JP2839893B2 - 反射式物体検出器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、光信号を監視領域を介して壁等で反射さ
せ、この反射光の変化から通過物体を検知する反射式物
体検出器に関する。

［従来の技術］ 従来の反射式物体検出器としては、例えば第４図に示
すものがある。

第４図において、１は例えばLED等でなる発光部であ
り、パルス駆動回路２、変調回路３により所定周期で変
調された変調光を監視領域12を介して壁９に向けて発光
する。４は例えばフォトダイオードよりなる受光部であ
り、壁９で反射された発光部１からの変調光を受光して
電気信号に交換する。受光部４からの受光信号はフィル
タ回路５で変調周波数帯域を抽出した後、同期回路６で
同期検波され、増幅回路７で増幅した後に整流回路８で
直流信号に変換されて比較回路10に与えられる。

比較回路10には、壁９からの定常的な反射光による検
出信号、即ち定常監視状態における整流回路８からの出
力電圧が基準値として設定され、監視区域12に例えば人
が侵入したときの反射光の変化による信号変化が基準値
に対し所定値以上であれば出力部11に物体検出信号を出
力し、警報を行なわせる。

通常、比較回路10での監視閾値の設定は、例えば基準
入力値を中心に上限監視閾値と下限監視閾値を上下に設
定する。

第５図は基準入力値に対して上下に監視閾値を設定し
た比較回路10の一例を示す。

第５図において、13,14は比較器、15は遅延回路であ
る。

まず、比較器13,14に対する入力電圧Viは抵抗R10,R11
の分圧により整流回路８からの出力電圧に基づいて決め
られ、遅延回路15を介して比較器13,14に入力される。

比較器13には抵抗R12,R13により上限監視閾値Vr1が設
定され、また比較器14には抵抗R14,R15によって下限監
視閾値Vr2が設定される。

具体的には、例えば工場等からの出荷時に、例えば第
６図に示すように、所定の反射光量Loを受光部４に入射
し、そのとき得られる整流回路８の出力電圧に基づいて
基準入力Viを決め、この基準入力Viが略中央となるよう
に、上限監視閾値Vr1及び下限監視閾値Vr2を設定する。

このような反射式物体検出器の検出動作は第７図に示
すようになる。

いま監視領域12に人が侵入して急激な反射光の変化、
例えば反射光が増加する変化に生じた場合、整流回路８
から比較回路10に対する入力電圧Viはステップ的に立上
り、これに追従して比較器13,14に対する上限及び下限
監視閾値Vr1,Vr2も図示のようにステップ的に立上る。

しかし、比較器13,14に対する入力電圧Viは遅延回路1
5により直ちに変化せず追従遅れをもつ。このため時刻t
1〜t2の期間に渡り入力電圧Viが下限監視閾値Vr2を下回
り、比較器13がＨレベル出力を生じ、比較器13のＨレベ
ル出力をラッチして物体検出信号を出力することにより
警報出力を行なう。

勿論、侵入した物体が監視領域から抜け出すと、反射
光が元に戻って比較回路10に対する入力電圧がステップ
的に立下り、この場合には時刻t3〜t4に示すように入力
電圧が上限監視閾値Vr1を上回ることで比較器13がＨレ
ベル出力を生ずる。

しかし、この時には既に警報出力が行なわれているの
で、警報動作に関係しない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の反射式物体検出器に
あっては、監視領域に物体、例えば人が侵入して静止し
た場合、一定時間を経過すると遅延された入力電圧が閾
値電圧に追従し、第７図に示したように、比較出力が断
たれてしまう。

