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HINTERGRUND
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1. Technisches Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen photoelektrischen Sensor.
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2. Beschreibung des relevanten Stands der Technik
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Wie beispielsweise in der Patentschrift 1 offenbart, umfasst ein herkömmlicher photoelektrischer Sensor eine lichtemittierende Einheit zur intermittierenden Emission von gepulstem Detektionslicht in einem vorgegebenen Zyklus sowie eine lichtrezipierende Einheit zur Detektion des von der lichtemittierenden Einheit kommenden gepulsten Detektionslichts; wobei der herkömmliche photoelektrische Sensor ein Vorhandensein/Nicht-Vorhandensein eines Zielobjekts detektiert, je nachdem ob das Detektionslicht von der lichtrezipierenden Einheit detektiert wird.
Patentschrift 1:
JP-A-2008-298655 -
ÜBERBLICK
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Wenn eine Vielzahl von photoelektrischen Sensoren verwendet wird, wobei die photoelektrischen Sensoren nahe beieinander angeordnet sind, besteht das Problem, dass durch ein von einem anderen photoelektrischen Sensor stammendes Detektionslicht eine fehlerhafte Detektion verursacht wird.
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Um dieses Problem zu lösen, wurde die oben genannte Erfindung gemacht, und eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen photoelektrischen Sensor bereitzustellen, der in einem Fall, in dem eine Vielzahl von photoelektrischen Sensoren verwendet wird, wobei die photoelektrischen Sensoren nahe beieinander angeordnet sind, eine Interferenz mit anderen photoelektrischen Sensoren verhindern kann.
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Um das oben genannte Problem zu lösen, stellt die Erfindung einen photoelektrischen Sensor bereit, der umfasst:
eine lichtemittierende Einheit, die eine Vielzahl von Lichtemissionsmustern umfasst und Licht in einem von der Vielzahl von Lichtemissionsmustern emittiert, wobei jedes von der Vielzahl von Lichtemissionsmustern ein Pulsmuster aufweist, bei dem eine drei oder mehr Pulse umfassende Pulsgruppe sich in einem konstanten Zyklus wiederholt, wobei jedes von der Vielzahl von Lichtemissionsmustern eine Pulsgruppenperiode aufweist, die einen Bereich von einer ansteigenden Flanke eines ersten Pulses zu einer abfallenden Flanke eines letzten Pulses der entsprechenden Pulsgruppe umfasst, wobei die Pulsgruppenperioden der Vielzahl von Lichtemissionsmustern sich voneinander unterscheiden und die konstanten Zyklen der Pulsgruppen der Vielzahl von Lichtemissionsmustern die gleichen sind; und
eine lichtrezipierende Einheit, die eine Vielzahl von Lichtrezeptionsmustern, welche die gleichen Pulsmuster wie die Vielzahl von jeweiligen Lichtemissionsmustern aufweisen, umfasst und welche das von der lichtemittierenden Einheit emittierte Licht detektiert, indem sie eines von der Vielzahl von Lichtrezeptionsmustern verwendet, wobei wenn ein Flankenintervall als ein Intervall zwischen einer abfallenden Flanke eines Pulses der Pulsgruppe und einer ansteigenden Flanke eines darauffolgenden Pulses der Pulsgruppe definiert ist, die Pulsgruppenperiode von jedem von der Vielzahl von Lichtemissionsmustern so eingestellt ist, dass sie kürzer ist als die Flankenintervalle der Pulsgruppen von Lichtemissionsmustern, deren Pulsgruppenperioden länger sind als die Pulsgruppenperiode des Lichtemissionsmusters.
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Wenn bei dieser Konfiguration eine Vielzahl von photoelektrischen Sensoren verwendet wird, wobei die photoelektrischen Sensoren nahe bei einander angeordnet sind, kann eine Interferenz zwischen ihnen verhindert werden, indem für jeden photoelektrischen Sensor ein Lichtemissionsmuster und ein Lichtrezeptionsmuster eingestellt werden, die zueinander korrespondieren, und indem für die jeweiligen photoelektrischen Sensoren unterschiedliche Lichtemissionsmuster und Lichtrezeptionsmuster eingestellt werden. Da ferner die Pulsmuster der Vielzahl von Lichtemissionsmustern und der Vielzahl von Lichtrezeptionsmustern den gleichen Pulsgruppenwiederholungszyklus aufweisen, können die photoelektrischen Sensoren mit der gleichen Reaktionsgeschwindigkeit beaufschlagt werden, selbst wenn für die jeweiligen photoelektrischen Sensoren unterschiedliche Lichtemissionsmuster und Lichtrezeptionsmuster vorgegeben worden sind.
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Bei dem oben beschriebenen photoelektrischen Sensor sind die Anzahlen von Pulsen der Pulsgruppen der Vielzahl von Lichtemissionsmustern gleich und sind größer als die Anzahl von Lichtemissionsmustern. Selbst wenn eine Vielzahl von photoelektrischen Sensoren verwendet wird, die die gleiche Anzahl aufweisen wie die Lichtemissionsmuster, wobei die photoelektrischen Sensoren nahe bei einander angeordnet sind, kann bei dieser Konfiguration eine Interferenz zwischen den photoelektrischen Sensoren verhindert werden, indem für die jeweiligen photoelektrischen Sensoren verschiedene Lichtemissionsmuster und Lichtrezeptionsmuster eingestellt werden. Bei dem oben beschriebenen photoelektrischen Sensor umfasst die lichtrezipierende Einheit ein lichtrezipierendes Element, einen Komparator, der anhand eines zu einer von dem lichtrezipierenden Element rezipierten Lichtmenge korrespondierenden Signals ein High-Pegel- oder Low-Pegel-Ausgangssignal erzeugt, sowie eine Korrektureinheit, die eine Verzögerung des Ausgangssignals des Komparators kompensiert.
