JP2023139718A - 光電センサ、及び、受光ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】受光信号に含まれ得るノイズを考慮して物体の検知を精度良く行う。【解決手段】光電センサは、パルス光を投光する投光ユニットと、投光ユニットから投光されたパルス光を受光する受光ユニットとを備える。受光ユニットは、パルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子と、受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路と、受光の周期を予測する周期検知回路と、予測された受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、フィルタ回路から出力される受光信号の信号レベルのうちオフセット取得期間に取得された信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路と、フィルタ回路から出力される受光信号の信号レベルと閾値とを所定の周期にて比較する比較回路とを備える。【選択図】図５

Description

本開示は、光電センサ、及び、受光ユニットに関する。

所定の検知区間を隔てて互いに対向して配置された投光ユニット及び受光ユニットを含み、投光ユニットから投光された光を受光ユニットが受光できなかった場合、検知区間に物体が存在すると判断する光電センサが知られる（例えば特許文献１）。

特開２０１９－１９０８６１号公報

しかしながら、受光ユニットが受光した受光信号にはノイズが含まれ得るため、検知区間における物体の検知を精度良く行うためには、ノイズを考慮した制御が求められる。

本開示の目的は、受光信号に含まれ得るノイズを考慮して物体の検知を精度良く行うことができる光電センサ及び受光ユニットを提供することにある。

本開示の一態様に係る光電センサは、パルス光を投光する投光ユニットと、前記投光ユニットから投光された前記パルス光を受光する受光ユニットと、を備える光電センサであって、前記受光ユニットは、前記パルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子と、前記受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路と、
前記受光の周期を予測する周期検知回路と、予測された前記受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルのうち前記オフセット取得期間に取得された前記信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、前記オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路と、前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルと前記閾値とを所定の周期にて比較する比較回路と、を備える。

本開示の一態様に係る光電ユニットは、投光されるパルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子と、前記受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路と、前記受光の周期を予測する周期検知回路と、予測された前記受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルのうち前記オフセット取得期間に取得された前記信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、前記オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路と、前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルと前記閾値とを所定の周期にて比較する比較回路と、を備える。

なお、これらの包括的又は具体的な態様は、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム又は記録媒体で実現されてもよく、システム、装置、方法、集積回路、コンピュータプログラム及び記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示によれば、受光信号に含まれ得るノイズを考慮して物体の検知を精度良く行うことができる光電センサ及び受光ユニットを提供できる。

実施の形態１に係る光電センサの構成例を示すブロック図 パルス光群が投光される場合の受光処理の一例を説明するための図 パルス光が投光される場合の受光処理の一例を説明するための図 予測周期の算出方法を説明するための図 予測周期の初期値が設定される場合における受光期間の決定方法を説明するための図 予測周期の初期値が設定されない場合における受光期間の決定方法を説明するための図 実施の形態２に係る光電センサの構成例を示すブロック図 実施の形態２に係る閾値の補正の概要を説明するための図 実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の一例を説明するための図 実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の変形例１を説明するための図 実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の変形例２を説明するための図 実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の変形例３を説明するための図 実施の形態２に係るオフセット回路の処理の一例を示すフローチャート 実施の形態２に係る初回の採用範囲を決定する処理の一例を示すフローチャート

以下、図面を適宜参照して、本開示の実施の形態について、詳細に説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、すでによく知られた事項の詳細説明及び実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるのであって、これらにより特許請求の記載の主題を限定することは意図されていない。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る光電センサ１の構成例を示すブロック図である。図２Ａは、所定の数（例えば３つ）のパルス光を含むパルス光群が投光される場合の受光処理の一例を説明するための図である。図２Ｂは、パルス光が投光される場合の受光処理の一例を説明するための図である。

光電センサ１は、投光ユニット１０と、当該投光ユニット１０に対向配置される受光ユニット２０とを備える。すなわち、光電センサ１は、透過型の光電センサ１である。投光ユニット１０及び受光ユニット２０は、透過型非同期タイプであり、同期していない。光電センサ１は、投光ユニット１０からパルス光を投光し、受光ユニット２０にてパルス光を受光することにより、投光ユニット１０と受光ユニット２０との間の空間領域（以下、物体検出領域と称する）に物体が存在するか否かを検出する。

投光ユニット１０は、発振回路１１、変調回路１２、駆動回路１３、及び、投光素子１４を備える。なお、本実施の形態において回路と表現しているブロックの機能は、物理的なＩＣ（例えばＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit)）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等）によって実現されてもよいし、汎用プロセッサがコンピュータプログラムを実行することによって実現されてもよい。

発振回路１１は、所定周波数のクロック信号を発生する。

変調回路１２は、投光素子１４から投光されるパルス光が、図２Ａの（ａ）に示す投光パターンとなるように、発振回路１１から出力されるクロック信号を変調してパルス信号を出力する。すなわち、変調回路１２は、所定の数（例えば３つ）のパルス光を含むパルス光群が所定の周期Ｔ０にて投光素子１４から投光されるように、クロック信号を変調してパルス信号を出力する。以下、パルス光群に本来含まれるパルス光の数を、本来のパルス光数と称する。

あるいは、変調回路１２は、投光素子１４から投光されるパルス光が、図２Ｂの（ａ）に示す投光パターンとなるように、発振回路１１から出力されるクロック信号を変調してパルス信号を出力する。すなわち、変調回路１２は、１つのパルス光が所定の周期Ｔ０にて投光素子１４から投光されるように、クロック信号を変調してパルス信号を出力する。

