JP2010041462A - 光電スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造かつ低コストで、高速処理が可能な光電スイッチを提供する。
【解決手段】投光波形生成手段６で生成された複数の異なるパルス幅を有し周期性のない所定投光波形で１回投光して、その受光信号を複数サンプリングした受光量を検出して受光量演算手段７で投光時と非投光時の受光量の差を求め、異常除去手段８で受光量の差に基づき異常光成分を除去するので、周期性のある異常光を正常光と区別して除去することが容易となり、簡単な構造かつ低コストで、高速処理が可能となる。
【選択図】図１

Description

本発明は、検出対象物に投光し当該検出対象物からの光を受光した信号を処理する光電スイッチに関し、特にその処理速度の向上に関する。

従来から、検出対象物に投光し当該検出対象物からの光を受光した信号を処理する光電スイッチが知られており、この光電スイッチは、検出対象物に向けて通常単一のパルス状波形（図６の５１）を投光部から投光し、受光部で受光した受光信号の受光レベル（受光量）を演算し、受光量が設定されたしきい値以上であれば、検出対象物が検出されたと判定する。

図６は従来の光電スイッチの動作を示す図である。（Ａ）は投光−受光の距離が近い場合、（Ｂ）は投光−受光の距離が遠い場合を示す。受光部では検出対象物からだけでなく周囲の明るさも受光するため、例えば微分回路を使用し、受光量の変化量で自身が投光した光の強さを判断する。図６（Ａ）のように、検出対象物による受光量が多い場合には、しきい値を超えるのでオン判定がされる。なお、図６（Ｂ）のように、投光−受光の距離が遠いために検出対象物による受光量が少ない場合には、しきい値を超えないのでオフ判定がされる。

図７（Ａ）、（Ｂ）は、投光した光以外の照明光などの振幅性外乱光（インバータ制御の蛍光灯などが一定の周期で点滅する）が入った場合における、光電スイッチの動作を示す図である。図７（Ａ）のように、受光量が多い場合でも外乱光のマイナスの波形が重なった場合には、しきい値を超えないのでオフ判定がされ、図７（Ｂ）のように、受光量が少ない場合でも外乱光のプラスの波形が重なった場合には、しきい値を超えるのでオン判定がされるように、外乱光による誤判定が生じ得る。この場合、検出対象物からの光と外乱光との区別がつかないので、複数回の受光量を平均化する方法や、同一判定が連続した時のみ有効とする方法により、受光量から外乱成分を除去することが知られている。同一判定が連続した時のみ有効とする方法の例として、図８を示す。この図では、例えば３回連続してしきい値を超えたときに、検出対象物が検出されたと判定される。

このような従来技術として、投光部の投光動作を複数回続けて実行させるとともに、受光信号を加算した値を受光量に相当する検出値として処理する光電スイッチが一例として挙げられる(例えば、特許文献１)。

特開２００３−１２４７９１号公報

しかし、従来のように、複数回の受光量を平均化したり、同一判定が連続したときに有効とする方法や、複数回の投光動作に対して加算して得られる値を検出値として処理する方法は、最初の投光から判定結果が出るまで処理時間を要するため、高速化の障害になるという問題があった。

本発明は、前記の問題点を解決して、簡単な構造かつ低コストで、高速処理が可能な光電スイッチを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明にかかる光電スイッチは、検出対象物に向けて投光する投光部と、検出対象物からの光を受光して受光信号を得る受光部と、受光信号の受光量に基づき検出対象物を検出する制御を行う制御部とを備え、前記制御部は、前記投光部により投光される、複数の異なるパルス幅からなる所定投光波形を生成する投光波形生成手段と、前記所定投光波形が１回投光され、その受光信号が複数サンプリングされて得られた投光時と非投光時の受光量の差を演算する受光量演算手段と、演算された各受光量の差の演算に基づき異常光成分を除去する異常除去手段とを備えている。ここで、異常光とは、投光した光以外の光が受光部に入光する光をいい、一定周期で点滅する蛍光灯などの照明光のような外乱光が含まれる。

