CN103048005A - 光电传感器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光电传感器，其和投光部侧不进行同步，在解调受光部的受光信号时，使消耗电力降低且使信号检测等级提高。受光部（20）具有产生基准电压的基准电压产生电路（27）。BFP电路（24）将该基准电压设定为提取的信号的中心值，通过从受光信号提取载波频率附近的信号，除去噪声成分。绝对值电路（25）对BFP电路（24）的输出信号以该基准电压进行全波整流，对来自于投光部（10）的信号成分进行检波。LPF电路（26）从绝对值电路（25）的输出信号除去高频成分。

Description

光电传感器

技术领域

本发明涉及一种基于受光量的变化对检测对象物进行检测的光电传感器。

背景技术

关于光电传感器，为了抑制由干扰光（例如，被高频点灯的逆变器方式的荧光灯）引起的噪声成分，采用在投光部侧以驱动投光元件的脉冲信号比干扰光的频率充分高的频率进行调制的方法。而且，在受光部侧对来自于投光部的照射光进行受光，对所受光的信号进行带通滤波器（以下称BFP）处理，以抑制噪声成分。BFP的输出信号虽然使用整流电路以及低通过滤器（以下称LPF）而被解调，但是现有技术是在整流电路中，需要与投光部侧的时钟信号进行同步。然而，透射型光电传感器是投光部和受光部以分体而构成，无法将投光部的时钟信号供给至受光部。

因此，对投光部和受光部进行有线连接，虽然有供给来自投光部的时钟信号的方法（例如，参照专利文献1），但是不理想的是在设置光电传感器上将伴随布线作业工时的产生。另一方面，采用一般的无线通信的话，虽然有根据发送数据重现时钟信号的方法，但是关于透射型光电传感器，由于存在因检测对象物而阻断通信路径的情况，所以重现时钟信号十分地困难。

另一方面，有受光部不进行与根据时钟信号的投光部的同步，而对BFP的输出直接运用比较器来进行评估的方法（例如，参照专利文献2）。采用该专利文献2的话，在受光部中，对于通过比较器将BFP的输出信号等级限制在预先所决定的限制等级的脉冲信号，脉冲幅度比较器保持该脉冲信号中的、比预先所决定的限制幅度小的幅度，以抑制脉冲。由此，从投光部无法到来的、幅度极窄的干扰脉冲被除去。与此相反地，由于幅度极宽的脉冲有可能产生与有效脉冲和干扰脉冲的叠加，因此将其幅度限制为较窄。而且，在评价单元中，通过对各脉冲的幅度进行积分，且与阈值进行比较来检测出信号成分。

现有技术文件

专利文献

专利文献1日本特开2007-40720号公报

专利文献2日本专利第4243824号公报

发明内容

发明要解决的课题

在采用上述专利文献1的情况下，存在关于受光部的整流电路，需要与投光部侧的时钟信号同步这样的课题。

对此，采用上述专利文献2的情况下虽然不需要进行同步，由于不用对被高频调制的信号进行解调，而进行脉冲幅度的计数，需要使比较器、脉冲幅度比较器以及评价单元高速地动作，因此存在消耗电流较大这样的课题。又，关于评价单元，不进行解调而放大脉冲幅度，也可能产生由于噪声等引起的错误检测。

又，在比较器中，仅检测出半波成分的话，与进行全波整流的情况相比，存在信号检测等级降低的可能性。

本发明为解决上述那样的课题而作出，其目的是在不进行和投光部侧同步而对受光部的受光信号进行解调时，降低消耗电力的同时使信号检测等级提高。

本发明的技术方案1的光电传感器，具有：投光部，其将由规定的载波频率所调制的脉冲串以一定的周期向检测区域进行投光；和受光部，其对来自于所述检测区域的光进行受光，并基于该受光量来检测所述检测区域的物体，所述受光部具有：带通滤波电路，其在将所述受光了的光变换为电压的受光信号中，提取将所述载波频率设为中心频率的信号；整流电路，其将所述带通滤波电路提取的信号的振幅为大致中心的值用作基准值，使该基准值以下的信号反转以进行全波整流；第1低通滤波电路，其在所述整流电路全波整流了的信号中，提取规定截止频率以下的信号。

