JP3783618B2 - 光検出用ｉｃおよびそのｉｃを用いた光検出器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電スイッチなどの光検出器およびこの光検出器に使用される光検出用ＩＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光電スイッチには、検出精度を安定させ、かつ装置の小型化を実現するために、受光素子やその処理回路が搭載されたＩＣ（以下、「光検出用ＩＣ」という。）を使用したタイプのものがある。
図１１は、従来の反射形の光電スイッチの構成を示す。この光電スイッチに使用される光検出器７５は、プリント基板７４上にＬＥＤ７２を具備する投光器７３や光検出用ＩＣ７０などが搭載されて成る。なお、図中の７６は、光電スイッチの本体を構成するケース体である。また７７は投光用のレンズ、７８は受光用のレンズであって、それぞれ前記ＬＥＤ７２，光検出用ＩＣ７０上のフォトダイオードダイオード７１に対向する位置に設置される。
【０００３】
前記ＬＥＤ７２から出射された光は、投光用のレンズ７７を介して装置前方へと照射される。この光の経路に検出対象の物体がある場合、物体の表面で反射した光は受光用レンズ７８を介して光検出用ＩＣ７０へと導かれる。
光検出用ＩＣ７０には、前記反射光を受光するためのフォトダイオード７１のほか、このフォトダイオード７１による受光信号を処理して物体の有無を判別する処理回路（図示せず。）が搭載されている。処理回路は、前記受光信号のレベルを所定のしきい値と比較することによって物体の有無を判別し、その判別結果を示す信号を外部機器へと出力する。
【０００４】
従来の光電スイッチには、上記の反射形のほか、投光器と受光器とを対向させた透過形のスイッチが存在する。また投光器からの光や検出物体からの反射光を光ファイバを介して運ぶタイプ（光ファイバ形）の光電スイッチも提供されている。
【０００５】
さらに反射形の光電スイッチには、「距離設定形光電スイッチ」と呼ばれるタイプのものがある。この距離設定形光電スイッチでは、２分割のフォトダイオードが搭載された光検出用ＩＣが導入されており、各フォトダイオードからの出力信号の差をとってからその差分信号のレベルをしきい値と比較するなどの処理により、所定の基準位置より前方に位置する物体を検知する一方、前記基準位置より遠方の物体は検出しないように設定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に光電スイッチにおいて、検出可能な物体までの距離（以下、これを「検出距離」という。）を長く設定したい場合には、遠方からの光を確実に取り込めるように、面積の大きなフォトダイオードを使用する必要がある。
また前記した距離設定形の光電スイッチにおいて高精度の検出を行うためには、前記２分割フォトダイオードの各素子間の受光量差を精度良く取り出せるように、各素子の面積を大きくする必要がある。
【０００７】
さらに光ファイバ形の光電スイッチにおいては、特に径の太い光ファイバを使用する際に、検出物体からの反射光を受光側の光ファイバを介して受光素子に取り込む時に、光ファイバの受光素子に対向する端面から出て広がる光を確実に受光素子に取り込めるように、通常よりも面積の大きなフォトダイオードを使用するのが望ましい。
【０００８】
しかしながら前記検出距離を長く設定したい場合の光電スイッチ、距離設定形の光電スイッチ、径の太い光ファイバを使用して光を有効に受光したい光電スイッチ、およびさほど検出距離を長く設定する必要のない光電スイッチについて、量産効果を図るために単一の光検出用ＩＣを製作しようとすると、面積の大きなフォトダイオードや２分割のフォトダイオードを光検出用ＩＣに搭載することになり、光検出用ＩＣが大型化し、ＩＣのコストが高騰するという問題が発生する。
またそれぞれの光電スイッチに応じて個別に光検出用ＩＣを製作しても、それぞれその光電スイッチに応じたフォトダイオードをＩＣに搭載する必要があるから、検出距離を長くする必要のない光電スイッチを除く他の光電スイッチでは、光検出用ＩＣが大型化するという問題が依然として存在する。