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Bei dieser Konfiguration kann eine Abweichung zwischen einem Lichtemissionsmuster und einem Lichtrezeptionsmuster kompensiert werden mittels einer Korrektur durch die Korrektureinheit, wodurch die Genauigkeit einer Detektion von von der lichtemittierenden Einheit emittiertem Licht erhöht wird.
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Bei dem oben beschriebenen photoelektrischen Sensor umfasst die lichtrezipierende Einheit ein lichtrezipierendes Element; einen Lichtrezeptionsstromkreis, der dazu vorgesehen ist, in einen Öffnungszustand versetzt zu werden, in dem der Lichtrezeptionsstromkreis ein Signal in Abhängigkeit von einer von dem lichtrezipierenden Element rezipierten Lichtmenge erzeugt, oder in einen Aufhebungszustand versetzt zu werden, in dem der Lichtrezeptionsstromkreis unabhängig von einer von dem lichtrezipierenden Element rezipierten Lichtmenge ein Signal mit konstantem Pegel erzeugt; sowie eine Steuereinheit, die entsprechend einem jeweiligen von der Vielzahl von Lichtrezeptionsmustern zwischen dem Öffnungszustand und dem Aufhebungszustand schaltet.
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Indem in Perioden, wenn in dem entsprechenden Lichtemissionsmuster kein Licht emittiert wird, der Lichtrezeptionsstromkreis in den Aufhebungszustand versetzt wird, kann bei dieser Konfiguration ein Einfluss von Störlicht (beispielsweise Licht eines nicht entsprechenden Lichtemissionsmusters oder Umgebungslicht) unterdrückt werden, so dass Licht des entsprechenden Lichtemissionsmusters mit erhöhter Zuverlässigkeit detektiert werden kann.
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Durch den erfindungsgemäßen photoelektrischen Sensor kann, in einer Situation, in der eine Vielzahl von nahe beieinander angeordneten photoelektrischen Sensoren verwendet wird, eine Interferenz mit anderen photoelektrischen Sensoren verhindert werden.
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KURZE FIGURENBESCHREIBUNG
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1 ist ein Blockdiagramm eines photoelektrischen Sensors in einem Ausführungsbeispiel.
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2 ist ein Schaltdiagramm eines Lichtrezeptionsstromkreises.
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3A und 3B sind Waveform-Diagramme, die zeigen, wie der Lichtrezeptionsstromkreis funktioniert.
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4A und 4B zeigen drei Lichtemissionsmuster.
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5 ist ein Zeitverlaufsdiagramm, welches zeigt, wie eine lichtemittierende Einheit und eine lichtrezipierende Einheit funktionieren.
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6 ist ein zweites Zeitverlaufsdiagramm, welches zeigt, wie die lichtemittierende Einheit und die lichtrezipierende Einheit funktionieren.
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7 ist ein weiteres Zeitverlaufsdiagramm, welches zeigt, wie die lichtemittierende Einheit und die lichtrezipierende Einheit funktionieren.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird ein photoelektrischer Sensor 10 anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Wie in 1 gezeigt, umfasst der photoelektrische Sensor 10, beispielsweise ein photoelektrischer Transmissionssensor, eine lichtemittierende Einheit 11, die ein lichtemittierendes Element 21 aufweist, sowie eine lichtrezipierende Einheit 12, die ein lichtrezipierendes Element 31 aufweist. Das lichtemittierende Element 21 und das lichtrezipierende Element 31 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Wenn kein Zielobjekt X vorhanden ist, rezipiert das lichtrezipierende Element 31 Licht, welches von dem lichtemittierenden Element 21 emittiert worden ist. Andererseits trifft ein von dem lichtemittierenden Element 21 emittiertes Licht nicht auf das lichtrezipierende Element 31, wenn ihm ein Zielobjekt X im Wege ist. Der photoelektrische Sensor 10 stellt ein Vorhandensein/Nicht-Vorhandensein eines Zielobjekts X anhand eines Lichtrezeptionsniveaus des lichtrezipierenden Elements 31 fest und gibt entsprechend einem Feststellungsergebnis ein Detektionssignal SK aus.
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Die lichtemittierende Einheit 11 umfasst einen Lichtemissionsstromkreis 22, der das lichtemittierende Element 21, einen emissionsseitigen Steuerungsstromkreis 23 und eine emissionsseitige Einstelleinheit 24 umfasst. Das lichtemittierende Element 21 ist über den Lichtemissionsstromkreis 22 mit dem emissionsseitigen Steuerungsstromkreis 23 verbunden. Der emissionsseitige Steuerungsstromkreis 23 steuert den Lichtemissionsstromkreis 22 und bewirkt damit, dass das lichtemittierende Element 21 intermittierend ein Pulsdetektionslicht L emittiert. Jede der Komponenten 21–24 der lichtemittierenden Einheit 11 ist beispielsweise als eine Gerätestruktur ausgebildet.
