JP2008010677A - 検出センサ用ｉｃ及び検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】検出信号に混入するノイズを低減できる検出センサ用ＩＣ及び検出センサを提供すること。
【解決手段】光検出用ＩＣ２０は、受光信号を伝達する回路内のプリアンプ２２とメインアンプ２３の間に第１スイッチＳＷ１を有し、受光感度調整用可変抵抗１４等を接続するための外部端子Ｐ１，Ｐ２が第１スイッチＳＷ１と接続される。更に、第１スイッチＳＷ１と外部端子Ｐ１，Ｐ２の間に第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３を有する。そして、第１スイッチＳＷ１と第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３は相補的にオンオフする。
【選択図】図３

Description

本発明は、検出センサ用ＩＣ及び検出センサに関し、詳しくは検出センサ用ＩＣ及び検出センサに混入する雑音の制御手段に関するものである。

光電センサ等の検出センサは、被検出物（ワーク）の有無による受光信号の変化に対して、設定された検出用しきい値レベルに基づき該ワークの検出を行なっている。光電センサには、装置の小型化等のため、受光素子と処理回路が搭載されたＩＣ（以下、光検出用ＩＣ）を使用するものがある。光電センサの使用目的や用途によっては、作業者（ユーザ）が光電センサの受光感度を調整する必要があるものと必要がないものとがあるが、量産効率を向上させるため、単一種類の光検出用ＩＣで光電センサを製作したいという要求があった。

そこで、図４に示すように、光検出用ＩＣ５０内のプリアンプ５１とメインアンプ５２との間に受光感度調整用可変抵抗１４を外付けすることにより受光感度の調整を行う光電センサが知られている（例えば特許文献１参照）。なお、受光感度の調整を行う必要がない製品を作成する場合には、外付けの受光感度調整用可変抵抗１４を接続する外部端子Ｐ１，Ｐ２間を配線５３（図４の一転鎖線）にて短絡する。
特許第３７８３６１８号公報

ところが上記特許文献１では、受光感度の調整を行う必要がない光電センサにおいては外付けの受光感度調整用可変抵抗１４を接続せず、外部端子Ｐ１，Ｐ２間を短絡するため、プリアンプ５１からメインアンプ５２までの配線長が長くなり、また配線がＩＣの外部を介して配設されるため、受光信号にノイズが混入しやすくなるという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、検出信号に混入するノイズを低減することが可能な検出センサ用ＩＣ及び検出センサを提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、被検出物を検出するための物理量に応じたレベルの検出信号を出力する物理量検出手段と、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号に基づいて前記被検出物の判別を行う判別手段と、を備える検出センサに設けられ、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号を増幅する増幅回路を備える検出センサ用ＩＣであって、前記物理量検出手段から前記増幅回路を介して判別手段までの経路の一部を短絡又は開放する第１スイッチ手段と、前記第１スイッチ手段によって短絡又は開放される第１スイッチ部分と電気的に接続される一対の外部端子と、を備え、前記第１スイッチ手段は外部からの制御によって短絡又は開放が切り換えられる。

上記構成によれば、第１スイッチ手段によって第１スイッチ部分を短絡すると、検出信号はＩＣの内部を伝達し、検出センサ用ＩＣの外部端子を介さずに済むため、受光信号の経路が短くなり、検出信号に混入するノイズを低減することができる。また、第１スイッチ手段によって第１スイッチ部分を開放すると、同種の検出センサ用ＩＣで外部端子に接続した部品を利用することが可能となる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の検出センサ用ＩＣにおいて、前記増幅回路は前置増幅器と主増幅器を備えて構成され、前記第１スイッチ部分は、前記前置増幅器と前記主増幅器の間とした。

上記構成によれば、第１スイッチ部分が前置増幅器と主増幅器の間であるため、検出信号が検出センサ用ＩＣの外部へ伝達される前に前置増幅器で検出信号レベルを増幅することができ、ノイズによる影響を低減できる。また、主増幅器に入力される前に検出信号レベルの調整が可能であるため、調整できる幅を広くすることができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の検出センサ用ＩＣにおいて、前記第１スイッチ手段と相補的な動作によって、前記第１スイッチ部分と前記一対の外部端子との間を短絡又は開放する一対の第２スイッチ手段を備えるものである。

