JP2603549Y2

JP2603549Y2 - 光電スイッチ

Info

Publication number: JP2603549Y2
Application number: JP1991006023U
Authority: JP
Inventors: 勝広寺前
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2006-02-15
Also published as: JPH04103031U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、反射式光電スイッチに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５に従来の三角測距方式による反射式
光電スイッチのブロック図を示す。この構成は特開昭６
０−１７７２８１号公報に第４図として記載されたもの
と基本的な構成および動作は同様のものであって、被検
知対象物Ｘに対して光ビームＰを投光する投光手段１
は、投光タイミングを設定するクロックパルスを発生さ
せるタイミング発生回路１１と、発光素子１２を駆動す
る駆動回路１３と、凸レンズよりなる投光用光学系２１
等で構成されている。そして、発光素子１２から発せら
れた光を投光用光学系２１にて光ビームＰとして、検知
エリアに投光するようになっている。

【０００３】上記投光手段１から所定距離をもって側方
に配設され、被検知対象物Ｘによる光ビームＰの反射光
Ｒを集光する受光用光学系２２も凸レンズにて形成され
ている。この受光用光学系２２の集光面に配設され集光
スポットの位置に対応した位置信号１ａ，１ｂを出力す
る位置検出素子３は、例えばＰＳＤあるいは分割フォト
ダイオードのような１次元位置検出素子を用いて構成さ
れる。この種の位置検出素子３は集光スポットの位置に
対応した互いに相反する（つまり、一方の信号値が大き
くなると他方が小さくなる）２つの位置信号１ａ，１ｂ
を出力することが知られている。したがって、位置信号
１ａ，１ｂの信号値の比に基づいて位置検出素子３の集
光スポットの位置を求めると三角測量の原理によって光
ビームＰの照射方向における被検知対象物Ｘまでの距離
を知ることができる。

【０００４】この位置検出素子３の出力に基づいて被検
知対象物Ｘが所定の距離範囲内に存在するかどうかを判
別して、出力回路８を制御する判別制御手段が演算処理
回路４と、論理演算回路１０とで構成されている。距離
判別手段を構成する演算処理回路４は、位置検出素子３
から出力される各位置信号１ａ，１ｂを夫々増幅した後
に対数増幅し、対数増幅後の信号を減算することによっ
て両位置信号１ａ，１ｂの比に相当する信号値を求め
る。ここで、上述のように位置検出素子３は位置信号１
ａ，１ｂの信号値が互いに相反するものであるから、両
位置信号１ａ，１ｂの信号値の比に相当する出力が得ら
れることによって位置検出素子３の集光面の上での集光
スポットの位置を知ることができる。つまり、被検知対
象物Ｘまでの距離に対応した出力を得ることができる。
図５における位置判別回路１４は２つの位置信号１ａ，
１ｂの比に相当する信号値を求め、タイミング発生回路
１１のクロックパルスに同期してその信号値を規定値と
比較することによって被検知対象物Ｘが所定の距離範囲
に存在するか否かを判定するとともに比較結果をラッチ
する。また、図５における光量判別回路１５は位置検出
素子３の一方の位置信号１ｂを位置検出素子３での受光
光量の判別用に用いる。要するにＰＳＤや分割フォトダ
イオードの出力の信号値は集光スポットの位置だけでは
なく受光光量によっても変化するから、位置信号１ｂの
信号値により受光光量を推定することができる。ここ
に、光量判別回路１５では受光光量（位置信号１ｂの信
号値）を２段階に比較してある。つまり、受光光量がそ
れ以下になると測定値が保証されなくなる言わば測定限
界としての最低光量レベルと、最低光量レベルに対して
予想される変動幅程度の余裕をもたせて最低光量レベル
よりも高く設定した余裕光量との２段階で受光光量を比
較するのである。最低光量レベルは信号とノイズとが区
別できなくなる（つまりＳ／Ｎ比の小さい）測定限界で
あり、余裕光量はＳ／Ｎ比は測定限界ほどではないもの
のＳ／Ｎ比が十分であるとは言えないレベルであって、
最低光量レベルと余裕光量との間の範囲は信号値が多少
変動するだけでも最低光量レベル未満になるおそれのあ
る範囲ということになる。したがって、精度のよい測定
には余裕光量以上の受光光量が必要であるが、受光光量
が最低光量レベルと余裕光量との間でも被検知対象物Ｘ
が存在するか否かの仮判定には用いることが可能であ
る。