この構成によれば、投光波形生成手段で生成された複数の異なるパルス幅を有し周期性のない所定投光波形で１回投光して、その受光信号を複数サンプリングした受光量を検出して受光量演算手段で投光時と非投光時の受光量の差を求め、異常除去手段で受光量の差に基づき異常光成分を除去するので、周期性のある異常光を正常光と区別して除去することが容易となり、簡単な構造かつ低コストで、高速処理が可能となる。

好ましくは、前記生成される所定投光波形が、投光パルス幅と非投光パルス幅の組合せを複数の種類有するものである。したがって、所定投光波形が１つのパルス幅と異なる別のパルス幅を有するので、単一周期性のある異常光を正常光と区別して除去することがより容易となる。

好ましくは、前記異常除去手段は、前記演算された各受光量の差に基づき、差の大きい投光時の受光量および差の小さい投光時の受光量を異常光として除去するものであり、残った受光量の差が１個である場合には当該１個における投光時の受光量が、複数個の場合には当該各投光時の受光量を加算または平均化した値が、それぞれ検出値とされる。または、前記異常除去手段は、前記投光時の各受光量間における受光量の差、および前記非投光時の各受光量間における受光量の差が所定割合を超えたとき、その投光波形パターンでのすべての受光量を異常光が混入しているものとして除去する。したがって、簡単な構造かつ低コストで、より高速処理が可能となる。

好ましくは、複数の光電スイッチを有する場合、各光電スイッチにおける前記所定投光波形を互いに相異ならせている。したがって、各光電スイッチ同士の相互干渉を防止できる。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る光電スイッチを示すブロック図である。この光電スイッチは、検出対象物に向けて投光する投光部１と、検出対象物からの光を受光して受光信号を得る受光部２と、受光信号の受光量に基づき検出対象物を検出する制御を行う制御部５とを備えている。この例では、投光部１からの投光による検出対象物からの反射光量を受光部２が検出する反射型の光電スイッチを用いているが、投光部１と受光部２との間における検出対象物の光路の遮断（遮光）による光量変化を検出する透過型の光電スイッチを用いてもよい。

投光部１は、例えばＬＥＤまたはレーザーダイオードなどの投光素子を有し、受光部２は、例えばフォトダイオードなどの受光素子を有する。受光部２からの受光信号は増幅回路３で増幅される。

前記制御部５は、サンプリング回路４、投光波形（パルス）生成手段６、受光量演算手段７、異常除去手段８、および判定手段１０を備えている。サンプリング回路４は、受光信号を所定のサンプリングタイミングでサンプリングして複数タイミングにおける各受光量を得る。この所定のサンプリングタイミングは投光波形（パルス）生成手段６により与えられる。投光波形（パルス）生成手段６は、複数の異なるパルス幅からなる所定投光波形を生成する。この生成された所定投光波形は、投光部１に与えられて検出対象物に向けて投光される。

この例では、所定投光波形は、図２のように、所定の投光パルス幅をもつパルス３１およびその２倍の投光パルス幅をもつパルス３２を有する。この場合、所定投光波形の投光時および非投光時と、得られた受光量の各タイミングとが対応し、投光時に受光量Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５が対応し、非投光時に受光量Ｒ１、Ｒ３、Ｒ６、Ｒ７が対応する。受光量Ｒ１〜Ｒ７は等間隔のタイミングで得られたものである。

図３は、図２において一定周期の外乱光が混入した例を示す。この場合、外乱光がない図２では、受光量Ｒ４、Ｒ５およびＲ６、Ｒ７はそれぞれ一定の値で差がないが、図３では受光量の差（Ｒ５−Ｒ４）、（Ｒ７−Ｒ６）が、受光量の差（Ｒ２―Ｒ１）よりも大きく、外乱光が混入していると判断できる。これは、投光部１からの所定投光波形が所定の投光パルス幅をもつパルス３１のほかに、２倍の投光パルス幅をもつパルス３２があるため、投光波形に周期性がなく、このパルス３２の幅の大きさ分だけ受光量Ｒ５が大きくなって、周期性のある外乱光の混入を検出できることによる。

