JP2544913Y2 - 光電スイッチ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、受光感度を調整可能な
光電スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の光電スイッチとして、例えば反
射形光電スイッチにおいては、投光器から所定周期でパ
ルス光を出力し、そのパルス光に対する被検出物からの
反射光を受光素子により受光し、受光信号の有無に基づ
いて被検出物の有無を判断するようになっている。この
場合、具体的には、受光素子からの受光信号を増幅回路
により増幅し、その増幅出力を感度調整用の可変抵抗素
子を介して増幅出力のレベルを調整した後、検出回路の
比較器に与えるようになっている。比較器においては、
入力された信号のレベルを物体検出を判断するために設
定された基準レベルと比較し、入力信号のレベルが大き
いときに受光状態を示す「Ｈ」レベルの信号を出力する
ようになっている。そして、検出回路においては、比較
器からの出力信号をパルス光の投光周期と同期をとって
検波し、所定回数「Ｈ」レベルの信号が入力されたとき
に物体が存在することを示す検出信号を出力するように
構成されている。

【０００３】この場合、可変抵抗素子は、固定端子間に
増幅回路から増幅出力が与えられており、回転式等の可
動端子を摺動させて可動端子の抵抗値を変化させること
により増幅出力を分圧して比較器への出力レベルを調整
するもので、これにより、検出距離に応じたレベルの増
幅出力を比較器に与えて「Ｈ」レベルの信号を出力する
ことができるように感度調整を行うのである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】ところで、一般に、可
変抵抗素子においては可動端子を回転あるいはスライド
させるなどして摺動させて抵抗値を変化させるようにな
っているが、光電スイッチのような小形の装置に組み込
み可能なものにおいては、その抵抗値の変化量は、可動
端子の移動量例えば回転角度に比例するようになってい
る。したがって、例えば、可動端子の最大回転角を「１
０」として「０」から「１０」まで等間隔に設けた設定
目盛Ｍに対して、固定端子間に入力される電圧Ｖｉｎに
対する可動端子からの出力電圧Ｖｏｕｔの比の値（＝Ｖ
ｏｕｔ／Ｖｉｎ）は、図５に示すように比例関係にあ
る。

【０００５】一方、受光素子に入射する光の強度は被検
出物からの距離の２乗に反比例するので、これらの関係
から、ある最大検出距離Ｌにおいて、比較器により
「Ｈ」レベルの信号が出力されるように可動端子からの
出力電圧Ｖｏｕｔを得るために必要な可動端子の設定目
盛Ｍの値は、図６に示すようになる。この図６から、最
大検出距離Ｌは、可動端子の設定目盛Ｍに対して対数カ
ーブ特性で変化する関係となっていることがわかる。

【０００６】したがって、検出距離が短く、可動端子の
設定目盛Ｍを小さい領域に設定している場合に、検出距
離の微調整を行うために可動端子を回動して設定目盛Ｍ
を調整するときには、わずかな設定目盛Ｍの移動に対し
て最大検出距離Ｌの値が急激に変化してしまうようにな
る。一方、検出距離が長く、可動端子の設定目盛Ｍを大
きい領域に設定している場合に、検出距離の微調整を行
うために可動端子を回動して設定目盛Ｍを調整するとき
には、設定目盛の移動を比較的大きくしても最大検出距
離Ｌの値はあまり変化しないようになる。

【０００７】しかしながら、一般に、検出感度の調整
は、設定しようとする最大検出距離Ｌが短いほど微調整
が必要となり、逆に、設定しようとする最大検出距離Ｌ
が長いほど感度調整の程度は大まかに行えば足りるの
で、上述の可変抵抗素子により調整するときの特性とは
全く逆の特性で変化することになり、使用者にとって調
整作業を行うときに、特に短い検出距離の場合における
微調整が非常にやり難くなる不具合がある。