本发明的技术方案2的光电传感器，具有：投光部，其将由规定的载波频率所调制的脉冲串以一定的周期向检测区域进行投光；和受光部，其对来自于所述检测区域的光进行受光，基于该受光量来检测所述检测区域的物体，所述受光部具有：带通滤波电路，其在将所述受光了的光变换为电压的受光信号中，提取将所述载波频率设为中心频率的信号；整流电路，其将所述带通滤波电路提取的信号的振幅为大致中心的值用作基准值，对该基准值以上的信号进行半波整流；第1低通滤波电路，其在所述整流电路半波整流了的信号中，提取规定截止频率以下的信号。

本发明的技术方案3的光电传感器，受光部具有产生基准电压的基准电压产生电路，带通滤波电路提取的信号的中心值通过由所述基准电压产生电路所产生的基准电压来决定，所述整流电路将由所述基准电压产生电路所产生的基准电压用作基准值，进行整流。

本发明的技术方案4的光电传感器，受光部具有第2低通滤波电路，所述第2低通滤波电路将带通滤波电路提取的信号平均化，并求出平均电压，整流电路将所述第2低通滤波电路求出的平均电压用作基准值，进行整流。

发明效果

根据本发明的技术方案1、2，将带通滤波电路的输出的中心附近的值用作基准值，由整流电路进行整流，因此对被调制的受光信号不和投光部侧进行同步，也能够进行解调。又，在进行解调时，由于不需要对脉冲幅度进行计数等的高速动作，因此能够降低消耗电力。进一步，通过进行全波整流，与现有技术那样地进行半波整流的情况相比，能够使信号检测等级提高。

根据本发明的技术方案3，带通滤波电路和整流电路使用由基准电压产生电路所产生的基准电压，因此在整流电路中，能够实施将带通滤波电路的输出的中心值用作基准值的整流，而不需要使其与投光部侧同步。

根据本发明的技术方案4，第2带通滤波电路求出带通滤波电路的输出的平均值，因此在整流电路中，能够实施将带通滤波电路的输出的平均值用作基准值的整流，而不需要使其和投光部侧同步。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1所涉及的光电传感器的结构的框图。

图2是示出实施方式1所涉及的光电传感器的投光部发射脉冲光的一个实例的图。

图3是示出实施方式1所涉及的光电传感器的各处理阶段的信号波形的图形。

图4是示出实施方式1所涉及的光电传感器的各处理阶段的信号波形的图形，该波形信号的图形是叠加有噪声的情况。

图5是示出本发明的实施方式2所涉及的光电传感器的结构的框图。

具体实施方式

实施方式1

图1所示的光电传感器是具有夹在检测区域之间以面对面的状态而被设置的投光部10和受光部20的透射型光电传感器，且受光部20基于来自投光部10的光的变化来判断在检测区域是否有检测对象物体。

投光部10具有发光二极管等投光元件，投光元件以一定的周期发射脉冲光。近年来，在利用光电传感器的环境下，利用逆变器式的荧光灯的情况有所增加。逆变器式的荧光灯的调制频率是～100ｋHｚ左右，一般地，以和投光信号的频率接近的频率发光。因此，为了除去荧光灯等的干扰光，与干扰光的频率相比，以充分高的载波频率对脉冲光进行调制。

图2是高频调制了的脉冲光的一个实例。将投光周期A（例如100μs）的投光信号例如相对于100kHz的干扰光以充分高的载波频率1MHz（载波周期B是1μs）进行调制，且成为脉冲串C。又，在图示例中，将1次的投光高频调制为由4个脉冲构成的脉冲串C，但是该脉冲串C并不被限定为矩形波。

受光部20具有光电二极管等受光元件21、IV变换电路22、放大电路23、BFP电路24、绝对值电路（整流电路）25、LPF电路（第1低通滤波电路）26、基准电压产生电路27、阈值设定电路28以及比较器29。