駆動回路１３は、変調回路１２から出力されるパルス信号に応じたパルス電流を投光素子１４へ供給する。

投光素子１４は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）によって構成され、駆動回路１３から出力されたパルス電流に応じて発光する。これにより、投光素子１４から、図２Ａの（ａ）に示すようなパルス光群、あるいは、図２Ｂの（ａ）に示すようなパルス光が、周期Ｔ０にて投光される。

受光ユニット２０は、投光ユニット１０から投光されたパルス光群（又はパルス光）を受光する。上述の通り、受光ユニット２０は、投光ユニット１０と同期用の配線によって接続されない。よって、受光ユニット２０は、パルス光群（又はパルス光）が投光されるタイミング（以下、投光タイミングと称する）及び周期Ｔ０（以下、投光周期Ｔ０と称する）を、投光ユニット１０から同期用の配線を通じて得ることができない。そのため、受光ユニット２０は、投光ユニット１０から投光された本来のパルス光群（又はパルス光）と、本来のパルス光群（又はパルス光）とは異なる外乱光とを識別し、外乱光を遮断することが求められる。そこで、以下では、投光ユニット１０から情報を得ることなく、外乱光をできるだけ遮断することができる受光ユニット２０について説明する。

受光ユニット２０は、受光素子２１、ＩＶ変換回路２２、増幅回路２３、ＡＤ変換回路２４、フィルタ回路２５、比較回路２６、判定回路２７、及び、周期検知回路２８を備える。

受光素子２１は、例えばフォトダイオードによって構成され、受光した光の受光量に応じたレベルの電気信号（電流）を出力する。受光素子２１は、投光素子１４から投光されたパルス光群（又はパルス光）に加えて、外乱光も受光し得る。

ＩＶ変換回路２２は、受光素子２１から入力された電流を電圧に変換する。ＩＶ変換回路２２は、図２Ａの（ｂ）又は図２Ｂの（ｂ）に示すように、電圧に変換したパルス信号（電圧信号）を出力する。

増幅回路２３は、図２Ａの（ｃ）又は図２Ｂの（ｃ）に示すように、ＩＶ変換回路２２から入力されたパルス信号を増幅する。増幅回路２３は、増幅したパルス信号を出力する。

ＡＤ変換回路２４は、増幅回路２３から入力されたアナログ信号（例えば第１信号）をデジタル信号（例えば第２信号）に変換して出力する。

フィルタ回路２５は、ＡＤ変換回路２４から入力されたパルス信号に、図２Ａの「フィルタ」に示すように、（ｅ）ハイパスフィルタ、（ｆ）全波整流、及び、（ｇ）ローパスフィルタを順に施す。あるいは、フィルタ回路２５は、ＡＤ変換回路２４から入力されたパルス信号に、図２Ｂに示すように、（ｇ）ローパスフィルタを施す。以下、フィルタ回路２５を通過した信号を、フィルタ後信号と称する。

ハイパスフィルタの遮断周波数は、投光されるパルス光の周波数よりも低周波のノイズを取り除くために、投光されるパルス光の周波数にあわせて設定される。

ローパスフィルタの遮断周波数は、本来のパルス信号の周波数よりも高い高周波の全波整流後の信号が遮断されるように設定されてよい。全波整流後の信号の包絡線信号の波形は、パルス数（例えばバーストの幅又は期間）によって変化する。例えば、包絡線信号の波形の幅は、周波数及びパルス数に基づいて定まる。周波数及びパルス数は独立して設定可能であってよい。ローパスフィルタは、入力された包絡線信号の波形の幅が、本来のパルス信号の周波数に対応する包絡線信号の波形の幅よりも狭い場合、入力された包絡線信号を遮断するように設定されてよい。これにより、本来のパルス光の周波数よりも高い周波数を有する外乱光を遮断することができる。

すなわち、フィルタ回路２５は、本来のパルス光の周波数の信号を通過させ、本来のパルス光の周波数よりも低い周波数又は高い周波数の信号を遮断する。これにより、受光ユニット２０は、本来のパルス光の周波数と異なる周波数を有する外乱光を遮断することができる。

また、図２Ｂに示すように、パルス光が投光される場合、ローパスフィルタの遮断周波数は、当該パルス光の周波数よりも高い周波数のパルス信号が遮断されるように設定されてよい。

比較回路２６は、図２Ａの（ｈ）又は図２Ｂの（ｈ）に示すように、フィルタ後信号の大きさが所定の閾値Ｔｈ以上である場合にオン信号を出力し（例えば所定の大きさの信号を出力し）、フィルタ後信号の大きさが所定の閾値Ｔｈ未満である場合にオフ信号を出力する（例えば信号を出力しない）。

判定回路２７は、パルス光群（又はパルス光）が投光される周期ごとに、比較回路２６からオン信号又はオフ信号のいずれが入力されたかを判定する。加えて、判定回路２７は、図２Ａの（ｉ）又は図２Ｂの（ｉ）に示すように、オン信号が所定数以上（例えば８回以上）連続して入力された場合、物体検出領域に物体が存在しないと判定し、オフ信号が所定数以上（例えば８回以上）連続して入力された場合、物体検出領域に物体が存在すると判定してよい。判定回路２７は、物体検出領域に物体が存在しないと判定した場合、オン信号を出力し（例えば所定の大きさの信号を出力し）、物体検出領域に物体が存在すると判定した場合、オフ信号を出力してよい（例えば信号を出力しない）。このように、所定数以上連続して同じ種類の信号が入力された場合に、物体が存在するか否かを判定することにより、一時的な外乱光によって比較回路２６から入力される信号が一時的にオン又はオフに切り替わった場合に、判定回路２７が物体の検出を誤判定してしまうことを抑制できる。