【０００５】そこで、論理演算回路１０を、位置判別結
果や最低光量判別結果や、最低光量よりも所定レベルだ
け大きいかを判別する余裕光量判別結果をそれぞれ独立
に記憶しておく判別データラッチ回路５ａ〜５ｃ、位置
判別結果と最低光量レベル判別結果により物体の有無を
判別する物体有無判別手段を構成する物体有無判別回路
６、及びＳ／Ｎ比の確保できた受光レベルでの物体の有
無判別時に余裕光量判別結果により余裕表示を行う余裕
判別回路７から構成してある。つまり、位置判別回路１
４において被検知対象物Ｘまでの距離が所定範囲内であ
ると判断され、かつ光量判別回路１５において位置検知
素子３での受光光量が最低光量レベル以上であると判断
されると物体有無回路６は被検知対象物Ｘが所定の距離
範囲内に存在するとみなす。余裕判別回路７では、物体
有無回路６で被検知対象物Ｘが存在すると判断されたと
きに光量判別回路１５で位置検知素子３での受光光量が
余裕光量以上であると判断されると余裕表示手段９に余
裕表示を行わせる。

【０００６】余裕判別回路７出力にて光量レベルが余裕
状態である旨を表示する余裕表示手段９は、表示用の発
光ダイオード９ｂと、この発光ダイオード９ｂを駆動す
るＬＥＤ駆動回路９ａとで構成されている。図６は従来
の具体回路図を示し、フリップフロップＦ１〜Ｆ３が、
位置判別結果や、最低レベル、余裕レベル判別等の光量
判別結果をそれぞれ独立に記憶しておく判別データラッ
チ回路５ａ〜５ｃである。また、フリップフロップＦ１
による位置判別結果の保持データと、フリップフロップ
Ｆ２による最低光量レベル判別結果の保持データとの論
理積をアンドゲートＧ₁ で得ている。

【０００７】アンドゲートＧ₁の出力は、フリップフロ
ップＦ４，Ｆ５で構成されるシフトレジスタにより、連
続してＨレベルあるいはＬレベルの信号で、セット或い
はリセットをするＲ−Ｓ型のフリップフロップＦ６、及
びアンドゲートＧ₂，Ｇ₃からなる物体有無判別回路６
に入力され、Ｓ／Ｎ比の保たれた状態で物体の有無判別
を行う。

【０００８】また、光量レベルが最低レベルよりも所定
レベルだけ大きい状態を判別する余裕判別結果は、判別
データラッチ回路５ｃであるフリップフロップＦ３によ
りデータラッチされる。フリップフロップＦ３の出力
と、物体有無判別回路６との出力はアンドゲートＧ₄に
入力されて論理積が求められる。余裕判別回路７は物体
有無判別回路６と同様に、フリップフロップＦ７，Ｆ
８、アンドゲートＧ₅，Ｇ₆ ，Ｇ ₇、Ｒ−Ｓ型のフリッ
プフロップＦ９で構成される。

【０００９】

【００１０】

【考案が解決しようとする課題】ところで、上述の従来
例では、余裕表示手段９は物体有無判別回路６により被
検知対象物Ｘが有ると判断されている期間内でのみ余裕
表示を行うことができるものであるから、使用者がその
場にいる場合は余裕の有無が判断できるが、その場にい
ない場合は確認できない。また、物体有無判別回路６に
より被検知対象物Ｘが有ると判断される期間がごく短時
間であって余裕表示を視認するのが難しい場合もある。
つまり、余裕光量以上の受光光量で精度よく被検知対象
物Ｘの有無を検知したか否かを見分けにくく、使用状態
の管理には不便である。

