JP2000131435A

JP2000131435A - 反射光結合検出装置

Info

Publication number: JP2000131435A
Application number: JP10303654A
Authority: JP
Inventors: Norikage Terao; 昇影寺尾
Original assignee: New Japan Radio Co Ltd
Current assignee: New Japan Radio Co Ltd
Priority date: 1998-10-26
Filing date: 1998-10-26
Publication date: 2000-05-12

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、非接触で物体を検出する反射光結合検出
装置として、光チョッピング方式等の高精度、高感度の
ものがあるが、処理回路が複雑なため装置の小型化、ロ
ーコスト化が困難であった。上記問題を解消した高精
度、高感度且つ小型化、ローコスト化が可能な検出装置
を提供する。【解決手段】発光素子、該素子の交流駆動部、受光素
子、バンドパスフィルタ、検波部、閾値電圧発生部、比
較部とを備えた装置とし、該装置の回路部又は回路部と
受光素子とを一体として半導体集積回路チップとして形
成し、該チップと発、受光素子、又は該チップと受光素
子を同一パッケージに組み込んで装置を構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光信号を投射し、
その反射光信号を受光して被検出物体の有無を検出する
反射光結合型の検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、非接触で物体を検出する反射光結
合型の検出用の装置としては、（１）小型化簡易構造の
光センサ、（２）光センサに加えて光チョッピング方式
等の信号処理手段を設けた高精度、高感度の検出装置等
がある。

【０００３】（１）光センサとしては、発光素子として
発光ダイオード、受光素子としてフォトトランジスタを
小型パッケーシジに組み込んだ至近距離用のもの、これ
らにレンズを付加して検出距離を伸ばしたものなどがあ
る。後者のセンサの例を図３に示す。

【０００４】小型パッケージ１５内に、発光ダイオード
１とフォトトランジスタ１６とが組み込まれている。通
常、リードフレーム付きの樹脂製パッケージを用い、各
素子のチップをリードフレームにマウントして構成され
る。各素子の外方にはレンズ１４が設けられている。

【０００５】発光ダイオード１に駆動電流を流して発光
させ、光をレンズ１４で絞って物体１２に投射し、その
反射光をレンズ１４経由でフォトトランジスタ１６で受
光し、反射光量（検出電流）の大小により被検出物の有
無を検出する。

【０００６】（２）高精度、高感度の物体検出装置とし
ては、信号処理手段として光チョッピング方式がよく採
用され、回路技術的にも改良されてきている。その一例
を図４に示す。

【０００７】センサ部は、図３と同様なものが用いられ
る。パルス発生器２１で発生したパルス電圧を、駆動回
路３を通して発光ダイオード１をパルス的に駆動し、発
生したパルス光をレンズ１４で絞って物体１２に投射
し、その反射光をフォトダイオード２で受光し、その出
力を差動増幅器１７で増幅する。

【０００８】容量素子１８と増幅器１９とからなる積分
回路により、光パルスを投射しない時間帯（パルス電圧
で制御される切替回路２０により、その時間帯のみ差動
増幅器１７の出力が該積分回路に入力される。）に外乱
光を積分増幅しておき、その出力を反射光の受光出力か
ら上記差動増幅器１７にて差引き、反射光信号のみが出
力端子１０に出力される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のような発光素
子、受光素子のみ又はそれにレンズを付加したのみのセ
ンサは、単に直流電流で駆動するのみで利用できるの
で、検出装置として小型化、ローコスト化が実現できる
が、外乱光を含む外乱雑音の影響を受け易く、被検出物
との距離により検出信号が小さくなると雑音の分離が難
しくなる。

【００１０】そのため、高精度、高感度が要求される場
合は、上述のような光チョッピング方式の装置とすると
か、発光素子、受光素子とレンズの光軸を高精度に合わ
せ反射信号のレベルを確保する等の手段が必要となる。

【００１１】しかし、光チョッピング方式の検出装置
は、切替回路等の複雑な回路を含み、また、高速パルス
動作をするために、増幅器は周波数が高く広帯域のもの
が要求され、ローコスト化がしにくい難点がある。ま
た、光軸を高精度に合わせるような工程は量産化に適さ
ず、同様にローコスト化が難しい。