周期検知回路２８は、図２Ａの（ｄ）又は図２Ｂの（ｄ）に示すように、本来のパルス光群（又はパルス光）が受光される周期を予測し、その予測に基づいて、ＡＤ変換回路２４に受光周期及び受光期間を設定する。ＡＤ変換回路２４は、受光期間中は稼働し、受光期間以外は稼働しなくてよい。これにより、受光期間以外に受光素子２１が受光した外乱光を遮断することができる。例えば、上述したフィルタ回路２５による遮断が難しい本来のパルス光と同じ周波数の外乱光を、受光素子２１が受光期間以外に受光したとしても、ＡＤ変換回路２４は稼働していないため、当該外乱光を遮断することができる。加えて、ＡＤ変換回路２４は、受光期間中は稼働し、受光期間以外は稼働しないことにより、ＡＤ変換回路２４の消費電流を抑制することができる。

上述したように、受光ユニット２０と投光ユニット１０は同期用の配線によって接続されないので、周期検知回路２８は、本来のパルス光群（又はパルス光）が受光される周期（つまり受光周期）を自ら予測する。なお、予測された受光周期は、投光期間の周期である投光周期とされてよい。

次に、周期検知回路２８が受光周期を予測する方法及び受光期間を決定する方法の一例について説明する。周期検知回路２８は、基準検出処理４１と、周期予測及びマージン制御処理４２とを実行する。以下、周期検知回路２８が予測した受光周期を、予測周期と称する。

図３は、予測周期の算出方法を説明するための図である。図４Ａは、予測周期の初期値が設定される場合における受光期間の決定方法を説明するための図である。図４Ｂは、予測周期の初期値が設定されない場合における受光期間の決定方法を説明するための図である。

例えば、受光ユニット２０は、次のステップＳ１１～ステップＳ１６の処理を行う。

（ステップＳ１１）周期検知回路２８の基準検出処理４１は、図２Ａ又は図２Ｂに示すように、フィルタ後信号から振幅のピークＰ１を検出する。そして、周期検知回路２８の基準検出処理４１は、そのピークＰ１を検出したタイミングを予測周期の開始タイミングとして、初期値の予測周期Ｔ１と初期値の受光期間ＲとをＡＤ変換回路２４に設定する。

（ステップＳ１２）周期検知回路２８の周期予測及びマージン制御処理４２は、前回のタイミングから、基準検出処理４１が次回のピークＰ１を検出するまでのタイミング（以下、次回のタイミングと称する）までの期間をカウントする。なお、前回のタイミングは、初回の場合、開始タイミングであってよい。

（ステップＳ１３）周期検知回路２８の周期予測及びマージン制御処理４２は、ステップＳ１２でカウントした値（以下、カウント期間と称する）と、現在の予測周期Ｔ１との差Ｄを算出する。なお、現在の予測周期Ｔ１は、初回の場合、初期値の予測周期Ｔ１であってよい。

（ステップＳ１４）周期検知回路２８の周期予測及びマージン制御処理４２は、現在の予測周期Ｔ１とカウント期間とを平均して、次回の予測周期Ｔ１を算出する。ここで、周期検知回路２８の周期予測及びマージン制御処理４２は、カウント期間が予測周期Ｔ１と大きくずれている場合、当該カウント期間を平均の算出に用いないようにしてもよい。予測周期Ｔ１と大きくずれているカウント期間は、正規の信号周期ではない可能性が高いためである。

（ステップＳ１５）周期検知回路２８の周期予測及びマージン制御処理４２は、次回の予測周期Ｔ１と所定のマージン期間（±ΔＴ）とに基づき、受光期間Ｒを決定する。なお、マージン期間ΔＴは、以下の（式１）によって決定されてよい。

ΔＴ＝差Ｄの絶対値＋所定値 …（式１）

すなわち、差Ｄの絶対値（差分）が小さくなるほど、マージン期間ΔＴは短くなり、差Ｄの絶対値（差分）が大きくなるほど、マージン期間ΔＴは長くなってよい。

（ステップＳ１６）周期検知回路２８の周期予測及びマージン制御処理４２は、決定した次回の予測周期Ｔ１（受光周期）と受光期間ＲをＡＤ変換回路２４に設定する。

受光ユニット２０は、上述したステップＳ１２からステップＳ１６の処理を繰り返し実行する。これにより、予測周期Ｔ１は投光周期Ｔ０に近づき、受光期間Ｒは本来のパルス群信号又はパルス信号の時間幅に近づく。

なお、予測周期の初期値が設定されない場合、図４Ｂに示すように、ステップＳ１１において、周期検知回路２８は、最初のピークＰ１を検出した開始タイミングから、次回のピークＰ１を検出するタイミングまで、受光期間を設定してよい。そして、周期検知回路２８は、開始タイミングから次回のタイミングまでの期間をカウントし、このカウントした値を、初回の予測周期Ｔ１としてよい。そして、周期検知回路２８は、この初回の予測周期Ｔ１と初期値の受光期間ＲとをＡＤ変換回路２４に設定してよい。その後は、上述と同様、ステップＳ１２からステップＳ１４の処理が繰り返し実行されてよい。

また、上記のステップＳ１１からステップＳ１６の処理において、周期検知回路２８は、図２Ａ又は図２Ｂに示すように、フィルタ後信号における振幅が所定の閾値Ｔｈを超えるエッジＰ２を検出し、上述したピークＰ１に代えてエッジＰ２を用いてもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１にて説明済みの構成要素については共通の参照番号を付し、説明を省略する場合がある。