このため比較出力をラッチして警報出力を継続させて
いるが、警報出力が行なわれた時に、誤報か否かを確認
するために警報出力のラッチを解除した場合、比較出力
が既に断たれているために再度警報出力が出されず、監
視領域に侵入者が存在しているのも係わらず誤報と判断
されてしまう問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
もので、監視領域に物体が存在している間は物体検出信
号の出力状態を維持できるようにした信頼性の高い反射
式物体検出器を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するため本考案にあっては、監視領域
を介して壁等に向けて光信号を出力する発光部と；該壁
等から反射された光信号を受光して電気信号に変換する
受光部と；該受光部が受光した受光信号を増幅する増幅
部と；該増幅部の増幅信号に所定電圧を加えた電圧を遅
延出力する第１の遅延制御部と；前記増幅器の増幅信号
から所定電圧を差し引いた電圧を遅延出力する第２の遅
延制御部と；前記第１の遅延制御部からの遅延出力を上
限監視閾値として前記増幅部からの増幅信号と比較し、
増幅信号が上限監視閾値以上となった時に比較出力を生
ずる第１の比較部と；前記第２の遅延制御部からの遅延
出力を下限監視閾値として前記増幅部の増幅信号と比較
し、該増幅信号が下限監視閾値以下となった時に比較出
力を生ずる第２の比較部と；前記第１又は第２の比較部
からの比較出力が得られた際に物体検出信号を出力する
と共に、監視領域に物体が存在している間は常に前記物
体検出信号の出力を維持する出力制御部と；を設けるよ
うにしたものである。

［作用］ このような構成を備えた本発明の反射式物体検出器に
あっては、監視領域に物体、例えば人が侵入して静止す
る等しても監視領域に物体が存在する間は物体検出信号
の出力を維持することができ、誤報確認のために警報リ
セットが行なわれても監視領域に侵入物体が存在する限
り再度警報出力を行なうことができい、信頼性の高い物
体検知ができる。

勿論、レンズの汚れ等による受光出力の緩か変化に対
しては比較回路の上下限監視閾値は受光出力に応じた入
力電圧に追従して変化するため、誤報を生ずることはな
い。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図で
ある。

第１図において、１はLED等の発光素子を備えた発光
部であり、パルス駆動回路２、変調回路３により所定周
期で変調された変調光を監視領域12を介して壁９に向け
て発射する。４は例えばフォトダイオードを受光素子と
して備えた受光部であり、壁９で反射された発光部１か
らの変調反射を受光して電気信号に変換する。受光部４
からの受光信号はフィルタ回路５で変調周波数帯域が抽
出され、続いて同期回路６で同期検波され、増幅回路７
で増幅した後に整流回路８で直流電圧信号に変換され
る。

このような発光部１から整流回路８までの構成は従来
装置と同じである。

整流回路８に続いてはバッファアンプ26を介して第１
の遅延制御回路16と第２の遅延制御回路18が設けられ
る。

第１の遅延制御回路16はバッファアンプ26から得られ
た信号電圧（増幅信号）に所定電圧ΔＶを加えた電圧を
遅延出力する。このため第１の遅延制御回路16にあって
は、電源＋Ｖとバッファアンプ26の出力端との間にコン
デンサC1及び抵抗R2を直列接続している。

第２の遅延制御回路18はバッファアンプ26の出力電圧
（増幅信号）から所定電圧ΔＶを差し引いた電圧を遅延
出力するもので、バッファアンプ26の出力端と接地間に
抵抗R3とコンデンサC2を直列接続している。20は第１の
比較部であり、比較器36を有し、比較器36のプラス入力
端子にバッファアンプ26の出力を抵抗R7を介して接続
し、一方、マイナス入力端子に対しては第１の遅延制御
回路16の遅延出力、即ちコンデンサC1と抵抗R2の接続点
の電圧をバッファアンプ28、ダイオードリミッタ32を介
して接続している。即ち、第１の比較部20はバッファア
ンプ26からの信号電圧と第１の遅延制御回路16からの遅
延出力を上限監視閾値Vr1として比較し、バッファアン
プ26からの信号電圧が上限監視閾値Vr1以上となったと
きにＨレベルとなる比較出力を生ずる。

一方、22は第２の比較部であり、比較器38のプラス入
力端子に対しバッファアンプ26の出力を抵抗R8を介して
接続し、また、マイナス入力端子には第２の遅延制御回
路18の遅延出力、即ち抵抗R3とコンデンサC2の接続点の
電圧をバッファアンプ30及びダイオードリミッタ34を介
して接続している。

即ち、第２の比較部22は第２の遅延制御回路18からの
遅延出力を下限監視閾値Vr2としてバッファアンプ26か
らの信号電圧と比較し、バッファアンプ26からの信号電
圧が下限監視閾値Vr2以下となったときにＬレベルとな
る比較出力を生ずる。

