JP2009058305A - パルス変調型光検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】出力端子及び出力回路を省き縮小された回路により物体の有無を検出することができるパルス変調型光検出装置を提供する。
【解決手段】パルス変調型光検出装置１は、負荷及び電源が直列に接続される電源端子３及びＧＮＤ端子４と、パルス信号に同期したパルス光を投光する発光素子８と、上記パルス光に基づく検出すべき物体による反射光、または透過光を受光する受光素子９と、受光素子９からの受光信号を入力されて信号を出力する信号処理回路１１とを備える。パルス変調型光検出装置１は、信号処理回路１１から出力された信号に基づいて物体の有無を検出し、物体が有る時に、電源端子３及びＧＮＤ端子４から出力される信号のパルス周期またはパルス幅が変化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発光素子からパルス変調された光を投光し物体の有無を検出するパルス変調型光検出装置に関するものである。

複写機及びプリンタ等のＦＡ及びＯＡ機器、並びに、ゲーム機といったアミューズメント機器等の電子機器では、所定通路において記録紙、コイン及び玉等の物体の有無を検出することが必要となる場合がある。このような検出には、光を用いて物体の有無を検出する光検出装置が、物体に対して非接触型であるので好適に使用される。

図７に従来のパルス変調型光検出装置１００のブロック図を示す。パルス変調型光検出装置１００は、定電圧回路１０１、電源端子１０２、ＧＮＤ端子１０３、発振回路１０４、同期タイミング回路１０５、発光素子駆動回路１０６、発光素子１０７、受光素子１０８、アンプ１０９、信号処理回路１１０、出力回路１１１、出力端子１１２、負荷１１３、及び電源１１４から構成される。パルス変調型光検出装置１００の動作について、以下に説明する。

定電圧回路１０１は、電源端子１０２とＧＮＤ端子１０３との間に接続された電源１１４により、各回路及びアンプに定電圧を供給する。

パルス変調型光検出装置１００では、発振回路１０４で作成された基本クロック（ＣＬＫ）信号Ｓ１０１が、同期タイミング回路１０５にて同期タイミングパルス信号Ｓ１０２に変調される。発光素子駆動回路１０６は、同期タイミング回路１０５から伝送される同期タイミングパルス信号Ｓ１０２がＨｉである時に、パルス変調されたパルス光Ｌ１或いはパルス光Ｌ２を発光素子１０７から投射させる。但し、パルス光Ｌ１及びＬ２は、投射される方向のみが異なり、その他の性質は同一でもよい。

パルス変調型光検出装置１００が、発光素子１０７及び受光素子１０８の間を＋Ｘ方向に通過する物体Ａの有無を検出する場合、パルス光Ｌ１は、発光素子１０７から＋Ｙ方向に投射され、受光素子１０８に入射している。物体Ａが通過してパルス光Ｌ１を横切る時、パルス光Ｌ１は、物体Ａにより遮断され、受光素子１０８には入射しない。この場合、パルス変調型光検出装置１００は、透過型パルス変調型光検出装置と称される。

パルス変調型光検出装置１００が、発光素子１０７及び受光素子１０８から＋Ｘ方向に距離ａ離れた点を＋Ｙ方向に通過する物体Ｂの有無を検出する場合、パルス光Ｌ２は、発光素子１０７から物体Ｂの通過位置Ｐに投射されるが、受光素子１０８には入射していない。物体Ｂが通過してパルス光Ｌ２を横切る時、パルス光Ｌ２は、物体Ｂにより反射され、反射されたパルス光Ｌ３は、受光素子１０８に入射する。この場合、パルス変調型光検出装置１００は、反射型パルス変調型光検出装置と称される。

従って、周囲に外乱光等がなければ、受光素子１０８に入射するパルス光は、該パルス光を横切る物体Ａ或いは物体Ｂの有無により、その有無が切り替わることになる。そしてこのように受光素子１０８へ入射されたパルス光を受光素子１０８により光電変換して受光パルス信号Ｓ１０３を得る。

受光パルス信号Ｓ１０３は、アンプ１０９で増幅、波形整形されアンプ出力パルス信号Ｓ１０４として出力される。アンプ出力パルス信号Ｓ１０４は、信号処理回路１１０で同期タイミングパルス信号Ｓ１０２と比較され、信号処理されて信号処理回路出力信号Ｓ１０５として出力される。

