JP2004093205A - Optical movement detection device and transport system using the same - Google Patents
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Abstract
【課題】部品点数の減少、小型化、及び製造コストの低減を図る。
【解決手段】被検出物19が移動したときの各受光素子17a,17bの受光出力間の遅延時間Δtを求め、この遅延時間Δtを用いて、被検出物19の移動速度v及び移動量dを求めている。この装置11では、コリメートレンズ13、ビームスプリッタ14、対物レンズ15、及び受光レンズ16をそれぞれ1つずつ設け、これらにより各発光素子12a,12bから各受光素子17a,17bへとそれぞれの光ビームLa,Lbを共に導いているため、部品点数の減少、小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。
【選択図】図1An object of the present invention is to reduce the number of parts, reduce the size, and reduce the manufacturing cost.
Kind Code: A1 A delay time Δt between light receiving outputs of light receiving elements 17a and 17b when an object 19 moves is obtained, and a moving speed v and a moving amount d of the object 19 are determined using the delay time Δt. Seeking. In this device 11, a collimating lens 13, a beam splitter 14, an objective lens 15, and a light receiving lens 16 are provided, one by one. , And Lb, it is possible to reduce the number of parts, reduce the size, and reduce the manufacturing cost.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、被検出物の移動速度を非接触で検出する光学式移動検出装置及びそれを用いた搬送システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の光学式移動検出装置は、例えばプリンタや複写機等の画像形成装置に適用され、記録用紙の移動速度や移動量を検出する。図19に従来の光学式移動検出装置の一例を示す。この装置は、2つの測距センサ101,102と、演算処理回路103とを備えており、各測距センサ101,102から被検出物104へとそれぞれの光ビームL1,L2を出射し、各光ビームL1,L2を被検出物104で反射させて各測距センサ101,102に入射させ、各光ビームL1,L2の受光レベルを各測距センサ101,102で検出し、各光ビームL1,L2の受光レベルを演算処理回路103に入力して、演算処理回路103により被検出物104の移動速度や移動量を求めている。
【0003】
図20は、各測距センサ101,102の構成を示している。各測距センサ101,102は、光ビームを出射する発光素子111と、光ビームを受光する受光素子112と、発光素子111からの光ビームを集光して、光ビームのスポットを被検出物104上に形成する出射側レンズ113と、被検出物104で反射された光ビームを受光素子112の受光面に集光させる受光側レンズ114とを備えており、各受光素子112の受光出力を演算処理回路103に出力している。
【0004】
ここで、各測距センサ101,102と被検出物104間のそれぞれの距離に応じて被検出物104上の各光ビームL1,L2のスポットの照度が変化し、これに伴って各受光素子112の受光レベルが変化し、それぞれの受光出力が変化する。このため、被検出物104の表面に凹凸があれば、被検出物104の移動に伴って、各測距センサ101,102と被検出物104間のそれぞれの距離が変化し、各受光素子112の受光出力も変化することになる。そして、測距センサ102が測距センサ101よりも被検出物104の移動方向の下流側に位置決めされていることから、各受光素子112の受光出力が例えば図21(a),(b)のグラフに示す様に変化し、測距センサ102の受光素子112の受光出力変化が測距センサ101の受光素子112の受光出力変化よりも遅延時間Δtだけ遅れる。演算処理回路103は、各受光素子112の受光出力についての相関計算を行なって、この遅延時間Δtを求め、この遅延時間Δtを用いて、被検出物104の移動速度や移動量を求める。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の光学式移動検出装置では、2つの測距センサを設けているため、部品点数が多く、小型化が困難であり、製造コストが高いという問題点があった。また、被検出物の表面の凹凸が小さく、表面が滑らかになると、被検出物の移動速度や移動量の検出が困難になった。更に、外乱光のノイズや信号ノイズ等の影響を受け易く、検出精度が低下し易かった。
【0006】
尚、被検出物の移動速度を非接触で検出する他の装置としては、レーザドップラー方式のものがあるが(特開平8−292263号公報等を参照)、この種の装置は、大型でかつ高価であって、安易に用いることができなかった。
【0007】