第１図及び第２図の比較部20,22に続いては出力制御
部24が設けられる。

出力制御部24にはORゲート44が設けられ、ORゲート44
には第１の比較部20に設けた比較器36の出力が直接入力
接続され、また、第２の比較部22に設けた比較器38の出
力がインバータ42を介して入力接続される。

更に、比較器36の出力はインバータ40に入力され、イ
ンバータ40の出力は抵抗R1を介して第１の遅延制御回路
16の遅延出力端に帰還接続され、同時にインバータ40の
出力に体し第２の遅延制御回路18の遅延出力が抵抗R6と
ダイオードD1の直列回路を介して接続される。

また、比較器38の出力を入力したインバータ42の出力
は抵抗R4を介して第２の遅延制御回路18の遅延出力端に
帰還接続され、同時に抵抗R5とダイオードD2の直列回路
を介して第１の遅延制御回路16の遅延出力端に接続して
いる。

このような回路構成をもつ出力制御部24は、第１又は
第２の比較部20,22から比較出力が得られた際にORゲー
ト44より物体検出信号を出力すると共に、監視領域12に
物体が存在している間はORゲート44からの物体検出信号
の出力を維持するようにする。

次に第１図の実施例の動作を説明する。

第２図は定常監視状態で監視領域12に物体が侵入して
受光部４に対する反射光量が増加したときのタイミング
チャート及び等価回路を示した説明図である。即ち、第
２図（ａ）に監視領域12に物体が侵入して反射光量が増
加したときの比較部及び出力制御部の動作タイミングチ
ャートを示し、また、同図（ｂ）に定常監視状態におけ
る第１及び第２の遅延制御回路16,18と第１及び第２の
比較部20,22の等価回路を示し、更に同図（ｃ）に監視
区域12内に物体が存在しているときの第１及び第２の遅
延制御回路16,18と第１及び第２の比較部20,22の等価回
路を示す。

まず第２図（ａ）に示す時刻t1以前の状態にあって
は、監視区域12に対する物体の侵入がないことから、受
光部４に対しては壁９で反射された発光部１からの定常
的な変調反射光が入射し、受光部４、フィルタ回路５、
同期回路６、増幅回路７及び整流回路８を介してバッフ
ァアンプ26により反射受光量に応じた信号電圧が得られ
る。ここでバッファアンプ26から得られる信号電圧を入
力電圧Viとする。このようなバッファアンプ26からの信
号電圧Viに対し、第１の遅延制御回路16は入力電圧Viに
所定電圧ΔＶを加算した遅延出力、即ち比較部36に対す
る上限監視閾値Vr1を発生し、また第２の遅延制御回路1
8は入力電圧Viから所定電圧ΔＶを差し引いた遅延出
力、即ち比較器38に対する下限監視閾値Vr2を発生す
る。

このため、比較器36において入力電圧Viは上限監視閾
値Vr1より小さく、従って比較器36はＬレベル出力を生
じている。

一方、比較器38にあっては、入力電圧Viは下限監視閾
値より大きいことから比較器38はＨレベル出力を生じて
いる。

比較器36がＬレベル出力を生ずると出力制御部24に設
けたインバータ40の出力はＨレベルとなり、その結果、
インバータ40の出力端に一端を接続した抵抗R1は電源＋
Ｖに接続したと等価になる。

一方、比較器38のＨレベル出力は出力制御部24に設け
たインバータ42でＬレベル出力に反転され、インバータ
42の出力に一端を接続した抵抗Ｒはインバータ42の出力
側で接地接続されたと等価になる。

その結果、定常監視状態にあっては、第２図（ｂ）に
示す等価回路が形成される。

勿論、定常監視状態にあって出力制御部24に設けたOR
ゲート44に対する２つの入力はＬレベルにあるため、物
体検出信号は出力されない。

次に、第２図（ａ）の時刻t1で監視区域12に物体、例
えば人が侵入し、この人の侵入により例えば受光部４に
対する反射光量が急激に増加したとくす。このように監
視区域12に対する人の侵入で受光部４に対する反射光量
が増加すると、バッファアンプ26からの入力信号Viはス
テップ的に上昇し、一方、第２の遅延制御回路16はコン
デンサC1による遅延機能を有することから入力信号Viの
立ち上がりに追従遅れをもって変化するようになる。従
って、時刻t1の入力信号Viのステップ上昇時において、
比較器36は入力信号Viが上限監視閾値Vr1を上回った時
にＨレベル出力を生じ、ORゲート44を介して物体検出信
号が出力される。