ここで、図８に従来のパルス変調型光検出装置の信号処理回路のブロック図を、図９に従来のパルス変調型光検出装置１００の動作タイミングチャートを示す。

パルス変調型光検出装置１００においては、アンプ出力パルス信号Ｓ１０４と同期タイミングパルス信号Ｓ１０２と一致し、比較結果信号Ｓ１０７をシフトレジスタ１１５へ入力する。シフトレジスタ１１５で例えば３周期連続同期した場合に物体が有ると判定して、出力回路１１１へＨｉまたはＬｏの信号である信号処理回路出力信号Ｓ１０５を出力する。

出力回路１１１は、出力トランジスタのドライブ能力、即ち出力トランジスタから出力される電流の最大値を調整し、信号処理回路出力信号Ｓ１０５を外部に出力するのに好適なように調整する。出力回路１１１には、例えば内部に図示しない出力トランジスタを有しており、出力トランジスタのコレクタから検出信号Ｓ１０６を出力するオープンコレクタ出力方式を採用する。

信号処理回路出力信号Ｓ１０５の調整により得られたＨｉ或いはＬｏの信号は、物体Ａ或いは物体Ｂの有無を示す検出信号Ｓ１０６として出力される。しかし、パルス変調型光検出装置１００が、透過型であるか反射型であるかにより、検出信号Ｓ１０６のＨｉの信号が物体の有ることを示すのか、あるいは物体の無いことを示すのかが異なってくる。検出信号Ｓ１０６のＬｏの信号についても同様である。出力回路１１１は、パルス変調型光検出装置１００が、透過型であるか反射型であるかに応じて、検出信号Ｓ１０６のＨｉ及びＬｏの信号が物体の有ることを示すのか、あるいは物体の無いことを示すのかを決定する。

上述したように、出力回路１１１にオープンコレクタ出力方式を採用している場合、出力トランジスタのコレクタに何も接続しないと、出力トランジスタがオフの場合に何も接続されていない状態になり、信号を出力できなくなる。また、出力トランジスタがオンする場合は、出力トランジスタのコレクタは、エミッタに接続されているＧＮＤと接続されるが、コレクタには何も接続されていないので、出力トランジスタが動作出来なくなる。

従って、電源端子１０２と出力端子１１２の間にＲＬの抵抗値を有する負荷１１３を接続し、出力回路１１１の出力トランジスタをプルアップする。なお、パルス変調型光検出装置１００にプルアップ抵抗が内蔵されている場合は、負荷１１３は接続しない。これにより、出力トランジスタがオフの場合は、電源１１４の電圧Ｖｃｃを、検出信号Ｓ１０６のＨｉの信号として出力する。出力トランジスタがオンの場合は、電源１１４の電圧Ｖｃｃが負荷１１３の電圧降下分低下して得られる検出信号Ｓ１０６のＬｏの信号を出力する。

上記ではパルス変調型光検出装置１００において通過する物体の有無を検出する場合について述べたが、例えばパルス変調型光検出装置１００が複写機等で紙センサとして使用され、紙詰まりが発生した場合は、紙が無いはずのときに検出され続けるジャム検知を行う。

上記従来の従来のパルス変調型光検出装置１００と同様に物体の有無を検出するものとして、例えば、特許文献１に記載された２線式光電スイッチでは、オフ状態における消費電流を小さくした状態でスイッチの安定性を向上している。また、特許文献２に記載された光電スイッチでは、投光パルスの周期が短く検知距離が短い状態と、検知距離が長く応答速度が遅い状態とを切換えることが可能である。また、特許文献３には、フォトインタラプタ等の出力のバラツキ、温度、経時による変動等があっても、かつ検知物有無時の受光量の差が少なくても使用可能な光結合装置及びその制御方法が開示されている。
特開平６−１２０７９７号公報（平成６年４月２８日公開） 特開平５−３０４４５６号公報（平成５年１１月１６日公開） 特開平５−２２３９４９号公報（平成５年９月３日公開）

上記従来のパルス変調型光検出装置は、通常、電源、ＧＮＤ、及び出力の各端子を有するが、１つの機器に多数個使用される場合に省線化の要望が強い。電源とＧＮＤに関しては省略できないので、出力端子を省くしかないが、どのようにして外部へ物体が有る時／物体が無い時を判定する信号を出力するのかという問題がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、出力端子及び出力回路を省き縮小された回路により物体の有無を検出することができるパルス変調型光検出装置を提供することにある。