そこで、本発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、部品点数の減少、小型化、及び製造コストの低減が可能であって、被検出物の表面の凹凸が小さくても検出精度が良好であり、ノイズの影響を受け難い光学式移動検出装置及びそれを用いた搬送システムを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、一対の光ビームを出射する発光手段と、各光ビームを受光する一対の受光素子と、発光手段からのそれぞれの光ビームを被検出物で反射させて各受光素子へと共に導く光路を形成する光路形成手段と、各光ビームを集光してそれぞれの光スポットを被検出物上に共に形成し、各光スポットからの反射光を各受光素子の受光面に共に集光させる光学手段とを備え、各受光素子の受光出力に基づいて、被検出物の移動速度を求めている。
【0009】
この様な構成の本発明によれば、光路形成手段は、発光手段からのそれぞれの光ビームを被検出物で反射させて各受光素子へと共に導く光路を形成している。また、光学手段は、各光ビームを集光してそれぞれの光スポットを被検出物上に共に形成し、各光スポットからの反射光を各受光素子の受光面に共に集光させている。つまり、1つの光路形成手段と1つの光学手段だけで、発光手段からのそれぞれの光ビームのスポットを被検出物上に形成し、各光スポットからの反射光を各受光素子の受光面に集光させている。このため、部品点数の減少、小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。光路形成手段としては、ビームスプリッターや回折格子等があり、光学手段としては、コリメートレンズや対物レンズ等、あるいはそれらの組み合わせがある。
【0010】
また、本発明においては、各受光素子の受光出力をローパスフィルタにより平滑化し、平滑化された該各受光出力についての相関計算により一方の受光出力に対する他方の受光出力の遅延時間を求め、この遅延時間を用いて、被検出物の移動速度を求めている。
【0011】
この様にローパスフィルタにより平滑化された各受光出力を用いれば、外乱光のノイズや信号ノイズ等の影響をほぼ排除することができ、各受光出力の相関係数を正確に導出して、被検出物の移動速度を正確に求めることができる。
【0012】
更に、本発明においては、各受光素子別に、受光出力を前後の他の受光出力を用いて平均化し、平均化された各受光素子の受光出力についての相関計算により一方の受光出力に対する他方の受光出力の遅延時間を求め、この遅延時間を用いて、被検出物の移動速度を求めている。
【0013】
この様に平均化された各受光素子の受光出力を用いることによっても、外乱光のノイズや信号ノイズ等の影響をほぼ排除することができ、被検出物の移動速度を正確に求めることができる。
【0014】
また、本発明においては、各受光素子の受光出力を微分処理し、該各受光出力の微分信号についての相関計算により一方の受光出力に対する他方の受光出力の遅延時間を求め、この遅延時間を用いて、被検出物の移動速度を求めている。
【0015】
各受光素子の受光出力の微分信号は、各受光素子の受光出力の変化を際立たせたものと言える。このため、被検出物の表面の凹凸が小さいことから、各受光素子の受光出力の変化が小さく、各受光出力の相関係数が小さいときには、各受光素子の受光出力の微分信号を求めて用いれば、各受光出力間の遅延時間を正確に導出して、被検出物の移動速度を正確に求めることができる。
【0016】
更に、本発明においては、各受光素子の受光出力をローパスフィルタにより平滑化し、平滑化された該各受光出力を微分処理し、平滑化された該各受光出力の微分信号についての相関計算により一方の受光出力に対する他方の受光出力の遅延時間を求め、この遅延時間を用いて、被検出物の移動速度を求めている。
【0017】
この様に平均化された各受光素子の受光出力の微分信号を用いれば、外乱光のノイズや信号ノイズ等の影響をほぼ排除しつつ、被検出物の表面の凹凸が小さくても、各受光出力の相関係数を正確に導出して、被検出物の移動速度を正確に求めることができる。
【0018】
次に、本発明の搬送システムは、本発明の光学式移動検出装置により被検出物の移動速度を求め、この被検出物の移動速度を該被検出物を搬送する搬送手段にフィードバックすることにより、この被検出物の移動速度を制御している。
【0019】
あるいは、本発明の搬送システムは、本発明の光学式移動検出装置により被検出物の移動速度を求め、この被検出物の移動速度を該被検出物を処理する処理手段にフィードバックすることにより、この被検出物を予め設定された位置で処理している。
【0020】
先に述べた様に本発明の光学式移動検出装置により被検出物の移動速度を求めれば、正確な移動速度が得られる。このため、移動速度をフィードバックすることにより、移動速度を正確に制御したり、被検出物を所定位置で処理することが可能になる。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して詳細に説明する。
【0022】
図1は、本発明の光学式移動検出装置の一実施形態を示す側面図である。本実施形態の光学式移動検出装置11は、一対の発光素子(例えば半導体レーザ)12a,12bと、コリメートレンズ13と、ビームスプリッタ14と、対物レンズ15と、受光レンズ16と、一対の受光素子17a,17bと、演算処理回路18とを備えている。
【0023】
各発光素子12a,12bは、それぞれの光ビームLa,Lbを出射する。これらの光ビームLa,Lbは、コリメートレンズ13により平行光にされ、ビームスプリッタ14を透過し、対物レンズ15により集光されて被検出物19に照射される。これにより、被検出物19上に各光ビームLa,Lbのスポットが形成される。更に、これらの光ビームLa,Lbは、被検出物19で反射されて、対物レンズ15を透過し、ビームスプリッタ14により偏向され、受光レンズ16により集光されて各受光素子17a,17bに入射する。そして、各受光素子17a,17bの受光出力が演算処理回路18に加えられる。演算処理回路18は、各受光素子17a,17bの受光出力に基づいて、被検出物19の移動速度や移動量を求める。
【0024】
各発光素子12a,12bは、図2に示す様に1つのパッケージ21に収容されて一体化されたものが好ましい。また、各発光素子12a,12bの代わりに、図3に示す様に2つの発光点22a,22bを有する1つの半導体レーザチップ22をパッケージ23に収容したものを用いても良い。