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Die lichtrezipierende Einheit 12 umfasst einen Lichtrezeptionsstromkreis 32, der das lichtrezipierende Element 31, einen detektionsseitigen Steuerungsstromkreis 33, eine detektionsseitige Einstelleinheit 34 und einen Komparator 35 aufweist. Das lichtrezipierende Element 31 ist über den Lichtrezeptionsstromkreis 32 mit dem detektionsseitigen Steuerungsstromkreis 33 verbunden. Der Lichtrezeptionsstromkreis 32 gibt an den Komparator 35 ein Ausgangssignal SR aus, das einer von dem lichtrezipierenden Element 31 rezipierten Lichtmenge entspricht. Der Komparator 35 vergleicht das Ausgangssignal SR mit einem vorgegebenen Schwellensignal und gibt je nach dem Ergebnis des Vergleichs an den detektionsseitigen Steuerungsstromkreis 33 ein Ausgangssignal SD (digitales Signal) aus, welches ein High-Pegel-Signal oder ein Low-Pegel-Signal darstellt. Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 stellt ein Vorhandensein/Nicht-Vorhandensein eines Zielobjekts X anhand des Ausgangssignals SD des Komparators 35 fest. Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 gibt ein Detektionssignal SK aus, welches ein Feststellungsergebnis angibt. Jede der Komponenten 31–34 der lichtrezipierenden Einheit 12 ist beispielsweise als eine Gerätestruktur ausgebildet.
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Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 steuert eine Betriebsweise des Lichtrezeptionsstromkreises 32 mittels eines Steuersignals SC, welches an den Lichtrezeptionsstromkreis 32 übermittelt wird. Wie in 2 gezeigt, ist eine mit einer hohen Spannung VA (z.B. 5 V) beaufschlagte Stromleitung mit der Kathode des lichtrezipierenden Elements 31 verbunden. Die Anode des lichtrezipierenden Elements 31 ist mit einem Eingangsknoten N1 verbunden, der ein Eingangsanschluss des Lichtrezeptionsstromkreises 32 ist.
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Der Lichtrezeptionsstromkreis 32 umfasst einen Widerstand R1, einen Signalerzeugungsstromkreis 41 und einen Rückkopplungsstromkreis 43. Der Eingangsknoten N1 ist mit einem ersten Anschluss des Widerstands R1 verbunden und ein zweiter Anschluss des Widerstands R1 ist mit einer Basisleitung verbunden, die mit einer Basisspannung beaufschlagt ist. Somit ist die Anode des lichtrezipierenden Elements 31 über den Widerstand R1 mit der Basisleitung verbunden. Die Basisspannung beträgt beispielsweise 0 V; im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Basisleitung der Erder GND. In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass die Basisleitung der Erder GND ist.
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Der Eingangsknoten N1, welcher die Verbindungsstelle des lichtrezipierenden Elements 31 und des Widerstands R1 darstellt, ist mit dem Signalerzeugungsstromkreis 41 verbunden. Der Signalerzeugungsstromkreis 41 umfasst einen Operationsverstärker 42, einen Widerstand R2 und Kondensatoren C1 und C2. Ein erster Anschluss des Kondensators C1 ist mit dem Eingangsknoten N1 verbunden und ein zweiter Anschluss des Kondensators C1 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 42 verbunden. Der nicht-invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 42 ist mit einer Referenzspannung VR beaufschlagt. Ein paralleler Stromkreis mit dem Widerstand R2 und des Kondensator C2 ist zwischen dem Ausgangsanschluss und dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 42 angebunden.
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Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 42 ist mit dem Rückkopplungsstromkreis 43 verbunden. Der Rückkopplungsstromkreis 43 umfasst einen Schalterstromkreis SW1 und einen Kondensator C3. Ein erster Anschluss des Schalterstromkreises SW1 ist mit dem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 42 verbunden, ein zweiter Anschluss des Schalterstromkreises SW1 ist mit dem ersten Anschluss des Kondensators C3 verbunden und ein zweiter Anschluss des Kondensators C3 ist mit dem Eingangsknoten N1 verbunden. Der Schalterstromkreis SW1 ist ein Analogschalter, in dem beispielsweise MOSFETs verwendet werden. Der Schalterstromkreis SW1 wird mittels eines Steuersignals SC ein-/ausgeschaltet, das von dem detektionsseitigen Steuerungsstromkreis 33 ausgegeben wird.
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Der invertierende Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 42, welcher in dem Signalerzeugungsstromkreis 41 enthalten ist, ist über den Kondensator C1 mit dem Eingangsknoten N1 verbunden und der Eingangsknoten N1 ist mit der Anode des lichtrezipierenden Elements 31 verbunden. Der Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 variiert somit in Abhängigkeit von der Lichtmenge, die auf das lichtrezipierende Element 31 fällt. Der Eingangsknoten N1 ist mit dem invertierenden Eingangsanschluss des Operationsverstärkers 42 über den Kondensator C1, der ein Wechselspannungskoppelelement ist, verbunden. Somit wird die Gleichstromkomponente eines am Eingangsknoten N1 auftretenden Signals durch den Kondensator C1 eliminiert und an den Operationsverstärker 42 wird nur die Wechselstromkomponente dieses Signals übermittelt.
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Der Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers 42 ist mit seinem invertierenden Eingangsanschluss über den parallelen Stromkreis des Widerstands R2 und des Kondensators C2 verbunden. Der Signalerzeugungsstromkreis 41, welcher den Operationsverstärker 42, den Widerstand R2 und den Kondensator C2 umfasst, gibt folglich ein Ausgangssignal SR aus, welches eine einem Eingangssignal entgegengesetzte Phase aufweist. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers 42 mit „1“ vorgegeben.
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Der Rückkopplungsstromkreis 43 umfasst den Schalterstromkreis SW1 und den Kondensator C3. Wenn der Schalterstromkreis SW1 abgeschaltet ist, wird kein Ausgangssignal SR des Signalerzeugungsstromkreises 41 durch den Rückkopplungsstromkreis 43 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Da der Kondensator C1 die Gleichstromkomponente eines am Eingangsknoten N1 auftretenden Signals eliminiert, gibt der Signalerzeugungsstromkreis 41 ein Ausgangssignal SR aus, welches der Wechselstromkomponente des an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals entspricht.