本発明のパルス変調型光検出装置は、上記課題を解決するために、基本クロック信号を生成して出力する発振回路と、上記基本クロック信号に基づいて同期タイミングパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、上記同期タイミングパルス信号に同期したパルス光を投光する発光素子と、検出すべき物体による上記パルス光の反射光、または物体によって遮断されなかった上記パルス光を受光する受光素子とを備え、上記受光素子からの受光信号に基づいて物体の有無を検出するパルス変調型光検出装置において、負荷及び上記発光素子に電流を供給する電源が直列に接続される一対の端子と、上記受光信号に基づいて上記物体の有無を検出する検出手段と、物体が有る時に、上記基本クロック信号の周波数を変更する発振周波数制御手段とを備えることを特徴とする。

上記発明によれば、上記基本クロック信号に基づいて生成された上記同期タイミングパルス信号がＨｉである時に、上記一対の端子に接続された上記電源から上記負荷を介して上記発光素子に電流が流れる。この場合、上記一対の端子に発生する電圧は、上記電源の電圧から上記負荷の電圧降下分低下してＬｏの電圧となる。従って、上記一対の端子から出力される信号は、上記同期タイミングパルス信号と同期し、上記発光素子に電流が流れる時にＬｏ、上記発光素子に電流が流れない時にＨｉとなる。

これにより、物体が有る時に、上記発振周波数制御手段により上記発振回路の発振周波数が変更されると、同期タイミングパルス信号の周波数が変更されるので、上記一対の端子から出力されるパルス信号のパルス周期またはパルス幅も変更される。

従って、負荷及び電源が直列に接続される一対の端子から出力される信号のパルス周期またはパルス幅の変化により物体の有無を検出できるので、出力端子及び出力回路を別途設ける必要が無く、装置を縮小出来る。

さらに、上記一対の端子から信号が出力されなくなった場合、断線または短絡等、異常状態であるということが確認できるので、物体の有無を検出すると共に、上記パルス変調型光検出装置に発生した異常状態を確認することが出来る。

上記パルス変調型光検出装置では、上記発振周波数制御手段は、物体が無い時に、上記基本クロック信号の周波数を、物体が有る時に変更する値と異なる値に変更してもよい。

これにより、受光素子に外乱光が入射された時に、上記一対の端子から出力される信号のパルス周期またはパルス幅が、物体が有る時のパルス周期またはパルス幅と同じとなり、物体が無いにもかかわらず物体が有ると誤って判定することを防ぐことが出来る。

上記パルス変調型光検出装置では、検出手段は、上記受光信号のパルスが所定数入力されると最終段の出力を反転させて上記物体の有無を検出するシフトレジスタを有し、
上記発振周波数制御手段は、物体が無い時に、上記検出手段を構成するシフトレジスタの最終段の出力と上記シフトレジスタの途中段の出力からの信号で上記基本クロック信号の周波数を制御してもよい。

これにより、上記シフトレジスタの最終段の出力から出力される信号で物体の有無を検出し、上記シフトレジスタの最終段の出力と上記シフトレジスタの途中段の出力との両方から出力される信号の組合せにより、上記基本クロック信号の周波数を変更できる。

本発明の電子機器は、上記いずれかのパルス変調型光検出装置を備えているので、小型化を図ることができる。

本発明のパルス変調型光検出装置は、以上のように、負荷及び電源が直列に接続される一対の端子と、上記受光信号に基づいて上記物体を検出する検出手段と、物体を検出された時に、上記基本クロック信号の周波数を変更する発振周波数制御手段とを備えるものである。

それゆえ、出力端子及び出力回路を省き縮小された回路により物体を検出することができるパルス変調型光検出装置を提供するという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明に係るパルス変調型光検出装置の実施の一形態について図１ないし図４に基づき説明する。

図１に本実施の形態のパルス変調型光検出装置１のブロック図を示す。パルス変調型光検出装置１は、定電圧回路２、電源端子３、ＧＮＤ端子４、発振回路５、同期タイミング回路６、発光素子駆動回路７、発光素子８、受光素子９、アンプ１０、信号処理回路１１、負荷１２、及び電源１８から構成される。