【0025】
各受光素子17a,17bの前方には、図4に示す様な遮光板24が設けられており、各光ビームLa,Lbが遮光板24の各ピンホール24a,24bを介して各受光素子17a,17bの受光面に入射する。好ましくは、図5に示す様に各受光素子17a,17bをパッケージ25に収容し、遮光板24を各受光素子17a,17bの前面に貼り付け、各受光素子17a,17b及び遮光板24を一体化する。尚、各受光素子17a,17bは、1つの受光素子の受光面を分割したものでも良い(図示せず)。
【0026】
遮光板24の各ピンホール24a,24bは、各受光素子17a,17bの受光面への外乱光の入射を防ぐために設けられる。また、各光ビームLa,Lbを絞ることになるので、被検出物19上に形成される各光ビームLa,Lbのスポットを小さくしなくても、被検出物19上の極めて狭い領域の光のみを各受光素子17a,17bの受光面に入射させることができる。これにより、光学式移動検出装置11と被検出物19間の距離がある程度変動して、各光ビームLa,Lbのスポットの大きさが変動したとしても、被検出物19の表面の凹凸に応じたぞれぞれのレベルの光が各受光素子17a,17bの受光面に入射することになる。例えば、被検出物19上に形成される各光ビームLa,Lbのスポットの直径を10〜100μm程度とすると、遮光板24の各ピンホール24a,24bの直径を10〜50μm程度に設定する。
【0027】
さて、この様な構成の光学式移動検出装置11において、被検出物19が矢印方向Dに移動すると、被検出物19の表面の凹凸により、各光ビームLa,Lbのスポットからの反射光量が変化し、これに伴って各受光素子17a,17bの受光レベルが変化し、それぞれの受光出力が変化する。このとき、光ビームLaのスポットが光ビームLbのスポットよりも被検出物19の移動方向上流にあるならば、受光素子17bの受光出力変化が受光素子17aの受光出力変化よりも遅延時間Δtだけ遅れることになる。このとき、被検出物19の移動速度をvとし、被検出物19上の各光ビームLa,Lbのスポット中心間の距離をL(既知)とすると、v=L/Δtとなるので、移動速度vを求めることができる。更に、被検出物19の移動速度vを積分することにより移動量dを求めることができる。
【0028】
ここで、遅延時間Δtを求めるには相関計算を用いる。相関計算とは、2つの標本列{Xi|i=1,2,……,n}及び{Yi|i=1,2,……,n}が与えられたときに、これらの標本列の類似度を図る統計量として相関関数ρを求めることである。この相関関数ρは、標本列{Xi|i=1,2,……,n}の標準偏差をσxとし、平均をxバーとし、標本列{Yi|i=1,2,……,n}の標準偏差をσyとし、平均をyバーとすると、次式(1)で表される。ただし、−1≦ρ≦1である。
【数1】
この様な相関計算は、演算処理回路18で行われており、この演算処理回路18の構成を図6に示す。この演算処理回路18は、各受光素子17a,17bの受光出力の電流電圧変換を行って、それぞれの受光信号A,Bを出力する各I−V変換部31a,31bと、各受光信号A,Bを増幅する各信号増幅部32a,32bと、増幅された各受光信号A,Bの波形を整形する各信号整形部33a,33bと、整形された各受光信号A,Bを一定周期でサンプリング(標本化)して、各受光信号A,Bのサンプリング値をそれぞれの標本列として記憶する各メモリ34a,34bと、各メモリ34a,34b内の各受光信号A,Bの標本列についての相関計算を行って、各受光素子17a,17bの受光出力間の遅延指数kを求める相関計算部35と、この遅延指数kを用いて、被検出物19の移動速度vを求め、移動速度vを積分することにより移動量dを求め、移動速度v及び移動量dを出力する速度算出部及び表示部36とを備えている。
【0029】
各I−V変換部31a,31bから出力される各受光信号A,Bは、例えば図7のグラフに示す様なものであり、受光信号Bが受光信号Aよりも遅延時間Δtだけ遅れる。これらの受光信号A,Bは、各信号増幅部32a,32b及び各信号整形部33a,33bを経て、各メモリ34a,34bにより一定のサンプリング周期tsでサンプリングされて記憶される。これにより、標本列{A1,A2,……,An}及び標本列{B1,B2,……,Bn,……,Bn+m}が各メモリ34a,34bに記憶される。ただし、Δt<ts×mである。
【0030】
相関計算部35は、図8に示す様に標本列{B1,B2,……,Bn,……,Bn+m}からn個のサンプリング値を順次抽出して、その度に、標本列{A1,A2,……,An}と標本列{B1,B2,……,Bn}の相関係数、標本列{A1,A2,……,An}と標本列{B2,B3,……,Bn,Bn+1}の相関係数、標本列{A1,A2,……,An}と標本列{B3,B4,……,Bn,Bn+1,Bn+2}の相関係数を逐次求め、以降同様に標本列{A1,A2,……,An}と標本列{Bm+1,……,Bn+m}の相関係数まで求める。例えば、図9に示す様にn=300かつm=100であれば、標本列{A1,A2,……,A300}と標本列{B1,B2,……,B300}の相関係数、標本列{A1,A2,……,A300}と標本列{B2,B3,……,B301}の相関係数、……、及び標本列{A1,A2,……,A300}と標本列{B101,……,B400}の相関係数を逐次求める。そして、相関係数が最大になったときの受光信号Aの標本列に対する受光信号Bの標本列のずれ(遅延時間Δt)を求める。このずれは、サンプリング周期×k(k:0,1,2,……、0≦k≦m)で表され、このkが遅延指数として相関計算部35から出力される。例えば、図7の各受光信号A,Bについては、k=3となる。
【0031】
速度算出部及び表示部36は、この遅延指数kにサンプリング周期を掛けて、遅延時間Δtを求め、更に被検出物19上の各光ビームLa,Lbのスポット中心間の距離L(既知)を遅延時間Δtで割って、被検出物19の移動速度vを求め(v=L/Δt)、この移動速度vを積分することにより移動量dを求め、これらの移動速度vや移動量dを出力したり表示する。
【0032】
