JP2016187097A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】安価且つ簡易な構成で、投光部、受光部及び増幅部の温度補償を行う。
【解決手段】光電センサに設けられ、周囲温度を測定する温度センサ１６と、投光部、受光部及び増幅部の温度特性に基づく、周囲温度毎に受光信号を一定とする投光部による投光量を示す情報を、保持する情報保持部と、感度調整を行うチューニング部１７２と、運用時に、温度センサ１６により測定された周囲温度から、情報保持部に保持された情報、及びチューニング部１７２による処理結果と当該処理の際に温度センサ１６により測定された周囲温度に基づいて、投光部による投光量を調整する温度補正部１７３とを備えた。
【選択図】図１

Description

この発明は、検出領域に光を投光する投光部と、投光部により投光された光を検出領域を介して直接又は間接的に受光して電気信号に変換する受光部と、受光部により変換された電気信号を増幅して受光信号とする増幅部とを備え、増幅部により増幅された受光信号から検出領域での物体の有無を検出する光電センサに関するものである。

従来のリフレクタ形の光電センサでは、検出領域を介して、投光部及び受光部とリフレクタとを対向配置している。そして、投光部から検出領域に対して光が投光され、この検出領域を通過した光をリフレクタにより回帰反射する。そして、受光部は、この回帰反射された光を受光して電気信号に変換し、増幅部はこの電気信号を増幅する。そして、増幅部により増幅された電気信号（受光信号）を閾値と比較することで、検出領域での物体の有無を検出する。

ここで、検出対象物が透明体等のように透過率が高い物体の場合には、検出領域に当該物体がある場合と無い場合とで受光部での受信信号の差が小さいため、光電センサは高感度に設定される。一方、光電センサは温度特性を有している。よって、透過率の高い物体の検出において、周囲温度の変化により受光信号が変化してしまうと誤動作を起こす恐れがある。

そこで、従来では、透過率の高い物体の安定検出のため、ＡＰＣ（Ａｕｔｏ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ）による投光量制御、投光部へのＬＥＤ電流の補償、投光量の変化に伴う閾値の自動追従補正等を行っている。
また、投光部を駆動する駆動回路に、温度変化による電圧変動を相殺する温度補償回路を設けたものも知られている（例えば特許文献１参照）。

特開２００７−３１２３５６号公報

しかしながら、従来構成では投光部の温度補償のみを行っており、受光部及び増幅部の温度補償を行うことはできないため、温度特性が悪く、別途補正が必要になるという課題があった。また、温度特性が変わった場合に、すぐ補正することができないという課題があった。また、従来の温度補償では、部品点数が多く、回路が複雑であるため、コスト及びサイズが大きくなるという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安価且つ簡易な構成で、投光部、受光部及び増幅部の温度補償を行うことができる光電センサを提供することを目的としている。

この発明に係る光電センサは、光電センサに設けられ、周囲温度を測定する温度センサと、投光部、受光部及び増幅部の温度特性に基づく、周囲温度毎に受光信号を一定とする投光部による投光量を示す情報を、保持する情報保持部と、感度調整を行うチューニング部と、運用時に、温度センサにより測定された周囲温度から、情報保持部に保持された情報、及びチューニング部による処理結果と当該処理の際に温度センサにより測定された周囲温度に基づいて、投光部による投光量を調整する温度補正部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、安価且つ簡易な構成で、投光部、受光部及び増幅部の温度補償を行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る光電センサの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における制御回路の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光電センサの動作を説明する図であり、（ａ）周囲温度毎の基準電圧回路への基準電圧制御信号値を示す図であり、（ｂ）周囲温度毎の投光素子への電流値を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光電センサの構成例を示す図である。
光電センサは、検出領域に光を投光する投光部と、投光部により投光された光を検出領域を介して直接又は間接的に受光して電気信号に変換する受光部と、受光部により変換された電気信号を増幅して受光信号とする増幅部とを備え、増幅部により増幅された受光信号から検出領域での物体の有無を検出するものである。以下では、光電センサとして、リフレクタ形の光電センサを用いた場合を例に説明を行う。