【０００９】
一方、従来の光電スイッチの使用状況を見ると、殆どが検出距離を長く設定する必要のない用途に用いられる透過形または反射形のスイッチであり、適当な面積のフォトダイオードで事足りた。したがって検出距離を長くする、径の太い光ファイバを使用するなどの使用頻度の少ない用途のために面積の大きなフォトダイオードを搭載したり、距離設定形の光電スイッチの用途のために２分割フォトダイオードを搭載した光検出用ＩＣを作製すると、コスト面においての効率が悪く、ＩＣの価格高騰を招く。
【００１０】
この発明は上記問題点に着目してなされたもので、適当な受光面積を有する単一の受光素子が搭載された光検出用ＩＣに一対の受光信号を出力するタイプの受光素子やサイズの大きな受光素子を接続し、この外付けの受光素子からの出力信号をＩＣ上で処理できるように構成することにより、検出距離を長く設定する必要のない物体検出のほか、検出距離を長くしての物体検出、径の太い光ファイバを使用しての物体検出など受光面積の大きな受光素子が必要となる物体検出、ならびに距離設定形の物体検出に適用可能な光検出用ＩＣを単一のＩＣとして供給することにより、量産効果により光検出用ＩＣを低価格にし、コスト面での効率を向上することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明では、単一の受光素子と、前記受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、外部受光素子を電気接続するための外部入力用の端子と、前記外部入力用の端子から入力される前記外部受光素子からの受光信号を処理するための第２の処理回路と、前記第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその処理結果を出力させる選択手段とを具備する光検出用ＩＣを提供する。
【００１２】
前記受光素子は、所定位置に配置された投光器からの光、または検出対象の物体からの反射光を受光するためのもので、通常は、フォトダイオードが使用される。第１の処理回路は、この受光素子からの出力信号（以下、「受光信号」という。）により、受光素子の受光状態に応じた処理結果（たとえばしきい値に対する受光量の判別結果）を出力するためのもので、受光信号を増幅するための増幅回路、増幅された受光信号を所定のしきい値と比較するためのコンパレータ、コンパレータからの出力をＩＣ外部に出力する回路などを含むことができる。
【００１３】
外部入力用端子に接続される第２の処理回路も、第１の処理回路と同様に、外部受光素子からの受光信号を用いて、外部受光素子の受光状態に応じた処理結果を出力するための構成を具備する。
【００１４】
前記選択手段は、たとえば前記受光素子と第１の処理回路、または外部入力用端子と第２の処理回路のいずれか一方を接続するための切替回路として構成される。この切替回路は、たとえば前記２通りの接続を実施するためにＩＣに形成される外部端子、およびその接続ラインにより構成される。すなわち、ＩＣ外部においていずれか一方の接続にかかる端子間を接続することによって、いずれか一方の処理回路が選択されることになる。
なお、前記切替回路は、内蔵スイッチとしてＩＣ上に搭載することも可能であり、接続状態を、適宜、切替可能に構成することもできる。
【００１５】
上記構成によれば、選択手段により第１の処理回路による処理結果が出力されるように設定すると、ＩＣ上の単一の受光素子における受光状態に応じた処理結果が出力されるから、前記した通常形の光電スイッチ（透過形、反射形のいずれでも可）など、物体検出の用途に用いることができる。また外部入力端子に２分割の受光素子やＩＣ上の受光素子よりもサイズの大きい受光素子を接続するとともに、前記選択手段により第２の処理回路による処理結果が出力されるように設定すると、外部の受光素子における受光状態に応じた処理結果を出力することが可能となり、距離設定形の物体検出結果を出力したり、径の太い光ファイバを使用しての物体検出など受光面積の大きな受光素子が必要となる物体検出の結果を出力する用途に適用することが可能となる。
