JP2001339287A - 光電センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電センサ装置の感度調整を自動化する。 【解決手段】 光電センサ装置は、ＡＣ変調した光を物
体に投射する発光部３と、その反射光を受光して電気信
号に変換する受光部５と、ＡＣ変調に用いた周波数の電
気信号を通すフィルタ部６と、フィルタ部６を通った電
気信号を増幅する増幅部７〜９と、増幅部７〜９からの
電気信号をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換部１
１と、Ａ／Ｄ変換部１１で変換したデジタル値を格納、
演算するコントローラ１０とを備え、デジタル値により
物体の検知を行う。フィルタ部６は少くとも一つのコイ
ルＬと複数のコンデンサＣ１〜Ｃ４とこれらを選択する
スイッチとで構成されている。コントローラ１０は、コ
イルＬのインダクタンスのばらつきを吸収するように複
数のコンデンサＣ１〜Ｃ４をスイッチにより切換えて最
適なコイルとコンデンサの組合わせを自動で選択し、Ａ
Ｃ変調に用いた周波数に対する同調を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は人や物の（以下、物
体）検出に用いる光電センサ装置に関する。より詳しく
は、光電センサ装置の感度調整技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から人や物を検知する為に反射型の
光電センサ装置が知られており、例えば特開平９−２６
５５９２号公報や特開平１０−１９６７３号公報に開示
されている。一般に、光電センサ装置では、外乱光の影
響を除去する為、予めパルス変調した投光を検出物体に
投射する。光電センサ装置は、物体からの反射光を受光
素子で取り込み、パルス変調に用いた周波数成分だけを
通すフィルタ部を介して信号を増幅部に渡している。発
光時の周波数と受光時の周波数が一致していれば、受光
信号を最も効率よく利用できる。この為、周波数が一致
する様にフィルタ部をコンデンサやコイルなどで作り込
む。しかしながら、実際にはコイルやコンデンサなどの
部品のばらつきにより、フィルタ部通過周波数が、発光
にＡＣ変調をかけた時の周波数と完全には一致しない。
そこで、パルス変調した光と同じ周波数で受信する為、
フィルタ部のコンデンサの容量値をバリコンなどで調整
し、受光した光の出力がピークとなる様に手動補正して
いた。或いは、ある程度の周波数のずれを許容し、コン
デンサの容量値は固定にしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、フィル
タ部に含まれるコンデンサの容量値をバリコンなどで調
整する場合、作業者がオシロスコープなどの測定器を見
ながら調整していたので工数がかかっていた。又、コン
デンサの容量値を固定とした場合、コイルのインダクタ
ンスやコンデンサのキャパシタンスのばらつきによっ
て、発光周波数と受光周波数との間でのずれが大きくな
り、受光感度が大幅に低下する恐れがある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した従来の技術の課
題を解決する為に、本発明は光電センサ装置の感度調整
を自動化することを目的とする。係る目的を達成する為
に以下の手段を講じた。即ち、本発明は、ＡＣ変調した
光を物体に投射する発光部と、その反射光を受光して電
気信号に変換する受光部と、該ＡＣ変調に用いた周波数
の電気信号を通すフィルタ部と、該フィルタ部を通った
電気信号を増幅する増幅部と、該増幅部からの電気信号
をアナログ／デジタル変換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ
変換部で変換したデジタル値を格納、演算する制御部と
を備え、該デジタル値により物体の検知を行う光電セン
サ装置において、前記フィルタ部は少くとも一つのコイ
ルと複数のコンデンサとこれらを選択するスイッチとで
構成され、前記制御部は、該コイルのインダクタンスの
ばらつきを吸収するように複数のコンデンサを該スイッ
チにより切換えて最適なコイルとコンデンサの組合わせ
を自動で選択し、該ＡＣ変調に用いた周波数に対する同
調を行なうことを特徴とする。。具体的には、前記制御
部は、該Ａ／Ｄ変換部とメモリと入出力ポートを含むマ
イクロコンピュータからなり、入出力ポートを介して該
フィルタ部のスイッチを制御し、得られた最適なコンデ
ンサの組み合わせを該メモリに記憶する。又、前記制御
部は異なるコンデンサの組み合わせ毎に該デジタル値を
求め、最大のデジタル値を与えるコンデンサの組み合わ
せを最適なものとして選択する。