この様に本実施形態の光学式移動検出装置11では、被検出物19が移動したときの各受光素子17a,17bの受光出力間の遅延時間Δtを求め、この遅延時間Δtを用いて、被検出物19の移動速度v及び移動量dを求めている。
【0033】
この装置11では、コリメートレンズ13、ビームスプリッタ14、対物レンズ15、及び受光レンズ16をそれぞれ1つずつ設け、これらにより各発光素子12a,12bから各受光素子17a,17bへとそれぞれの光ビームLa,Lbを共に導いているため、部品点数の減少、小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。
【0034】
尚、コリメートレンズ13、対物レンズ15、及び受光レンズ16の代わりに、図10に示す様に1枚のレンズ41のみを用いても、光学式移動検出装置を実施することができる。また、図11に示す様に1つの発光素子12のみを設け、この発光素子12からの光ビームを光学部品(ウォラストンプリズムやビームディスプレーサ等)42により2分割して、一対の光ビームLa,Lbを形成して用いても良い。更に、図12に示す様に1つの発光素子12のみを設け、この発光素子12からの光ビームを回折格子43により2分割し、±1次の回折光を一対の光ビームLa,Lbとして用いても良い。回折格子43を用いる場合は、厳密には、0次の回折光L0が生じることになるものの、回折格子43の設計により、0次の回折光L0の強度を±1次の回折光である各光ビームLa,Lbの強度よりも十分に小さくすることができるので、0次の回折光L0の影響を受けずに、各光ビームLa,Lbを用いることができる。
【0035】
ところで、演算処理回路18の各信号整形部33a,33bは、例えばローパスフィルタ(LPF)である。外乱光のノイズや信号ノイズ等の影響があって、図13(a)に示す様な微小ノイズが受光信号に含まれるときには、LPFにより微小ノイズを低減して、図13(b)に示す様に受光信号を平滑化すれば良い。この結果として、相関計算の精度を上げることができる。あるいは、LPFによる平滑化の代わりに、図14(a)に示す様な時々刻々と変化する受光信号のレベルをその前後の該受光信号のレベルを用いて平均化し、図14(b)に示す様な受光信号を生成しても良い。例えば、時点t2の受光信号のレベルと前後の時点t1及び時点t3の受光信号のレベルの和を求めて、この和を3で割ることにより、時点t2の受光信号のレベルを平均化し、更に以降の各時点 t3,t4,……でも同様の平均化を行う。更に、平均化の対象となる各受光信号の個数を増減しても構わない。また、各信号整形部33a,33bは、受光信号を微分して、この微分信号を出力するものであっても良い。この微分処理は、被検出物19の表面の凹凸が小さく、図15(a)に示す様に受光信号の変化が小さいときに有効である。この受光信号を微分すると、図15(b)に示す様な変化の大きな微分信号を得ることができ、各受光信号A,Bの微分信号の相関係数も大きくなる。この結果として、各受光信号A,B間の遅延時間を正確に導出して、被検出物19の移動速度を正確に求めることができる。更に、図16(a)に示す様に微小ノイズが受光信号に含まれ、かつ受光信号の変化が小さいときには、図16(b)に示す様にLPFによる受光信号の平滑化あるいは受光信号の平均化を行い、かつ受光信号を微分してから、相関計算を行えば、ノイズの低減と遅延時間の精度向上を果たすことができる。
【0036】
図17は、本発明の搬送システムの一実施形態を示している。本実施形態の搬送システムでは、記録用紙Pを各搬送ローラ51により搬送しつつ、記録用紙Pの移動速度vを図1の光学式移動検出装置11により検出して、この移動速度vを光学式移動検出装置11からローラ制御部52へと出力しており、この移動速度vが一定となる様にローラ制御部52により各搬送ローラ51を回転駆動制御している。
【0037】
図18は、本発明の搬送システムの他の実施形態を示している。本実施形態の搬送システムでは、記録用紙Pを各搬送ローラ51により搬送しつつ、記録用紙Pの移動速度vを図1の光学式移動検出装置11により検出して、この移動速度vを処理装置53に出力しており、この移動速度vを用いて、記録用紙Pが予め設定された位置に到達したタイミングを処理装置53により判定し、記録用紙Pを該位置で処理装置53により処理している。
【0038】
この様な搬送システムは、プリンタや複写機等の画像形成装置に適用される。あるいは、他の被検出物を搬送する装置や機器にも適用することができる。
【0039】
【発明の効果】
以上説明した様に本発明の光学式移動検出装置によれば、1つの光路形成手段と1つの光学手段だけで、発光手段からのそれぞれの光ビームのスポットを被検出物上に形成し、各光スポットからの反射光を各受光素子の受光面に集光させている。このため、部品点数の減少、小型化、及び製造コストの低減を図ることができる。
【0040】
また、各受光出力をローパスフィルタにより平滑化して用いたり、各受光出力を平均化して用いているので、外乱光のノイズや信号ノイズ等の影響をほぼ排除することができ、各受光出力の相関係数を正確に導出して、被検出物の移動速度を正確に求めることができる。
【0041】
また、各受光素子の受光出力の微分信号を求めて用いているので、被検出物の表面の凹凸が小さく、各受光素子の受光出力の変化が小さくても、各受光出力間の遅延時間を正確に導出して、被検出物の移動速度を正確に求めることができる。
【0042】
一方、本発明の搬送システムによれば、本発明の光学式移動検出装置により被検出物の移動速度を求め、この被検出物の移動速度をフィードバックすることにより、この被検出物の移動速度を制御したり、この被検出物を予め設定された位置で処理している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光学式移動検出装置の一実施形態を示す側面図である。
【図2】図1の装置における各発光素子の構成を示す図である。
【図3】図1の装置における各発光素子の他の構成を示す図である。
【図4】図1の装置における各受光素子の構成を示す図である。
【図5】図1の装置における各受光素子の他の構成を示す図である。
【図6】図1の装置における演算処理回路の構成を示すブロック図である。