またＩＣの製作者側では、外部入力端子に接続する受光素子を簡単に変更できるので、投光側を変更して投光波長帯域が変わっても、その帯域に適合した受光素子を外部入力端子に接続することで対応することができる。
【００１６】
上記構成の光検出用ＩＣに対し、２分割の受光素子やＰＳＤのように、検出対象の位置によって信号レベルの関係が変動する一対の受光信号を出力する受光素子を接続できるようにするには、外部入力用の端子として一対の端子を設ける必要がある。また第２の処理回路は、各端子から入力される受光信号の差分信号を生成するための回路（差動アンプ）と、前記差分信号のレベルを所定のしきい値と比較するための回路（コンパレータ）とを含むように構成される。
【００１７】
上記構成において一対の受光信号を出力するタイプの受光素子を外付けする場合、前記一対の端子のそれぞれから各受光信号を入力し、前記選択手段により第２の処理回路の処理結果が出力されるように設定する。この場合、第２の処理回路からは、各受光信号の差分信号としきい値との比較結果が出力されるようになる。したがって、投光側からの光に対する物体からの反射光を受光可能な位置に外付けの受光素子を配置してＩＣに接続すれば、ＩＣに、観測位置から設定距離範囲内に物体が存在するか否かを示す検知信号を出力させることができる。
またＩＣの第２の処理回路を、前記受光信号の差分信号を複数のしきい値と比較するように構成すれば、観測対象の光が受光素子の位置からどれだけ離れた位置にあるかを示す信号を出力することができる。
【００１８】
また上記構成のＩＣに、ＩＣ上の受光素子よりもサイズの大きい受光素子を外付けする場合は、この受光素子を外部入力用の一対の端子の一方に接続するとともに、他方の端子を接地させればよい。これにより、各端子からの入力信号の差分信号は、前記外付けの受光素子からの受光出力レベルを示し、受光状態を判別することが可能となる。
なお、このように単一の受光素子を外付けする場合、各端子からの入力信号を差分処理した後の信号処理（信号レベルをしきい値と比較する処理など）を、第１の処理回路と共有するようにしてもよい。
【００１９】
さらに他の好ましい態様では、前記第１，第２の各処理回路は、少なくとも処理結果の出力に関わる回路を共有するように構成される。
処理結果の出力に関わる回路は、物体の有無などを示す最終的な検知信号を出力するための回路（後記する図２の出力回路３６に相当する。）である。また内蔵の受光素子による受光出力と外部入力端子からの入力信号の差分信号とのレベル合わせのための回路を設けるのであれば、これらの信号を増幅するためのアンプや判定処理のためのコンパレータを共有にすることも可能である。
なおこのように各処理回路間で一部の回路を共有する場合、前記選択手段は、各処理回路の専用部分と前記共用部分との接続を切り替える手段として構成することができる。たとえば、各処理回路がアンプにより増幅された信号をコンパレータに入力して判定処理を行い、その判定処理結果を出力するものであれば、選択手段としての切替回路をアンプの前に設けることによって、このアンプ以降の回路を共有にすることができる。また切替回路をアンプとコンパレータとの間に設ければ、コンパレータ以降の回路を共有にすることができる。
【００２０】
さらにこの発明は、距離設定形の物体検知のための光検出器として、一対の外部入力用端子を具備する光検出用ＩＣと、前記外部入力用端子に接続される２分割の受光素子とを具備する光検出器を提供する。前記光検出用ＩＣは、単一の受光素子と、この受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子から入力される前記２分割の受光素子からの一対の受光信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により選択された第２の処理回路による処理結果を出力するように設定される。なお、光検出用ＩＣ，２分割の受光素子は、１枚のプリント基板上に搭載されるのが望ましい。
このような構成によれば、さほど検出距離を長く設定する必要のない使用頻度の高い光検出用ＩＣに２分割の受光素子を接続することで距離設定形の物体検知のための光検出器を構成することができるので、この種の光検出器の製作コストを削減し、かつ光検出器の小型化を実現することができる。
