下设置开关(按钮开关126或127)。结果，显示在数字显示器124上并与在近距离一侧的位置对应的数值被固定。
接着，在步骤#204中，使用者将工件WK设置在头部分11前方的第二位置。该第二位置是位于工件WK的存在不能被检测到的远距离一侧的位置。这时，主控制部分33计算出与到工件WK距离的当前值对应的数值，并随后将该值显示在如数字显示器124的右侧显示部分124L上。之后，在步骤#205中，使用者在此情况下按下设置开关。结果，显示在数字显示器124上并与在远距离一侧上的位置对应的数值被固定。最后，使用者检查在数字显示器124上显示的表示第一位置和第二位置的数值，然后按下决定开关(按钮开关126或127)(步骤#206)。这样，示教模式下的操作结束。主控制部分33计算出例如第一位置和第二位置数值之间的一个中间值，并将该中间值设置为基准距离。这个设置的基准距离被显示在如数字显示器124的左侧显示部分124H上。
如上所述，主控制部分33可通过软件设置基准距离的范围，即使用者通过示教模式A下的操作可设置第一位置和第二位置的范围对应于图5(b)中的范围Rgl。该范围是由光学系统的结构和受光元件光敏表面的大小决定的，并且被限制在一个较狭窄的范围内。因此，本实施例的位置敏感光电传感器装备了一个受光部分调整机构(图4中的27)，其通过改变受光部分的角度来改变图5(a)和(b)中的基准距离Rref。
图9是示例性地示出了一个受光部分调整机构27的结构实例的示意图。图9(a)示出了使用手动调整的情况，图9(b)示出了使用电机驱动调整的情况。发光部分21和受光部分20内置在头部分11中，发光部分21包含一个发光元件211和一个聚光透镜212。受光部分20包含受光元件22和接收透镜201。在该实例中，发光部分21的位置和角度是固定的，而受光部分20中的受光元件22和接收透镜201可绕轴AX整体旋转。一个扇形部件202被固定在受光部分20上，并且一个斜齿轮203形成在该扇形部件202外部沿着绕轴AX的圆弧上。同时提供一个旋转操作杆204，其上形成有与斜齿轮203互相啮合的齿轮槽，并且其末端部分露在头部分11的后表面外作为图3所示的微调器112来进行转动操作。
根据上述结构，当使用者转动微调器112(旋转操作杆204)时，受光部分20将绕轴AX旋转。结果当从工件WK反射回的光LB’入射到受光元件22的中心时，光轴的角度发生变化，因此，根据光学系统的结构决定的基准距离Dref可被改变。
在图9(b)所示的结构中，在微调器112(旋转操作杆204)的位置提供一个电机(步进电机、齿轮电机等)205，并且将一个与扇形部件202的斜齿轮203互相啮合的齿轮206固定在旋转轴上。当电机205被来自放大器部分12中的主控制部分33的控制信号旋转/驱动时，与图9(a)中的手动操作一样，受光部分20绕轴AX转动，因此根据光学系统的结构决定的基准距离Dref可被改变。如果通过旋转编码器等探测到受光部分20绕轴AX的旋转角，则能够实现通过主控制部分33对基准距离Dref的自动调整。在图9(a)中通过手动操作进行设定的情况中，优选的是使用者可根据微调器112的旋转角度等来可视地确定一个基准距离Dref的标准。
在图9所示的受光部分调整机构27的实例中，通过对受光元件22和接收透镜201整体的转动/操作来改变基准距离Dref。但是也可通过对受光元件22和接收透镜201整体的平移来改变基准距离Dref。换句话说，如果将受光部分20向靠近或远离发光部分21的方向(图9中的垂直方向)进行平移，则受光元件22的光敏表面上的光点位置被改变，其后可改变基准距离Dref。可选的是，可以类似地通过在垂直方向上单独的移动受光元件22或接收透镜201来改变基准距离Dref。
此外，从以上说明可以明显地知道，当发光部分21而非受光部分20的角度或位置发生改变时，受光元件22的光敏表面上的光点位置被改变，其后可改变基准距离Dref。具体地讲，为了通过改变受光元件22的光敏表面上的光点位置或光量分布重心位置来改变基准距离Dref，可提供一个光学调整机构，用来调整发光元件211、聚光透镜212、接收透镜201和受光元件22中的至少一个的角度和位置。图9所示的受光部分调整机构27仅仅是这个光学调整机构的一个实例。例如，当光学调整机构被构成为将受光部分20和发光部分21各自的角度同时以相反方向改变时，该结构可以更好的探测其表面(镜面)可规则地反射光线的工件WK。
根据本实施例的位置敏感光电传感器提供一种方便使用者使用的设置功能，该功能结合使用了在一个预设范围内由光学调整机构(受光部分调整机构27)进行的对基准距离Dref的设定和主控制部分33通过软件执行的对基准距离的设定(变化调整或微调)。
图10是示出了根据本实施例的位置敏感光电传感器中设置模式和测量模式概要的流程图。在步骤#301中，确定操作模式是设置模式还是测量模式。当操作模式为设置模式时，在下一步骤#302中通过受光部分调整机构27来设定基准距离Dref。可采用通过使用如图9(a)所示的机构进行的手动设置或使用如图9(b)所示的机构进行的电机驱动(或自动)设置作为该设置。