【図7】図6の回路における各受光信号を示すグラフである。
【図8】図6の回路における相関計算部に入力される各標本列を示す図である。
【図9】図6の回路における相関計算部に入力される各標本列の一例を示す図である。
【図10】図1の装置の変形例を示す図である。
【図11】図1の装置の他の変形例を示す図である。
【図12】図1の装置の別の変形例を示す図である。
【図13】(a)はノイズを含む受光信号を示すグラフであり、(b)はLPFにより平滑化された受光信号を示すグラフである。
【図14】(a)はノイズを含む受光信号を示すグラフであり、(b)は平均化された受光信号を示すグラフである。
【図15】(a)は変化が小さな受光信号を示すグラフであり、(b)は受光信号の微分信号を示すグラフである。
【図16】(a)はノイズを含みかつ変化が小さな受光信号を示すグラフであり、(b)は平滑化又は平均化され受光信号の微分信号を示すグラフである。
【図17】本発明の搬送システムの一実施形態を示す図である。
【図18】本発明の搬送システムの他の実施形態を示す図である。
【図19】従来の光学式移動検出装置を示す図である。
【図20】図19の装置における各測距センサの構成を示す図である。
【図21】(a)及び(b)は、図19の装置における各測距センサの出力を示すグラフである。
【符号の説明】
11 光学式移動検出装置
12,12a,12b 発光素子
13 コリメートレンズ
14 ビームスプリッタ
15 対物レンズ
16 受光レンズ
17a,17b 受光素子
18 演算処理回路
31a,31b I−V変換部
32a,32b 信号増幅部
33a,33b 信号整形部
34a,34b メモリ
35 相関計算部
36 速度算出部及び表示部
41 レンズ
42 光学部品
43 回折格子
51 搬送ローラ
52 ローラ制御部
53 処理装置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an optical movement detection device for detecting the movement speed of an object without contact, and a transport system using the same.
[0002]
[Prior art]
This type of optical movement detection device is applied to, for example, an image forming apparatus such as a printer or a copying machine, and detects a moving speed and a moving amount of a recording sheet. FIG. 19 shows an example of a conventional optical movement detection device. This apparatus includes two
[0003]
FIG. 20 shows the configuration of each of the
[0004]
Here, the illuminance of the spot of each light beam L1, L2 on the
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional optical movement detection device, since two distance measurement sensors are provided, there are problems that the number of components is large, miniaturization is difficult, and manufacturing cost is high. In addition, when the unevenness of the surface of the detection target is small and the surface is smooth, it is difficult to detect the moving speed and the movement amount of the detection target. Furthermore, it is easily affected by noise of disturbance light, signal noise, and the like, and the detection accuracy is easily lowered.
[0006]
As another device for detecting the moving speed of the object to be detected in a non-contact manner, there is a laser Doppler system (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-292263). However, this type of device is large and It was expensive and could not be used easily.
[0007]
