JP2007040720A - 光電センサ - Google Patents
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Abstract
【課題】 信号に含まれるノイズ成分を抑圧して、検出精度に優れる光電センサを提供することを目的とする。
【解決手段】 光電センサ10は投光部11、受光部20、差動増幅回路30、信号処理部40等を備える。信号処理部40は、差動増幅回路30から出力された差動信号Saを増幅し、同信号に含まれるノイズ成分を除去するものであるが、これをバンドパスフィルタ回路41、整流回路43、ローパスフィルタ回路45から構成している。バンドパスフィルタ回路では、主として外乱光に起因するノイズ成分が除去される。その後、バンドパスフィルタ回路41から出力された差動信号Sbは整流回路43で整流される。整流信号Seは、ローパスフィルタ回路45に入力される。このように、整流回路43で信号成分を直流成分に変えた後に、ローパスフィルタ回路45に入力させているから、信号成分それ自体を抑圧させることなく、ノイズ成分だけを抑圧出来る。
【選択図】 図2
Description
そこで、電源側或いは、回路の自己ノイズを除去するべく、前述のフィルタを通過した信号を、更に、阻止域にバースト波の周波数帯域を含む別のフィルタにかけることが考えられる。
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、信号に含まれるノイズ成分を抑圧して、検出精度に優れる光電センサを提供することを目的とする。
請求項1の発明によれば、差動回路からは交流波形の差動信号が出力されるが、第一のフィルタ回路により差動信号に含まれるノイズ成分のうち、パルスの周波数帯域より低い周波数帯域のノイズ成分(外乱光成分)を抑圧出来る。第一のフィルタにかけられた後の差動信号は、パルスと同じ高周波の交流信号に、それと同じ高周波成分のノイズが乗った状態にあるが、差動信号は分別回路で信号処理されて、投光信号のパルスON期間と対応する部分の極性と同極性の信号のみの信号、すなわち、直流に近い低周波の信号にかえられて出力される。そのため、分別回路から出力された信号は次の第二のフィルタ回路で再びフィルタ処理されるが、このときには、信号の主成分(直流に近い低周波成分)を抑圧することなく、高周波帯域のノイズ成分(回路の自己ノイズ)だけを抑圧出来る。このように、差動信号の信号成分を抑圧することなく、ノイズ成分(外乱光、自己ノイズ)を除去できるから、検出精度が高まる。
差動信号から、投光信号のパルスON期間と対応する部分の極性と同極性の信号のみを取り出すには、例えば、パルスOFF期間については、出力させないことが考えられるが、この場合には、信号の主成分(直流に近い低周波成分)のレベルが低くなってしまう。この点に関して、請求項2の発明によれば、差動信号のうちの、前記投光信号のパルスOFF期間と対応する部分については、信号の極性を正負反転させて出力させるので、信号の主成分(直流に近い低周波成分)のレベルが低くなることがなく、これにより、S/N比も高くなる。
アナログ掛け算回路は汎用のものであるので、これを用いて分別回路を構成すれば、回路を比較的低コストに構成できる。
本発明の実施形態1を図1ないし図6によって説明する。
本実施形態の光電センサ10は、被検出体Wの距離の変位を三角法に基づいて測定するものであり、図1には、その検出原理が示されている。同図に示すように、光電センサ10は、被検出体Wに向けて光を出射する投光部11と、その反射光を受光する受光部20を備える。そして、被検出体Wが図1における水平方向に変位すると、受光部20に対する光の入光位置が変化するので、その変化量を捉えることで、被検出体Wの距離の変位を測定することが出来る。
尚、外乱光に起因するノイズは、先にも述べたように特定の帯域幅(変調光の周波数帯域に現れる)を持つのに対して、電源或いは、回路の自己ノイズは一般にあらゆる周波数帯域に均等に現れる。
バンドパスフィルタ回路41は、オペアンプ等の増幅素子を備えたアクティブフィルタであり、図4に示すように、通過域の中心周波数が約500KHzに設定されている。そして、この中心周波数foのゲインに対して−45dBの抑圧比を持たせて阻止域が設定されている。すなわち、中心周波数foのゲインは約60dBに設定されてので、ゲインの大きさがそれより45dB下がった15dB以下の範囲(100KHZ以下の範囲と、3MHz以上の範囲)が阻止域とされる。
出力(整流信号)=差動信号×基準クロック信号・・・・(1)式
(1)式における差動信号とは、極性を含めた差動信号Sbの信号レベルであり、例えば、図5におけるt1時であれば「+C1」であり、t2時であれば「−C2」である。