【０００８】一方、製品としての光電スイッチにおいて
は、可変抵抗素子に抵抗値のばらつきがあるため、可変
抵抗素子の可動端子の設定目盛Ｍを最大に設定したとき
に、製品規格としての最大検出距離ＬＬを保証すべく、
所定の最大検出距離Ｌ１からＬ２の範囲ΔＬを満たすよ
うに製作する必要がある。つまり、例えば、図６に示す
ように、可動端子の設定目盛Ｍを「１０」に設定したと
きに、破線Ａで示す最大検出距離ＬＬを保証するために
は、破線ＢおよびＣで示す最大検出距離Ｌ１およびＬ２
の間にその光電スイッチの最大検出距離Ｌを満たすよう
にする必要がある。したがって、前述した可変抵抗素子
の特性から最大検出距離Ｌ１およびＬ２を満たす特性曲
線を描くと、同図中曲線ｍおよびｎで示すようになる。

【０００９】ところが、この場合に、製品規格である最
大検出距離ＬＬを設定するためには、可変抵抗素子の可
動端子の設定目盛Ｍの値は、同図中曲線ｍで示す特性を
示す場合には「８」となり、同図中曲線ｎで示す場合に
は「５．５」となるので、使用者にとって可動端子によ
る調整可能な設定目盛Ｍの範囲が狭くなってしまうと共
に、大きくばらついてしまうため、調整がやりにくくな
ると共に製品に対する信頼感が低下する不具合がある。

【００１０】本考案は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、可変抵抗素子の抵抗値が可動端子の摺
動量に比例して変化する場合でも、簡単且つ安価な構成
で、近距離側の検出距離設定で微調整が行え、遠距離側
の検出距離設定では大まかな調整を行えるようにして、
調整の作業性を向上させると共に、信頼感をも向上し得
る光電スイッチを提供するにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本考案の光電スイッチ
は、投光部から照射された光を光電変換する受光素子
と、この受光素子の受光信号を増幅する増幅回路と、一
方の固定端子に前記増幅回路からの増幅出力が与えられ
ると共に他方の固定端子に基準電位が与えられるように
接続され、上記固定端子間を摺動する可動端子から出力
を得るようにしたＢ特性の可変抵抗素子と、この可変抵
抗素子の可動端子と前記基準電位との間に接続され可動
端子の変化量に対して前記増幅回路からの増幅出力と可
動端子からの出力との比の値が指数関数的な特性となる
ように補正する抵抗素子と、前記可変抵抗素子の可動端
子からの出力を所定レベルと比較した結果に基いて検出
信号を出力する検出手段とを設けて構成したところに特
徴を有する。

【００１２】

【作用】本考案の光電スイッチによれば、投光部から照
射された光は、受光素子に入射すると光電変換され、増
幅回路にて増幅されて増幅出力として可変抵抗素子の一
方の固定端子に与えられるようになる。可変抵抗素子に
おいては、一方の固定端子に与えられた増幅出力は他方
の固定端子に与えられている基準電位との差の電圧が両
固定端子間に印加されるようになり、可動端子からは、
その摺動位置に応じた分圧抵抗と補正用抵抗素子との合
成抵抗にかかる分圧電圧に相当する出力が得られるよう
になる。検出手段は、この調整出力を所定レベルと比較
してその結果に基づいて検出信号を出力するようにな
る。

【００１３】そして、上述した可変抵抗器の可動端子の
出力は、可変抵抗素子と補正用抵抗素子との合成抵抗に
より分担する電圧として得られるので、可動端子の摺動
に応じて得られる変化は次のようになる。すなわち、通
常、光電スイッチのような小形の装置に用いられる可変
抵抗素子は、可動端子の摺動変位量に比例してその抵抗
値は直線的に変化する特性（所謂Ｂ特性）を有してい
る。したがって、抵抗素子が接続されていない場合に
は、増幅回路からの入力電圧に対して可動端子からの出
力は直線的に変化する出力電圧となるが、抵抗素子が接
続されていることにより、出力電圧が小さい領域におい
ては可動端子の摺動量に応じた変化が少なく、出力電圧
が大きくなる領域においては可動端子の摺動量に応じた
変化が大きくなるという指数関数的に変化する特性（所
謂Ａ特性）を呈するようになる。

【００１４】一方、受光素子が受ける光の強さは距離の
２乗に反比例するという関係にあるため、検出手段にて
受光信号に基いて検出状態と判断することができる検出
可能な距離は、可変抵抗素子の可動端子の出力電圧を２
乗した値に比例することになる。そこで、上述のよう
に、可動端子の摺動量に応じた出力電圧の変化が指数関
数的な特性となることから、検出距離の大きさも可動端
子の摺動量に応じて指数関数的に変化させることができ
るようになる。