この光電センサは、図１に示すように、定電圧変換回路１、基準電圧回路２、駆動回路３、投光素子４、投光光学系５、リフレクタ６、受光光学系７、受光素子８、増幅回路９、閾値設定回路１０、比較判定回路１１、出力回路１２、表示回路１３、入力部１４、記憶部１５、温度センサ１６及び制御回路１７を備えている。
なお、図１に示す構成において、定電圧変換回路１、基準電圧回路２、駆動回路３、投光素子４及び投光光学系５は投光部を構成し、受光光学系７及び受光素子８は受光部を構成し、増幅回路９は増幅部を構成する。そして、リフレクタ形の光電センサでは、投光部及び受光部とリフレクタ６とが検出領域を挟んで対向配置されている。

定電圧変換回路１は、電源電圧を一定電圧に変換するものである。この定電圧変換回路１は、例えば定電圧ダイオード及びトランジスタから構成される。なお、電源電圧としては、通常、１２〜２４Ｖ程度の電圧が用いられる。

基準電圧回路２は、定電圧変換回路１により変換された一定電圧及び制御回路１７により出力された基準電圧制御信号から、基準電圧を生成するものである。なお、基準電圧は後述するチューニング部１７２により設定される。この基準電圧回路２は、例えばＤＡコンバータから構成される。
駆動回路３は、基準電圧回路２により生成された基準電圧に対して変調を行い、投光素子４への電流を生成するものである。この際、駆動回路３は、基準電圧に対してパルス変調又はバースト波変調等の変調を行う。

投光素子４は、駆動回路３により生成された電流により駆動し、光を発光するものである。この投光素子４として、例えばＬＥＤを用いる。
投光光学系５は、投光素子４により発光された光を集光するものである。この投光光学系５により集光された光は、検出領域に投光される。

リフレクタ６は、投光光学系５により投光された光を回帰反射するものである。このリフレクタ６として、例えばコーナーキューブリフレクタを用いる。

受光光学系７は、リフレクタ６により回帰反射された光を集光するものである。
受光素子８は、受光光学系７により集光された光を電気信号（電流）に変換するものである。この受光素子８として、例えばフォトダイオードを用いる。
増幅回路９は、受光素子８により変換された電流を電圧に変換して増幅するものである。なお、増幅回路９での増幅率はチューニング部１７２により設定される。この増幅回路９により増幅された電圧が受光信号に相当する。

閾値設定回路１０は、検出領域での物体の有無検出のための判定基準となる閾値電圧を生成するものである。なお、閾値電圧はチューニング部１７２により設定される。
比較判定回路１１は、増幅回路９により増幅された電圧と、閾値設定回路１０により生成された閾値電圧とを比較し、検出領域での物体の有無を検出するものである。この際、比較判定回路１１は、増幅回路９により増幅された電圧が閾値電圧以上の場合には検出領域に物体は無いと判定し、増幅回路９により増幅された電圧が閾値電圧未満の場合には検出領域に物体があると判定する。この比較判定回路１１として、アップダウンカウンタ等を用いる。

出力回路１２は、比較判定回路１１による判定結果を示す情報を出力するものである。この際、出力回路１２は、上記判定結果を示す情報をもとに出力トランジスタを動作させる。
表示回路１３は、比較判定回路１１による判定結果を示す情報を表示灯等により表示するものである。

入力部１４は、光電センサの使用者が各種入力を行うためのものである。この入力部１４としては、例えばボタン等のインタフェースを用いる。

記憶部１５は、投光部、受光部及び増幅部の温度特性に基づく、周囲温度毎に受光信号を一定とするための投光部による投光量を示す情報を、保持する機能（情報保持部）を有している。以下では、記憶部１５は、周囲温度毎の基準電圧回路２への基準電圧制御信号値を示すテーブルを保持するものとする。このテーブルは、予め、光の投受を行って温度特性を測定することで得ることができる。また、記憶部１５は、チューニング部１７２によるチューニング結果（基準電圧、増幅率、閾値電圧）と、そのチューニングの際に温度センサ１６により測定された周囲温度を示す情報を保持する機能も有している。この記憶部１５として、例えばＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ−Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等を用いる。