比較器36の出力がＨレベルに反転するとインバータ40
の出力はＬレベルとなり、抵抗R1を介して第１の遅延制
御部16の遅延出力を接地接続したことと等価になる。ま
た、インバータ40のＬレベル出力で第２の遅延制御回路
18の遅延出力も抵抗R6及びダイオードD1を介して接地接
続されたと等価になる。

勿論、比較器38の出力はＨレベルのままであるため、
インバータ40の出力はＬレベルにあり、これは定常監視
状態と同じである。

その結果、第２図（ａ）の時刻t1以降については同図
（ｃ）に示す等価回路が形成されることになる。

即ち、第２図（ｃ）の等価回路から明らかなように、
比較器36に対する上限監視閾値Vr1は入力電圧Viを抵抗R
2とR1で分圧した電圧となり、その結果、上限監視閾値V
r1は必ず入力電圧Viより低い値となり、入力電圧Viが低
下しない限り、比較器36の出力はＨレベルに保持され
る。

一方、比較器38の下限監視閾値Vr2は第２図（ｂ）に
示した定常監視状態に対し、抵抗R4と並列に抵抗R6が接
続されるため、抵抗R4の値に対し、抵抗R4とR6の並列抵
抗値分だけ下がった値となる。

このような第２図（ｃ）に示す等価回路の形成により
監視領域12に人が侵入した状態にあっても、比較器36の
Ｈレベル出力を維持することでORゲート44により物体検
出信号を継続して出力することができる。

次に、第２図（ａ）の時刻t2で監視領域12から人が抜
け出したとすると、受光部４に対する反射光量が減少し
て定常監視状態に戻り、バッファアンプ26から出力され
る電圧、即ち入力電圧Viはステップ的に立ち下がって定
常監視状態のレベルに戻る。

この時刻t2にあっては、入力電圧Viが第２図（ｃ）の
等価回路で与えられる比較器36の上限監視閾値Vr1以下
となったときに比較器36の出力がＨレベルからＬレベル
に反転し、再び第２図（ｂ）の等価回路に示す定常監視
状態に戻る。

第３図は第１図の実施例において監視領域12に物体が
侵入した際にい受光部４に対する反射光量が減少したと
きの動作タイミングチャートと等価回路を示した説明図
である。

第３図（ａ）のタイミングチャートにおいて、時刻t1
までは、監視領域12に対する物体の侵入のない定常監視
状態であり、このときは第２図（ｂ）に示したと同じ等
価回路が形成される。

時刻t1で監視領域12に物体、例えば人が侵入して受光
部４に対する反射光量が急激に減少したとすると、バッ
ファアンプ26の出力、即ち入力電圧Viがステップ的に立
ち下がり、これに対し、第２の遅延制御回路18からの遅
延出力として与えられる下限監視閾値Vr2は入力電圧Vi
に対して追従遅れを持つため、時刻t1の時点で入力電圧
Viが下限監視閾値Vr2を下回り、比較器38の出力がそれ
までのＨレベル出力からＬレベル出力に反転する。

比較器38の出力がＬレベルに反転すると、インバータ
42の出力はＬレベルからＨレベルに立ち上がり、ORゲー
ト44を介して物体検出信号を出力とすると共に、インバ
ータ42の出力に接続している抵抗R4の一端及び抵抗R5の
一端を電源＋Ｖに接続したと等価な回路状態を作り出
す。

尚、比較器36の出力は定常監視状態と同じＬレベル出
力を生じている。

従って、第３図（ａ）の時刻t1以降にあっては、同図
（ｂ）に示す等価回路が形成される。

第３図（ｂ）の等価回路において、比較器38に対する
下限監視閾値Vr2は入力電圧Viを基準に対して電源電圧
＋Ｖを抵抗R4とR3で入力した電圧分だけ高くなり、従っ
て、比較器38は常にＬレベル出力状態に固定される。