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Wenn der Schalterstromkreis SW1 mittels eines Steuerungssignals SC eingeschaltet wird, dann wird ein Ausgangssignal SR des Signalerzeugungsstromkreises 41 über den Rückkopplungsstromkreis 43 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Der Kondensator C3 eliminiert die Gleichstromkomponente des Ausgangssignals SR und übermittelt dessen Wechselstromkomponente.
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Wie oben beschrieben, wird die Wechselstromkomponente eines Ausgangssignals SR des Signalerzeugungsstromkreises 41 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Und das Ausgangssignal SR weist eine Phase auf, die der Phase eines von dem Eingangsknoten N1 über den Kondensator C1 an den Signalerzeugungsstromkreis 41 übermittelten Signals entgegengesetzt ist. Ein gegenphasiges Rückkopplungssignal wird somit an den Eingangsknoten N1 übermittelt und eliminiert die Wechselstromkomponente eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals.
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Ein Pegel eines an dem Eingangsknoten N1 auftretenden Signals variiert in Abhängigkeit von einem Rauschen, wie beispielsweise Störlicht, welches auf das lichtrezipierende Element 31 fällt, oder elektromagnetische Wellen, die in die von dem lichtrezipierenden Element 31 zu dem Eingangsknoten N1 verlaufende Signalleitung gelangen. Die Gleichstromkomponente einer solchen Variation wird durch den Kondensator C1 eliminiert. D.h., der Kondensator C1 unterdrückt den Einfluss der Gleichstromkomponente eines solchen Rauschens.
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Der Signalerzeugungsstromkreis 41 erzeugt ein Ausgangssignal SR, welches eine Phase aufweist, die der Phase eines Eingangssignals entgegengesetzt ist. Und die Wechselstromkomponente des Ausgangssignals SR wird durch den Rückkopplungsstromkreis 43 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt. Die Wechselstromkomponente eines solchen am Eingangsknoten N1 auftretenden Rauschens wird durch eine entsprechende Rückkopplungskomponente des Ausgangssignals SR eliminiert. Auf diese Weise wird der Signalpegel des Ausgangssignals SR stabilisiert.
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3A zeigt einen Lichteinfall auf das lichtrezipierende Element 31 sowie eine daraus resultierende Variation eines Ausgangssignals SR in einem Zustand, in dem der Schalterstromkreis SW1 des Rückkopplungsstromkreises 43 ausgeschaltet ist. Wenn ein Pulslicht auf das in 2 gezeigte lichtrezipierende Element 31 fällt, variiert ein Signalpegel am Eingangsknoten N1 in Abhängigkeit von dem Einfallslicht auf das lichtrezipierende Element 31. Ein Ausgangssignal SR wird erzeugt, welches dem Signalpegel an dem Eingangsknoten N1 entspricht. Dadurch wird, wenn der Schalterstromkreis SW1 des Rückkopplungsstromkreises 43 ausgeschaltet ist, der Lichtrezeptionsstromkreis 32 in einen Öffnungszustand versetzt, in dem er ein Ausgangssignal SR ausgibt, dessen Pegel einer von dem lichtrezipierenden Element 31 rezipierten Lichtmenge entspricht. Es sei angemerkt, dass die 3A zur Vereinfachung der Darstellung so gezeichnet wurde, dass die Polarität des Ausgangssignals SR nicht abgebildet ist.
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3B zeigt einen Lichteinfall auf das lichtrezipierende Element 31 sowie eine daraus resultierende Variation eines Ausgangssignals SR in einem Zustand, in dem der Schalterstromkreis SW1 des Rückkopplungsstromkreises SW1 eingeschaltet ist. Wenn Pulslicht auf das in 2 gezeigte lichtrezipierende Element 31 fällt, variiert ein Signalpegel am Eingangsknoten N1 entsprechend dem Einfallslicht auf das lichtrezipierende Element 31. Da jedoch die Wechselstromkomponente des Ausgangssignals SR durch den Rückkopplungsstromkreis 43 an den Eingangsknoten N1 rückgekoppelt wird und die Wechselstromkomponente des am Eingangsknoten N1 auftretenden Signals eliminiert, wird das Ausgangssignal SR stabilisiert. Auf diese Weise wird der Lichtrezeptionsstromkreis 32 durch Einschalten des Schalterstromkreises SW1 in einen Aufhebungszustand versetzt, in welchem er ein Ausgangssignal SR ausgibt, das stabilisiert ist, d.h. nicht durch die von dem lichtrezipierenden Element 31 rezipierte Lichtmenge beeinflusst ist.
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Als nächstes werden Lichtemissionsmuster der lichtemittierenden Einheit 11 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, wird ein Speicher 23a des emissionsseitigen Steuerungsstromkreises 23 im Voraus mit einer Vielzahl von Lichtemissionsmustern belegt. Die in dem Ausführungsbeispiel verwendete lichtemittierende Einheit 11 weist drei Lichtemissionsmuster auf, nämlich ein erstes Lichtemissionsmuster A1, ein zweites Lichtemissionsmuster A2 und ein drittes Lichtemissionsmuster A3. Ein Nutzer kann eines von den ersten bis dritten Lichtemissionsmustern A1, A2 und A3 auswählen, indem er die emissionsseitige Einstelleinheit 24 betätigt. Der emissionsseitige Steuerungsstromkreis 23 steuert den Lichtemissionsstromkreis 22 so, dass das lichtemittierende Element 21 Detektionslicht L in einem Lichtemissionsmuster emittiert, welches durch eine an der emissionsseitigen Einstelleinheit 24 ausgeführte Betätigung ausgewählt wird.