【０００５】以上の様に、本発明によれば、予めフィル
タ部に組み込まれた複数のコンデンサをＣＰＵ制御によ
り切換えて、最適なコイルとコンデンサの組み合わせを
自動で選択し、コイルのインダクタンスのばらつきを吸
収している。これにより、ＡＣ変調に用いた周波数に対
する同調を自動で行なうことが可能となる。この結果、
フィルタ部を構成する部品特性のばらつきを吸収して、
常に最適な受光信号を得ることが可能になる。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施
の形態を詳細に説明する。図１は、本発明に係る光電セ
ンサ装置の全体構成を示すブロック図である。図示する
様に、本光電センサ装置１は、基本的に、発光部３と、
受光部５と、フィルタ部６と、増幅部７〜９と、Ａ／Ｄ
変換部１１と、制御部（１０）とを備えている。発光部
３はＬＥＤとこれを駆動するドライバ部４とで構成され
ている。ドライバ部４はＡＣ変調した駆動電流をＬＥＤ
に流す。ＬＥＤはＡＣ変調した光を反射板２などの検出
対象に投射する。尚、ドライバ部４は制御部（コントロ
ーラ）として機能するマイクロコンピュータ１０により
制御されている。具体的には、ドライバ部４はマイクロ
コンピュータ１０のＩ／Ｏポート１５を介してオン／オ
フ制御されるとともに、変調パルスの供給を受ける。物
体検出を行なう時には、ドライバ部４はマイクロコンピ
ュータ１０によりオンされ、供給された変調パルスに従
ってＬＥＤから放射される投光をＡＣ変調する。これに
対し、受光部５は、例えばフォトダイオードＰＤを備え
ており、反射板２からの反射光を受光して、対応する電
気信号に変換する。

【０００７】受光部５にはフィルタ部６が接続されてお
り、ＡＣ変調に用いた周波数の電気信号のみを選択的に
通過させる。フィルタ部６には増幅部７〜９が接続され
ており、フィルタ部６を通った電気信号を増幅する。具
体的には、増幅部はＡＣアンプ部７と差動アンプ部８と
ＤＣアンプ部９とからなる。ＡＣアンプ部７は、フィル
タ部６を介してフォトダイオードＰＤから取り出された
微弱な交流信号を扱い易いレベルまで増幅する。差動ア
ンプ部８はＡＣアンプ部７から出力された交流信号の上
限ピーク及び下限ピークをホールドして、交流信号（Ａ
Ｃ信号）を直流信号（ＤＣ信号）に変換する。ＤＣアン
プ部９は、差動アンプ部８から出力された下側（負側）
のピークレベルを基準とし、同じく差動アンプ部８から
出力された上側（正側）のピークレベルを増幅する。こ
れにより、マイクロコンピュータ１０に内蔵されたＡ／
Ｄ変換部１１の入力に適したレベルに調整する。

【０００８】Ａ／Ｄ変換部１１はＤＣアンプ部９から出
力されたアナログの電気信号を対応するデジタル値に変
換する。制御部を構成するマイクロコンピュータ１０
は、Ａ／Ｄ変換部１１で変換したデジタル値を格納、演
算して、物体の検知を行なう。例えば、デジタル値が予
め設定した閾値によりも低い時は物体が不存在であると
判断する。逆に、デジタル値が閾値よりも高い場合、物
体が存在していると判断する。