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and it is possible to reduce the number of parts, reduce the size, and reduce the manufacturing cost, and even if the unevenness of the surface of the detected object is small. It is an object of the present invention to provide an optical movement detection device which has good detection accuracy and is not easily affected by noise, and a transport system using the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a light-emitting unit that emits a pair of light beams, a pair of light-receiving elements that receive each light beam, and that each light beam from the light-emitting unit is reflected by an object. Optical path forming means for forming an optical path for guiding the light beam together with each light receiving element, and condensing each light beam to form a respective light spot on the object to be detected, and reflecting light from each light spot to each light receiving element. Optical means for condensing light on the light receiving surface together, and the moving speed of the object to be detected is obtained based on the light receiving output of each light receiving element.
[0009]
According to the present invention having such a configuration, the optical path forming means forms an optical path in which each light beam from the light emitting means is reflected by the object to be detected and guided to each light receiving element. The optical means collects the respective light beams to form respective light spots on the object to be detected, and collects the reflected light from the respective light spots on the light receiving surfaces of the respective light receiving elements. That is, only one optical path forming unit and one optical unit form spots of respective light beams from the light emitting unit on the object to be detected, and the reflected light from each light spot is collected on the light receiving surface of each light receiving element. I'm shining. For this reason, the number of parts can be reduced, the size can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced. The optical path forming means includes a beam splitter and a diffraction grating, and the optical means includes a collimating lens, an objective lens, and the like, or a combination thereof.
[0010]
Further, in the present invention, the received light output of each light receiving element is smoothed by a low-pass filter, and a delay time of one received light output with respect to the other received light output is obtained by a correlation calculation with respect to each smoothed light receiving output. The moving speed of the object to be detected is obtained using the time.
[0011]
By using each received light output smoothed by the low-pass filter in this way, it is possible to almost eliminate the influence of noise of disturbance light, signal noise, and the like, accurately derive the correlation coefficient of each received light output, and The moving speed of the detected object can be accurately obtained.