＜光電センサの構成＞
図５は、実施の形態２に係る光電センサ１の構成例を示すブロック図である。図６は、実施の形態２に係る閾値の補正の概要を説明するための図である。

図５に示すように、光電センサ１は、実施の形態１と同様、投光ユニット１０と、受光ユニット２０とを備える。投光ユニット１０は、実施の形態１と同様の構成要素（図１参照）を備える。受光ユニット２０は、実施の形態１と同様の構成要素（図１参照）に加えて、オフセット回路２９を備える。

受光信号にノイズが含まれる場合、図６（ａ）に示すように、フィルタ回路２５から出力される受光信号の信号レベルは、ノイズが含まれない場合の信号レベルと比較して、全体的にずれが生じ得る。例えば、受光信号にノイズが含まれる場合、信号レベルが全体的に高くなり得る。そのため、比較回路２６の閾値Ｔｈがもし固定値であるとすると、信号レベルに含まれるノイズが閾値Ｔｈを超え、比較回路２６が誤ってオン信号を出力してしまう可能性がある。あるいは、本来オン信号を出力すべきにも関わらず、信号レベルが閾値Ｔｈを超えずに、比較回路２６が誤ってオフ信号を出力してしまう可能性がある。つまり、比較回路２６が出力するオン信号及びオフ信号の精度又は信頼性が低下し得る。そこで、実施の形態２に係る受光ユニット２０は、図６（ｂ）に示すように、信号レベルに含まれ得るノイズを考慮して比較回路２６の閾値Ｔｈを補正する処理を行うオフセット回路２９を備える。

＜オフセット取得期間の設定＞
次に、図７を参照して、オフセット取得期間の設定方法の一例を説明する。図７は、実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の一例を説明するための図である。

周期検知回路２８は、例えば実施の形態１にて説明した方法によって、受光の予測周期Ｔ１（図８、図９、図１０も参照）を算出することにより、図７（ａ）に示すように、次回の受光タイミングを予測する。以下、予測した次回の受光タイミングを、予測受光タイミングと称する。

オフセット回路２９は、オフセット取得期間において、フィルタ回路２５から出力される１又は複数の信号レベル９０を取得する。オフセット回路２９は、取得した１又は複数の信号レベルを用いてオフセット値を算出する。例えば、オフセット回路２９は、取得した複数の信号レベルの平均値を、オフセット値として算出する。オフセット回路２９は、算出したオフセット値に基づいて閾値Ｔｈを補正し、補正した閾値Ｔｈを比較回路２６に設定する。なお、オフセット取得期間の設定方法、オフセット値の算出方法、及び、閾値Ｔｈの補正方法の具体例については後述する。

オフセット回路２９は、予測受光タイミングを除外した期間の少なくとも一部に、オフセット取得期間を設定する。例えば、オフセット回路２９は、図７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＡＤ変換回路２４に設定された受光期間のうち、予測受光タイミングを除外した期間の少なくとも一部に、オフセット取得期間を設定する。これにより、オフセット回路２９は、図７（ｄ）に示すように、受光期間のうち、投光信号を受光しないオフセット取得期間における信号レベル９０を取得できる。

なお、周期検知回路２８は、実施の形態１にて説明したように、受光期間を変更してよい。オフセット回路２９は、変更された受光期間に含まれるように、オフセット取得期間を変更してもよい。これにより、オフセット回路２９は、受光期間の変更に応じてオフセット取得期間を設定できる。

オフセット回路２９は、受光期間のうち、予測受光タイミング以前の期間の少なくとも一部に、オフセット取得期間を設定してよい。これにより、オフセット回路２９は、図７（ｄ）に示すように、受光期間のうち、投光信号を受光する以前のオフセット取得期間における信号レベル９０を取得できる。

オフセット回路２９は、受光期間のうち、当該受光期間の開始タイミングｔ１から所定期間Δｔ（例えば１０μｓ）経過後のタイミングと予測受光タイミング以前との間の期間の少なくとも一部に、オフセット取得期間を設定してよい。これにより、オフセット回路２９は、図７（ｄ）に示すように、フィルタ回路２５から出力される信号の立ち上がり部分を避けて、信号レベル９０を取得できる。

オフセット回路２９は、予測受光タイミングよりも前に、オフセット取得期間を設定してよい。例えば、オフセット回路２９は、予測受光タイミングよりも、所定期間分だけ前に、オフセット取得期間を設定する。当該所定期間は、仮に予測受光タイミングと実際の受光タイミングとの間にずれが生じた場合であっても、オフセット値が影響を受けない期間であれば、どのような期間であってもよい。例えば、当該所定期間は、受光の予測周期Ｔ１の約１／２周期、約１／４周期分、又は、約３／４周期等であってよい。約１／２周期は、１／２周期を中心に所定の時間幅を有する値であってよい。約１／４周期、及び、約３／４周期についても同様である。これにより、仮に予測受光タイミングと実際の受光タイミングとの間にずれが生じた場合であっても、オフセット取得期間が実際の受光タイミングに被って設定されてしまう可能性を低減できる。

＜変形例１＞
次に、図８を参照して、オフセット取得期間の設定方法の変形例１を説明する。図８は、実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の変形例１を説明するための図である。

周期検知回路２８は、図８（ｂ）に示すように、ＡＤ変換回路２４に、全期間を受光期間とする設定を行う。

オフセット回路２９は、図８（ｃ）に示すように、予測受光タイミングを含む所定期間を除外した期間の少なくとも一部に、オフセット取得期間を設定する。これにより、オフセット回路２９は、図８（ｄ）に示すように、投光信号を受光しないオフセット取得期間にて、信号レベル９０を取得できる。

＜変形例２＞
次に、図９を参照して、オフセット取得期間の設定方法の変形例２を説明する。図９は、実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の変形例２を説明するための図である。