【００１１】本考案は上述の点に鑑みて提供したもので
あって、使用状態の管理を容易にすることを目的とした
光電スイッチを提供することを目的としたものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本考案は、光ビームを被
検知対象物に投光しその反射光を位置検出素子の集光面
に集光して形成される集光スポットの位置に基づいて被
検知対象物までの距離を三角測距方式によって求める反
射式の光電スイッチであって、被検知対象物が所定の距
離範囲内に存在するか否かを判定する距離判別手段と、
位置検出素子での受光光量が規定の最低光量レベル以上
のときに距離測定が可能であると判定する最低光量判定
手段と、距離判別手段により被検知対象物が上記所定の
距離範囲内に存在すると判定されかつ最低光量判定手段
により位置検出素子での受光光量が最低光量レベル以上
であると判定されると被検知対象物が存在すると判定す
る物体有無判別手段と、被検知対象物が存在すると判定
されている期間を一定時間遅延させた遅延期間を設定す
る遅延手段と、物体有無判別手段により被検知対象物が
存在すると判定されかつ位置検出素子での受光光量が上
記最低光量レベルよりも高く所定のＳ／Ｎ比が確保でき
る程度の規定の余裕光量以上であるときに余裕状態と判
定する余裕判定手段と、余裕判定手段での検出結果を遅
延期間の終了時点まで保持し余裕状態が保持されていな
ければ被検知対象物の存在が検出されなくなった時点で
光量不足を示す自己診断出力を発生すると共に次に被検
知対象物の存在が検出された後に存在が検出されなくな
る時点までその自己診断出力を保持する自己診断手段と
を備えるものである。

【００１３】

【作用】上記構成では、物体有無判別手段により被検
知対象物の存在が検出されている期間を一定時間遅延さ
せた遅延期間を設定してあり、物体有無判別手段によっ
て被検知対象物が所定の距離範囲内に存在し、かつ位置
検知素子の受光光量が測定限界である最低光量レベル以
上であると判定されている期間内で余裕状態が得られて
いるか否かを検出し、この検出結果を遅延期間の終了時
点まで保持し余裕状態が保持されていなければ被検知対
象物の存在が検出されなくなった時点で光量不足を示す
自己診断出力を発生し、その自己診断出力は次に被検知
対象物の存在が検出された後に存在が検出されなくなる
時点まで保持されるから、使用者がその場にいないとき
でも、被検知対象物が検知されたときに次に自己診断出
力が更新されるまでの間であれば、受光光量が余裕状態
以上で被検知対象物が検知されたか否かを確認すること
ができる。とくに、被検知対象物の検知された期間が短
時間であっても自己診断出力の保持によって十分なＳ／
Ｎ比を得られる程度の受光光量が得られているか否かを
確認することができるから、受光光量が余裕光量以下で
あるときには、被検知対象物への照射位置を変更するな
どして十分な受光光量が得られるような修正ないし調整
を行なうことができる。また、自己診断手段に保持され
る余裕状態の検出結果を、被検知対象物の存在が検出さ
れなくなった時点から遅延手段に設定された一定時間の
経過後に解除するから、次に被検知対象物が検出された
時点では余裕状態か得られているか否かを迅速かつ確実
に判定することが可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本考案の実施例を図面を参照して説明
する。図１に全体のブロック図を示し、図２に要部の具
体回路図を示している。ここで、従来例と異なる所は図
２に示すように従来の回路に自己診断回路１６と自己診
断回路１６により駆動報知を行う出力回路１７とインバ
ータＩＮＶ１，ＩＮＶ２および抵抗Ｒ ₁ 、コンデンサＣ ₁
よりなる遅延手段とを加えたことである。また、図２示
すように、従来のアンドゲートＧ₄の代わりにナンドゲ
ートＧ₇を用いている。

【００１５】ここで、ナンドゲートＧ₇の出力は、物体
が存在（「有」）する時（図２のＨ点の出力がＨレベ
ル）、及びデータラッチ回路５ｃのフリップフロップＦ
３における余裕がない時（フリップフロップＦ３のｎｏ
ｔＱがＨレベルの時）のみＬレベル（Ｃ点の出力）とな
る。また、物体有無判別回路６の出力（Ｈ点）は、イン
バータＩＮＶ１，ＩＮＶ２、抵抗Ｒ₁、コンデンサＣ₁
により遅延されＫ出力となる。これは、Ｒ−Ｓ型のフリ
ップフロップＦ１０のデータの確定と、フリップフロッ
プＦ１１のデータ確定タイミングを都合の良いようにす
るためである。

