JP3075913B2 - 物体検知装置および受光素子劣化判定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、物体の有無を受光素子
の光電流の変化により検知する物体検知装置およびこれ
に使用される受光素子の劣化判定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば金融機関に設けられた自動取引装
置は、キャッシュカードや通帳の挿入を検知し、各種の
取引を実行する。また、伝票等の帳票を取り扱う装置に
おいても、搬送路上でこれらの書類の有無や通過を検知
するための装置が設けられている。複写装置等において
も、やはり複写用紙の有無や通過を検知するための物体
検知装置が設けられている。

【０００３】この物体検知装置においては、発光素子か
らの光が受光素子に入射した受光状態では、その受光素
子の出力電流が比較的大きく保持され、他方、物体の介
在によって、受光素子への光が遮断される非受光状態で
は、その受光素子の出力電流が減少する。この電流の変
化は、受光素子の出力側に接続された抵抗によって電圧
に変換される。従って、この電圧変化を検出することに
より、物体の有無を検出できる。このような検知装置を
最適条件で動作させる技術が特開平４−３４０４９２号
公報に示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、受光素子の
性能が経時的要素によって劣化してくると、受光状態に
おける出力特性が、非受光状態におけるそれに近似して
くる。そのため、受光素子に経時的な劣化が生じると、
この劣化による誤動作を招くおそれがあり、この劣化に
よる誤動作の防止および不意の作動停止という事態を前
もって防止することが強く望まれていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る方法は、受
光素子が劣化したか否かを判定するために、受光素子の
受光状態および非受光状態における両出力特性曲線上の
それぞれの非飽和領域から飽和領域への境界点を求め、
少なくともこの境界点での両電気的値を比較することを
特徴とする。

【０００６】また、本発明に係る装置では、受光素子
は、発光素子からの光の有無を出力電流の変化として出
力する。この受光素子の出力電流は可変負荷抵抗により
電圧に変換され、この電圧値は電圧読取り回路により読
み取られる。また、可変負荷抵抗の値を変化させたとき
の読取り値を用いて、出力特性算出手段が受光素子の出
力特性曲線を求める。この出力特性曲線の非飽和領域か
ら飽和領域への境界点は負荷抵抗調整手段によって求め
られ、この負荷抵抗調整手段は境界点に対応する値に可
変負荷抵抗を選択する。受光素子の受光状態および非受
光状態における境界点での電気信号は、比較手段によっ
て、比較され、この比較値が所定の値以下であるとき信
号発生手段により、警報信号が発せられる。

【０００７】

【作用】本発明の方法では、受光素子の受光状態および
非受光状態における両出力特性曲線を比較に際し、両出
力特性曲線上のそれぞれの非飽和領域から飽和領域への
境界点を求め、この境界点での両電気的値を比較する。
これにより、受光素子が誤動作するほどに両出力曲線が
近似しているか否か、即ち誤動作を招くほどに受光素子
が劣化しているか否かを判定できる。

【０００８】また、この発明の装置では、受光素子の最
適動作点である境界点を求める構成を利用して、受光素
子の受光状態および非受光状態における境界点を求め、
この境界点での電気的値を比較し、受光素子が誤動作す
るほどに劣化しているときは誤動作を生じるおそれがあ
る旨を警報発生手段が警告する。

【０００９】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に沿って詳細に
説明する。図１は本発明に係る物体検知装置を示すブロ
ック図である。物体検知装置１０は、駆動回路１２によ
り発光をオン、オフされる例えば発光ダイオードのよう
な発光素子１４と、発光素子１４からの光を受ける例え
ば受光トランジスターのような受光素子１６とを備え
る。両素子１４および１６間には、物体（図示せず）の
ための搬送路１８が規定されている。受光素子１６が発
光素子１４からの光を受けている状態では、受光素子１
６の出力電流値が比較的大きく保持され、搬送路１８を
移動する物体によって受光素子１６への光が遮断される
と、その出力電流値は減少する。この受光素子１６の出
力電流値の変化は、可変負荷抵抗２０によって電圧値に
変換される。この出力電圧は、これを読み取るための例
えばＡ／Ｄ変換回路からなる電圧読取り回路２２を経て
制御部２４に送られる。