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Wie in 4A gezeigt, weist jedes von den Lichtemissionsmustern A1–A3 ein Pulsmuster auf, bei dem eine aus fünf Pulsen P mit konstantem Flankenintervall (unter dem „Flankenintervall“ ist das Intervall zwischen der abfallenden Flanke eines Pulses und der ansteigenden Flanke des darauffolgenden Pulses zu verstehen) bestehende Pulsgruppe in einem konstanten Zyklus T wiederholt auftritt. Die Lichtemissionsmuster A1–A3 weisen den gleichen Zyklus T auf und alle Pulse P der Lichtemissionsmuster A1–A3 weisen die gleiche Pulsweite auf. In der folgenden Beschreibung werden die Pulsgruppen des ersten Lichtemissionsmusters A1, des zweiten Lichtemissionsmusters A2 und des dritten Lichtemissionsmusters A3 jeweils als erste Pulsgruppe Pg1, zweite Pulsgruppe Pg2 und dritte Pulsgruppe Pg3 bezeichnet. 4A zeigt einen Zyklus umfassende Bereiche der Lichtemissionsmuster A1–A3 und 4B zeigt Teile von einen Zyklus umfassenden Bereichen der Lichtemissionsmuster A1–A3.
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Wie in 4B gezeigt, unterscheiden sich Flankenintervalle E1–E3 der Pulse P der ersten bis dritten Pulsgruppen Pg1–Pg3 der Lichtemissionsmuster A1–A3 von einander. Genauer gesagt, ist von den Flankenintervallen E1–E3 der ersten bis dritten Pulsgruppen Pg1–Pg3 das Flankenintervall E1 am kürzesten, das Flankenintervall E2 weist eine mittlere Länge auf und das Flankenintervall E3 ist am längsten.
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Das Flankenintervall E3 der dritten Pulsgruppe Pg3 ist so eingestellt, dass es länger ist als die Periode (Pulsgruppenperiode T2) von der ansteigenden Flanke des ersten Pulses P zu der abfallenden Flanke des letzten Pulses P der zweiten Pulsgruppe Pg2. Des Weiteren ist das Flankenintervall E2 der zweiten Pulsgruppe Pg2 so eingestellt, dass es länger ist als die Periode (Pulsgruppenperiode T1) von der ansteigenden Flanke des ersten Pulses P zu der abfallenden Flanke des letzten Pulses P der ersten Pulsgruppe Pg1. Das heißt, die Flankenintervalle der Lichtemissionsmuster A1 und A3 sind so eingestellt, dass sie länger sind als die Perioden von der ansteigenden Flanke des ersten Pulses P zu der abfallenden Flanke des jeweiligen Lichtemissionsmusters A1 und A2.
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Als nächstes werden Lichtrezeptionsmuster der lichtrezipierenden Einheit 12 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, wird ein Speicher 33a des detektionsseitigen Steuerungsstromkreises 33 im Voraus mit einer Vielzahl von Lichtrezeptionsmustern (erstes bis drittes Lichtrezeptionsmuster B1–B3) belegt, die jeweils dem ersten bis dritten Lichtemissionsmuster A1–A3 entsprechen. Das erste bis dritte Lichtrezeptionsmuster B1–B3 weist jeweils das gleiche Pulsmuster auf wie das erste bis dritte Lichtemissionsmuster A1–A3. In dem Ausführungsbeispiel wird der Schalterstromkreis SW1 des Lichtrezeptionsstromkreises 32 in Abhängigkeit von einem ersten bis dritten Lichtrezeptionsmuster B1–B3 ein-/ausgeschaltet. Indem ein Benutzer die detektionsseitige Einstelleinheit 34 betätigt, kann er eines von den ersten bis dritten Lichtrezeptionsmustern B1–B3 auswählen. Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 gibt ein Steuersignal SC aus, so dass der Schalterstromkreis SW1 in einem Lichtrezeptionsmuster arbeitet, welches mittels einer an der detektionsseitigen Einstelleinheit vorgenommenen Betätigung ausgewählt wird.
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Als nächstes werden Betriebsmodi des photoelektrischen Sensors 10 entsprechend dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben. Die Lichtemissionsmuster der lichtemittierenden Einheit 11 und die Lichtrezeptionsmuster der lichtrezipierenden Einheit 12 weisen jeweils die gleichen Pulsmuster auf. Bei der lichtemittierenden Einheit 11 emittiert das lichtemittierende Element 21 Detektionslicht L in einem vorgegebenen Lichtemissionsmuster.
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Befindet sich ein Zielobjekt X in einem Detektionsbereich zwischen dem lichtemittierenden Element 21 und dem lichtrezipierenden Element 31, so wird, wie in 5 gezeigt, von dem lichtemittierenden Element 21 emittiertes Detektionslicht L durch das lichtrezipierende Element 31 nicht detektiert. Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 wird in einem ersten Betriebsmodus M1 betrieben, in welchem der Lichtrezeptionsstromkreis 32 ständig im Öffnungszustand gehalten wird (d.h., der Schalterstromkreis SW1 bleibt ständig ausgeschaltet).
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Wenn das lichtrezipierende Element 31 Detektionslicht L empfängt und der Komparator 35 im ersten Betriebsmodus M1 ein High-Pegel-Ausgangssignal SD an den detektionsseitigen Steuerungsstromkreis 33 ausgibt, dann veranlasst der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 den Lichtrezeptionsstromkreis 32 dazu, einen Übergang in einen zweiten Betriebsmodus M2 auszuführen. In dem zweiten Betriebsmodus M2 wird der Schalterstromkreis SW1 in einem vorgegebenen Lichtrezeptionsmuster ein-/ausgeschaltet.