周期検知回路２８は、図９（ｂ）に示すように、ＡＤ変換回路２４に対して、間欠的な受光期間を設定する。

オフセット回路２９は、図９（ｃ）に示すように、受光期間のうち、予測受光タイミング以後の期間の少なくとも一部に、オフセット取得期間を設定する。これにより、オフセット回路２９は、図９（ｄ）に示すように、受光期間のうち、投光信号を受光した以後のオフセット取得期間における信号レベル９０を取得できる。

＜変形例３＞
次に、図１０を参照して、オフセット取得期間の設定方法の変形例３を説明する。図１０は、実施の形態２に係るオフセット取得期間の設定方法の変形例３を説明するための図である。

周期検知回路２８は、図１０（ｂ）に示すように、ＡＤ変換回路２４に対して、間欠的な受光期間を設定する。

オフセット回路２９は、図１０（ｃ）に示すように、受光期間のうち、予測受光タイミング以前の期間の少なくとも一部と、予測受光タイミング以後の期間の少なくとも一部とに、オフセット取得期間を設定する。これにより、オフセット回路２９は、予測受光タイミング以前のオフセット取得期間にて信号レベル９０Ａを取得し、予測受光タイミング以後のオフセット取得期間にて信号レベル９０Ｂを取得する。以下、予測受光タイミング以前のオフセット取得期間にて取得した信号レベルを、前方の信号レベル９０Ａと称し、予測受光タイミング以後のオフセット取得期間にて取得した信号レベルを、後方の信号レベル９０Ｂと称する。

オフセット回路２９は、前方の信号レベル９０Ａを用いて前方のオフセット値を算出し、後方の信号レベル９０Ｂを用いて後方のオフセット値を算出する。

オフセット回路２９は、前方のオフセット値と、後方のオフセット値との差分が所定の閾値未満である場合、次の（Ａ１）、（Ａ２）又は（Ａ３）のいずれか１つの処理を行う。
（Ａ１）オフセット回路２９は、前方の信号レベル９０Ａと後方の信号レベル９０Ｂとの平均を算出してオフセット値とし、閾値Ｔｈの補正に使用する。
（Ａ２）オフセット回路２９は、前方のオフセット値を閾値Ｔｈの補正に使用する。
（Ａ３）オフセット回路２９は、後方のオフセット値を閾値Ｔｈの補正に使用する。

オフセット回路２９は、前方のオフセット値と、後方のオフセット値との差分が所定の閾値以上である場合、次の（Ｂ１）又は（Ｂ２）のいずれか１つの処理を行う。
（Ｂ１）オフセット回路２９は、前回の受光周期で用いたオフセット値を今回の閾値Ｔｈの補正に使用する。
（Ｂ２）オフセット回路２９は、前方のオフセット値と後方のオフセット値のうち、前回の受光周期で用いたオフセット値に近い方を、今回の閾値Ｔｈの補正に使用する。

＜オフセット回路の処理＞
次に、図１１を参照して、オフセット回路２９の処理について詳細に説明する。図１１は、実施の形態２に係るオフセット回路２９の処理の一例を示すフローチャートである。

オフセット回路２９は、前回のオフセット値に基づき採用範囲を決定する（Ｓ１０１）。オフセット値及び採用範囲の詳細については後述する。また、受光ユニット２０の起動直後など、前回のオフセット値が存在しない場合の動作についても後述する。例えば、オフセット回路２９は、次のように採用範囲を決定する。
（前回のオフセット値－α）≦採用範囲≦（前回のオフセット値＋β）
ここで、α及びβは予め定められた値であってよい。また、αとβは、異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。また、（前回のオフセット値－α）は、採用範囲の下限値と、（前回のオフセット値＋β）は、採用範囲の上限値と読み替えられてもよい。

オフセット回路２９は、上述したいずれかの方法で設定したオフセット取得期間が開始したか否かを判定する（Ｓ１０２）。オフセット取得期間が開始していない場合（Ｓ１０２：ＮＯ）、オフセット回路２９は、ステップＳ１０２の処理を繰り返す。

オフセット取得期間が開始した場合（Ｓ１０２：ＹＥＳ）、オフセット回路２９は、フィルタ回路２５から出力される信号レベル９０を取得する（Ｓ１０３）。

オフセット回路２９は、ステップＳ１０３で取得した信号レベル９０が、ステップＳ１０１で決定した採用範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。

オフセット回路２９は、信号レベル９０が採用範囲内である場合（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、取得した信号レベル９０を、今回の信号レベル９０としてメモリに記憶し（Ｓ１０５）、処理をステップＳ１０７に進める。なお、メモリは、図５に図示していないが、受光ユニット２０に設けられてよい。

例えば、採用範囲が「１０～５０」であり、オフセット取得期間にて信号レベル９０を８回連続で取得する構成において、１回目に取得した信号レベル９０が「３４」であった場合、当該信号レベル「３４」は採用範囲「１０～５０」に含まれるので、オフセット回路２９は、１回目の信号レベル９０として「３４」をそのままメモリに記憶する。

オフセット回路２９は、信号レベル９０が採用範囲外である場合（Ｓ１０３：ＮＯ）、前回にメモリに記憶された信号レベル９０を複製して今回の信号レベル９０としてメモリに記憶し（Ｓ１０６）、処理をステップＳ１０７に進める。すなわち、オフセット回路２９は、オフセット取得期間に取得した信号レベル９０のうち採用範囲外の信号レベル９０を、当該オフセット取得期間に取得した複数の信号レベル９０のうち採用範囲内の少なくとも１つの信号レベル９０に置換してメモリに記憶する。