其次，参照图3所示的图形对受光部20的动作进行说明。

受光元件21对从投光部10所投光的光进行受光，且将所接受的光变换为电流信号S1。该电流信号S1是图3（a）所示的矩形波，如果没有干扰光或者检测对象物体的话，应该是和图2所示的、来自投光部10的脉冲信号大致相同的波形。

IV变换电路22对受光元件21所输出的电流信号S1进行电流-电压变换，输出如图3（ｂ）所示那样的电压信号S2。放大电路23进行IV变换电路22所输出的电压信号S2的电压放大，输出图3（ｃ）所示那样的受光信号S3。

BFP电路24将载波频率设为通过区域的中心频率，对放大电路23所放大的受光信号S3进行滤波处理，输出图3（ｄ）所示的电压信号S4。该中心频率由从基准电压产生电路27所输出的基准电压S7来决定。因此，通过BFP电路24提取载波频率附近的频率成分，所以能够将由具有和载波频率不同的频率的干扰光引起的噪声成分除去。

绝对值电路25将BFP电路24进行滤波处理了的电压信号S4和从基准电压产生电路27输出的基准电压S7进行比较，判定其正负，将负的振幅翻折到正侧，以进行全波整流，输出图3（ｅ）所示的整流信号S5。这样，绝对值电路25不使用投光部10侧的时钟信号作为同步信号，且能够对来自投光部10的信号成分进行检波。又，由于在BFP电路24和绝对值电路25中使用相同的基准电压S7，将BFP电路24输出的电压信号S4的振幅的中心值设为标准来进行正负的判定，以进行全波整流，因此和进行半波整流的情况不同，也能够检测出不足基准值的振幅的脉冲，信号检测等级并不降低。

LPF电路26将绝对值电路25全波整流了的整流信号S5以规定的截止频率进行滤波处理并除去高频成分，且输出图3（f）所示的解调信号S6。又，截止频率可以预先设定在LPF电路26中，例如只要相当于投光部10的投光周期A的频率等即可。

阈值设定电路28将基准电压产生电路27输出的基准电压S7以预先所设定的放大率进行放大并产生阈值，且将该阈值输出到比较器29。又，可以设置为对赋予阈值设定电路28的放大率由用户能任意地更改的结构，也可以设置为能够调整阈值的结构。

比较器29对通过绝对值电路25以及LPF电路26所解调的解调信号S6和从阈值设定电路28输出的阈值进行比较，将解调信号S6在阈值以上的情况，判断为来自投光部10的信号成分。

又，在比较器29的后段设置检测部（未图示），该检测部使用通过比较器29被判定的来自投光部10的信号成分，判断在检测区域是否有检测对象物。由于检测部的处理方法使用公知的方法即可，因此省略详细的说明。

这里，对来自投光部10的信号成分，在叠加有由干扰光引起的噪声的情况进行说明。

图4（ｇ）是干扰光（噪声N）的波形，叠加有该干扰光的投光在受光元件21进行受光的话，成为图4（ａ）所示的电流信号S1。又，在图示例中，投光是最初的1次，即仅为由4个脉冲构成的脉冲串。

受光部20对该电流信号S1以上述步骤进行处理，求出受光信号S3，接着通过BFP电路24将相当于载波频率的基准电压S7作为中心频率进行滤波处理，能够除去噪声成分。接着通过绝对值电路25对电压信号S4进行全波整流，通过由LPF电路26除去高频成分，如图4（ｆ）所示的解调信号S6那样地，噪声N成分被除去，提取来自投光部10的信号成分。