パルス変調型光検出装置１では、定電圧回路２が、電源端子３とＧＮＤ端子４との間に直列に接続された電源１８及びＲＬの抵抗値を有する負荷１２により、各回路及びアンプに定電圧を供給する。

パルス変調型光検出装置１は、所定波長であり、基本クロック（以下、ＣＬＫと略記する）信号Ｓ１を生成して出力する発振回路５と、基本ＣＬＫ信号Ｓ１をパルス変調して同期タイミングパルス信号Ｓ２を生成する同期タイミング回路（パルス生成回路）６とが設けられている。同期タイミングパルス信号Ｓ２は、発光素子駆動回路７に入力される。

また、発光素子８は、発光素子駆動回路７により、同期タイミングパルス信号Ｓ２により同期タイミングパルス信号Ｓ２に同期した光を所定方向、即ち有無を検出すべき物体Ａ或いは物体Ｂの通過位置に対し投光する。パルス変調型光検出装置１は、複写機及びプリンタ等のＦＡ機器及びＯＡ機器、あるいはアミューズメント機器におけるコイン及び玉等の有無を検出する機器等の電子機器に搭載される。

さらに、受光素子９は、有無を検出すべき物体Ａの透過光、或いは物体Ｂによる反射光を受光して、対応する検出電気信号である受光パルス信号Ｓ３に変換して出力する。

物体Ａ或いは物体Ｂの有無を検出時に受光素子９へ光がどのように入射されるかについて、以下に例を示す。

上述したように、発振回路５で基本ＣＬＫ信号Ｓ１が作られ、同期タイミング回路６において基本ＣＬＫ信号Ｓ１が、同期タイミングを有する同期タイミングパルス信号Ｓ２に変調される。発光素子８は、発光素子駆動回路７により、パルス変調されたパルス光Ｌ１或いはパルス光Ｌ２を物体Ａ或いは物体Ｂの通過位置に向かって投射（投光）する。パルス光Ｌ１及びＬ２は、投射される方向のみが異なり、その他の性質は同一でもよい。

パルス変調型光検出装置１が、発光素子８及び受光素子９の間を＋Ｘ方向に通過する物体Ａの有無を検出する場合、パルス光Ｌ１は、発光素子８から＋Ｙ方向に投射され、受光素子９に入射している。物体Ａが通過してパルス光Ｌ１を横切る時、パルス光Ｌ１は、物体Ａを透過し、受光素子９に入射する。

パルス変調型光検出装置１が、発光素子８及び受光素子９から＋Ｘ方向に距離ａ離れた点を＋Ｙ方向に通過する物体Ｂの有無を検出する場合、パルス光Ｌ２は、発光素子８から物体Ｂの通過位置Ｐに投射されるが、受光素子９には入射していない。物体Ｂが通過してパルス光Ｌ２を横切る時、パルス光Ｌ２は、物体Ｂにより反射され、反射されたパルス光Ｌ３は、受光素子９に入射する。

従って、周囲に外乱光等がなければ、受光素子９に入射するパルス光は、該パルス光を横切る物体Ａ或いは物体Ｂの通過によりその有無が切り替わることになる。そしてこのように受光素子９へ入射されたパルス光を受光素子９により光電変換して受光パルス信号Ｓ３を得る。

アンプ１０は、受光素子９から得た受光パルス信号Ｓ３を増幅し、波形整形してアンプ出力パルス信号Ｓ４として出力する。その上で、信号処理回路（受光側検出回路）１１は、アンプ出力パルス信号Ｓ４及び同期タイミングパルス信号Ｓ２との比較から物体Ａ或いは物体Ｂの有無の検出結果を示すデジタル信号である判定処理信号Ｓ５を発振回路５に出力する。

図２に信号処理回路１１の１例を示す。信号処理回路１１には、アンプ１０のアンプ出力パルス信号Ｓ４の状態を検出する状態検出回路１３、シフトレジスタ１４、及び発振制御回路１５が設けられている。

まず、パルス変調型光検出装置１が反射型である場合について説明する。状態検出回路１３は、同期タイミングパルス信号Ｓ２とアンプ出力パルス信号Ｓ４との波形を比較する。同期タイミングパルス信号Ｓ２が入力されていない時にアンプ出力パルス信号Ｓ４が入力されていれば、受光素子９にノイズ光が入射していると判定し、シフトレジスタ１４へ信号を送らないか或いはシフトレジスタ１４をリセットする。