温度センサ１６は、光電センサに設けられ、周囲温度を測定するものである。ここでは、投光部に温度センサ１６を設けた場合を示している。この際、温度センサ１６としては、制御回路１７にサーミスタ等を取付けてもよいし、制御回路１７に内蔵されたダイオード等を用いてもよい。

制御回路１７は、光電センサの各部の動作を制御するものである。また、制御回路１７は、運用時に、投光部による投光量を調整して投光部、受光部及び増幅部の温度補償を行う機能を有している。この制御回路１７は、図２に示すように、操作制御部１７１、チューニング部１７２及び温度補正部１７３を有している。制御回路１７は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって実行される。

操作制御部１７１は、入力部１４を介した操作者の入力に応じ、光電センサの各部の動作（各種表示、初期値の設定、チューニング等）を制御するものである。

チューニング部１７２は、操作制御部１７１による指示に応じ、チューニング（感度調整及び閾値設定）を行うものである。この際、チューニング部１７２は、基準電圧回路２での基準電圧又は増幅回路９での増幅率のうちの少なくとも一方を調整することで感度調整を行い、その後、閾値設定回路１０での閾値電圧を設定する。このチューニングとしては、２点チューニング及びワークレスチューニング等が挙げられる。２点チューニングは、検出領域に物体があるときと無いときの２つの状態に対してそれぞれ光の投受を行い、その際の受光信号の差から動作点を設定する方法である。また、ワークレスチューニングは、検出領域に物体がない状態で光の投受を行い、その際の受光信号に規定量を加算して動作点を設定する方法である。そして、チューニング部１７２は、チューニング結果に従って、増幅回路９に対して増幅率を設定し、閾値設定回路１０に対して閾値電圧を設定する。また、運用時には、チューニング結果に従った基準電圧となるよう基準電圧制御信号を基準電圧回路２に出力する。また、このチューニング部１７２によるチューニング結果（基準電圧、増幅率、閾値電圧）、及びそのチューニングの際に温度センサ１６により測定された周囲温度を示す情報は、記憶部１５に出力されて記憶される。

温度補正部１７３は、運用時に、温度センサ１６により測定された周囲温度から、記憶部１５に記憶された情報（テーブル、チューニング結果及びその際の周囲温度）に基づいて、投光部による投光量を調整するものである。以下では、チューニング部１７２から基準電圧回路２へ出力される基準電圧制御信号を調整することで、投光量の調整を行う。

上記のように構成された光電センサでは、投光部（定電圧変換回路１、投光素子４及び投光光学系５）、受光部（受光光学系７及び受光素子８）及び増幅部（増幅回路９）が、温度特性を有している。そのため、周囲温度が変化することで、投光素子４に流れる電流、投光光学系５により投光される投光量、受光光学系７により集光される受光量、増幅回路９により増幅される電圧（受光信号）が変化することになる。そこで、本発明では、制御回路１７から基準電圧回路２に出力される基準電圧制御信号を調整することで投光部の投光量を調整し、周囲温度の変化に依らず受光信号を一定とする。

具体的には、図３（ａ）に示すように、記憶部１５は、投光部、受光部及び増幅部の温度特性に基づく、周囲温度毎に受光信号を一定とするための投光部による投光量を示すテーブルを、予め保持している。なお図３（ａ）では、複数の受光信号値を周囲温度に依らず一定とするための基準電圧制御信号値（図ではＤＡコンバータへのＤＡ値）を示している。
また、記憶部１５は、チューニング部１７２によるチューニング結果（基準電圧、増幅率、閾値電圧）、及びそのチューニングの際に温度センサ１６により測定された周囲温度を示す情報も記憶している。