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Insbesondere wenn das lichtrezipierende Element 31 den ersten Lichtpuls P einer Lichtpulsgruppe Pg von Detektionslicht L detektiert, welches von der lichtemittierenden Einheit 11 emittiert wird und das gleiche Pulsmuster aufweist wie das Lichtrezeptionsmuster, nachdem das Zielobjekt X aus dem Detektionsbereich heraus bewegt worden ist, führt der Lichtrezeptionsstromkreis 32 einen Übergang in den zweiten Betriebsmodus M2 durch. Infolgedessen wird der Schalterstromkreis SW1 des Lichtrezeptionsstromkreises 32 ausgeschaltet (d.h., der Lichtrezeptionsstromkreis 32 wird in den Öffnungszustand versetzt) und das Ausgangssignal SD des Komparators 35 wird in den Zeiträumen von den zweiten bis fünften Pulsen P des Detektionslichts L mit einem High-Pegel beaufschlagt.
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Andererseits wird in Perioden, in denen kein Lichtpuls P emittiert wird (das heißt, in Intervallen zwischen Lichtpulsen P), der Schalterstromkreis SW1 eingeschaltet, das heißt, der Lichtrezeptionsstromkreis 32 wird in den Aufhebungszustand versetzt. In diesem Zustand wird das Ausgangssignal SD des Komparators 35 mit einem Low-Pegel beaufschlagt, unabhängig von der von dem lichtrezipierenden Element 31 aufgenommenen Lichtmenge. Würde der Lichtrezeptionsstromkreis 32 in den Perioden ohne Emission eines Lichtpulses P in den Öffnungszustand versetzt, so könnte in diesen Perioden auf das lichtrezipierende Element 31 auftreffendes Störlicht (das heißt, Detektionslicht L mit einem nicht-entsprechenden Lichtemissionsmuster oder Umgebungslicht) auf das Ausgangssignal SR einen nachteiligen Einfluss (Über- oder Unterschwingen) nehmen und eine Detektion von danach auftretenden Lichtpulsen P verhindern. In Anbetracht des Vorhergehenden wird, wie oben beschrieben, der Lichtrezeptionsstromkreis 32 in den Perioden ohne Emission eines Lichtpulses P in den Aufhebungszustand versetzt, wodurch das Ausgangssignal SD des Komparators 35 unabhängig von einer von dem lichtrezipierenden Element 31 aufgenommenen Lichtmenge mit einem Low-Pegel versehen wird. Infolgedessen kann der Einfluss von Störlicht nahezu vollständig eliminiert werden, so dass Detektionslicht L, welches das dem Lichtrezeptionsmuster entsprechende Lichtemissionsmuster aufweist, mit größerer Zuverlässigkeit detektiert werden kann.
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Wenn der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 eine Vielzahl (im Ausführungsbeispiel drei) von aufeinanderfolgenden, zu Lichtpulsen P einer Lichtpulsgruppe Pg korrespondierenden High-Pegel-Pulsen des Ausgangssignals SD empfängt, dann erkennt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 einen Einfall von Detektionslicht L in dem betreffenden Zyklus T. In dem in 5 dargestellten Beispiel erkennt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 einen Einfall von Detektionslicht L, wenn er High-Pegel-Pulse des Ausgangssignals SD empfängt, welche den ersten bis dritten Lichtpulsen P einer Lichtpulsgruppe Pg entsprechen. Bei Erkennen des Einfalls von Detektionslicht L stellt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 fest, dass in einem Detektionsbereich kein Zielobjekt X vorhanden ist, und gibt ein dementsprechendes Detektionssignal SK aus. Beispielsweise stellt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 fest, dass im Detektionsbereich kein Zielobjekt X vorhanden ist, wenn er einen Einfall von Detektionslicht L in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen T erkennt.
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Wird Detektionslicht L danach unterbrochen, indem ein Zielobjekt X in den Detektionsbereich eintritt, so wird das Detektionslicht L nicht mehr durch das lichtrezipierende Element 31 detektiert. Zu diesem Zeitpunkt erkennt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 eine Unterbrechung von Detektionslicht L, wenn er in einem Zyklus mehrere Male einen High-Pegel-Puls des Ausgangssignals SD empfängt, und zwar eine Anzahl von Malen, welche geringer ist als eine vorgegebene Anzahl (beispielsweise drei). Bei Erkennen der Unterbrechung von Detektionslicht L stellt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 fest, dass im Detektionsbereich ein Zielobjekt X vorhanden ist, und gibt ein entsprechendes Detektionssignal SK aus. Beispielsweise stellt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 fest, dass im Detektionsbereich ein Zielobjekt X vorhanden ist, wenn er in einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden Zyklen T eine Unterbrechung von Detektionslicht L erkennt. Wenn der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 feststellt, dass im Detektionsbereich ein Zielobjekt X vorhanden ist, veranlasst er den Lichtrezeptionsstromkreis 32 dazu, einen Übergang in den ersten Betriebsmodus M1 durchzuführen.