【００２１】
またこの発明は、検出距離を長く設定する必要のない汎用タイプの光検出器として、外部受光素子を電気接続するための外部入力用端子が設けられた光検出用ＩＣを具備する光検出器を提供する。前記光検出用ＩＣは、単一の受光素子と、この受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子から入力される前記外部受光素子からの受光信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により前記第１の処理回路による処理結果を出力するように設定される。
【００２２】
上記の光検出器は、検出距離を長く設定する必要がない用途に使用されるので、前記単一の受光素子として面積の小さな受光素子を用いることができ、光検出器を小型化することができる。また距離設定形の物体検知や径の太い光ファイバを使用しての物体検知などに使用する光検出器と共通の光検出用ＩＣを使用することができる。
【００２３】
さらにこの発明は、一対の外部入力用端子と単一の受光素子とを具備する光検出用ＩＣと、前記光検出用ＩＣの受光素子よりも面積の大きい第２の受光素子とを具備する光検出器を提供する。光検出用ＩＣの前記一対の外部入力用端子の一方は前記第２の受光素子に接続されるとともに、他方の端子は接地される。また光検出用ＩＣは、前記単一の受光素子からの出力を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子からの各入力信号の差分信号を生成する回路を含む第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により第２の処理回路による処理結果を出力するように設定される。
なお、第２の処理回路には、前記差分信号を生成する回路のほかに、この差分信号を所定のしきい値と比較するための回路などを含むが、この比較回路については第１の処理回路と共有することができる。
【００２４】
上記の構成によれば、さほど検出距離を長く設定する必要のない使用頻度の高い光検出用ＩＣに面積の大きな受光素子を接続することで、検出距離を長くする用途や、太い径の光ファイバを使用する用途などに適した光検出器を構成することができるので、この種の光検出器の製作コストを削減し、かつ光検出器の小型化を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる光検出器を距離設定形の光電スイッチに導入した例を示す。
この光検出器２４は、プリント基板１８上に、ＬＥＤ２３を具備する投光器１９，光検出用ＩＣ２０，２分割フォトダイオード２１などが搭載されて成る。なお、図中の２５は、光電スイッチの本体部を構成するケース体であり、２６は投光用のレンズを、２７は受光用のレンズを、それぞれ示す。
【００２６】
前記光検出用ＩＣ２０は、単一のフォトダイオード２２を搭載し、前記２分割フォトダイオード２１の各素子を接続するための外部入力端子など、複数の端子を具備する。このほか、光検出用ＩＣ２０には、前記ＩＣ２０に搭載されたフォトダイオード２２（以下、「内蔵フォトダイオード２２」という。）または外部の２分割フォトダイオード２１のいずれかを選択するための回路や、選択された素子からの受光信号を処理して物体検知を行うための回路などが搭載される。
【００２７】
図２は、前記光検出器２４の概略構成を示す。
図中、２１Ｎ，２１Ｆは、前記２分割フォトダイオード２１の個々の素子である（以下、「素子２１Ｎ，２１Ｆ」という。）。各素子２１Ｎ，２１Ｆは、それぞれ同量の反射光を受光する場合の物体の位置（以下、これを「基準位置」という。）よりも前方（光検出器２４寄りの方向）に物体が位置した場合に、素子２１Ｎにおける入射量が優勢となり、物体が前記基準位置よりも遠方（光検出器から離れる方向）に位置した場合に、素子２１Ｆにおける入射量が優勢となるように設置される。
【００２８】
なお図中の２８は、各素子２１Ｎ，２１Ｆのデカップリングコンデンサである。また２９，３０は、前記ＬＥＤ２３を発光させるための駆動用のトランジスタおよび抵抗であり、３８はＩＣ２０の外部電源である。