【００１０】検出の誤動作を防止する上で、受光状態お
よび非受光状態における出力電圧差を大きくとることが
必要である。受光素子１６の受光状態において受光素子
１６の出力側に接続された可変負荷抵抗２０の値を減少
させると、出力電圧の増大に伴って、出力電流も増大す
るが、ある抵抗値で出力電流がほぼ飽和することから、
出力電圧差を大きくとるには、受光状態において、この
出力特性における非飽和状態から飽和状態への境界点を
与える抵抗値で受光素子１６を動作させることが有利と
なる。このことから、本発明の装置１０では、受光素子
１６の出力側に挿入される抵抗を可変負荷抵抗２０と
し、受光状態における出力特性曲線を求め、この出力曲
線上の上記境界点を与える抵抗値を選択する。この抵抗
値の適正な選択は、受光素子１６の特性のばらつきによ
る誤動作の防止に寄与する。

【００１１】ために、可変負荷抵抗２０は電子的スイッ
チによりその抵抗値が選択される抵抗回路からなり、ス
イッチ制御回路からなる負荷抵抗調整手段２６が制御部
２４からの信号に基づき、可変負荷抵抗２０の値を例え
ば８ビット２５６通りに選択する。従って、デジタル値
の変化「１」に対して１００Ωとなるように段階を決め
ると、可変負荷抵抗２０の値は、０〜２５．６ＫΩの値
に調整される。制御部２４は、物体検知装置１０の発光
素子１４の発光のオン、オフを含む全体を制御する例え
ばマイクロプロセッサーからなり、制御部２４が設定し
た抵抗値やその他の演算用データは記憶部２８に記憶さ
れる。この記憶部２８は、停電等によって記憶内容が消
失しないようにバッテリー等でバックアップされた記憶
素子からなる。

【００１２】また、出力特性算出手段３０は、制御部２
４に送られた電圧読取り回路２２からの出力電圧に基づ
いて、この出力電圧と、そのときに設定されている可変
負荷抵抗２０の抵抗値とを対応付けて受光素子１６の出
力特性曲線上の境界点を探査する。この探査については
後に詳細に説明するが、出力特性算出手段３０は、実際
には、制御部２４の演算動作を制御するプログラム格納
部等から構成される。

【００１３】図２は、受光素子１６の出力特性図を示
す。図２の横軸はコレクターエミッタ間電圧Ｖｃｅ、縦
軸はコレクタ電流Ｉｃをそれぞれ示す。図において、特
性曲線ａは、発光素子１４からの光を受けた受光状態で
の受光素子１６の出力特性を示す。また、特性曲線ｂは
物体によって光が遮断された非受光状態での出力特性を
示す。この非受光状態の特性曲線ｂは、発光素子１４の
発光オフの場合と同一である。直線ｃは電源電圧がＶｃ
ｃの場合の受光状態における負荷抵抗調整完了時の負荷
直線即ち受光状態における非飽和領域から飽和領域への
境界点Ｑを通る負荷直線である。この負荷抵抗２０が適
正に選択され、適切な負荷直線ｃが与えられると、受光
素子１６における受光状態の出力電圧Ｖｏｆｆと、非受
光状態の出力電圧Ｖｏｎとの差を十分大きく設定するこ
とができ、誤動作を防止できる。

【００１４】しかしながら、例えば受光素子１６の劣化
により、その受光状態での特性曲線ａ＊が非受光状態で
の特性曲線ｂに近似してくると、図２から明らかなよう
に、たとえ境界点Ｑ＊を通る適正な負荷直線を与える抵
抗値を選択しても、受光素子１６の出力電圧Ｖ＊ｏｆｆ
と出力電圧Ｖ＊ｏｎとの差を大きくとることができな
い。本発明では、このような素子の劣化を自動的に判定
するために、比較手段３２及び警報信号発生手段３４が
設けられている。比較手段３２は、例えば電流比較回路
からなり、また、警報信号発生手段３４は例えばアラー
ム音発生装置あるいは警告灯のような表示装置からな
る。