[0012]
Further, in the present invention, for each light receiving element, the light receiving output is averaged using the other light receiving outputs before and after, and the other light receiving outputs for one light receiving output are calculated by a correlation calculation on the averaged light receiving outputs of the light receiving elements. The output delay time is obtained, and the moving speed of the detected object is obtained using the output delay time.
[0013]
By using the light receiving outputs of the respective light receiving elements averaged in this way, the influence of disturbance light noise, signal noise, and the like can be almost eliminated, and the moving speed of the detected object can be accurately obtained. .
[0014]
Further, in the present invention, the light receiving output of each light receiving element is differentiated, a delay time of the other light receiving output with respect to one light receiving output is obtained by a correlation calculation with respect to the differential signal of each light receiving output, and this delay time is used. Thus, the moving speed of the detected object is obtained.
[0015]
It can be said that the differential signal of the light receiving output of each light receiving element emphasizes a change in the light receiving output of each light receiving element. For this reason, since the unevenness of the surface of the detection object is small, the change of the light receiving output of each light receiving element is small, and when the correlation coefficient of each light receiving output is small, the differential signal of the light receiving output of each light receiving element is obtained and used. For example, it is possible to accurately derive the delay time between the respective light receiving outputs, and to accurately determine the moving speed of the detected object.
[0016]
Further, in the present invention, the light receiving output of each light receiving element is smoothed by a low-pass filter, the smoothed light receiving output is differentiated, and a correlation calculation is performed on the smoothed differential signal of each light receiving output. The delay time of the other light receiving output with respect to the light receiving output is calculated, and the moving speed of the detection target is calculated using the delay time.
[0017]
By using the differential signal of the light receiving output of each light receiving element averaged in this way, it is possible to substantially eliminate the influence of disturbance light noise, signal noise, etc. By accurately deriving the correlation coefficient of the output, the moving speed of the detected object can be accurately obtained.
[0018]
Next, the transport system of the present invention obtains the moving speed of the detected object by the optical movement detecting device of the present invention, and feeds back the moving speed of the detected object to the conveying means for conveying the detected object. The moving speed of the object is controlled.
[0019]
Alternatively, the transport system of the present invention obtains the moving speed of the detected object by the optical movement detection device of the present invention, and feeds back the moving speed of the detected object to processing means for processing the detected object, The detected object is processed at a preset position.
[0020]
As described above, if the moving speed of the object to be detected is obtained by the optical movement detecting device of the present invention, an accurate moving speed can be obtained. Therefore, by feeding back the moving speed, it becomes possible to accurately control the moving speed and to process the detected object at a predetermined position.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0022]
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of the optical movement detection device of the present invention. The optical
[0023]
Each
[0024]
Each of the
[0025]
A
[0026]
The
[0027]
Now, in the optical
[0028]
Here, correlation calculation is used to obtain the delay time Δt. Correlation calculation means that given two sample sequences {Xi | i = 1, 2,..., N} and {Yi | i = 1, 2,. That is, a correlation function ρ is obtained as a statistic for measuring the similarity. The correlation function ρ is obtained by setting the standard deviation of the sample sequence {Xi | i = 1, 2,..., N} to σx, the average to x bar, and the sample sequence {Yi | i = 1, 2,. If the standard deviation of} is σy and the average is y bar, it is expressed by the following equation (1). Here, −1 ≦ ρ ≦ 1.
(Equation 1)
Such a correlation calculation is performed by the
[0029]
Each light receiving signal A, B output from each of the
[0030]
The
[0031]
The speed calculation unit and the
[0032]
As described above, in the optical
[0033]
In this
[0034]
Note that the optical movement detection device can be implemented by using only one
[0035]
By the way, each of the
[0036]
FIG. 17 shows an embodiment of the transport system of the present invention. In the transport system according to the present embodiment, the moving speed v of the recording paper P is detected by the optical
[0037]
FIG. 18 shows another embodiment of the transport system of the present invention. In the transport system of the present embodiment, the moving speed v of the recording paper P is detected by the optical
[0038]
Such a transport system is applied to an image forming apparatus such as a printer or a copying machine. Alternatively, the present invention can be applied to a device or an apparatus for transporting another object to be detected.
[0039]
【The invention's effect】
As described above, according to the optical movement detection device of the present invention, the spot of each light beam from the light emitting means is formed on the object by only one optical path forming means and one optical means. Light reflected from the light spot is focused on the light receiving surface of each light receiving element. For this reason, the number of parts can be reduced, the size can be reduced, and the manufacturing cost can be reduced.