上記構成によれば、第１スイッチ手段が短絡するとき、第２スイッチ手段が開放するため、外部端子と増幅回路が切り離される。そのため、外部端子から検出信号にノイズが混入するのを防止できる。また、第１スイッチ手段が開放するとき、第２スイッチ手段が短絡されるため、同種の検出センサ用ＩＣで外部端子に接続した部品を利用することが可能となる。

請求項４に記載の発明は、被検出物を検出するための物理量に応じたレベルの検出信号を出力する物理量検出手段と、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号に基づいて前記被検出物の判別を行う判別手段とを備える検出センサであって、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号を増幅する増幅回路と、前記物理量検出手段から前記増幅回路を介して判別手段までの経路の一部を短絡又は開放する第１スイッチ手段と、前記第１スイッチ手段によって短絡又は開放される第１スイッチ部分と電気的に接続される一対の外部端子と、を備える検出センサ用ＩＣと、前記第１スイッチ手段の短絡、開放を切り替える切り替え手段とを備えるものである。

上記構成によれば、第１スイッチ手段によって第１スイッチ部分を短絡すると、検出信号はＩＣの内部を伝達するため、検出信号に混入するノイズを低減することができる。また、第１スイッチ手段によって第１スイッチ部分を開放すると、同種の検出センサ用ＩＣで外部端子に接続した部品を利用することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の検出センサにおいて、前記第１スイッチ手段によって、前記第１スイッチ部分が開放され、前記一対の外部端子には検出信号レベルの調整手段が接続されるものである。

上記構成によれば、検出信号レベルの調整が可能な検出センサを提供することができる。
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の検出センサにおいて、前記第１スイッチ手段によって、前記第１スイッチ部分が短絡され、前記一対の外部端子は開放されているものである。

上記構成によれば、検出信号に混入するノイズが小さい検出センサを提供できる。
請求項７に記載の発明は、請求項４〜６のいずれか一項に記載の検出センサにおいて、前記第１スイッチ部分と前記一対の外部端子との間に設けられ、前記切り替え手段によって前記第１スイッチ手段と相補的に短絡又は開放される一対の第２スイッチ手段を備えるものである。

上記構成によれば、第１スイッチ手段が短絡するとき、第２スイッチ手段が開放するため、外部端子と検出用ＩＣ内の回路とが切り離され、外部端子から検出信号にノイズが混入するのを防止することが可能となる。また、第１スイッチ手段が開放するとき、第２スイッチ手段が短絡されるため、同種の検出センサ用ＩＣで外部端子に接続した部品を利用することが可能となる。

本発明によれば、検出信号に混入するノイズを低減することが可能な検出センサ用ＩＣ及び検出センサを提供することができる。

以下、本発明を検出装置としてのビームセンサに具体化した一実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
図１（ａ）は本実施形態のビームセンサ１０の斜視図である。ビームセンサ１０の本体１１は略直方体に形成され図示しない外部機器と繋がるケーブル１２が接続されている。また本体１１の側面１３には、受光感度調整手段としての受光感度調整用可変抵抗１４が露出するように設置されている。図１（ｂ）に示すように、ビームセンサ１０内には、ＬＥＤ（発光ダイオード）からなる投光素子１５が設置されるとともにプリント基板１６が配設され、該プリント基板１６には入射光を受光する光検出用ＩＣ２０が実装されている。また本体１１の底面には、投光素子１５及び光検出用ＩＣ２０に対向するようにレンズ１７が設置されている。

図２に示すように、光検出用ＩＣ２０の上面には該光検出用ＩＣ２０内部へ光を入射するための窓２０ａが形成され、その窓２０ａに対応して光検出用ＩＣ２０内には、図３に示す物理量検出手段としてのフォトダイオードＰＤが配設されている。フォトダイオードＰＤのアノードはグランドＧＮＤに接続され、カソードは抵抗Ｒ１を介して電源Ｖｃｃに接続されるとともにＩ／Ｖ変換器２１に接続されている。Ｉ／Ｖ変換器２１の出力端子はプリアンプ２２に接続されており、Ｉ／Ｖ変換器２１は、フォトダイオードＰＤから入力される入射光量に応じた光電流を電圧に変換してプリアンプ２２に出力する。