根据上述的实施方式1，其结构为具有：投光部10，其由规定的载波频率所调制的脉冲串C以一定的投光周期A向检测区域进行投光；受光元件21，其对来自检测区域的光进行受光；IV变换电路22，其将受光元件21输出的电流信号S1变换为电压信号S2；放大电路23，其将电压信号S2放大为受光信号S3；BFP电路24，其在受光信号S3中，将载波频率作为中心频率，提取将基准电压产生电路27所产生的基准电压S7作为中心值的电压信号S4；绝对值电路25，其为基准电压产生电路27所产生的基准电压S7，并将成为BFP电路24所提取的电压信号S4的中心的电压用作基准值，使该基准值以下的信号翻转并进行全波整流；以及LPF电路26，其在绝对值电路25的整流信号S5中，提取规定截止频率以下的解调信号S6。因此，通过绝对值电路25使用相当于BFP电路24的电压信号S4的振幅的中心值的基准电压S7进行全波整流，受光部20不和投光部10侧进行同步，能够对被调制的受光信号进行解调。又，在绝对值电路25以及LPF电路26中进行解调时，如上述的专利文献1那样地，不需要对脉冲幅度进行计数等的高速动作，因此能够降价消耗电力，进而实现光电传感器的小型化。进一步，在绝对值电路25中通过进行全波整流，与现有技术那样地进行半波整流的情况相比，能够使信号检测等级提高。

实施方式2

图5是示出本实施方式2所涉及的光电传感器的结构的框图。又，在图5中，对于和图1相同或者相当的部分赋予相同的符号，省略其说明。

在本实施方式2中，受光部20ａ具有更新的LPF电路（第2低通滤波部）30，该LPF电路30对BFP电路24输出的电压信号（图3（ｄ）以及图4（ｄ）的电压信号S4））进行平均化，求出绝对值电路25的正负判定用的基准值。而且，绝对值电路25使用LPF电路30求出的平均电压值来代替基准电压产生电路27所产生的基准电压，使BFP电路24的输出的信号中平均电压值以下的信号成分翻转，并进行全波整流。

LPF电路30求出的平均电压值是BFP电路24输出的电压信号的振幅的中心附近的值，以使得其与基准电压产生电路27所产生的基准电压相同，因此关于绝对值电路25，和上述实施方式1同样地，对被调制的受光信号不和投光部10进行同步，而能够进行全波整流。又，通过进行全波整流，与进行半波整流的情况相比，能够使信号检测等级提高。

又，和上述实施方式1同样地，在进行解调时，不需要对脉冲幅度进行计数等的高速动作，因此能够降价消耗电力，进而实现光电传感器小型化。

又，本发明所涉及的光电传感器不需要从投光部向受光部供给同步信号，因此适合使用投光部和受光部分开设置而构成的透射型光电传感器，但是其用途不限于此，也可以使用投光部和受光部一体构成的反射型光电传感器等。又，不限于光电传感器，当然也可以使用根据检测对象物体的有无检测来切换开和关的光电开关。

又，在上述实施方式1、2中，设置成在绝对值电路25实施全波整流的结构，但是也不限于此，也可以设置成实施半波整流那样的结构。

又，参照附图对本发明的实施方式进行了详细的说明，但具体的结构并不限于上述实施方式的结构，即使有不脱离本发明的要点范围的设计变更等，也当然包含在本发明中。符号说明

10投光部

20，20ａ受光部

21受光元件

22IV变换电路

23放大电路

24BFP电路

25绝对值电路（整流电路）

26，30LPF电路

27基准电压产生电路

28阈值设定电路

29比较器。

Claims (3)

1.一种光电传感器，其特征在于，具有：

投光部，其将由规定的载波频率所调制的脉冲串以一定的周期向检测区域进行投光；和

受光部，其对来自于所述检测区域的光进行受光，基于该受光量来检测所述检测区域的物体，

所述受光部具有：

带通滤波电路，其在将所述受光了的光变换为电压的受光信号中，提取将所述载波频率设为中心频率的信号；

整流电路，其将所述带通滤波电路提取的信号的振幅为大致中心的值用作基准值，对该基准值以上的信号进行半波整流；

第1低通滤波电路，其在所述整流电路半波整流了的信号中，提取规定截止频率以下的信号。

2.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，受光部具有产生基准电压的基准电压产生电路，带通滤波电路提取的信号的中心值通过由所述基准电压产生电路所产生的基准电压来决定，所述整流电路将由所述基准电压产生电路所产生的基准电压用作基准值，进行整流。

3.如权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，受光部具有第2低通滤波电路，所述第2低通滤波电路将带通滤波电路提取的信号平均化，并求出平均电压，整流电路将所述第2低通滤波电路求出的平均电压用作基准值，进行整流。

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