【００２９】
図２の光検出用ＩＣ２０には、各素子２１Ｎ，２１Ｆを接続するための外部入力用の端子１，２のほか、図示しない外部機器に検知信号を出力するための端子８，前記ＬＥＤ２３の駆動用トランジスタ２９に駆動パルスを与えるための端子１１などが形成される。さらにこのＩＣ２０上には、前記した内蔵フォトダイオード２２のほか、この内蔵フォトダイオード２２からの受光出力に対する前処理用の回路（図中、「内部信号前処理回路３１」と示す。），前記各端子１，２を介して入力された素子２１Ｎ，２１Ｆからの受光信号（以下、「Ｎ信号」，「Ｆ信号」という。）に対する前処理用の回路（図中、「外部信号前処理回路３２」と示す。），切替回路３３，メインアンプ３４，制御回路３５，出力回路３６，投光制御回路３７などが搭載される。
【００３０】
内部信号前処理回路３１には、内蔵フォトダイオード２２からの出力電流を電圧に変換して受光信号を取り出すためのＩ／Ｖ変換回路や増幅回路が含まれる。外部信号前処理回路３２には、素子２１Ｎ，２１Ｆ毎のＩ／Ｖ変換回路のほか、これらＩ／Ｖ変換回路により取り出されたＮ信号およびＦ信号を差分処理および増幅するための差動アンプなどが組み込まれる。
【００３１】
メインアンプ３４，制御回路３５，出力回路３６は、内蔵、２分割の各フォトダイオード２２，２１に共通する構成である。切替回路３３は、内部信号前処理回路３１または外部信号前処理回路３２のいずれか一方を選択してメインアンプ３４に接続するためのもので、選択された回路からの信号は、メインアンプ３４を介して制御回路３５に入力される。
制御回路３５は、前記投光制御回路３７にＬＥＤ発光用の駆動パルスを供給することによりＬＥＤ２３を発光させるとともに、この駆動パルスに同期するタイミングで前記メインアンプ３４からの増幅出力を所定のしきい値と比較し、物体の有無を示す検知信号を出力する。出力回路３６は、前記端子８に接続されており、制御回路３５からの検知信号を端子８を介して外部機器などに出力する。
【００３２】
上記構成によれば、２分割フォトダイオード２１を外部入力用の端子１，２に接続し、切替回路３３により外部信号前処理回路３２をメインアンプ３４に接続することにより、光検出用ＩＣ２０上において、前記２分割フォトダイオード２１の各受光信号の差分増幅信号を用いた検知処理を実施することができる。また前記端子１，２に２分割フォトダイオード２１を接続せずに、切換回路を前記内部信号前処理回路３１に接続してメインアンプ３４に内部信号前処理回路３１からの信号を入力すると、内蔵フォトダイオード２２からの受光信号を用いた検知処理を行うことができる。
【００３３】
以下、上記光検出器２４の具体的な構成と各構成における動作について、順を追って説明する。なお、各図において、前記図２と同様の構成には同じ符号を付すことで、説明を省略または簡略化する。
図３は、光検出器２４の第１の構成を示す。この実施例は、前記図２の構成を具体化したものであるが、前記外部信号前処理回路３２に対応する構成の一部ならびに前記切替回路３３に対応する構成が、光検出用ＩＣ２０の外部に設けられている。
【００３４】
この実施例の光検出用ＩＣ２０には、２分割フォトダイオード２１，内蔵フォトダイオード２２の双方に共通の構成として、メインアンプ３４，コンパレータ３９，信号処理回路４０，出力回路３６の各回路が搭載されるほか、投光制御回路３７ならびに電源回路４１などが搭載される。
なお、コンパレータ３９および信号処理回路４０は、図２の制御回路３５に対応するもので、投光制御回路３７に駆動パルスを供給する処理は、信号処理回路４０により行われる。
【００３５】
電源回路４１は、ＩＣ２０上の各回路に電源を供給するほか、内蔵フォトダイオード２２や２分割フォトダイオード２１にかけるバイアス電圧Ｖrefを生成する。なお、図３において、端子９は、電源回路４１を接地させるためのもの、端子１０は、電源回路４１を電源ＶCCに接続するためのもの、端子１３は、前記バイアス電圧Ｖrefを２分割フォトダイオード２１に与えるためのものである。
【００３６】