図１の受光量演算手段７は、前記所定投光波形が１回投光され、その受光信号が複数サンプリングされて前記投光時と非投光時の受光量の差を演算する。例えば、図３のように、所定投光波形の投光時に対応するタイミングでサンプリングして得られた受光量Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５と、非投光時に対応するタイミングでサンプリングして得られた受光量Ｒ１、Ｒ３、Ｒ６との差、（Ｒ２−Ｒ１）、（Ｒ４−Ｒ３）、（Ｒ５−Ｒ６）が演算される。

図１の異常除去手段８は、各受光量の差の演算に基づき異常光を除去する。異常光は、インバータ制御により一定周期で点滅する蛍光灯などの照明光のような外乱光である。例えば、複数の受光量の差に基づき、差の大きい投光時の受光量および差の小さい投光時の受光量を異常光として除去する。残った受光量の差が１個である場合には当該１個における投光時の受光量が、複数個の場合には当該各投光時の受光量を加算または平均化した値が、それぞれ検出対象物の検出値とされる。判定手段１０は、しきい値保存用メモリ９に記憶されたしきい値と検出された受光量を比較して、しきい値以上である場合には、検出対象物が検出されたと判定して判定出力をオンする。

前記所定投光波形は、投光パルス幅と非投光パルス幅の組合せを複数の種類有するものである。例えば、図２の投光パルス幅比が１：２のほか、図４（Ａ）に示すように１：３でも、図４（Ｂ）のように２：１でもよく、図４（Ｃ）のように、４つの投光パルスによる１：２：１：２などでもよい。この例では、１つの投光パルス幅に対して他の投光パルス幅を整数倍にしているが、整数倍でなくてもよい。

以下、上記構成を有する本光電スイッチの動作の一例について図５のフローチャートを用いて説明する。この例では、図３のように、受光量の差（Ｒ２−Ｒ１）、（Ｒ４−Ｒ３）、（Ｒ５−Ｒ６）が演算され、投光時の受光量データはＲ２、Ｒ４、Ｒ５の３つである。

まず、投光が開始され（ステップＳ１）、所定の投光時間が経過した否かが確認される（ステップＳ２）。投光時間が経過していなければ、ステップＳ２に戻る。投光時間が経過していれば、投光を終了する（ステップＳ３）。

つぎに、受光量が読み出され（ステップＳ４）、所定の消灯（非投光）時間が経過したか否かが確認される（ステップＳ５）。消灯時間が経過していなければ、ステップＳ５に戻る。消灯時間が経過していれば、全投光パターンを終了する（ステップＳ６）。そして、投光時と消灯（非投光）時の受光量の差が演算され（ステップＳ７）、受光量差のばらつきが規定内か否かが確認される（ステップＳ８）。規定内でなければ、ステップＳ１に戻る。規定内であれば、受光量差から投光時の最大値と最小値が削除され（ステップＳ９）、残った受光量データの平均値が計算される（ステップＳ１０）。

この例では、投光時の受光量データが３つであるので、データを大きい順に並べ替え（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３）、最大値ｄ１と最小値ｄ３を除去し、残った受光量データのｄ２が使用される。

なお、投光時の受光量データが４つの場合、データを大きい順に並べ替え（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４）、ｄ１とｄ４を除去し、ｄ２とｄ３の平均値を使用する。受光量データの数が多い場合、複数の大きいデータと、複数の小さいデータとを除去してもよい。例えば受光量データが６つの場合、データを大きい順に並べ替え（ｄ１＞ｄ２＞ｄ３＞ｄ４＞ｄ５＞ｄ６）、大きい２つのデータｄ１、ｄ２と、小さい２つのデータｄ５とｄ６とを除去し、ｄ３とｄ４の平均値を使用する。

つぎに、ステップＳ１０で計算された受光量データの平均値がしきい値以上であるか否かが確認され（ステップＳ１１）、しきい値以上であれば、検出対象物が検出されたものとして、オン判定が出力され（ステップＳ１２）、しきい値未満であれば、検出対象物が検出されないものとして、オフ判定が出力される（ステップＳ１３）。