【０００９】本発明の特徴事項として、フィルタ部６は
少くとも一つのコイルＬと複数のコンデンサＣ１〜Ｃ４
と各コンデンサを選択するスイッチとで構成されてい
る。本例では、コイルＬと並列にコンデンサＣ１〜Ｃ４
が接続されているとともに、抵抗Ｒも接続されている。
これらの部品により、ＬＣＲフィルタが形成され、所定
の帯域の周波数成分のみを通過させる様にしている。
又、スイッチはアナログゲート素子で構成されており、
それぞれコンデンサＣ２〜Ｃ４に対応して三つ設けられ
ている。本例では、コイルＬのインダクタンスは５０ｍ
ｈに設定され、コンデンサＣ１のキャパシタンスは２７
０ＰＦに設定され、Ｃ２のキャパシタンスは１０ＰＦに
設定され、Ｃ３のキャパシタンスは２２ＰＦに設定さ
れ、Ｃ４のキャパシタンスは３０ＰＦに設定されてい
る。加えて、抵抗Ｒのレジスタンスは１５０ＫΩに設定
されている。一方、マイクロコンピュータ１０はＩ／Ｏ
ポート１２を介してフィルタ部６のアナログスイッチを
制御する。即ち、Ｉ／Ｏポート１２は各アナログスイッ
チのオン／オフを制御する為に制御信号ｃｔｌ０〜ｃｔ
ｌ２を出力する。マイクロコンピュータ１０は、複数の
コンデンサＣ２〜Ｃ４をスイッチにより切換えて最適な
コイルＬとコンデンサＣ１〜Ｃ４の組み合わせを自動で
選択し、コイルＬのインダクタンスのばらつきを吸収し
ている。これにより、フィルタ部６の通過帯域のピーク
を、投射光のＡＣ変調に用いた周波数に同調させる。

【００１０】好ましくは、マイクロコンピュータ１０
は、Ａ／Ｄ変換部１１やＩ／Ｏポート１２，１５に加
え、ＥＥＰＲＯＭ１３やＲＡＭ１４などのメモリを備え
ている。マイクロコンピュータ１０は、Ｉ／Ｏポート
（入出力ポート）１２を介してフィルタ部６のアナログ
ゲートスイッチをオンオフ制御し、得られた最適なコン
デンサＣ１〜Ｃ４の組み合わせをＥＥＰＲＯＭ１３に記
憶する。これにより、マイクロコンピュータ１０は常に
最適なコンデンサＣ１〜Ｃ４の組み合わせを用いて、受
光信号のフィルタリングを行なうことができる。又、マ
イクロコンピュータ１０は、異なるコンデンサＣ１〜Ｃ
４の組み合わせ毎に、前述したデジタル値を求め、最大
のデジタル値を与えるコンデンサＣ１〜Ｃ４の組み合わ
せを最適なものとして選択する。この選択されたデジタ
ル値は、前述した様にＥＥＰＲＯＭ１３に格納される。
以上により、光電センサ装置１の感度を自動で調整する
ことができる。即ち、フィルタ部６の通過帯域のピーク
を常に投光のＡＣ変調に用いた周波数と一致させること
で、最大限の信号成分を受光部５から取り出すことが可
能である。

【００１１】引き続き、図１を参照して光電センサ装置
１の感度調整動作の概略を説明する。図示する様に、光
電センサ装置１から所定距離に反射板２を置き、モード
スイッチをオンにして装置の電源を投入する。モードス
イッチのオンによって、光電センサ装置１は感度調整モ
ードに設定される。尚、通常の物品検出動作を行なう場
合には、モードスイッチをオフとする。最初に、マイク
ロコンピュータ１０は、Ｉ／Ｏポート１２からの制御出
力ｃｔｌ０〜ｃｔｌ２をすべてオフにした状態で、ドラ
イバ部４を制御し反射板２に向けてＡＣ変調された投射
光を発する。受光部５は反射板２からの反射光を受光
し、増幅部７〜９で増幅した後、Ａ／Ｄ変換部１１でデ
ジタル値に変換した後、マイクロコンピュータ１０のＲ
ＡＭ１４に記憶する。次に、マイクロコンピュータ１０
は、ｃｔｌ０をオンとする一方ｃｔｌ１〜ｃｔｌ２をオ
フとして、同様に発光部３及び受光部５を制御する。得
られた受光信号をＡ／Ｄ変換し、対応するデジタル値を
マイクロコンピュータ１０のＲＡＭ１４に格納する。同
様に、ｃｔｌ０〜ｃｔｌ２を切換えて、得られた受光信
号に対応するデジタル値をＲＡＭ１４に記憶する。図示
の例では、Ｉ／Ｏポート１２は３ビットの制御出力ｃｔ
ｌ０〜ｃｔｌ２を供給するので、コンデンサＣ２〜Ｃ４
に関し２³ ＝８通りの組み合わせが逐次選択され、それ
ぞれ対応するデジタル値がＲＡＭ１４に格納される。こ
の様にして、すべての組み合わせに対応したデジタル値
のサンプリングが終了した後、ＲＡＭ１４に記憶したデ
ジタル値の内、最大値に対応したｃｔｌ０〜ｃｔｌ２の
組み合わせを選択する。この最適な組み合わせに対応し
た３ビットデータをＥＥＰＲＯＭ１３に記憶する。この
後、モードスイッチをオフにして通常の物品検出動作に
入ると、電源投入後マイクロコンピュータ１０はＥＥＰ
ＲＯＭ１３の内容を読み出し、Ｉ／Ｏポート１２を介し
て格納ビットデータに対応した制御信号ｃｔｌ０〜ｃｔ
ｌ２を出力し、フィルタ部６におけるコンデンサＣ２〜
Ｃ４の組み合わせを最適なものにする。