【００１６】ここで、本考案は自己診断回路１６によ
り、余裕判定結果を物体の有無結果の「有」終了により
データとして確定し、物体の有無判別結果が「無」に変
化した時に、物体の有無判別結果が「有」の期間中余裕
レベル以下の判別が完全に連続した時のみ自己診断出力
を「光量不足」として知らせるものである。また、物体
検知が「有」の期間中余裕レベル以上の判別が一定期間
以上行えた時は、物体検知が「有」の期間中でそれ以後
余裕レベル以下の判別が連続して物体検知が「有」状態
を終了しても「光量十分」を知らせるようにしたもので
あり、この更新が次の物体検知が「有」の状態時に行わ
れ、それまでの間、余裕レベル判別結果を保持するよう
にしている。その結果、自己診断は被検知対象物の形状
に左右されなく安定となり、使用者にとっては、自己診
断出力は安定で信頼度の高いものとしている。

【００１７】図３は図２に示した回路のいろいろな条件
での動作を一括して示す図であり、被検知対象物が近い
場合、遠い場合において、被検知対象物Ｘまでの距離が
設定値を越えた場合には、物体「有」の検知出力を出し
（Ｈ点）、光量が余裕レベル以上の場合には、図中の斜
線に示すように余裕表示手段９に対して安定表示として
出力される。尚、安定表示がそのまま出力Ｇを示し、自
己診断出力が出力Ｊを表している。要するに、図３は距
離と受光光量とのいろいろな組み合わせを示し、距離が
同じ場合でも被検知対象物の反射率の違いによって受光
光量が変化する場合も含んでいる。

【００１８】図４は自己診断回路１６の動作を示し、図
４のＧ〜Ｋは図２のＧ〜Ｋ点の信号を示している。今、
物体検知が行われると、Ｈ点がＨレベルとなり、上述し
た遅延手段により一定時間遅延した後にＨレベルとな
る。光量が余裕レベル以上の場合にはＧ点がＨレベルと
なり、同時にＩ点もＨレベルとなる。そして、物体検知
の「有」期間が終了するときにインバータＩＮＶ３によ
りフリップフロップＦ１１のＣ入力にＨレベルの信号が
入力されるが、フリップフロップＦ１１のｎｏｔＱ出力
（Ｑ出力の反転出力）は図４のＪに示すようにＬレベル
のままである。すなわち、１回目の物体検知が「有」の
場合では、余裕光量以上であり、自己診断出力は反転せ
ず、出力回路１７は駆動されず、「光量十分」であるこ
とになる。上記遅延手段の出力は物体検知の「有」期間
が終了してから一定時間遅延してＬレベルになる。つま
り、物体検知の「有」期間に遅延した遅延期間Ｔｄが上
記遅延手段により設定される。遅延期間Ｔｄの終了時点
でフリップフロップＦ１０はリセットされＩ点はＬレベ
ルになる。換言すると、遅延期間Ｔｄの終了時点までフ
リップフロップＦ１０はリセットされないこととなり、
よってフリップフロップＦ１１におけるデータ確定のタ
イミングに関し都合の良いものとなって、フリップフロ
ップＦ１１におけるデータ確定が安定したものとなる。

【００１９】次に、２回目の物体検知の「有」の期間に
おいては、余裕光量以下であるため、Ｇ出力はＬレベル
であり、フリップフロップＦ１１のＤ入力はＨレベルと
なる。従って、Ｈ出力がＬレベルに立ち下がった時に、
フリップフロップＦ１１のｎｏｔＱ出力が反転してＨレ
ベルとなり、出力回路１７を駆動して「光量不足」であ
る旨を知らせる。また、ｎｏｔＱ出力のＨレベルは、物
体検知の「有」の期間の立ち下がり時まで保持される。

【００２０】このように、光電スイッチの使用状態の管
理（光量が十分あるか）を、物体検知結果の「有」期間
が、一瞬であり瞬時の確認が不可能である場合にも確認
でき、また、センサー使用の自動化の際、使用者がその
場にいない場合でもセンサーの使用状態の確認が行え、
自動化に対しても対応しやすくなるものである。