[0040]
In addition, since each received light output is smoothed by a low-pass filter, and each received light output is averaged, the influence of disturbance light noise and signal noise can be almost eliminated. By accurately deriving the relation number, the moving speed of the detected object can be accurately obtained.
[0041]
In addition, since the differential signal of the light receiving output of each light receiving element is obtained and used, the delay time between each light receiving output can be reduced even if the unevenness of the surface of the detection object is small and the change of the light receiving output of each light receiving element is small. With accurate derivation, the moving speed of the detected object can be accurately obtained.
[0042]
On the other hand, according to the transport system of the present invention, the moving speed of the detected object is obtained by the optical movement detection device of the present invention, and the moving speed of the detected object is fed back by feeding back the moving speed of the detected object. The object is controlled or processed at a preset position.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a side view showing an embodiment of an optical movement detection device according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a configuration of each light emitting element in the device of FIG.
FIG. 3 is a diagram showing another configuration of each light emitting element in the device of FIG.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of each light receiving element in the apparatus of FIG.
FIG. 5 is a diagram showing another configuration of each light receiving element in the apparatus of FIG.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of an arithmetic processing circuit in the device of FIG. 1;
FIG. 7 is a graph showing each light receiving signal in the circuit of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing each sample sequence input to a correlation calculator in the circuit of FIG. 6;
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of each sample sequence input to a correlation calculator in the circuit of FIG. 6;
FIG. 10 is a diagram showing a modified example of the device of FIG. 1;
FIG. 11 is a view showing another modification of the apparatus shown in FIG. 1;
FIG. 12 is a diagram showing another modified example of the device of FIG. 1;
13A is a graph showing a received light signal including noise, and FIG. 13B is a graph showing a received light signal smoothed by an LPF.
14A is a graph showing a light receiving signal including noise, and FIG. 14B is a graph showing an averaged light receiving signal.
15A is a graph showing a light receiving signal having a small change, and FIG. 15B is a graph showing a differential signal of the light receiving signal.
16A is a graph showing a received light signal including noise and having a small change, and FIG. 16B is a graph showing a differential signal of the received light signal which has been smoothed or averaged.
FIG. 17 is a diagram showing one embodiment of a transport system of the present invention.
FIG. 18 is a view showing another embodiment of the transport system of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a conventional optical movement detection device.
20 is a diagram showing a configuration of each distance measuring sensor in the apparatus of FIG.
FIGS. 21 (a) and (b) are graphs showing the output of each distance measuring sensor in the apparatus of FIG.
[Explanation of symbols]
11 Optical
Claims (7)
各光ビームを受光する一対の受光素子と、
発光手段からのそれぞれの光ビームを被検出物で反射させて各受光素子へと共に導く光路を形成する光路形成手段と、
各光ビームを集光してそれぞれの光スポットを被検出物上に共に形成し、各光スポットからの反射光を各受光素子の受光面に共に集光させる光学手段とを備え、
各受光素子の受光出力に基づいて、被検出物の移動速度を求める光学式移動検出装置。Light emitting means for emitting a pair of light beams,
A pair of light receiving elements for receiving each light beam,
Optical path forming means for forming an optical path for reflecting each light beam from the light emitting means on the object to be detected and guiding the light beam to each light receiving element,
Optical means for condensing each light beam and forming each light spot together on the object to be detected, and condensing the reflected light from each light spot together on the light receiving surface of each light receiving element,
An optical movement detection device that obtains a movement speed of an object based on a light receiving output of each light receiving element.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002251368A JP2004093205A (en) | 2002-08-29 | 2002-08-29 | Optical movement detection device and transport system using the same |
| US10/635,024 US7012691B2 (en) | 2002-08-06 | 2003-08-06 | Optical moving information measuring apparatus and carrier system incorporating the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002251368A JP2004093205A (en) | 2002-08-29 | 2002-08-29 | Optical movement detection device and transport system using the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004093205A true JP2004093205A (en) | 2004-03-25 |
Family
ID=32057967
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002251368A Pending JP2004093205A (en) | 2002-08-06 | 2002-08-29 | Optical movement detection device and transport system using the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004093205A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101133735B1 (en) * | 2010-03-10 | 2012-04-09 | 정용락 | Cable-Length And Line Speed Measuring Apparatus Using Laser beam |
-
2002
- 2002-08-29 JP JP2002251368A patent/JP2004093205A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101133735B1 (en) * | 2010-03-10 | 2012-04-09 | 정용락 | Cable-Length And Line Speed Measuring Apparatus Using Laser beam |
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