【００１５】この結果、設定する検出距離を長くしてい
く程、可変抵抗素子の可動端子の摺動量に対する検出距
離の変化量を大きくするようにできるので、短い検出距
離の設定を行う場合には微調整を行い易くなる。また、
可動端子の摺動量を最大に設定したときの検出距離が可
変抵抗素子の抵抗値のばらつきにより変動する場合で
も、可動端子を僅かに摺動させることにより所定の規格
範囲内に調整することができ、可動端子の摺動位置を大
きく変動させないので、調整可能な摺動範囲を略一定の
広い領域に設定することができるようになって、製品に
対する信頼感も向上するようになる。

【００１６】

【実施例】以下、本考案を反射形光電スイッチに適用し
た場合の第１の実施例について、図１ないし図３を参照
して説明する。電気的構成を示す図１において、投光部
１および受光部２は次のように構成される。投光部１に
おいて、発振回路３の出力端子は駆動回路４を介して投
光回路５に接続されている。投光回路５は、ＬＥＤなど
の投光素子６および抵抗７の直列回路からなるもので、
発振回路３から所定周期の投光パルスが出力されると、
駆動回路４により投光パルスに対応する駆動電流が与え
られ、投光素子６が駆動されて検出エリアに向けてパル
ス光を出力する。

【００１７】受光部２において、受光回路８は、フォト
ダイオードなどの受光素子９および抵抗１０の直列回路
を直流電源端子ＶＣとアースとの間に接続してなるもの
で、受光素子９と抵抗１０との共通接続点は増幅回路１
１の入力端子に接続されている。感度調整回路１２はＢ
特性を有する可変抵抗素子１３および補正用抵抗素子１
４から構成される。可変抵抗素子１３の一方の固定端子
１３ａは増幅回路１１の出力端子に接続され、他方の固
定端子１３ｂはゼロボルトの基準電位となるようにアー
スされ、回転操作により摺動可能な可動端子１３ｃは補
正用抵抗素子１４を介してアースされている。

【００１８】この場合、可変抵抗素子１３の固定端子１
３ａ，１３ｂ間の抵抗値はＲｖとされ、可動端子１３ｃ
は回転角度をゼロから最大回転角度まで回転すると、固
定端子１３ａとの間の抵抗値Ｒ１がＲｖからゼロまで直
線的に変化するＢ特性となるようになっている。また、
可動端子１３ｃには回転角度を１０等分した設定目盛Ｍ
が付してあり、最大回転角度まで回転したときに最大設
定目盛Ｍｏである「１０」に位置するようになってい
る。

【００１９】検出手段としての検出回路１５は、比較器
１６，検波積分回路１７および出力回路１８を順次接続
した構成とされ、比較器１６の入力端子には可変抵抗素
子１３の可動端子１３ｃが接続されている。比較器１６
は、入力信号のレベルをあらかじめ設定されている基準
レベルと比較し、入力信号のレベルが基準レベルよりも
大きいときに「Ｈ」レベルの信号を出力する。検波積分
回路１７は、比較器１６から与えられる「Ｈ」レベルの
信号を発振回路３から与えられる投光パルスと同期をと
って検波すると共に、その検波出力を積分していくもの
で、例えば、所定回数の検波出力が連続して与えられた
ときにその積分値が所定レベルに達して検出信号を出力
するものである。そして、出力回路１８は、検波積分回
路１７から検出信号が与えられると、出力端子Ｑに接続
された図示しない負荷回路の負荷に駆動信号を与えるよ
うになっている。

【００２０】次に、本実施例の作用について、（ａ）検
出動作および（ｂ）感度調整動作に分けて図２および図
３をも参照して説明する。 （ａ）検出動作 すなわち、発振回路３は、所定周期の投光パルスを駆動
回路４に与えると共に検波積分回路１７に与える。これ
により、まず、駆動回路４は投光回路５の投光素子６に
駆動電流を与えてパルス光を出力させるようになる。検
出エリア内に被検出物Ｓが存在する場合には、その被検
出物Ｓによる反射光が受光素子９に入射するようにな
る。