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6 zeigt eine beispielhafte Situation, in der sich ein Zielobjekt X aus dem Detektionsbereich heraus bewegt in einer Periode, wenn eine Lichtpulsgruppe Pg emittiert wird. In dem in 6 gezeigten Beispiel bewegt sich ein Zielobjekt X in dem Intervall zwischen dem zweiten Lichtpuls P und dem dritten Lichtpuls P einer Lichtpulsgruppe Pg aus dem Detektionsbereich heraus. Wenn in diesem Fall das lichtrezipierende Element 31 den dritten Lichtpuls P der Lichtpulsgruppe Pg empfängt, führt der Lichtrezeptionsstromkreis 32 einen Übergang in den zweiten Betriebsmodus M2 aus. Im ersten Zyklus des Lichtrezeptionsmusters nach dem Übergang in den zweiten Betriebsmodus M2 erkennt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 einen Einfall von Detektionslicht L, wenn er High-Pegel-Pulse eines Ausgangssignals SD empfängt, die den dritten bis fünften Pulsen P entsprechen. Da ein High-Pegel-Puls des Ausgangssignals SD in diesem Zyklus nur drei Mal erzeugt wird, wird in diesem Fall in den vierten und fünften Aus-Perioden des Schalterstromkreises SW1 in diesem Zyklus ein Low-Pegel-Ausgangssignal SD erzeugt. Als Reaktion darauf führt der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 eine Anpassung eines Zeitverlaufs der Zyklen des Lichtrezeptionsmusters in Bezug auf diejenigen des Lichtemissionsmusters aus, indem er eine Periode T3 des Lichtrezeptionsmusters bis zum Beginn des folgenden Zyklus (d.h. Ausschalten des Schalterstromkreises SW1) verkürzt. Durch diese Maßnahme wird eine Detektionsgenauigkeit von Detektionslicht L in der lichtrezipierenden Einheit 12 erhöht.
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Als nächstes wird eine Korrektur einer Differenz zwischen einem Lichtemissionsmuster und einem Lichtrezeptionsmuster beschrieben. Wie in 7 gezeigt, vergleicht der Komparator 35 einen Puls eines Ausgangssignals SR der Lichtrezeptionsstromkreises 32, welches einer von dem lichtrezipierenden Element 31 rezipierten Lichtmenge entspricht, mit einem vorgegebenen Schwellensignal (Schwellenwert D) und gibt je nach dem Ergebnis des Vergleichs einen High-Pegel- oder Low-Pegel-Puls eines Ausgangssignals SD aus. Die ansteigende Flanke des Pulses von dem Ausgangssignal SD ist somit gegenüber demjenigen des Lichtpulses des Detektionslichts L um eine Zeitspanne verzögert, die der Puls des Ausgangssignals SR des Lichtrezeptionsstromkreises 32 benötigt, um den Schwellenwert D zu erreichen. Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 berechnet Verzögerungszeiten der ansteigenden Flanken von Pulsen des Ausgangssignals SD. Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 korrigiert eine Abweichung des Lichtrezeptionsmusters anhand von Verzögerungszeiten T4 und T5 der ansteigenden Flanken von zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ausgangssignals SD. Als Alternative berechnet der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 ein Intervall T6 zwischen den ansteigenden Flanken von zwei aufeinanderfolgenden Pulsen des Ausgangssignals SD und korrigiert eine Abweichung des Lichtrezeptionsmusters anhand des Intervalls T6. Diese Maßnahme trägt dazu bei, eine Detektionsgenauigkeit von Detektionslicht L in der lichtrezipierenden Einheit 12 zu erhöhen.
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Spezifische Vorteile des Ausführungsbeispiels werden im Folgenden beschrieben:
- (1) Die Pulsgruppenperiode T1 des ersten Lichtemissionsmusters A1 wird so eingestellt, dass sie kürzer ist als das Flankenintervall E2 der zweiten Pulsgruppe Pg2. Dadurch kann eine Interferenz zwischen Pulsen P der ersten Pulsgruppe Pg1 und der zweiten Pulsgruppe Pg2 verhindert werden. Die Pulsgruppenperiode T2 des zweiten Lichtemissionsmusters A2 wird so eingestellt, dass sie kürzer ist als das Flankenintervall E3 der dritten Pulsgruppe Pg3. Dadurch kann eine Interferenz zwischen Pulsen P der zweiten Pulsgruppe Pg2 und der dritten Pulsgruppe Pg3 verhindert werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 aufgrund einer irrtümlichen Detektion von Detektionslicht L eines nicht-entsprechenden Lichtemissionsmusters einen Lichteinfall erkennt.
Infolgedessen kann bei Verwendung einer Vielzahl von photoelektrischen Sensoren 10, wobei die photoelektrischen Sensoren 10 nahe beieinander angeordnet sind,
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eine Interferenz zwischen diesen verhindert werden, indem ein Lichtemissionsmuster und ein Lichtrezeptionsmuster vorgegeben werden, die für jeden photoelektrischen Sensor 10 zueinander korrespondieren, und indem für die jeweiligen photoelektrischen Sensoren 10 unterschiedliche Sätze aus einem Lichtemissionsmuster und einem Lichtrezeptionsmuster vorgegeben werden.
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Da die Pulsmuster der Lichtemissionsmuster A1–A3 und der Lichtrezeptionsmuster B1–B3 den gleichen Pulsgruppenwiederholungszyklus T aufweisen, können des Weiteren die photoelektrischen Sensoren 10 mit der gleichen Reaktionsgeschwindigkeit beaufschlagt werden, sogar wenn für die jeweiligen photoelektrischen Sensoren 10 unterschiedliche Sätze von Pulsmustern eines Lichtemissionsmusters und eines Lichtrezeptionsmusters vorgegeben werden.