プリアンプ２２は、入力電圧を増幅して出力する。このプリアンプ２２の出力端子は第１スイッチＳＷ１及び第２スイッチＳＷ２の一端に接続され、第１スイッチＳＷ１の他端はカップリングコンデンサＣ１を介してメインアンプ２３に接続され、第２スイッチＳＷ２の他端は外部端子Ｐ１に接続されている。また、第１スイッチＳＷ１の他端は第３スイッチＳＷ３の一端に接続され、第３スイッチＳＷ３の他端は外部端子Ｐ２に接続されている。両外部端子Ｐ１，Ｐ２はプリント基板の接続端子Ｐ１１，Ｐ１２と接続され、その接続端子Ｐ１１，Ｐ１２の間に受光感度調整用可変抵抗１４が接続されている。尚、第１スイッチＳＷ１は第１スイッチ手段を構成し、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３は一対の第２スイッチ手段を構成する。

メインアンプ２３の出力端子は判別手段としてのコンパレータ２４に接続されており、メインアンプ２３はカップリングコンデンサＣ１を介して入力される信号を増幅してコンパレータ２４に出力する。コンパレータ２４は出力回路２５に接続され、コンパレータ２４は、入力される信号（電圧）と基準電圧とを比較し、該比較結果に応じた２値の信号を出力回路２５に出力する。出力回路２５は外部と接続され、入力される信号を外部に出力する。

受光感度調整用可変抵抗１４は、２つの固定端子と１つの可動端子とを有し、第１の固定端子が接続端子Ｐ１１に接続され、第２の固定端子がグランドＧＮＤに接続され、可動端子が接続端子Ｐ１２に接続されている。従って、受光感度調整用可変抵抗１４は、可動端子の調整位置に応じて、第１の固定端子と可動端子との間の抵抗値と、可動端子と第２の固定端子との間の抵抗値とが変更され、両抵抗値によりプリアンプ２２の出力電圧を分圧する。これにより、メインアンプ２３に入力される電圧が受光感度調整用可変抵抗１４により変更され、メインアンプ２３の出力する電圧が調整される。尚、プリアンプ２２及びメインアンプ２３は、プリアンプ２２を前置増幅器、メインアンプ２３を主増幅器として増幅回路を構成する。

第１スイッチＳＷ１と第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、異なる導電型のＭＯＳ型トランジスタによって構成され、プリント基板１６に実装された第４スイッチＳＷ４に接続されている。第４スイッチＳＷ４は、例えばプリント基板１６に実装された３つのピンと、そのうちの２つのピンを短絡するショートバーとからなり、第１スイッチＳＷ１と第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３のオンオフを切り替える切り替え手段を構成する。第１のピンは電源Ｖｃｃに接続され、第２のピンは第１〜第３スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に接続され、第３のピンはグランドＧＮＤに接続されている。ショートバーは、第１のピンと第２のピン、又は第２のピンと第３のピンとの間を短絡する。この構成により、電源Ｖｃｃレベル（Ｈレベル）又はグランドＧＮＤレベル（Ｌレベル）の制御信号Ｓ１が第１〜第３スイッチＳＷ１〜ＳＷ３に供給され、受光感度の調整があるビームセンサとないビームセンサを単一種類の光検出用ＩＣで作成することができる。

第１スイッチＳＷ１と第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３は、制御信号Ｓ１に応答して相補的にオンオフする。詳しくは、制御信号Ｓ１がＨレベルの場合（受光感度の調整がないビームセンサ）は、第１スイッチＳＷ１はオンし、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオフする。逆に制御信号Ｓ１がＬレベルの場合（受光感度の調整があるビームセンサ）は、第１スイッチＳＷ１はオフし、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３はオンする。