例えば、オフセット取得期間の５回目に取得した信号レベル９０が「４１」であり、６回目に取得した信号レベル９０が「６２」であった場合、当該信号レベル「６２」は採用範囲「１０～５０」から外れているので、オフセット回路２９は、５回目にメモリに記憶された信号レベル「４１」を複製して６回目の信号レベルとしてメモリに記憶する。さらに、７回目に取得した信号レベル９０が「８２」であった場合、当該信号レベル「８２」は採用範囲「１０～５０」から外れているので、オフセット回路２９は、上記の６回目に記憶された信号レベル「４１」を複製して７回目の信号レベルとしてメモリに記憶する。これにより、メモリには、採用範囲内の信号レベルが記憶される。

オフセット回路２９は、オフセット取得期間が終了したか否かを判定する（Ｓ１０７）。オフセット取得期間が終了していない場合（Ｓ１０７：ＮＯ）、オフセット回路２９は、処理をステップＳ１０３に戻す。

オフセット取得期間が終了した場合（Ｓ１０７：ＹＥＳ）、オフセット回路２９は、メモリに記憶されている分（例えば８回分）の信号レベル９０の平均値を算出し、その算出した平均値をオフセット値としてメモリに記憶する（Ｓ１０８）。つまり、オフセット回路２９は、採用範囲内の信号レベル９０の平均値を算出し、オフセット値とする。このメモリに記憶されたオフセット値は、次回のステップＳ１０１の処理において、「前回のオフセット値」となる。

オフセット回路２９は、オフセット値に基づいて閾値Ｔｈ（つまり補正した閾値Ｔｈ）を算出する（Ｓ１０８）。例えば、オフセット回路２９は、次のように閾値Ｔｈを算出する。
閾値Ｔｈ＝基準値＋（オフセット値×係数）
ここで、基準値及び係数は予め定められた値であってよい。

なお、オフセット回路２９は、１回の受光周期内のオフセット取得期間に取得した信号レベル９０を用いて算出したオフセット値を、同じ当該受光周期内に取得した受光信号に対する閾値Ｔｈの補正に使用する構成であってよい。別言すると、オフセット回路２９は、１回の受光周期内のオフセット取得期間に取得した信号レベルを用いて算出したオフセット値を、異なる受光周期内に取得した受光信号に対する閾値Ｔｈの補正に使用しない構成であってよい。これにより、オフセット値が、受光信号に近い信号レベルを用いて算出されたものとなり、オフセット回路２９は、現状のノイズをより反映して閾値Ｔｈを補正することができる。

また、オフセット回路２９は、異なる受光期間内のオフセット取得期間に取得した信号レベル９０を用いてそれぞれ算出した複数のオフセット値を用いて、閾値Ｔｈを補正する構成であってもよい。

オフセット回路２９は、ステップＳ１０８で算出した閾値Ｔｈを比較回路２６に設定し（Ｓ１０９）、処理をステップＳ１０１に戻す。

上記の処理によれば、受光信号に含まれるノイズの大きさに応じて適切な閾値Ｔｈが設定されるので、比較回路２６が誤ったオン信号又はオフ信号を出力することを抑止できる。すなわち、比較回路２６が出力するオン信号及びオフ信号の精度又は信頼性が向上する。

＜オフセット値の算出方法の変形例＞
オフセット値の算出方法は、上述した方法に限られない。例えば、オフセット値は、次の（Ｃ１）～（Ｃ６）のいずれかの方法によって算出されてもよい。

（Ｃ１）図１１のステップＳ１０４において信号レベル９０が採用範囲外である場合（Ｓ１０４：ＮＯ）、オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０６の処理に代えて、次の処理を行う。すなわち、オフセット回路２９は、その採用範囲外である信号レベル９０をメモリに記憶しない。つまり、オフセット回路２９は、採用範囲外である信号レベル９０を除外する。これにより、図１１のステップＳ１０８において、図１１に示す処理と同様、採用範囲内の信号レベル９０にて平均値が算出され、オフセット値としてメモリに記憶される。

（Ｃ２）オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０８の処理に代えて、次の処理を行う。すなわち、オフセット回路２９は、メモリに記憶された複数の信号レベル９０のうちの最大の信号レベルと最小の信号レベルとの平均値を算出し、その算出した平均値をオフセット値としてメモリに記憶する。

（Ｃ３）オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０８の処理に代えて、次の処理を行う。すなわち、オフセット回路２９は、メモリに記憶された複数の信号レベル９０のうちの最大の信号レベルを、オフセット値としてメモリに記憶する。

（Ｃ４）オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０８の処理に代えて、次の処理を行う。すなわち、オフセット回路２９は、メモリに記憶された複数の信号レベル９０のうちの最小の信号レベルを、オフセット値としてメモリに記憶する。

（Ｃ５）オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０８の処理に代えて、次の処理を行う。すなわち、オフセット回路２９は、メモリに記憶された複数の信号レベル９０のうちの２つ以上の信号レベルの平均値を算出し、その算出した平均値をオフセット値としてメモリに記憶する。

（Ｃ６）オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０８の処理に代えて、次の処理を行う。すなわち、オフセット回路２９は、メモリに記憶された複数の信号レベル９０のうちの１つを、オフセット値としてメモリに記憶する。例えば、オフセット回路２９は、メモリに記憶された複数の信号レベル９０のうちの所定回目（例えば５回目）にメモリに記憶された信号レベルを、オフセット値としてメモリに記憶する。

＜前回のオフセット値が存在しない場合＞
受光ユニット２０の起動直後など、図１１のステップＳ１０１において、前回のオフセット値が存在しない場合、オフセット回路２９は、次の（Ｂ１）又は（Ｂ２）の方法によって初回の採用範囲を決定してよい。