【００１２】本発明は上記問題を解決した、高感度、高
精度で、小型、ローコスト化が可能な反射光結合検出装
置を提供しようとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の反射光結合検出装置は、発光素子と、該発
光素子を交流駆動する駆動部と、被検出物体からの反射
光を受光して電気信号に変換する受光素子と、駆動交流
周波数と同一周波数帯のバンドパスフィルタと、該バン
ドパスフィルタ通過後の電気信号を包絡線検波し直流信
号を得る検波部と、閾値電圧生成部と、該閾値電圧と前
記直流信号とを比較する比較部とを備えた装置とした。

【００１４】また、前記反射光結合検出装置において、
前記駆動部と、前記バンドパスフィルタと、前記検波部
と、前記閾値電圧生成部と、前記比較部とを一体として
半導体集積回路チップＡとして形成し、該半導体集積回
路チップＡ、前記発光素子、前記受光素子の三者を同一
パッケージに組み込んで装置を構成した。

【００１５】また、前記反射光結合検出装置において、
前記駆動部と、前記受光素子と、前記バンドパスフィル
タと、前記検波部と、前記閾値電圧生成部と、前記比較
部とを一体として半導体集積回路チップＢとして形成
し、該半導体集積回路チップＢ、前記発光素子の二者を
同一パッケージに組み込んで装置を構成した。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の反射光結合検出装
置の一実施例の説明図、図２は同装置による信号処理過
程の波形図である。

【００１７】本発明装置のセンサ部は交流電圧で駆動さ
れる。交流信号発生器４の発生する交流信号は、駆動回
路３を通して発光ダイオード１に加えられ、該素子は交
流光を発生し、被検出物体方向に投射される。

【００１８】被検出物体１２が存在するとき、該物体か
らの反射光と外乱光とを含む光がフォトダイオード２で
検出される。フォトダイオード２で電流変換された光信
号は、交流増幅器５で増幅特性に沿った周波数成分のみ
増幅され、更に交流信号発生器４と同一周波数帯に設定
されたバンドパスフイルタ６を通過することにより、装
置自身が投射した交流光と同一の周波数成分のみが優先
して取り出される。

【００１９】図２で、Ｖ１は上記バンドパスフィルタ６
の出力波形、１３は被検出物体の検出信号を示す。同波
形前部の低レベルの波形は外乱光によるものである。

【００２０】同図Ｖ２は、上記フィルタ６の出力を検波
部７により包絡線検波して得られる検波部出力波形を示
す。同検波部出力は、閾値電圧生成部９により生成され
電圧調整抵抗１１により設定された閾値電圧レベル２２
と比較器８で比較される。

【００２１】比較器８により閾値電圧レベル２２以下の
レベルの部分はカットされ、出力端子１０には、図２の
Ｖ３に示すようなＨＩ／ＬＯＷの比較器出力波形が、検
出装置出力として出力される。

【００２２】本発明の検出装置は上記のように構成され
るので、直流光に近い太陽光等の外乱光や装置の受光素
子の温度変化等による暗電流の変化分等を除去した検出
が容易となる。

【００２３】また、交流信号発生器４の周波数、バンド
パスフィルタ６の周波数特性を適正に選ぶことにより、
インバータ蛍光灯によるような交流外乱光雑音も容易に
除去できることから、遠距離の被検出物体からの微小反
射光の検出が容易となる。

【００２４】また、高速検出応答を実現する場合、包絡
線検波の放電時間が短く設定されるので検波波形に脈流
分が含まれ、検出信号が閾値電圧に近い場合、出力が脈
流周波数で変動することになるが、比較器８をヒステリ
シス効果をもたせたものとすることにより安定化するこ
とができる。

【００２５】上述の説明では、駆動交流信号波形として
正弦波の場合を示したが、半波整流波形やパルス波形で
駆動するようにしても概略同様な効果が得られる。

【００２６】また、上記本発明の検出装置は、光チョッ
ピング方式の場合のように高速増幅器を必要とせず、比
較的周波数が低く、狭い帯域の信号処理回路で構成され
ているため、集積回路化し易い利点をもつ。