(1)式における基準クロック信号とは、基準クロック信号CKの信号レベルであり、基準クロック信号CKのレベルがHレベルとなっている期間(例えば、図5中のA1期間、A2期間)は、基準クロック信号CKの信号レベルを「+1」とし、これとは反対に、信号のレベルがLレベルとなっている期間(例えば、図5中のB1期間、B2期間)は、基準クロック信号CKの信号レベルを「−1」として扱う。
尚、基準クロック信号CKのレベルがHレベルとなっている期間が、本発明の「前記投光信号のパルスON期間」に対応する期間であり、基準クロック信号CKのレベルがLレベルとなっている期間が、本発明の「前記投光信号のパルスOFF期間」に対応する期間である。
また、本発明における「前記投光信号のパルスON期間と対応する部分の極性(差動信号の極性)」とは、図5の例であれば、A1、A2期間における差動信号Sbの極性、すなわち正極性(図5の(b))のことであり、「差動信号を、前記投光信号のパルスON期間と対応する部分の極性と同極性の信号のみの信号として出力する」とは、同じく図5の例であれば、同図の(c)に示すように差動信号Sbを正極性のみの信号として出力することである。
一方、整流回路43から出力された整流信号Seには、先のバンドパスフィルタ回路41で通過域とされた帯域の高周波ノイズ成分(主として電源、或いは回路の自己ノイズ)が今だ、乗った状態(含まれた状態)にあるが、これらのノイズ成分はローパスフィルタ回路45の阻止域に含まれる。
次に、本発明の実施形態2を図7、図8によって説明する。
実施形態2のものは、実施形態1の構成に対して整流回路の構成のみ異なる。
そして、バンドパスフィルタ回路41から差動信号Sbが入力されると、整流回路70は図8の(c)に示すように、基準クロック信号CKがHレベルである期間は、入力された信号の極性を反転させることなく、そのまま出力させ、基準クロック信号CKがLレベルである期間については、信号の出力を停止させる。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
そして、この場合に、受光部20の調整量並びに調整方向を、先の整流信号に基づいて決定するのである。
13…投光素子(投光手段)
15…投光駆動回路
20…受光部(一次元位置検出素子)
30…差動増幅回路(差動回路)
40…信号処理部(アナログ信号処理回路)
41…バンドパスフィルタ回路(第一のフィルタ回路)
43…整流回路(分別回路)
45…ローパスフィルタ回路(第二のフィルタ回路)
Claims (3)
- 投光手段と、
投光信号を生成して前記投光手段を点灯制御する投光駆動回路と、
前記投光手段から投光され被検出物で反射された光を受光し、その受光位置に応じたレベルの第一受光信号、第二受光信号をそれぞれ出力する一次元位置検出素子と、
前記第一、第二受光信号がそれぞれ入力されて、両信号のレベル差に応じた差動信号を出力する差動回路と、
前記差動回路から出力される交流波形の差動信号のノイズ成分を除去するべく信号処理するアナログ信号処理回路とを備え、前記アナログ信号処理回路から出力される出力信号に基づいて、前記被検出体物まで距離を検出する光電センサであって、
前記投光駆動回路は、複数のパルスからなるパルス群が間欠的に連続する信号により投光信号を生成し、
前記アナログ信号処理回路は第一のフィルタ回路と、分別回路と、第二のフィルタ回路から構成され、
前記第一のフィルタ回路は、前記差動回路の出力から、前記パルスの周波数帯域より低い周波数帯域のノイズ成分を少なくとも除去する回路あり、
前記分別回路は、前記投光信号を構成するパルスと同じ周期のクロック信号が入力される信号入力部を有し、前記第一のフィルタ回路から出力される交流波形の差動信号を前記クロック信号に基づいて信号処理して、前記投光信号のパルスON期間と対応する部分の極性と同極性の信号のみの信号として出力する回路であり、
前記第二のフィルタ回路は、前記分別回路の出力から前記パルスの周波数帯域を含む高周波帯域のノイズ成分を除去する回路であることを特徴とする光電センサ。 - 前記分別回路は、前記差動信号のうちの、前記投光信号のパルスOFF期間と対応する部分については、信号の極性を正負反転させて出力させる回路であることを特徴とする請求項1に記載の光電センサ。
- 前記分別回路は、前記第一のフィルタ回路から出力される交流信号と前記クロック信号とを極性も含めて掛け算処理するアナログ掛け算回路であることを特徴とする請求項2に記載の光電センサ。
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