さらにこの光検出用ＩＣ２０には、内蔵フォトダイオード２２に対する前処理用の回路として、Ｉ／Ｖ変換回路４２，カップリングコンデンサ４３，プリアンプ４４が設けられる。
一方、２分割フォトダイオード２１については、ＩＣ２０の外部において各素子２１Ｎ，２１Ｆのアノード側に光電流を電圧に変換するための抵抗４５Ｎ，４５Ｆが接続される。この抵抗４５Ｎ，４５Ｆを介した出力（前記したＮ信号，Ｆ信号）は、さらにカップリングコンデンサ４６Ｎ，４６Ｆを介して前記端子１，２に接続される。
【００３７】
なお、前記Ｉ／Ｖ変換用の抵抗４５Ｎ，４５Ｆやカップリングコンデンサ４６Ｎ，４６Ｆを光検出用ＩＣ２０側に組み込むことにより外部接続部品の削減をはかることも可能であるが、この実施例では、ＩＣ２０の容量を考え、各抵抗４５Ｎ，４５Ｆやカップリングコンデンサ４６Ｎ，４６Ｆを２分割フォトダイオード２１とともにＩＣ２０の外部に設けている。また２分割フォトダイオード２１とＩＣ２０との間の配線長を可能な限り短くしている。
【００３８】
光検出用ＩＣ２０には、２分割フォトダイオード２１に対する前処理用の回路として、差動アンプ４７，バイアス回路４９が組み込まれる。また後記する信号出力の制御のために、プリアンプ５０，メインアンプ５１，コンパレータ５２から成る出力制御回路５３も組み込まれる。
【００３９】
差動アンプ４７の＋側入力は前記端子１に、−側入力は前記端子２に、それぞれ接続される。これにより差動アンプ４７では、前記素子２１ＮからのＮ信号から素子２１ＦからのＦ信号を差し引いて増幅する処理が行われる。この差動増幅出力（以下、「Ｎ−Ｆ信号」という。）は、バイアス回路４９に入力される。
【００４０】
バイアス回路４９は、前記信号処理回路４０から投光制御回路３７への駆動パルスに同期する信号により、前記Ｎ−Ｆ信号にバイアスをかけるように構成されている。なおこのバイアス設定処理は、前記Ｎ−Ｆ信号と内蔵フォトダイオード２２の受光信号とのレベルを合わせることを目的とするもので、前記Ｎ−Ｆ信号がゼロレベルの場合に、このゼロレベルの信号を、前記内蔵フォトダイオード２２を用いた検知処理において前記基準位置に物体が位置する場合の受光信号と同レベルの信号にするだけのバイアスが設定される。
【００４１】
前記内蔵フォトダイオード２２用の前処理回路の終端であるプリアンプ４４は端子６に、２分割フォトダイオード２１用の前処理回路の終端であるバイアス回路４９は端子５に、それぞれ接続される。また前記メインアンプ３４の入力側は端子７に接続される。
この光検出用ＩＣ２０を内蔵フォトダイオード２２からの受光信号による検知処理に用いる場合は、端子６，７を接続することにより、プリアンプ４４からの出力をメインアンプ３４に入力する。一方、２分割フォトダイオード２１を外付けした場合は、図中の点線で示すように、端子５，７を接続することにより、前記バイアス回路４９からの出力をメインアンプ３４に入力する。
【００４２】
なお、端子６，７を接続する際には、各端子６，７間にカップリングコンデンサ５４が組み込まれるとともに、端子６には、前記プリアンプ４４の出力電位レベルを調整するための可変抵抗５５が接続される。また端子５，７を接続する際にも、各端子５，７間にカップリングコンデンサ５６が組み込まれる。
このように、この実施例では、各前処理用の回路とメインアンプ３４とをＩＣ２０の外部で接続し、ノイズカット用のカップリングコンデンサ５４，５６を外付けするので、ＩＣ２０の容量を抑えることができる。ただし、コンデンサ５４，５６はＩＣ２０に内蔵してもよい。また、出力電位レベルを調整するための可変抵抗５５に代えて、投光側に投光出力を調整できる機能をもたせるようにしてもよい。
【００４３】
前記出力制御回路５３内のプリアンプ５０とメインアンプ５１とは、通常は切り離されており、端子３，４を介して接続するように構成される。なおプリアンプ５０は、端子２に接続される。また端子３，４間には、カップリングコンデンサ５７が組み込まれるが、このコンデンサ５７はＩＣ２０に内蔵してもよい。