こうして、本発明は、投光波形生成手段６で生成された複数の異なるパルス幅を有し周期性のない所定投光波形で１回投光して、その受光信号を複数サンプリングした受光量を検出して受光量演算手段７で投光時と非投光時の受光量の差を求め、異常除去手段８で受光量の差に基づき異常光成分を除去するので、周期性のある異常光を正常光と区別して除去することが容易となり、簡単な構造かつ低コストで、高速処理が可能となる。

また、異常除去手段８は、投光時の各受光量間における受光量の差、および非投光時の各受光量間における受光量の差が所定割合を超えたとき、その投光波形パターンでのすべての受光量を異常光が混入しているものとして除去することもできる。例えば、図２では、受光量の差（Ｒ５−Ｒ４）、（Ｒ７−Ｒ６）は通常０であるが、実際には外乱光成分や受光部２のノイズ成分が現れる。したがって、この値を監視し、異常な値、例えば受光量の差（Ｒ２−Ｒ１）の２５％の値以上になれば、異常除去手段８は、受光量Ｒ５、Ｒ７を異常光として除去する。

なお、この実施形態では、異常除去手段８を設けているが、これを省略して、受光量演算手段７により、受光量差を加算した（Ｒ２−Ｒ１）＋（Ｒ４−Ｒ３）＋（Ｒ５−Ｒ６）を検出した受光量として、判定手段１０でしきい値と比較するようにしても、複数の点を加算した値のため、従来のように単一のパルス状波形の連続投光により加算した値を検出値とするよりも安定した結果が得られる。

なお、複数の光電スイッチを有する場合、各光電スイッチにおける各所定投光波形を互いに相異ならせてもよい。この場合、各光電スイッチ同士の相互干渉を防止できる。

本発明の一実施形態に係る光電スイッチを示すブロック図である。 図１の光電スイッチにおける投光および受光の動作を示すタイムチャートである。 図１の光電スイッチにおける投光および受光の動作を示すタイムチャートである。 (Ａ)〜（Ｃ）は投光波形の変形例を示す図である。 図１の光電スイッチの動作を示すフローチャートである。 (Ａ)、（Ｂ）は従来の光電スイッチの動作を示すタイムチャートである。 (Ａ)、（Ｂ）は従来の光電スイッチの動作を示すタイムチャートである。 従来の光電スイッチの動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１：投光部
２：受光部
５：制御部
６：投光波形（パルス）生成手段
７：受光量演算手段
８：異常除去手段
１０：判定手段

Claims (5)

1. 検出対象物に向けて投光する投光部と、検出対象物からの光を受光して受光信号を得る受光部と、受光信号の受光量に基づき検出対象物を検出する制御を行う制御部とを備えた光電スイッチであって、
   前記制御部は、
   前記投光部により投光される、複数の異なるパルス幅からなる所定投光波形を生成する投光波形生成手段と、
   前記所定投光波形が１回投光され、その受光信号を複数サンプリングして得られた投光時と非投光時の受光量の差を演算する受光量演算手段と、
   演算された各受光量の差に基づき異常光成分を除去する異常除去手段と、を備えた光電スイッチ。
2. 請求項１において、前記生成される所定投光波形が、投光パルス幅と非投光パルス幅の組合せを複数の種類有するものである、光電スイッチ。
3. 請求項１において、前記異常除去手段は、前記演算された各受光量の差に基づき、差の大きい投光時の受光量および差の小さい投光時の受光量を異常光として除去するものであり、残った受光量の差が１個である場合には当該１個における投光時の受光量が、複数個の場合には当該各投光時の受光量を加算または平均化した値が、それぞれ検出値とされる、光電スイッチ。
4. 請求項１において、前記異常除去手段は、前記投光時の各受光量間における受光量の差、および前記非投光時の各受光量間における受光量の差が所定割合を超えたとき、その投光波形パターンでのすべての受光量を異常光が混入しているものとして除去する、光電スイッチ。
5. 請求項２において、複数の光電スイッチを有する場合、各光電スイッチにおける前記所定投光波形を互いに相異ならせている、光電スイッチ。
   
   
   

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