（Ｂ１）初回のオフセット値を予め定めておき、オフセット回路２９は、初回の採用範囲を次のように決定する。
（初回のオフセット値－α０）≦初回の採用範囲≦（初回のオフセット値＋β０）
ここで、α０及びβ０は予め定められた値であってよい。α０とβ０は、異なる値であってもよいし、同じ値であってもよい。α０は上記のαと同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。β０は上記のβと同じ値であってもよいし、異なる値であってもよい。また、（初回のオフセット値－α０）を初回の採用範囲の下限値と、（初回のオフセット値＋β０）を初回の採用範囲の上限値と読み替えられてもよい。

（Ｂ２）オフセット回路２９は、図１１のステップＳ１０１に代えて、次の図１２に示す処理を実行することにより、初回の採用範囲を決定する。図１２は、実施の形態２に係る初回の採用範囲を決定する処理の一例を示すフローチャートである。なお、オフセット回路２９が当該図１２に示す処理を行っている間、比較回路２６は、フィルタ回路２５から出力される受光信号と閾値Ｔｈとを比較する処理を行わなくてよい。

オフセット回路２９は、所定のタイミングで信号レベルを取得する（Ｓ２０１）。

オフセット回路２９は、ステップＳ２０１で取得した信号レベルが予め定められた上限値以上であるか否かを判定する（Ｓ２０２）。

信号レベルが上限値以上である場合（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、オフセット回路２９は、上限値を信号レベルとしてメモリに記憶し（Ｓ２０３）、処理をステップＳ２０７に進める。

信号レベルが上限値よりも小さい場合（Ｓ２０２：ＮＯ）、オフセット回路２９は、ステップＳ２０１で取得した信号レベルが予め定められた下限値以下であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。

信号レベルが下限値以下である場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、オフセット回路２９は、下限値を信号レベルとしてメモリに記憶し（Ｓ２０５）、処理をステップＳ２０７に進める。

信号レベルが下限値よりも大きい場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、すなわち信号レベルが上限値よりも小さく下限値よりも大きい場合、オフセット回路２９は、ステップＳ２０１で取得した信号レベルをメモリに記憶し（Ｓ２０６）、処理をステップＳ２０７に進める。

オフセット回路２９は、所定回数分の信号レベルを取得したか否か判定する（Ｓ２０７）。オフセット回路２９は、所定回数分の信号レベルをまだ取得していない場合（Ｓ２０７：ＮＯ）、処理をステップＳ２０１に戻す。

オフセット回路２９は、所定回数分の信号レベルを取得した場合（Ｓ２０７：ＹＥＳ）、メモリに記憶されている所定回数分の信号レベルの平均値を算出し、その算出した平均値を初回のオフセット値としてメモリに記憶する（Ｓ２０８）。

オフセット回路２９は、処理を図１１に示すステップＳ１０１に進める。当該ステップＳ１０１において、オフセット回路２９は、ステップＳ２０８にてメモリに記憶された初回のオフセット値を、「前回のオフセット値」として採用範囲を決定する。

以上の処理により、前回のオフセット値が存在ない場合にも、採用範囲を決定することができる。

（本開示のまとめ）
本開示の内容は以下の付記のように表現することができる。

＜付記１＞
本開示の一態様に係る光電センサ（１）は、パルス光を投光する投光ユニット（１０）と、投光ユニットから投光されたパルス光を受光する受光ユニット（２０）とを備える。記受光ユニットは、パルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子（２１）と、受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路（２５）と、受光の周期を予測する周期検知回路（２８）と、予測された受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、フィルタ回路から出力される受光信号の信号レベルのうちオフセット取得期間に取得された信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路（２９）と、フィルタ回路から出力される受光信号の信号レベルと閾値とを所定の周期にて比較する比較回路（２６）と、を備える。
これにより、オフセット回路は、受光のタイミングを除外した期間にオフセット取得期間を設定できるので、オフセット取得期間に取得した信号レベルから、ノイズを考慮した適切なオフセット値を算出できる。よって、光電センサは、ノイズを考慮した適切な閾値を比較回路に設定でき、一定の閾値を比較回路に設定する場合と比べて、物体の検知を精度良く行うことができる。

＜付記２＞
付記１に記載の光電センサにおいて、周期検知回路は、予測した受光の周期に基づいて受光期間を設定し、オフセット回路は、受光期間のうち、予測された受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定してよい。
これにより、オフセット回路は、受光期間のうち、受光のタイミングを除外した期間にオフセット取得期間を設定できるので、オフセット取得期間に取得した信号レベルから、ノイズを考慮した適切なオフセット値を算出できる。

＜付記３＞
付記２に記載の光電センサにおいて、周期検知回路は、予測した受光の周期に基づいて受光期間を変更し、オフセット回路は、変更された受光期間内に、オフセット取得期間を設定してよい。
これにより、オフセット回路は、受光期間の変更に応じてオフセット取得期間を設定できる。

＜付記４＞
付記２又は３に記載の光電センサにおいて、オフセット回路は、受光期間のうち、予測された受光のタイミング以前の期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定してよい。
これにより、オフセット回路は、受光期間のうち、受光のタイミングを除外した期間にオフセット取得期間を設定できるので、オフセット取得期間に取得した信号レベルから、ノイズを考慮した適切なオフセット値を算出できる。

＜付記５＞
付記４に記載の光電センサにおいて、オフセット回路は、受光期間のうち、当該受光期間の開始タイミングから所定期間経過後のタイミングと予測された受光のタイミング以前との間の期間の少なくとも一部に前記オフセット取得期間を設定してよい。
これにより、オフセット回路は、受光期間のうち、受光のタイミングを除外し、かつ、受光信号の立ち上がり部分を除外した期間にオフセット取得期間を設定できるので、オフセット取得期間に取得した信号レベルから、ノイズを考慮した適切なオフセット値を算出できる。