在步骤#303中，在设置了基准距离Dref之后，根据示教来执行对基准距离的变化调整。已经对该示教的一个实例进行了说明。随后，在步骤#304中，手动执行对基准距离的微调。即，使用者可以通过使用安装在放大器部分12的上面板上的作为上下键的按钮开关128来进行调整以增加/减少基准距离设定值。这时，设置的基准距离显示在数字显示器124(其左侧显示部分124H)上，并且该显示值随着对按钮开关128的操作而增大/减小。之后，限定基准距离的设置值，并且随后开始测量模式(步骤#305)。
而且，该设置中可省略步骤#303和步骤#304中的任意一个。例如，在步骤#302中通过受光部分调整机构27设置了基准距离Dref之后，可在步骤#303中省略通过示教对基准距离进行变化调整，从而直接在步骤#304中执行通过使用按钮开关128对基准距离进行的手动微调。否则，当在步骤#303中执行通过示教对基准距离进行的变化调整之后，通过省略步骤#304中对基准距离的手动微调，可将操作模式从设置模式变为测量模式。步骤#303和步骤#304中的处理都是由主控制部分33通过软件执行的对基准距离的变化调整(或微调)。
当在步骤#301中操作模式被确定为测量模式时，在步骤#306中测量出到工件WK的距离。该测量是在范围Rgl内执行的，如图5所示，在此范围内，在对接收光量差值进行归一化计算之后获得的D(N-F)/(N+F)的值随距离基本上按线性变化。之后，在步骤#307中，将测量结果与基准距离进行比较，从而确定到工件WK的距离是否靠近或远离基准距离。如上所述，将比较结果输出到连接在控制装置(PLC等)的电缆14(步骤#308)，并将其显示在包含在显示部分34中的输出指示器125上(步骤#309)。随后，重复上述处理直到操作结束(步骤#310中判断为是)。
在本实施例中，在设置模式下执行示教。作为另一实施例，可能在测量模式下执行示教，并且可在测量过程中执行对基准距离Dref的变化/设置。
根据以上描述，对本发明的实施例和变化进行了说明。但本发明不仅限于上述实施例和变化，并且可在各种模式下实现。例如，本发明不限于图3中所示的头部分11与放大器部分12通过电缆13连接的放大器分离的光电开关。而本发明可能被应用于其头部分和放大器部分内置在一个外壳内的放大器一体的光电开关。
而且，在本实施例中，作为光学调整机构(受光部分调整机构27)的实例示出了使用扇形部件202和斜齿轮203的结构。此外，各种公知的结构，如齿条和小齿轮传动机构、螺旋馈送机构等都可被使用。
而且，在本实施例中，使用便宜的分离PD作为受光元件22。但是也可使用在已有技术中普遍使用的PSD(位置敏感半导体元件)或CCD(固态图像传感器)作为受光元件22。在PSD中，如图11(a)所示，在组成光敏表面的高阻半导体基板的两端，纵向布置了一对信号输出终端。当光照射到光敏表面时，由于光电动势的作用从一对信号输出终端获得光电流I1和I2。光电流I1和I2的值根据光敏表面上光点的位置发生改变。如图11(a)所示，假设光敏表面的长度为L，光敏表面中心到光点SP重心的距离为x，满足一个关系式(I2-I1)/(I1-I2)＝2x/L。因此，如果已知光电流I1和I2的值，则可计算出光点SP在纵向上的位置x。
而且，在CCD中，如图11(b)所示，可从各个纵向排列的象素中得到等价于接收光量的信号。因此，可从产生自各个象素的接收光量信号中得出一个接收光量分布信号51，并且通过处理该分布信号可计算出光点SP的重心。这种情况下，图11(b)示出了一维CCD(直线图像传感器)的实例，然而也可使用一个二维CCD(区域图像传感器)。
根据以上描述，在使用PSD或CCD作为受光元件22的情况下，当通过光学调整机构(受光部分调整机构)粗略设置了一个基准距离时，随后通过软件执行对该基准距离的变化调整(微调)，与上述实施例相似，可以容易地并适当地对基准距离进行设置和变化，同时覆盖了较宽的测量距离范围。
而且，上述实施例被构成为接收光量信号N和接收光量差值信号N-F通过电缆13交替地从头部分11提供给放大器部分12(以时分方式)。另一实施例可被构成为提供接收光量信号F来代替接收光量信号N。即将接收光量信号F和接收光量差值信号N-F通过电缆13交替地提供给放大器部分12。通常地接收光量信号F(远端接收光量信号)具有峰值水平低于接收光量信号N(近端接收光量信号)的优点，从而不易发生饱和。
对于熟悉已有技术的人员明显的是，在不脱离本发明的精神或范围内的情况下，可对本发明的所述优选实施例进行各种修改和变化。因此，希望覆盖与所附权利要求及其等同物的范围一致的所有对本发明的修改和变化。
本申请要求2005年2月18日提交的第2005-041435号日本专利申请的优先权，该申请的内容在此引作参考。