【００１５】以下これらの作動を、負荷抵抗設定手順お
よび特性曲線を求める手順とともに、フローチャートに
沿って説明する。図３は、図１に示した装置１０の動作
手順フローチャートである。物体検知装置装置１０の準
備動作として、受光素子１６の劣化判定処理が開始され
ると、ステップＳ０１において、発光素子１４の発光が
停止される。続いて、ステップＳ０２で受光素子１６の
非受光状態における調整データＲｎおよび出力電圧Ｖｎ
を対応づけて、それらを記憶するためのアドレス（ｐ〜
ｐ＋８）が決定される。ここで、調整データＲｎは可変
負荷抵抗２０の値に対応する制御部２４から負荷抵抗調
整手段２６への出力データであり、出力電圧Ｖｎはこの
調整データＲｎに対応した受光素子１６の出力電圧Ｖｃ
ｅである。

【００１６】続いて、ステップＳ０３において、図４に
示される負荷抵抗設定サブルーチンをコールする。図４
は、負荷抵抗設定手順を示すフローチャートである。こ
のサブルーチンでは、図２のグラフに示された非受光状
態における特性曲線ｂ上の境界点ｏを求め、この境界点
ｏにおける受光素子１６の出力電流値即ちコレクタ電流
Ｉｃの値Ａを求める。この値Ａは、記憶部２８に記憶さ
れる。即ち、図４のステップＳ１において、パラメータ
ｎを初期化のために０に選定する。このパラメータｎは
図２に示した受光素子１６の出力電圧Ｖ１，Ｖ２，…Ｖ
５の添字に対応する番号である。なお、この出力電圧Ｖ
１，Ｖ２，…Ｖ５は、図２に示すように、一定間隔で段
階的に増加するように予め設定されている。この間隔が
広すぎると、特性曲線の境界点が不明確になり、他方、
狭すぎると、測定作業が煩雑になる。従って、実験等に
より、適切な間隔が選定される。

【００１７】次に、図４のステップＳ２において、パラ
メータｎに「１」を加算し、最初はパラメータｎが
「１」に設定される。続いて、ステップＳ３において電
圧読取り回路２２が出力する出力電圧即ちコレクターエ
ミッタ間電圧Ｖｃｅを読取る。その後、ステップＳ４に
おいて、出力電圧Ｖｃｅが出力電圧Ｖ１に等しいか否か
を判断する。出力電圧ＶｃｅがＶ１より大きければ、負
荷抵抗調整手段２６への調整データＲｎを「１」だけ減
少させる（ステップＳ５）。もし、出力電圧ＶｃｅがＶ
１よりも小さければ、負荷抵抗調整手段２６への調整デ
ータＲｎを「１」だけ増加させる（ステップＳ６）。

【００１８】このようにして、出力電圧ＶｃｅがＶ１に
等しくなるように可変負荷抵抗２０の値が選択され、そ
のときの調整データＲｎが出力電圧Ｖｎと対応づけられ
て記憶部２８に書き込まれる（ステップＳ７）。ステッ
プＳ２からステップＳ７の動作は、パラメータｎが
「１」から「５」になるまで繰り返される（ステップＳ
８）。

【００１９】図５には、この処理の結果得られた記憶部
２８の格納データの説明図が示されている。 記憶部２
８のアドレス（ｐ〜ｐ＋８）には、それぞれＶ１〜Ｖ５
に対応させて負荷抵抗値Ｒ１からＲ５が格納される。続
いて、図４のステップＳ９では、出力特性算出手段３０
が図５に示した格納データを読み取り、次式により、格
納データＶｎ，Ｒｎから、対応する出力電流Ｉｎを算出
する。 Ｉｎ＝（Ｖｃｃ−Ｖｎ）／Ｒｎ …（１）