- (2) Die Anzahlen von Pulsen P der Pulsgruppen Pg1–Pg3 sind die gleichen (im Ausführungsbeispiel fünf) und sie sind größer als eine Anzahl von Lichtemissionsmustern (im Ausführungsbeispiel drei [erstes bis drittes Lichtemissionsmuster A1–A3]). Sogar wenn eine Vielzahl von photoelektrischen Sensoren 10 verwendet wird, welche eine gleiche Anzahl aufweisen wie die Lichtemissionsmuster, wobei die photoelektrischen Sensoren 10 nahe beieinander angeordnet sind, kann bei dieser Konfiguration eine Interferenz zwischen diesen verhindert werden, indem für die jeweiligen photoelektrischen Sensoren 10 unterschiedliche Sätze aus einem Lichtemissionsmuster und einem Lichtrezeptionsmuster vorgegeben werden.
- (3) Der Lichtrezeptionsstromkreis 32 wird so betrieben, dass er gemäß einem vorgegebenen Lichtrezeptionsmuster einen Übergang abwechselnd in den Öffnungszustand und den Aufhebungszustand durchführt. In dem Aufhebungszustand erzeugt der Lichtrezeptionsstromkreis 32 ein Ausgangssignal SR, dessen Niveau unabhängig von der von dem lichtrezipierenden Element 31 rezipierten Lichtmenge stabil ist. Dadurch kann verhindert werden, dass das Ausgangssignal SR des Lichtrezeptionsstromkreises 32 durch Störlicht (beispielsweise Detektionslicht L eines nicht-entsprechenden Lichtemissionsmusters oder Umgebungslicht) in einen instabilen Zustand versetzt wird, so dass eine Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Detektionsfehlern noch weiter reduzierbar ist.
- (4) Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 beginnt im ersten Betriebsmodus M1 (Lichteinfall-Standby-Modus) mit einer Detektion von Licht in einem vorgegebenen Lichtrezeptionsmuster als Reaktion auf eine Feststellung eines Indizierens eines Lichteinfalls (das heißt, auf ein High-Pegel-Ausgangssignal SD). Ein Lichtemissionsmuster und ein Lichtrezeptionsmuster, von der lichtemittierenden Einheit 11 bzw. von der lichtrezipierenden Einheit 12, welche zueinander korrespondieren, können somit miteinander synchronisiert werden. Da es nicht erforderlich ist, eine die lichtemittierende Einheit 11 und die lichtrezipierende Einheit 12 verbindende Synchronisationsleitung zu verwenden, um ein Signal zu übertragen, welches einen Lichtemissionszeitverlauf von der lichtemittierenden Einheit 11 zu der lichtrezipierenden Einheit 12 anzeigt, kann bei dem photoelektrischen Sensor 10 auf die aufwändige Installation einer solchen Synchronisationsleitung verzichtet werden. So ist der photoelektrische Sensor 10 besonders zu einer Verwendung geeignet, bei welcher zwischen der lichtemittierenden Einheit 11 und der lichtrezipierenden Einheit 12 ein großer Zwischenraum eingerichtet werden soll.
- (5) Der detektionsseitige Steuerungsstromkreis 33 stellt ein Vorhandensein/Nichtvorhandensein eines Zielobjekts X fest anhand eines Ausgangssignals SD des Komparators 35, wodurch eine Reaktionsgeschwindigkeit weiter erhöht wird.
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Das Ausführungsbeispiel kann modifiziert werden wie folgt:
- – Die Stromkreiskonfiguration des Lichtrezeptionsstromkreises 32 ist nicht auf den in dem Ausführungsbeispiel verwendeten Lichtrezeptionsstromkreis 32 beschränkt und kann nach Bedarf modifiziert werden. Während in dem Ausführungsbeispiel der Schalterstromkreis SW1 des Lichtrezeptionsstromkreises 32 entsprechend einem vorgegebenen Lichtrezeptionsmuster ein-/ausgeschaltet wird, kann beispielsweise eine Konfiguration des Lichtrezeptionsstromkreises 32 nach Bedarf modifiziert werden, solange einfallendes Licht in einem vorgegebenen Lichtrezeptionsmuster erfassbar ist.
- – Während in dem Ausführungsbeispiel die Anzahl von Pulsen P der jeweiligen ersten bis dritten Pulsgruppen Pg1–Pg3 fünf beträgt, ist die Erfindung nicht auf einen solchen Fall beschränkt. Es ist ausreichend, wenn die Anzahl von Pulsen P der jeweiligen ersten bis dritten Pulsgruppen Pg1–Pg3 größer oder gleich drei ist.
- – Während in dem Ausführungsbeispiel die Intervalle zwischen den Pulsen P der Pulsgruppe eines jeweiligen Lichtemissionsmusters A1–A3 konstant sind, ist die Erfindung nicht auf einen solchen Fall beschränkt; die Intervalle können auch voneinander verschieden sein.
- – Während in dem Ausführungsbeispiel die lichtemittierende Einheit 11 drei Lichtemissionsmuster aufweist und die lichtrezipierende Einheit 12 drei Lichtrezeptionsmuster aufweist, kann eine Anzahl von Lichtemissionsmustern und eine Anzahl von Lichtrezeptionsmustern zwei betragen oder größer oder gleich vier sein.
- – Während das Ausführungsbeispiel den Komparator 35 aufweist, kann dieser auch durch einen Analog-Digital-Wandler ersetzt werden.
- – Während das Ausführungsbeispiel einen photoelektrischen Transmissionssensor 10 beschreibt, kann die Erfindung auch auf einen photoelektrischen Reflexionssensor angewandt werden.
- – Es ist ferner möglich, sowohl das Ausführungsbeispiel als auch jede der oben angegebenen Modifikationen zweckmäßig untereinander zu kombinieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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