＜付記６＞
付記１に記載の光電センサにおいて、オフセット回路は、予測された受光のタイミングよりも前に、オフセット取得期間を設定してよい。
これにより、オフセット回路は、仮に予測された受光のタイミングと実際の受光のタイミングとの間にずれが生じた場合であっても、オフセット取得期間が実際の受光のタイミングに被って設定されてしまう可能性を低減できる。

＜付記７＞
付記２に記載の光電センサにおいて、オフセット回路は、受光期間内のオフセット取得期間に取得した信号レベルに基づいて算出したオフセット値を、同じ受光期間内に取得した受光信号に対する閾値の決定に使用してよい。
これにより、オフセット値が、受光信号に近い信号レベルを用いて算出されたものとなり、オフセット回路は、現状のノイズをより反映して閾値を補正することができる。

＜付記８＞
付記１から７のいずれか１項に記載の光電センサにおいて、オフセット回路は、オフセット取得期間に取得した複数の信号レベルの平均値を算出し、オフセット値としてよい。
これにより、オフセット回路は、オフセット取得期間に取得した複数の信号レベルから、適切なオフセット値を算出できる。

＜付記９＞
本開示の一態様に係る受光ユニット（２０）は、投光されるパルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子（２１）と、受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路（２５）と、受光の周期を予測する周期検知回路（２８）と、予測された受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、フィルタ回路から出力される受光信号の信号レベルのうちオフセット取得期間に取得された信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路（２９）と、フィルタ回路から出力される受光信号の信号レベルと閾値とを所定の周期にて比較する比較回路（２６）と、を備える。
これにより、オフセット回路は、受光のタイミングを除外した期間にオフセット取得期間を設定できるので、オフセット取得期間に取得した信号レベルから、ノイズを考慮した適切なオフセット値を算出できる。よって、光電センサは、ノイズを考慮した適切な閾値を比較回路に設定でき、一定の閾値を比較回路に設定する場合と比べて、物体の検知を精度良く行うことができる。

以上、添付図面を参照しながら実施の形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例、修正例、置換例、付加例、削除例、均等例に想到し得ることは明らかであり、それらについても本開示の技術的範囲に属すると了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

本開示の技術は、光を投光及び受光して物体を検知するセンサに有用である。

１ 光電センサ
１０ 投光ユニット
１１ 発振回路
１２ 変調回路
１３ 駆動回路
１４ 投光素子
２０ 受光ユニット
２１ 受光素子
２２ ＩＶ変換回路
２３ 増幅回路
２４ ＡＤ変換回路
２５ フィルタ回路
２６ 比較回路
２７ 判定回路
２８ 周期検知回路
２９ オフセット回路
４１ 基準検出処理
４２ 周期予測及びマージン制御処理
９０ 信号レベル

Claims (9)

1. パルス光を投光する投光ユニットと、前記投光ユニットから投光された前記パルス光を受光する受光ユニットと、を備える光電センサであって、
   前記受光ユニットは、
   前記パルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子と、
   前記受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路と、
   前記受光の周期を予測する周期検知回路と、
   予測された前記受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルのうち前記オフセット取得期間に取得された前記信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、前記オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路と、
   前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルと前記閾値とを所定の周期にて比較する比較回路と、を備える、
   光電センサ。
2. 前記周期検知回路は、予測した前記受光の周期に基づいて受光期間を設定し、
   前記オフセット回路は、前記受光期間のうち、前記予測された前記受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部に前記オフセット取得期間を設定する、
   請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記周期検知回路は、予測した前記受光の周期に基づいて前記受光期間を変更し、
   前記オフセット回路は、変更された前記受光期間内に、前記オフセット取得期間を設定する、
   請求項２に記載の光電センサ。
4. 前記オフセット回路は、前記受光期間のうち、前記予測された前記受光のタイミング以前の期間の少なくとも一部に前記オフセット取得期間を設定する、
   請求項２又は３に記載の光電センサ。
5. 前記オフセット回路は、前記受光期間のうち、当該受光期間の開始タイミングから所定期間経過後のタイミングと前記予測された前記受光のタイミング以前との間の期間の少なくとも一部に前記オフセット取得期間を設定する、
   請求項４に記載の光電センサ。
6. 前記オフセット回路は、前記予測された前記受光のタイミングよりも前に、前記オフセット取得期間を設定する、
   請求項１に記載の光電センサ。
7. 前記オフセット回路は、前記受光期間内の前記オフセット取得期間に取得した前記信号レベルに基づいて算出した前記オフセット値を、同じ前記受光期間内に取得した前記受光信号に対する前記閾値の決定に使用する、
   請求項２に記載の光電センサ。
8. 前記オフセット回路は、前記オフセット取得期間に取得した複数の前記信号レベルの平均値を算出し、前記オフセット値とする、
   請求項１から７のいずれか１項に記載の光電センサ。
9. 投光されるパルス光を含む光を受光し、当該受光した光に基づく受光信号を出力する受光素子と、
   前記受光信号に所定のフィルタを施すフィルタ回路と、
   前記受光の周期を予測する周期検知回路と、
   予測された前記受光のタイミングを除外した期間の少なくとも一部にオフセット取得期間を設定し、前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルのうち前記オフセット取得期間に取得された前記信号レベルに基づいてオフセット値を算出し、前記オフセット値に基づいて閾値を決定するオフセット回路と、
   前記フィルタ回路から出力される前記受光信号の信号レベルと前記閾値とを所定の周期にて比較する比較回路と、を備える、
   受光ユニット。

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