【００２０】図６には、その算出結果の説明図が示され
ている。この表で、Ｉｎ＋１−Ｉｎは、ＶｃｃがＶｎか
らＶｎ＋１に変化したときのコレクタ電流Ｉｃの変化量
である。図６から明らかなように、Ｉｎ＋１−Ｉｎは、
パラメータｎが「１」以降でほぼ一定値である。従っ
て、パラメータｎ＝「１」の点ｏ（図２参照）が非受光
状態における受光素子１６の出力特性曲線ｂ上の非飽和
領域から飽和領域への境界点であると判断できる。この
境界点ｏのコレクタ電流Ｉｃが記憶部２８に値Ａとして
記憶される。

【００２１】続いて、再び図３に示されたステップＳ０
４で発光素子１４がオン状態におかれ、ステップＳ０５
ではステップＳ０２におけると同様に、受光素子１６の
受光状態における調整データＲｎおよび出力電圧Ｖｎを
対応づけてそれらを記憶するためのアドレス（ｍ〜ｍ＋
８）が決定される。さらに、ステップＳ０６において、
図４に示される負荷抵抗設定サブルーチンをコールし、
図２のグラフに示された受光状態における特性曲線ａ上
の境界点Ｑを求める。この受光状態における負荷抵抗設
定サブルーチンの内容は、図４に沿って説明した非受光
状態におけるものと同一である。

【００２２】図７の説明図には、受光状態における記憶
部２８の前記したと同様な格納データが示されている。
記憶部２８のアドレス（ｍ〜ｍ＋８）には、それぞれＶ
１〜Ｖ５に対応させて負荷抵抗値Ｒ１からＲ５が格納さ
れる。出力特性算出手段３０は、非受光状態におけると
同様に、図７に示した格納データを読み取り、先に示し
た（１）式により、格納データＶｎ，Ｒｎに対応する出
力電流Ｉｎを算出する。

【００２３】図８には、その算出結果の説明図が示され
ている。図８から明らかなように、Ｉｎ＋１−Ｉｎは、
パラメータｎが「３」以降でほぼ一定値である。従っ
て、パラメータｎ＝「３」の点Ｑ（図２参照）が受光状
態における受光素子１６の出力特性曲線ａ上の非飽和領
域から飽和領域への境界点であると判断できる。この境
界点Ｑのコレクタ電流Ｉｃが記憶部２８に値Ｂとして記
憶される。

【００２４】上記の値ＡおよびＢは、図３に示すステッ
プＳ０７において、その差Ｄを求められ、この差Ｄが所
定値Ｃ以上であると、正常と判断され、以下、物体検知
装置１０は通常の検出動作に移行する。他方、差Ｄが所
定値Ｃ未満であると、異常信号が警報信号発生手段３４
に送られ、警報信号発生手段３４の作動により、異常で
あることを警告する。

【００２５】従って、警報信号手段３４が作動しないと
きは、物体検知装置１０の受光素子１６は劣化を生じて
おらず、受光素子１６の負荷抵抗も適性に選択されてい
ることから、受光素子１６の特性のばらつき等による誤
動作を招くことはなく、最適の感度で物体の検知を行う
ことができる。他方、警報信号発生手段３４が作動する
ときは、念のため、発光素子１４および受光素子１６の
汚損除去作業等を行い、再度図３に示した判定作業を行
い、改善されない場合に受光素子１６の劣化等と判断さ
れ、その受光素子１６の取り替え作業等が必要となる。
いずれにしても、本発明による判定作業を始業開始時等
に定期的に行うことにより、検知装置が組み込まれた自
動取引装置等の不意の作動停止を防止することができ、
この取引装置等の運用停止等の致命的事態を未然に防止
することができる。