【００１２】図２は、図１に示した光電センサ装置の感
度調整動作を具体的に示したフローチャートである。ま
ずステップＳ１で、調整モードスイッチがオンであるか
否かを判断する。調整モードスイッチがオンの場合には
調整モードに入り、ステップＳ２へ進む。調整モードス
イッチがオフならば、通常のセンサ動作に移行する。ス
テップＳ２では、コンデンサ選択の為のパラメータｋを
初期化する（ｋ＝１）。尚、本例では、このパラメータ
ｋは３ビットデータであり、ｋ＝１〜８を取り得る。次
にステップＳ３に進み、ｋ＝１に対応した３ビットデー
タをｃｔｌ０〜ｃｔｌ２としてＩ／Ｏ出力ポート１２か
らフィルタ部側に送る。これにより、ｋ＝１に対応した
コンデンサの組が選択される。ステップＳ４に進み、発
光部側のＬＥＤを発光させる。この時、発光は予め定め
た周波数でＡＣ変調される。ステップＳ５で反射板から
の反射光を受光し、フィルタ部を通した後増幅してＡ／
Ｄ変換する。この結果、フィルタ部を通過した受光信号
のレベルに応じたデジタル値Ｍｋが得られる。ステップ
Ｓ６に進み、デジタル値ＭｋをＲＡＭに格納する。続い
てステップＳ７でパラメータｋを１だけインクリメント
する。更にステップＳ８に進み、ｋ＝ｎであるか否かを
判断する。本例の場合、ｎは８である。最初は、ｋが１
から２にインクリメントされるので、ステップＳ８での
判断はＮＯとなり、ステップＳ３に戻る。この様にし
て、２番目のコンデンサの組が選択され、対応するデジ
タル値ＭｋがＲＡＭに格納される。ｋ＝８になるまで以
上の動作を繰り返すと、ｋ＝１〜８の各パタンでコンデ
ンサＣ２〜Ｃ４の組み合わせを選択したフィルタ部でフ
ィルタリングされた信号出力が得られる。この信号出力
をＡ／Ｄ変換した結果がＭ１〜Ｍ８としてＲＡＭに格納
される。ステップＳ８でｋ＝ｎが成立しＹＥＳと判断さ
れるとステップＳ９に進み、Ｍ１〜Ｍ８の中から最大の
値を有するＭｘを特定し、ｘの値をＥＥＰＲＯＭに格納
する。この後、ステップＳ１０ではｘの値をＩ／Ｏ出力
ポートに送り、ｃｔｌ０〜ｃｔｌ２の最適な組み合わせ
を決定する。これにより、ＡＣ変調に用いた周波数に同
調したコンデンサの組み合わせをフィルタ部に設定する
ことが可能になる。