状態検出回路１３は、アンプ出力パルス信号Ｓ４と同期タイミングパルス信号Ｓ２とが合致していれば、受光素子９に物体が有ることにより反射された反射光が入射したと判定し、シフトレジスタ１４へ同期タイミングパルス信号Ｓ２に合致したアンプ出力パルス信号Ｓ４である比較信号Ｓ６を送る。

また、状態検出回路１３は、シフトレジスタ１４の最終段のＤフリップフロップ２Ｊからの出力信号Ｑ２Ｊを入力され、出力信号Ｑ２Ｊに応じて、物体が有る時は検出状態を、物体が無い時は非検出状態を保持するように、シフトレジスタ１４をセットまたはリセットし、あるいはＤフリップフロップ２Ｈ、２Ｉ、及び２ＪのＣＬＫ入力への比較信号Ｓ６の供給を停止する。これにより、物体の大きさや物体の通過スピードが変更されても、検出状態あるいは非検出状態を保持出来る。

さらに、状態検出回路１３は、出力信号Ｑ２Ｊを入力されることにより、検出状態あるいは非検出状態を認識出来る。従って、状態検出回路１３は、検出状態あるいは非検出状態において外乱光によるノイズが受光素子９及びアンプ１０を介して入力された場合に、シフトレジスタ１４の出力をどのようにするかを任意に設定できる。

例えば、出力信号Ｑ２Ｊが入力され、状態検出回路１３が検出状態であることを認識した状態で、外乱光によるノイズが入力された場合に、状態検出回路１３がシフトレジスタ１４をセットあるいはリセットすることにより、強制的に非検出状態に設定してもよい。

信号処理回路１１は、同期タイミングパルス信号Ｓ２に合致したアンプ出力パルス信号Ｓ４がシフトレジスタ１４にその段数分（図２では３段分）入力されると、物体が通過中であると判定して発振制御回路１５を介して発振回路５から出力される基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を物体が有る時の周波数に変更させる。

シフトレジスタ１４は、同期タイミングパルス信号Ｓ２と合致したＨｉのアンプ出力パルス信号Ｓ４が、シフトレジスタ１４に３周期連続で入力された場合に、物体が有ると判定として、Ｄフリップフロップ２Ｊの出力信号Ｑ２Ｊをシフトレジスタ出力信号Ｓ７として発振制御回路１５へ出力する。発振制御回路１５は、シフトレジスタ出力信号Ｓ７に応じて基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を物体が有る時或いは物体が無い時の周波数に変更させる信号、即ち判定処理信号Ｓ５を発振回路５へ出力する。
図３はパルス変調型光検出装置１が反射型である場合のタイミングチャートである。同期タイミングパルス信号Ｓ２に合致した、即ちＨｉであるアンプ出力パルス信号Ｓ４が、同期タイミングパルス信号Ｓ２の３周期分連続で入力されると、シフトレジスタ出力信号Ｓ７がＬｏからＨｉへ変化する。Ｌｏのアンプ出力パルス信号Ｓ４が、同期タイミングパルス信号Ｓ２の３周期分連続で入力されると、物体が無くなったと判定してシフトレジスタ出力信号Ｓ７がＨｉからＬｏへ変化する。

図４はパルス変調型光検出装置１が透過型である場合のタイミングチャートである。Ｌｏであるアンプ出力パルス信号Ｓ４が、同期タイミングパルス信号Ｓ２の３周期分連続で入力されると、物体が有ることによりパルス光が遮断されているとして、シフトレジスタ出力信号Ｓ７がＨｉからＬｏへ変化する。Ｈｉのアンプ出力パルス信号Ｓ４が、同期タイミングパルス信号Ｓ２の３周期分連続で入力されると、物体が無くなったと判定してシフトレジスタ出力信号Ｓ７がＬｏからＨｉへ変化する。

パルス変調型光検出装置１では、シフトレジスタ１４は、例えばＤフリップフロップ２Ｈ、２Ｉ、及び２Ｊを有する３段のシフトレジスタである。Ｄフリップフロップ２Ｈ、２Ｉ、及び２Ｊは、ＪＫフリップフロップを用いてもよい。Ｄフリップフロップ２Ｈ、２Ｉ、及び２Ｊは、それぞれセット入力Ｓ及びリセット入力Ｒを有しており、電源投入時にセットあるいはリセットされる。これにより、初期状態が非検出状態に設定される。