上記のように構成されたビームセンサ１０の動作を説明する。
このビームセンサ１０の製造工程において、第４スイッチＳＷ４はショートバーによって第２のピンと第３のピンとが短絡されるため、動作時にＬレベルの制御信号Ｓ１が光検出用ＩＣ２０に供給され、該制御信号Ｓ１により、第１スイッチＳＷ１がオフし、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオンする。従って、プリアンプ２２から出力された信号は第２スイッチＳＷ２、外部端子Ｐ１及び接続端子Ｐ１１を介して受光感度調整用可変抵抗１４に入力される。受光感度調整用可変抵抗１４で所望の値に分圧された電圧信号は、接続端子Ｐ１２、外部端子Ｐ２、第３スイッチＳＷ３及びカップリングコンデンサＣ１を介してメインアンプ２３に入力される。そのため、受光感度調整用可変抵抗１４の抵抗値を調整することで、受光感度の調整を行うことができる。

次に、感度調整がないビームセンサを構成した場合について説明する。
このビームセンサは、製造工程において第４スイッチＳＷ４はショートバーによって第１のピンと第２のピンとが短絡され、受光感度調整用可変抵抗１４は接続端子Ｐ１１，Ｐ１２に接続されず、接続端子Ｐ１１，Ｐ１２及び外部端子Ｐ１，Ｐ２は開放状態にある。

動作時に第４スイッチＳＷ４の接続状態に応じてＨレベルの制御信号Ｓ１が光検出用ＩＣ２０に供給され、第１スイッチＳＷ１がオンし、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３オフする。従って、外部端子Ｐ１，Ｐ２の間を短絡することなく、プリアンプ２２から出力された電圧信号は第１スイッチＳＷ１及びカップリングコンデンサＣ１を介してメインアンプ２３に入力される。そのため、外部端子Ｐ１，Ｐ２が短絡されている場合に比べ配線長が短いので、プリアンプ２２からメインアンプ２３に伝達する電圧信号にノイズが混入するのを低減できる。また、外部端子Ｐ１，Ｐ２は第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３によって切断されているので、外部からのノイズも混入するのを低減できる。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）第１スイッチ部分であるプリアンプ２２とメインアンプ２３との間に第１スイッチＳＷ１を接続し、製品によって該第１スイッチＳＷ１を短絡又は開放するようにした。光検出用ＩＣ２０の外部端子Ｐ１，Ｐ２に可変抵抗が取り付け可能であるため、受光感度の調整があるビームセンサとないビームセンサの双方に用いることができる。また、受光感度の調整がない製品では第１スイッチＳＷ１がオンしているので、受光信号はプリアンプ２２から出力された後、第１スイッチＳＷ１及びカップリングコンデンサＣ１を介してメインアンプ２３に入力される。そのため光検出用ＩＣ２０の外部端子Ｐ１，Ｐ２を介さずに済むので、受光信号の経路が短くなり、かつ、光検出用ＩＣ２０内のみで受光信号の伝達ができるので、受光信号にノイズが混入するのを低減することができる。

（２）受光感度の調整がないビームセンサでは、第２及び第３スイッチＳＷ２，ＳＷ３がオフしているので、光検出用ＩＣ２０の外部端子Ｐ１，Ｐ２から受光信号にノイズが混入するのを防ぐことができる。

（３）受光感度の調整がないビームセンサでは、光検出用ＩＣ２０の外部端子Ｐ１，Ｐ２を短絡する部品が必要なくなるので、部品の削減が可能となる。
（４）第１スイッチ部分がプリアンプ２２とメインアンプ２３の間であるため、受光信号が光検出用ＩＣ２０の外部へ伝達される前にプリアンプ２２で受光信号レベルを増幅することができ、ノイズによる影響を低減できる。また、メインアンプ２３に入力される前に受光信号レベルが調整できるため、調整できる幅を広くすることができる。

尚、上記各実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態において、第２スイッチＳＷ２及び第３スイッチＳＷ３を省略しても良い。