【００２１】

【考案の効果】本考案は上述のように、光ビームを被検
知対象物に投光しその反射光を位置検出素子の集光面に
集光して形成される集光スポットの位置に基づいて被検
知対象物までの距離を三角測距方式によって求める反射
式の光電スイッチであって、被検知対象物が所定の距離
範囲内に存在するか否かを判定する距離判別手段と、位
置検出素子での受光光量が規定の最低光量レベル以上の
ときに距離測定が可能であると判定する最低光量判定手
段と、距離判別手段により被検知対象物が上記所定の距
離範囲内に存在すると判定されかつ最低光量判定手段に
より位置検出素子での受光光量が最低光量レベル以上で
あると判定されると被検知対象物が存在すると判定する
物体有無判別手段と、被検知対象物が存在すると判定さ
れている期間を一定時間遅延させた遅延期間を設定する
遅延手段と、物体有無判別手段により被検知対象物が存
在すると判定されかつ位置検出素子での受光光量が上記
最低光量レベルよりも高く所定のＳ／Ｎ比が確保できる
程度の規定の余裕光量以上であるときに余裕状態と判定
する余裕判定手段と、余裕判定手段での検出結果を遅延
期間の終了時点まで保持し余裕状態が保持されていなけ
れば被検知対象物の存在が検出されなくなった時点で光
量不足を示す自己診断出力を発生すると共に次に被検知
対象物の存在が検出された後に存在が検出されなくなる
時点までその自己診断出力を保持する自己診断手段とを
備えるから、使用者がその場にいないときでも、被検知
対象物が検知されたときに次に自己診断出力が更新され
るまでの間であれば、受光光量が余裕状態以上で被検知
対象物が検知されたか否かを確認することができる。と
くに、被検知対象物の検知された期間が短時間であって
も自己診断出力の保持によって十分なＳ／Ｎ比を得られ
る程度の受光光量が得られているか否かを確認すること
ができるから、受光光量が余裕光量以下であるときに
は、被検知対象物への照射位置を変更するなどして十分
な受光光量が得られるような修正ないし調整を行なうこ
とができるという効果を奏する。つまり、被検知対象物
の有無の検出に適した使用状態か否かを自己診断出力に
よって容易に知ることができ、使用状態の管理が容易に
なるという利点を有する。また、自己診断手段に保持さ
れる余裕状態の検出結果を、被検知対象物の存在が検出
されなくなった時点から遅延手段に設定された一定時間
の経過後に解除するから、次に被検知対象物が検出され
た時点では余裕状態が得られているか否かを迅速かつ確
実に安定して判定することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の全体のブロック図である。

【図２】論理演算回路の具体回路図である。

【図３】動作波形図である。

【図４】自己診断回路の動作波形図である。

【図５】従来例の全体のブロック図である。

【図６】従来例の論理演算回路の具体回路図である。

【符号の説明】

６物体有無判別回路１６自己診断回路

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】光ビームを被検知対象物に投光しその反
射光を位置検出素子の集光面に集光して形成される集光
スポットの位置に基づいて被検知対象物までの距離を三
角測距方式によって求める反射式の光電スイッチであっ
て、被検知対象物が所定の距離範囲内に存在するか否か
を判定する距離判別手段と、位置検出素子での受光光量
が規定の最低光量レベル以上のときに距離測定が可能で
あると判定する最低光量判定手段と、距離判別手段によ
り被検知対象物が上記所定の距離範囲内に存在すると判
定されかつ最低光量判定手段により位置検出素子での受
光光量が最低光量レベル以上であると判定されると被検
知対象物が存在すると判定する物体有無判別手段と、被
検知対象物が存在すると判定されている期間を一定時間
遅延させた遅延期間を設定する遅延手段と、物体有無判
別手段により被検知対象物が存在すると判定されかつ位
置検出素子での受光光量が上記最低光量レベルよりも高
く所定のＳ／Ｎ比が確保できる程度の規定の余裕光量以
上であるときに余裕状態と判定する余裕判定手段と、余
裕判定手段での検出結果を遅延期間の終了時点まで保持
し余裕状態が保持されていなければ被検知対象物の存在
が検出されなくなった時点で光量不足を示す自己診断出
力を発生すると共に次に被検知対象物の存在が検出され
た後に存在が検出されなくなる時点までその自己診断出
力を保持する自己診断手段とを備えることを特徴とする
光電スイッチ。