そしてパルス変調型光検出装置１を使用するときには、電源Ｖｃｃ及びＲＬの抵抗値を有する負荷１２は、電源端子３とＧＮＤ端子４の間に直列に接続される。ここで一般的なパルス変調型光検出装置の消費電流は、発光素子に流れる電流を除くと数mA程度以下である。これに対して、発光素子に流れる電流Ｉは、検出物体までの距離にもよるが数十mA以上である。

従って、出力信号Ｓ８は、電源１８の電圧Ｖｃｃから負荷１２による電圧降下した波形となる。同期タイミングパルス信号Ｓ２がＨｉの時、発光素子８に電流が流れ、負荷１２による電圧降下が大きく、同期タイミングパルス信号Ｓ２がＬｏの時は発光素子８に電流が流れず、パルス変調型光検出装置の消費電流によってのみ電圧降下が発生するので、電圧降下が小さくなる。以上により出力信号Ｓ８は、同期タイミングパルス信号Ｓ２と同期し、発光素子８に電流が流れる時にＬｏ、発光素子８に電流が流れない時にＨｉとなる。

なお、電源１８の電圧Ｖｃｃ及び負荷１２の抵抗値ＲＬは、発光素子８に電流が流れ、負荷１２による電圧降下により出力信号Ｓ８がＬｏとなった場合でも、電源１８から負荷１２及び電源端子３を介して定電圧回路２に印加される電圧が、定電圧回路２を動作させるために必要な電圧を下回らないような電圧及び抵抗値に設定される。

そして、物体が有る時に、反射型のパルス変調型光検出装置１において同期タイミングパルス信号Ｓ２が入力された時にＨｉであり、透過型のパルス変調型光検出装置１において同期タイミングパルス信号Ｓ２が入力された時にＬｏであるアンプ出力パルス信号Ｓ４が、同期タイミングパルス信号Ｓ２の３周期分連続で入力されると、発振制御回路１５を介して基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数が物体が有る時の周波数に変更されるので、同期タイミングパルス信号Ｓ２の周波数が変更される。これにより、出力信号Ｓ８のパルス周期またはパルス幅も同様に変化し、物体が有ることが出力信号Ｓ８のパルス周期またはパルス幅の変化により確認できる。

従って、直列に接続された上記パルス変調型光検出装置と電源１８と負荷１２の内、上記パルス変調型光検出装置と負荷１２との接続点から負荷１２の値を適切に選択することにより、発光素子８に流れるパルス電流の変化をパルス電位として取り出すことができる。また、物体が有る時／物体が無い時に合わせて同期パルス周期或いは同期パルス幅が変化すると、上記パルス変調型光検出装置１と負荷１２との接続点から出力される出力信号Ｓ８により物体が有ること／物体が無いことを判定することができる。

以上のように、本実施の形態のパルス変調型光検出装置１は、物体が有る時に発振回路５が生成する基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を変更し、出力信号Ｓ８の周波数を変化させることにより、物体が有ることを検出する。

ここで、光検出装置は外乱光の影響を受けないようにしなければならない。パルス変調型光検出装置として物体が有る時のパルス周期またはパルス幅を決めておけば、物体が無い時のパルス周期またはパルス幅は検出時のパルス周期またはパルス幅以外で変化させても良い。

なお、本実施の形態において、図３及び図４のタイミングチャートに示す論理動作を説明したが、例えばパルス変調型光検出装置１にインバータなどを用いることにより、ＨｉとＬｏが反転して論理動作が逆になった場合でも、パルス変調型光検出装置１は物体の有無を検出することができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図５に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態では、図５に示すように、信号処理回路１６及び発振制御回路１７が実施の形態１と異なっている。発振制御回路１７は、実施の形態１の発振制御回路１５と異なり、２つの信号を入力可能な構成となっている。発振制御回路１７へ入力される信号は、シフトレジスタ出力信号Ｓ７、及びシフトレジスタ１４内においてＤフリップフロップ２ＨとＤフリップフロップ２Ｊとの中間に位置するＤフリップフロップ２Ｉの出力信号、即ちシフトレジスタ出力信号Ｓ９である。