一方、比較器36側についても比較器36に対する上限監
視閾値Vr1は入力電圧Viに抵抗R1,R2及びR5で定まる分圧
電圧を加算した値となる。ここで定常監視状態にあって
は、第２図（ｂ）に示すように入力電圧Viに加算する電
圧は抵抗R1とR2分圧電圧であるが、第３図（ｂ）の場合
には抵抗R1とR5の並列抵抗値と抵抗R2の抵抗値との分圧
電圧であり、第３図（ｂ）の場合の方が入力電圧Viに対
し上限監視閾値Vr1は高めに設定される。

その結果、警戒領域12に物体が侵入して受光部４に対
する反射光量が減少した状態にあっても、警戒領域12に
侵入物体が存在する限り、比較器38のＬレベル出力によ
ってインバータ42の出力をＨレベルに保つことができ、
これによってORゲート44より出力する物体検出信号を維
持することができる。

勿論、第３図（ａ）の時刻t2で監視領域12に侵入した
物体が抜け出すと、受光部４に対する反射光量は定常監
視状態に回復し、比較器38の出力がＨレベルに戻って物
体検出信号が断たれるようになる。

更に、受光部４に設けたレンズ等の汚れによる緩かな
信号電圧の変化に対しては、比較器36,38に対する入力
電圧Viの変化に追従して第１及び第２の遅延制御回路1
6,18より上限及び下限監視閾値Vr1,Vr2を与える遅延出
力が出され、入力電圧と監視閾値との間に追従遅れがな
いことから、誤った物体検出信号が出されてしまうこと
はない。

更に、本発明にあっては、反射光量に応じて得られる
信号電圧を基準に相対的に上限及び下限監視閾値Vr1,Vr
2を設定しているため、反射光量が増えても減っても確
実に侵入物体を検出することができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、監視領域に
侵入物体が存在する限り、物体検出信号の出力を維持す
ることができ、信頼性の高い物体検知を実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示した回路ブロツク図； 第２図は監視領域への物体侵入で反射光が増加した時の
動作タイミングと等価回路を示した説明図； 第３図は監視領域への物体侵入で反射光が減少した時の
動作タイミングと等価回路を示した説明図； 第４図は従来例を示したブロック図； 第５図は従来の比較回路を回路ブロック図； 第６図は従来の基準値及び閾値の設定状態を示した特性
説明図； 第７図は従来装置の動作タイミングチャートである。 1:発光部 2:パルス駆動回路 3:変調回路 4:受光部 5:フィルタ回路 6:同期回路 7:増幅回路 8:整流回路 16:第１の遅延制御回路 18:第２の遅延制御回路 20:第１の比較部 22:第２の比較部 24:出力制御部 26,28,30:バッファアンプ 32,34:ダイオードリミッタ 36,38:比較器 40,42:インバータ 44:ORゲート

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】監視領域を介して壁等に向けて光信号を出
   力する発光部と； 該壁等から反射された反射光を受光して電気信号に変換
   する受光部と； 該受光部の受光信号を増幅する増幅部と； 該増幅部の増幅信号に所定電圧を加えた電圧を遅延出力
   する第１の遅延制御部と； 前記増幅器の増幅信号から所定電圧を差し引いた電圧を
   遅延出力する第２の遅延制御部と； 前記第１の遅延制御部からの遅延出力を上限監視閾値と
   して前記増幅部から出力された増幅信号と比較し、該増
   幅信号が上限監視閾値以上となったときに比較出力を生
   ずる第１の比較部と； 前記第２の遅延制御部からの遅延出力を下限監視閾値と
   して前記増幅部からの増幅信号と比較し、該増幅信号が
   下限監視閾値以下となった時に比較出力を生ずる第２の
   比較部と； 前記第１又は第２の比較部から比較出力が得られた際に
   物体検出信号を出力すると共に、前記監視領域に物体が
   存在している間は前記物体検出信号の出力を維持する出
   力制御部と； を備えたことを特徴とする反射式物体検出器。