【００２１】受光素子９により電気信号に変換された出
力は増幅回路１１を介して感度調整回路１２に与えられ
るようになる。感度調整回路１２においては、可動端子
１３ｃにより設定された分圧抵抗値に相当する調整出力
を検出回路１５の比較器１６に与えるようになる。比較
器１６は入力された信号のレベルが基準レベル以上ある
ときに「Ｈ」レベルの信号を検波積分回路１７に出力す
るようになる。

【００２２】検波積分回路１７においては、与えられた
「Ｈ」レベルの信号を発振回路３から与えられている投
光パルスにより同期検波し、干渉光などによる受光信号
を除去して投光パルスに応じて出力された受光信号のみ
を検出して積分する。そして、その検出された受光信号
が連続して所定回数入力されて積分値が所定レベルを超
えると物体検出信号を出力回路１８を介して出力端子Ｑ
に出力するようになる。これにより、設定された検出距
離の範囲内に物体が存在することを検出できるようにな
る。

【００２３】（ｂ）感度調整動作 次に、感度調整回路１２による感度調整動作について説
明する。検出距離を調整するために感度調整回路１２の
可変抵抗素子１３の可動端子１３ｃを回動操作すると、
可変抵抗素子１３の固定端子１３ａに増幅回路１１から
与えられる増幅出力としての入力電圧Ｖｉｎに対し、可
動端子１３ｃに現れる出力電圧Ｖｏｕｔの入出力電圧比
の値は、設定目盛Ｍに応じて図２に示すように変化す
る。この場合、可変抵抗素子１３の固定端子１３ａ，１
３ｂ間の抵抗値をＲｖとすると、設定目盛がＭに設定さ
れたときに可動端子１３ｃにより分割された両固定端子
１３ａ，１３ｂ間の抵抗値Ｒ１およびＲ２は、 Ｒ１＋Ｒ２＝Ｒｖ Ｒ１＝Ｒｖ×（Ｍｏ−Ｍ）／Ｍｏ となる（ただしＭｏは最大設定目盛である）。

【００２４】また、このときの可動端子１３ｃとアース
との間の抵抗値Ｒｏは、上述の抵抗値Ｒ２と補正用抵抗
素子１４の抵抗値Ｒｆとの並列抵抗となる。この結果、
入力電圧Ｖｉｎに対する出力電圧Ｖｏｕｔの値の比をα
（＝Ｖｏｕｔ／Ｖｉｎ）とすると、上述の関係からαの
値は次式のようになる。

【００２５】

【数１】

【００２６】また、このような関係から、可動端子１３
ｃの設定目盛Ｍに対する最大検出距離Ｌの値は図３に示
すような指数関数的な特性として得られる。この結果、
可動端子１３ｃの設定目盛Ｍが小さい領域においては、
その設定目盛Ｍの変化量に対して最大検出距離Ｌの値の
変化量が小さくなり、短い検出距離の設定に対する微調
整がやり易くなる。

【００２７】一方、可動端子１３ｃの設定目盛Ｍが大き
い領域においては、その設定目盛Ｍの変化量に対して最
大検出距離Ｌの変化量が大きくなるので、可変抵抗素子
１３の抵抗値Ｒｖにばらつきがある場合でも、破線Ａで
示す規格の最大検出距離ＬＬを満たすための調整量が小
さくなる。すなわち、いま、破線Ａで示す規格の最大検
出距離ＬＬを満たすためには、破線Ｂおよび破線Ｃで示
す最大検出距離の範囲ΔＬを満たす必要がある。

【００２８】この場合に、可動端子１３ｃの設定目盛Ｍ
を最大設定目盛Ｍｏである「１０」にしたときの最大検
出距離Ｌが最大検出距離の範囲ΔＬで示す範囲の下限に
相当する曲線ｍで示す値となる場合と、上限に相当する
曲線ｎで示す値となる場合とで、そのときの規格の最大
検出距離ＬＬの設定目盛Ｍの値が、例えば「９．５」か
ら「１０」までの狭い範囲内となるので、最大設定目盛
Ｍｏである「１０」に対して実際に調整して設定可能な
範囲を広くすることができると共に、その調整範囲も大
きなばらつきを生じることがなくなる。