上記構成によれば、アンプ１０から状態検出回路１３へ入ったアンプ出力パルス信号Ｓ４が同期タイミング回路６で作られる同期タイミングパルス信号Ｓ２に合致すると判定されシフトレジスタ１４に入力してきたとき、物体の通過中にシフトレジスタ出力信号Ｓ７はまだＬｏのままであるが、シフトレジスタ出力信号Ｓ９がＨｉである状態において、発振制御回路１７は、実施の形態１において発振制御回路１５にシフトレジスタ出力信号Ｓ７が入力された時の基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数とは別の周波数になるように発振回路５へデジタル信号Ｓ５を出力する。この時のデジタル信号Ｓ５は、シフトレジスタ出力信号Ｓ７もＨｉとなった時に出力される信号とは異なる信号である。

図６は図５の信号処理回路１６を用いた場合のタイミングチャートである。シフトレジスタ出力信号Ｓ７がＬｏでシフトレジスタ出力信号Ｓ９がＨｉである場合（図６の期間Ｔ）に、発振回路５から出力される基本クロック信号Ｓ１の周波数は、シフトレジスタ出力信号Ｓ７がＨｉになった時と異なる周波数になっている。

以上のように、本実施の形態の信号処理回路１６及び発振制御回路１７を用いると、物体が無い状態で、図１のパルス変調型光検出装置１において受光素子９に外乱光が入射された時に、出力信号Ｓ８のパルス周期またはパルス幅が、物体が有る時のパルス周期またはパルス幅と同じにはならないので、物体が無いにもかかわらず物体が有ると誤判定することを防ぐことが出来る。

なお、本実施の形態において、図６のタイミングチャートに示す論理動作を説明したが、例えばパルス変調型光検出装置１にインバータなどを用いることにより、ＨｉとＬｏが反転して論理動作が逆になった場合でも、パルス変調型光検出装置１は物体の有無を検出することができる。

〔実施形態の総括〕
以上のように、本発明のパルス変調型光検出装置は、上記課題を解決するために、基本ＣＬＫ信号Ｓ１を生成して出力する発振回路５と、基本ＣＬＫ信号Ｓ１に基づいて同期タイミングパルス信号Ｓ２を生成する同期タイミング回路６と、同期タイミングパルス信号Ｓ２に同期したパルス光を投光する発光素子８と、検出すべき物体による上記パルス光の反射光、または物体によって遮断されなかった上記パルス光を受光する受光素子９とを備え、受光素子９からの受光信号に基づいて物体を検出するパルス変調型光検出装置１において、負荷１２及び発光素子８に電流を供給する電源１８が直列に接続される一対の端子と、上記受光信号に基づいて上記物体の有無を検出する検出手段と、物体が有る時に、基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を変更する発振制御回路１５または１７とを備えることを特徴とする。

上記発明によれば、基本ＣＬＫ信号Ｓ１に基づいて生成された同期タイミングパルス信号Ｓ２がＨｉである時に、上記一対の端子に接続された電源１８から負荷１２を介して発光素子８に電流が流れる。この場合、上記一対の端子に発生する電圧は、電源１８の電圧から負荷１２の電圧降下分低下してＬｏの電圧となる。従って、上記一対の端子から出力される信号Ｓ８は、同期タイミングパルス信号Ｓ２と同期し、発光素子８に電流が流れる時にＬｏ、発光素子８に電流が流れない時にＨｉとなる。

これにより、物体が有る時に、発振制御回路１５または１７により発振回路５の発振周波数が変更されると、同期タイミングパルス信号Ｓ２の周波数が変更されるので、上記一対の端子から出力されるパルス信号のパルス周期またはパルス幅も変更される。

従って、負荷１２及び電源１８が直列に接続される一対の端子から出力される信号のパルス周期またはパルス幅の変化により物体の有無を検出できるので、出力端子及び出力回路を別途設ける必要が無く、装置を縮小出来る。

さらに、上記一対の端子から信号が出力されなくなった場合、断線または短絡等、異常状態であるということが確認できるので、物体の有無を検出すると共に、上記パルス変調型光検出装置に発生した異常状態を確認することが出来る。

上記パルス変調型光検出装置では、発振制御回路１５または１７は、物体が無い時に、基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を、物体が有る時に変更する値と異なる値に変更してもよい。