【００１３】図３は、フィルタ部の通過帯域と出力との
関係を示すグラフである。カーブＡは、フィルタ部の通
過帯域のピークが、ちょうどＡＣ変調に用いた周波数ｆ
０に完全に同調している場合の出力特性を表わしてい
る。この場合、フィルタ部のコイルＬのインダクタンス
は５０ｍｈであり、コンデンサの全容量値は３００ＰＦ
である。一方、カーブＢは、コイルＬのインダクタンス
が５０ｍｈである一方、コンデンサのキャパシタンスは
２７０ＰＦで、同調状態からずれている。この同調から
のずれにより生じた出力の低下分ΔＢは、図から約６％
程度である。一方、カーブＣは、コイルＬのインダクタ
ンスが５０ｍｈである一方、コンデンサの全キャパシタ
ンスが約３３０ＰＦの場合である。この時にも、フィル
タ部の通過帯域のピークがｆ０からずれる為、ΔＣで表
わす様に約１０％分出力が低下する。この様に、キャパ
シタンス又はインダクタンスの値の変動により、通過帯
域ピークがｆ０から変動すると、出力が低下する。この
出力低下を防ぐ為、本発明ではマイクロコンピュータを
用いてキャパシタンスの値を最適化し、常にフィルタ部
をＡＣ変調に用いた周波数ｆ０に同調させている。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
フィルタ部に含まれる複数のコンデンサをスイッチによ
り切換えて最適なコイルとコンデンサの組み合わせを自
動で選択し、ＡＣ変調に用いた周波数に対する同調を行
なっている。今まで手動で調整していた工程をマイクロ
コンピュータで自動化できる。又、コイルやコンデンサ
など部品特性のばらつきを吸収して最適な受光信号を得
ることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る光電センサ装置の全体構成を示す
ブロック図である。

【図２】本発明に係る光電センサ装置の動作説明に供す
るフローチャートである。

【図３】本発明に係る光電センサ装置の周波数／出力特
性を示すグラフである。

【符号の説明】

１・・・光電センサ装置、２・・・反射板、３・・・発
光部、５・・・受光部、６・・・フィルタ部、７・・・
ＡＣアンプ部、８・・・差動アンプ部、９・・・ＤＣア
ンプ部、１０・・・マイクロコンピュータ、１１・・・
Ａ／Ｄ変換部、１２・・・Ｉ／Ｏポート、１３・・・Ｅ
ＥＰＲＯＭ、１４・・・ＲＡＭ、１５・・・Ｉ／Ｏポー
ト

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ＡＣ変調した光を物体に投射する発光部
   と、その反射光を受光して電気信号に変換する受光部
   と、該ＡＣ変調に用いた周波数の電気信号を通すフィル
   タ部と、該フィルタ部を通った電気信号を増幅する増幅
   部と、該増幅部からの電気信号をアナログ／デジタル変
   換するＡ／Ｄ変換部と、Ａ／Ｄ変換部で変換したデジタ
   ル値を格納、演算する制御部とを備え、該デジタル値に
   より物体の検知を行う光電センサ装置において、 前記フィルタ部は少くとも一つのコイルと複数のコンデ
   ンサとこれらを選択するスイッチとで構成され、 前記制御部は、該コイルのインダクタンスのばらつきを
   吸収するように複数のコンデンサを該スイッチにより切
   換えて最適なコイルとコンデンサの組合わせを自動で選
   択し、該ＡＣ変調に用いた周波数に対する同調を行なう
   ことを特徴とする光電センサ装置。
2. 【請求項２】 前記制御部は、該Ａ／Ｄ変換部とメモリ
   と入出力ポートを含むマイクロコンピュータからなり、
   入出力ポートを介して該フィルタ部のスイッチを制御
   し、得られた最適なコンデンサの組み合わせを該メモリ
   に記憶することを特徴とする請求項１記載の光電センサ
   装置。
3. 【請求項３】 前記制御部は、異なるコンデンサの組み
   合わせ毎に該デジタル値を求め、最大のデジタル値を与
   えるコンデンサの組み合わせを最適なものとして選択す
   ることを特徴とする請求項１記載の光電センサ装置。