・上記実施形態において、ビームセンサは反射光を受光するタイプに限らず、透過光を受光するタイプであっても良い。
・上記実施形態は、投光素子１５とフォトダイオードＰＤ（受光素子）とを備えたビームセンサに具体化したが、投光素子を備えた投光部と受光素子を備えた受光部とが別体のセンサシステムに応用しても良い。

・上記実施形態において、第１〜第３スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する制御信号Ｓ１は、同一ではなく、別々のものであっても良い。
・上記実施形態において、第１〜第３スイッチＳＷ１〜ＳＷ３を制御する制御信号Ｓ１は、プリント基板上からでなく、外部から入力しても良い。

・上記実施形態では、プリアンプ２２とメインアンプ２３との間に第１スイッチＳＷ１を接続したが、フォトダイオードＰＤからコンパレータ２４までの経路中の任意の部分にスイッチを設けてもよい。例えば、メインアンプ２３とコンパレータ２４との間にスイッチを設け、外部端子にはアンプやフィルタ等を接続するようにしてもよい。

（ａ）一実施形態の検出センサを示す斜視図、（ｂ）一実施形態の検出センサの構成図。 一実施形態の検出センサ用ＩＣの斜視図。 一実施形態の検出センサ用ＩＣのブロック図。 従来の検出センサ用ＩＣのブロック図。

符号の説明

１０…ビームセンサ、１４…受光感度調整用可変抵抗、２０…光検出用ＩＣ、２２…プリアンプ、２３…メインアンプ、２４…コンパレータ、Ｐ１，Ｐ２…外部端子、ＰＤ…フォトダイオード、ＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４…スイッチ。

Claims (7)

1. 被検出物を検出するための物理量に応じたレベルの検出信号を出力する物理量検出手段と、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号に基づいて前記被検出物の判別を行う判別手段と、を備える検出センサに設けられ、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号を増幅する増幅回路を備える検出センサ用ＩＣであって、
   前記物理量検出手段から前記増幅回路を介して判別手段までの経路の一部を短絡又は開放する第１スイッチ手段と、
   前記第１スイッチ手段によって短絡又は開放される第１スイッチ部分と電気的に接続される一対の外部端子と、を備え、
   前記第１スイッチ手段は外部からの制御によって短絡又は開放が切り換えられることを特徴とする検出センサ用ＩＣ。
2. 前記増幅回路は前置増幅器と主増幅器を備えて構成され、
   前記第１スイッチ部分は、前記前置増幅器と前記主増幅器の間であることを特徴とする請求項１に記載の検出センサ用ＩＣ。
3. 前記第１スイッチ手段と相補的な動作によって、前記第１スイッチ部分と前記一対の外部端子との間を短絡又は開放する一対の第２スイッチ手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の検出センサ用ＩＣ。
4. 被検出物を検出するための物理量に応じたレベルの検出信号を出力する物理量検出手段と、前記物理量検出手段から出力される前記検出信号に基づいて前記被検出物の判別を行う判別手段とを備える検出センサであって、
   前記物理量検出手段から出力される前記検出信号を増幅する増幅回路と、前記物理量検出手段から前記増幅回路を介して判別手段までの経路の一部を短絡又は開放する第１スイッチ手段と、前記第１スイッチ手段によって短絡又は開放される第１スイッチ部分と電気的に接続される一対の外部端子と、を備える検出センサ用ＩＣと、
   前記第１スイッチ手段の短絡、開放を切り替える切り替え手段と、
   を備えることを特徴とする検出センサ。
5. 前記第１スイッチ手段によって、前記第１スイッチ部分が開放され、前記一対の外部端子には検出信号レベルの調整手段が接続されることを特徴とする請求項４に記載の検出センサ。
6. 前記第１スイッチ手段によって、前記第１スイッチ部分が短絡され、前記一対の外部端子は開放されていることを特徴とする請求項４に記載の検出センサ。
7. 前記第１スイッチ部分と前記一対の外部端子との間に設けられ、前記切り替え手段によって前記第１スイッチ手段と相補的に短絡又は開放される一対の第２スイッチ手段を備えることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の検出センサ。

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