これにより、受光素子９に外乱光が入射された時に、上記一対の端子から出力される信号Ｓ８のパルス周期またはパルス幅が、物体が有る時のパルス周期またはパルス幅と同じとなり、物体が無いにもかかわらず物体が有ると誤って判定することを防ぐことが出来る。

上記パルス変調型光検出装置では、検出手段は、上記受光信号のパルスが所定数入力されると最終段の出力を反転させて上記物体の有無を検出するシフトレジスタ１４を有し、上記発振制御回路１７は、物体が無い時に、上記検出手段を構成するシフトレジスタ１４の最終段の出力とシフトレジスタ１４の途中段の出力からの信号で基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を制御してもよい。

これにより、シフトレジスタ１４の最終段の出力から出力される信号で物体の有無を検出し、シフトレジスタ１４の最終段の出力とシフトレジスタ１４の途中段の出力との両方から出力される信号の組合せにより、基本ＣＬＫ信号Ｓ１の周波数を変更できる。

本発明の電子機器は、上記いずれかのパルス変調型光検出装置を備えているので、小型化を図ることができる。

なお、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

パルス変調型光検出装置は、出力端子を別途設ける必要が無く、装置を縮小して物体を検出できるので、複写機及びプリンタ等のＦＡ機器及びＯＡ機器、あるいはアミューズメント機器におけるコイン及び玉等の検出機器等の電子機器に好適に用いることができる。

本発明の実施の形態１におけるパルス変調型光検出装置の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるパルス変調型光検出装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１におけるパルス変調型光検出装置の他の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２の信号処理回路の構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２におけるパルス変調型光検出装置の動作を示すタイミングチャートである。 従来のパルス変調型光検出装置の構成を示すブロック図である。 従来のパルス変調型光検出装置の信号処理回路の構成を示すブロック図である。 従来のパルス変調型光検出装置の動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ パルス変調型光検出装置
２ 定電圧回路
２Ｈ、２Ｉ、２Ｊ Ｄフリップフロップ
３ 電源端子
４ ＧＮＤ端子
５ 発振回路
６ 同期タイミング回路（パルス信号生成手段）
７ 発光素子駆動回路
８ 発光素子
９ 受光素子
１０ アンプ
１１、１６ 信号処理回路
１２ 負荷
１３ 状態検出回路（検出手段）
１４ シフトレジスタ（検出手段）
１５、１７ 発振制御回路（発振周波数制御手段）
１８ 電源
Ａ、Ｂ 物体
Ｌ１〜Ｌ３ パルス光
Ｐ 通過位置
Ｓ１ 基本ＣＬＫ信号
Ｓ２ 同期タイミングパルス信号
Ｓ３ 受光パルス信号
Ｓ４ アンプ出力パルス信号
Ｓ５ 判定処理信号
Ｓ６ 比較信号
Ｓ７、Ｓ９ シフトレジスタ出力信号
Ｓ８ 出力信号

Claims (4)

1. 基本クロック信号を生成して出力する発振回路と、
   上記基本クロック信号に基づいて同期タイミングパルス信号を生成するパルス信号生成手段と、
   上記同期タイミングパルス信号に同期したパルス光を投光する発光素子と、
   検出すべき物体による上記パルス光の反射光、または物体によって遮断されなかった上記パルス光を受光する受光素子とを備え、
   上記受光素子からの受光信号に基づいて物体の有無を検出するパルス変調型光検出装置において、
   負荷及び上記発光素子に電流を供給する電源が直列に接続される一対の端子と、
   上記受光信号に基づいて上記物体の有無を検出する検出手段と、
   物体が有る時に、上記基本クロック信号の周波数を変更する発振周波数制御手段とを備えることを特徴とするパルス変調型光検出装置。
2. 上記発振周波数制御手段は、物体が無い時に、上記基本クロック信号の周波数を、物体が有る時に変更する値と異なる値に変更することを特徴とする請求項１に記載のパルス変調型光検出装置。
3. 検出手段は、上記受光信号のパルスが所定数入力されると最終段の出力を反転させて上記物体の有無を検出するシフトレジスタを有し、
   上記発振周波数制御手段は、物体が無い時に、上記検出手段を構成するシフトレジスタの最終段の出力と上記シフトレジスタの途中段の出力からの信号で上記基本クロック信号の周波数を制御することを特徴とする請求項２に記載のパルス変調型光検出装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のパルス変調型光検出装置を用いた電子機器。

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