【００２７】駆動部、バンドパスフィルタ、検波部、閾
値電圧生成部、比較部の回路各部を一体として、半導体
集積回路チップとして形成し、該集積回路チップと、発
光素子、受光素子の各チップの三者を、図３に示したよ
うな、小型パッケージに組み込んだ構成とすることによ
り、極めてコンパクな検出装置が実現できる。

【００２８】また、上記回路各部に受光素子を加えて半
導体集積回路チップとして形成し、該集積回路チップと
発光素子チップの二者を同一パッケージに組み込んだ構
成とすることにより、更にコンパクトな検出装置が実現
できる。

【００２９】上記のように３チップ構成乃至２チップ構
成にすることが可能であるが、いずれを選ぶかはコスト
面を考慮して決めればよい。

【００３０】

【発明の効果】本発明の反射光結合検出装置は、上述の
ように交流駆動方式とし、発光素子、受光素子と共に、
バンドパスフィルタ、包絡線検波部、閾値電圧生成部、
比較部を備えた構成としたことにより、外乱光を含む外
乱雑音の影響を受けない、高感度、高精度の物体検出が
可能になる。

【００３１】また、上記本発明の装置は、光チョッピン
グ方式の場合に比し、比較的低い周波数で、狭い帯域の
信号処理回路で済むので、集積回路化をし易い利点をも
っており、下記のような装置が実現できる。

【００３２】駆動部、信号処理回路各部を一体として半
導体集積回路チップとし、同チップと発光素子、受光素
子の各チップを同一パッケージに組み込むことにより、
また、回路各部と受光素子を一体として半導体集積回路
チップとし、同チップと発光素子チップとを、同様に同
一パッケージに組み込むことにより、高感度、高精度で
小型、ローコストの反射光結合検出装置が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射光結合検出装置の説明図である。

【図２】本発明の装置の信号処理波形図である。

【図３】反射光結合型光センサの説明図である。

【図４】光チョッピング方式の反射光結合検出装置の説
明図である。

【符号の説明】

１：発光ダイオード、２：フォトダイオード、３：駆動
回路、４：交流信号発生器、５：交流増幅器、６：バン
ドパスフィルタ、７：検波部、８：比較器、９：閾値電
圧生成部、１０：出力端子、１１：電圧調整抵抗、１
２：被検出物体、１３：検出信号、１４：レンズ、１
５：パッケージ、１６：フォトトランジスタ、１７：差
動増幅器、１８：容量素子、１９：増幅器、２０：信号
切替回路、２１：パルス発生器、２２：閾値電圧レベ
ル、Ｖ１：バンドパスフィルタ出力波形、Ｖ２：検波部
出力波形、Ｖ３：比較器出力波形。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発光素子と、該発光素子を交流駆動する
駆動部と、被検出物体からの反射光を受光して電気信号
に変換する受光素子と、駆動交流周波数と同一周波数帯
のバンドパスフィルタと、該バンドパスフィルタ通過後
の電気信号を包絡線検波し直流信号を得る検波部と、閾
値電圧生成部と、該閾値電圧と前記直流信号とを比較す
る比較部とを備えたことを特徴とする反射光結合検出装
置。
【請求項２】請求項１の反射光結合検出装置におい
て、前記駆動部と、前記バンドパスフィルタと、前記検
波部と、前記閾値電圧生成部と、前記比較部とを一体と
して半導体集積回路チップＡとして形成し、該半導体集
積回路チップＡ、前記発光素子、前記受光素子の三者
を、同一パッケージに組み込んで装置を構成したことを
特徴とする反射光結合検出装置。
【請求項３】請求項１の反射光結合検出装置におい
て、前記駆動部と、前記受光素子と、前記バンドパスフ
ィルタと、前記検波部と、前記閾値電圧生成部と、前記
比較部とを一体として半導体集積回路チップＢとして形
成し、該半導体集積回路チップＢ、前記発光素子の二者
を、同一パッケージに組み込んで装置を構成したことを
特徴とする反射光結合検出装置。