【００２９】このような本実施例によれば、感度調整回
路１２の可変抵抗素子１３の可動端子１３ｃに補正用抵
抗素子１４を並列に接続したので、可動端子１３ｃの設
定目盛Ｍの変化量に対する入出力電圧比の値を指数関数
的な特性とすることができ、したがって、設定目盛Ｍの
変化量に対する検出距離Ｌの値も指数関数的な特性とす
ることができ、短い検出距離に設定する場合には微調整
の作業が容易になり、しかも、可変抵抗素子１３の抵抗
値Ｒｖのばらつきによらず、略一定の検出距離の調整範
囲をとることができて信頼感を向上させることができ
る。

【００３０】図４は本考案の第２の実施例を示すもの
で、第１の実施例と異なるところは、感度調整回路１２
に代えて感度調整回路１９を設けたところである。すな
わち、可変抵抗素子１３の固定端子１３ａおよび補正用
抵抗素子１４のアースされていた端子は、共に基準電位
としての直流電源端子ＶＣに接続された構成となってい
るところである。そして、このような構成によっても、
第１の実施例と略同様の作用効果を得ることができる。

【００３１】なお、上記各実施例においては、本考案を
反射形の光電スイッチに適用した場合について説明した
が、これに限らず、例えば、透過形の光電スイッチに適
用することもできる。

【００３２】

【考案の効果】以上説明したように、本考案の光電スイ
ッチによれば、感度調整に用いるＢ特性の可変抵抗素子
を、一方の固定端子に前記増幅回路からの増幅出力が与
えられると共に他方の固定端子に基準電位が与えられる
ように接続し、それら固定端子間を摺動する可動端子か
ら出力を得るようにすると共に、その可変抵抗素子の可
動端子と前記基準電位との間に可動端子の変化量に対し
て前記増幅回路からの増幅出力と可動端子からの出力と
の比の値が指数関数的な特性となるように補正する抵抗
素子を接続して構成したので、可動端子の摺動変位量に
対して抵抗値が直線的に変異するＢ特性の可変抵抗素子
を用いる場合でも、その可動端子の出力特性を指数関数
的な特性とすることができるようになる。これにより、
短距離側での検出距離の設定においては可動端子の摺動
変位量に応じて検出距離の変化量を小さくすることがで
き、微調整を行い易くすることができる。そして、長い
検出距離においては可動端子の摺動変位量に応じて検出
距離の変化量が大きいので、可変抵抗素子の抵抗値のば
らつきがある場合でも、規格としての最大検出距離を満
たす設定目盛の値を略一定にできると共に、調整可能な
範囲を広くすることができて使用者の信頼感を向上させ
ることができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例を示す電気的構成図

【図２】可動端子の設定目盛と入出力電圧比との相関図

【図３】可動端子の設定目盛と最大検出距離との相関図

【図４】本考案の第２の実施例を示す感度調整回路の電
気的構成図

【図５】従来例を示す図２相当図

【図６】同図３相当図

【符号の説明】

１は投光部、２は受光部、３は発振回路、５は投光回
路、６は投光素子、８は受光回路、９は受光素子、１１
は増幅回路、１２は感度調整回路、１３は可変抵抗素
子、１３ａ，１３ｂは固定端子、１３ｃは可動端子、１
４は補正用抵抗素子、１５は検出回路、１６は比較器、
１７は検波積分回路、１８は出力回路、１９は感度調整
回路である。

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光部から照射された光を光電変換する
   受光素子と、 この受光素子の受光信号を増幅する増幅回路と、 一方の固定端子に前記増幅回路からの増幅出力が与えら
   れると共に他方の固定端子に基準電位が与えられるよう
   に接続され、上記固定端子間を摺動する可動端子から出
   力を得るようにしたＢ特性の可変抵抗素子と、 この可変抵抗素子の可動端子と前記基準電位との間に接
   続され可動端子の変化量に対して前記増幅回路からの増
   幅出力と可動端子からの出力との比の値が指数関数的な
   特性となるように補正する抵抗素子と、 前記可変抵抗素子の可動端子から与えられる出力を所定
   レベルと比較した結果に基いて検出信号を出力する検出
   手段とを具備したことを特徴とする光電スイッチ。