そして、運用時に、制御回路１７の温度補正部１７３は、まず、温度センサ１６から現在の周囲温度を取得する。そして、図３（ａ）に示すテーブルを参照して、チューニングの際の周囲温度での基準電圧制御信号値に対し、現在の周囲温度での基準電圧制御信号値の変化量を求める。そして、チューニング部１７２から出力された基準電圧制御信号を、求めた変化量だけ調整する。これにより、投光素子４に流れる電流を調整することができ（図３（ｂ）参照）、投光部による投光量を調整することができる。その結果、周囲温度の変化に依らず、受光信号を一定とすることができる。なお図３（ｂ）ではＬＥＤへのＬＥＤ電流値を示している。

以上のように、この実施の形態１によれば、光電センサに設けられ、周囲温度を測定する温度センサ１６と、投光部、受光部及び増幅部の温度特性に基づく、周囲温度毎に受光信号を一定とするための投光部による投光量を示す情報を、保持する情報保持部と、感度調整を行うチューニング部１７２と、運用時に、温度センサ１６により測定された周囲温度から、情報保持部に保持された情報、及びチューニング部１７２による処理結果とその際に温度センサ１６により測定された周囲温度に基づいて、投光部による投光量を調整する温度補正部１７３とを備えたので、安価且つ簡易な構成で、投光部、受光部及び増幅部の温度補償を行うことができる。

なお上記では、光電センサとして、リフレクタ形の光電センサを用いた場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、反射形の光電センサ及び透過形の光電センサにも同様に適用することができる。ここで、透過形の光電センサの場合には、投光部と受光部とが検出領域を挟んで対向配置されるため、投光部と受光部が離れているが、周囲温度は同じと考えられることができるため、同様に適用することができる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 定電圧変換回路
２ 基準電圧回路
３ 駆動回路
４ 投光素子
５ 投光光学系
６ リフレクタ
７ 受光光学系
８ 受光素子
９ 増幅回路
１０ 閾値設定回路
１１ 比較判定回路
１２ 出力回路
１３ 表示回路
１４ 入力部
１５ 記憶部
１６ 温度センサ
１７ 制御回路
１７１ 操作制御部
１７２ チューニング部
１７３ 温度補正部

Claims (2)

1. 検出領域に光を投光する投光部と、前記投光部により投光された光を前記検出領域を介して直接又は間接的に受光して電気信号に変換する受光部と、前記受光部により変換された電気信号を増幅して受光信号とする増幅部とを備え、前記増幅部により増幅された受光信号から前記検出領域での物体の有無を検出する光電センサにおいて、
   前記光電センサに設けられ、周囲温度を測定する温度センサと、
   前記投光部、前記受光部及び前記増幅部の温度特性に基づく、周囲温度毎に前記受光信号を一定とする前記投光部による投光量を示す情報を、保持する情報保持部と、
   感度調整を行うチューニング部と、
   運用時に、前記温度センサにより測定された周囲温度から、前記情報保持部に保持された情報、及び前記チューニング部による処理結果と当該処理の際に前記温度センサにより測定された周囲温度に基づいて、前記投光部による投光量を調整する温度補正部と
   を備えたことを特徴とする光電センサ。
2. 前記投光部は、
   電源電圧を一定電圧に変換する定電圧変換回路と、
   基準電圧制御信号及び前記定電圧変換回路により変換された一定電圧から基準電圧を生成する基準電圧回路と、
   前記基準電圧回路により生成された基準電圧に対して変調を行って電流を生成する駆動回路と、
   前記駆動回路により生成された電流により駆動し、光を発光する投光素子と、
   前記投光素子により発光された光を集光し、前記検出領域に投光する投光光学系とを有し、
   前記温度補正部は、前記基準電圧制御信号を調整することで、前記投光部による投光量を調整する
   ことを特徴とする請求項１記載の光電センサ。

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