【００２６】本発明は、以上の実施例に限定されない。
受光素子１６は、受光量に応じて所定の出力電圧を得る
各種の受光素子に置き換えることができ、また、発光素
子１４から直接光を受けることに代えて物体からの反射
光を受けるように配置することができる。また、可変負
荷抵抗２０、電圧読取り回路２２、負荷抵抗調整手段２
６、制御部２４、出力特性算出手段３０および比較手段
３２等の構成は、説明したところの機能を有する同等の
回路に置き換えることができ、細分化しても１回路にま
とめてもよい。また、記憶部２８に格納する調整データ
の形式等は、同等の機能を果たす他のものに自由に変更
することがでる。また、受光状態および非受光状態にお
ける両出力特性曲線上の境界点における出力電圧Ｉｃに
ついて両者を比較したが、これに代えて境界点における
出力電圧Ｖｃｅを比較し、その電圧差に基づいて警報信
号発生手段３４を作動させることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、受光素子の非受光状態
および受光状態における両出力特性曲線上のそれぞれの
非飽和領域から飽和領域への境界点での両電気的値を比
較することで、受光素子が劣化しているか否かを判定で
きることから、比較的単純な構成によって、検知装置お
よびこの検知装置が組み込まれた自動取引装置等の保守
点検作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る物体検知装置を概略的に示すブロ
ック図である。

【図２】本発明に係る受光素子の出力特性曲線を示すグ
ラフである。

【図３】本発明に係る物体検知装置の作動手順フローチ
ャートである。

【図４】本発明に係る物体検知装置の負荷抵抗設定手順
フローチャートである。

【図５】本発明に係る記憶部格納データ説明図である。

【図６】本発明に係る出力特性算出結果説明図である。

【図７】本発明に係る記憶部格納データ説明図である。

【図８】本発明に係る出力特性算出結果説明図である。

【符号の説明】

１０ 物体検知装置 １２ 駆動回路 １４ 発光素子 １６ 受光素子 ２０ 可変負荷抵抗 ２２ 電圧読取り回路 ２４ 制御部 ２６ 負荷抵抗調整手段 ２８ 記憶部 ３０ 出力特性算出手段 ３２ 比較手段 ３４ 警報信号発生手段

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光素子の非受光状態および受光状態に
   おけるそれぞれの出力特性曲線を求め、 当該両出力特性曲線上におけるそれぞれの非飽和領域か
   ら飽和領域への境界点を求め、 少なくとも当該両境界点における電気的値を比較し、 該比較値が所定の値を越えるとき、正常であると判定す
   ることを特徴とする受光素子劣化判定方法。
2. 【請求項２】 駆動回路により発光をオン、オフされる
   発光素子と、 該発光素子と協働して物体の有無を出力電流の変化とし
   て出力する受光素子と、 前記出力電流を電圧変換する
   可変負荷抵抗と、 該可変負荷抵抗によって電圧変換された出力電圧を読み
   取る電圧読取り回路と、 前記可変負荷抵抗の値を変化
   させたときの前記電圧読取り回路の読取り値を用いて前
   記受光素子の出力特性曲線を求める出力特性算出手段
   と、 前記出力特性曲線における非飽和領域から飽和領域への
   境界点を求めて該境界点に対応する値の抵抗値に前記負
   荷抵抗を選択する負荷抵抗調整手段と、 前記発光素子がオフ時およびオン時における前記受光素
   子のそれぞれ選択された前記負荷抵抗値における前記境
   界点での電流値を比較する手段と、 該比較手段による比較値が所定の値以下であるとき警報
   信号を発生する手段とを含むことを特徴とする物体検知
   装置。
3. 【請求項３】 駆動回路により発光をオン、オフされる
   発光素子と、 該発光素子と協働して物体の有無を出力電流の変化とし
   て出力する受光素子と、 前記出力電流を電圧変換する
   可変負荷抵抗と、 該可変負荷抵抗によって電圧変換された出力電圧を読み
   取る電圧読取り回路と、 前記可変負荷抵抗の値を変化
   させたときの前記電圧読取り回路の読取り値を用いて前
   記受光素子の出力特性曲線を求める出力特性算出手段
   と、 前記出力特性曲線における非飽和領域から飽和領域への
   境界点を求めて該境界点に対応する値の抵抗値に前記負
   荷抵抗を選択する負荷抵抗調整手段と、 前記発光素子がオフ時およびオン時における前記受光素
   子のそれぞれ選択された前記負荷抵抗値における前記境
   界点での電圧値を比較する手段と、 該比較手段による比較値が所定の値以下であるとき警報
   信号を発生する手段とを含むことを特徴とする物体検知
   装置。