前記端子３，４間の接続は、前記２分割フォトダイオード２１が外付けされる場合に、端子５，７間の接続とともに行われる。これら端子３，４が接続状態にある場合、前記端子２からのＦ信号が、プリアンプ５０およびメインアンプ５１を介してコンパレータ５２に入力される。コンパレータ５２は、前記信号処理回路４０に接続されており、前記アンプ５０，５１を介したＦ信号が光の受光レベルに達している場合に前記信号処理回路４０にＨレベルの信号を出力する。（以下、このコンパレータからの出力信号を「出力制御信号」という。）
【００４４】
端子７以降の構成において、前記メインアンプ３４は、入力された信号を反転増幅する。コンパレータ３９は、この反転増幅された信号を入力し、この入力信号が所定の動作レベルを越えたとき（電位的には動作レベルよりレベル値が低くなったとき）作動して、信号処理回路４０にＨレベルの信号を出力する。
【００４５】
前記信号処理回路４０は、前記投光制御回路３７への駆動パルスに同期するタイミングでコンパレータ３９からの比較出力を取り込み、出力回路３６へと出力する。ただし、この信号処理回路４０には、外部信号入力用の端子１２が接続されており、この端子１２からの信号および前記出力制御回路５３からの出力制御信号がいずれもＬレベルのときに前記コンパレータ３９からＨレベルの比較出力を取り込むと、この出力を無効化してＬレベルの信号を出力するように構成される。
【００４６】
この実施例では、ＩＣ２０の外部において、前記端子１２を、２分割フォトダイオード２１を使用する場合はＬの電位に、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合はＨの電位に、それぞれ接続する。したがって内蔵フォトダイオード２２による検知処理を行う場合は、端子１２からの入力電位はＨとなり、内蔵フォトダイオード２２からの受光信号を比較した結果が信号処理回路４０において有効化される。
【００４７】
２分割フォトダイオード２１を用いて検知処理を行っている場合、前記Ｎ−Ｆ信号は、検出対象の物体が各素子２１Ｎ，２１Ｆに同じ量ずつ反射光を入射させる地点に存在するときのみならず、物体からの反射光が全く入射していない場合（物体が存在しない場合）にもゼロレベルとなる。前記出力制御回路５３からの出力制御信号は、前記Ｎ−Ｆ信号がゼロレベルとなる前記２つのケースを切り分けて、物体が存在する場合のみ物体検知を示す出力が行われるように制御するためのものである。すなわち、物体が存在しない状態下での出力制御信号はＬであり、また端子１２からの入力電位はＬであるから、物体が存在しない状態下でのコンパレータ３９からの比較出力は無効化され、信号処理回路４０からはＬレベルの信号が出力される。また、物体の存在によって各素子２１Ｎ，２１Ｆに同じ量だけ光が入射した場合にも、Ｎ−Ｆ信号はゼロレベルとなるが、素子２１Ｆへの入射があるため、出力制御信号はＨとなり、コンパレータ３９からの出力は有効となる。
【００４８】
図４は、前記図３の光検出用ＩＣ２０において、端子６，７が接続されている場合、すなわち内蔵フォトダイオード２２の受光信号を用いた検知処理が行われるように設定されている場合の各回路（内蔵フォトダイオード２２側の処理に関わる回路に限る。）の動作を示す。なお図中、ａ，ｂは、検出対象の物体が所定の基準位置より遠方に位置する場合の動作を、ｃ，ｄは、物体が前記基準位置よりも前方に存在する場合の動作を、それぞれ示す。なお、図中の一点鎖線は、前記コンパレータ３９の動作レベルに相当するもので、物体が基準位置にある場合に内蔵フォトダイオード２２で得られる受光レベルに基づく値が設定されているものとする。
【００４９】
図４のａ，ｂにおいては、物体からの反射光は、前記基準位置で得られる反射光より小さくなるため、メインアンプ３４からの出力はコンパレータ３９の動作レベルに達しない。これに対し、ｃ，ｄにおいては、前記基準位置で得られる反射光を上回る受光信号が得られるから、メインアンプ３４からはコンパレータ３９の動作レベルを越える信号が出力され、コンパレータ３９からＨレベルの信号が出力される。
なおこのとき前記端子１２からは、常時Ｈレベルの信号が入力されているから、前記ｃ，ｄにおけるコンパレータ３９の出力は有効化され、信号処理回路４０において積分回路またはシフトレジスタなどによる信号処理を行った後、出力回路３６から「物体あり」を示す信号が出力される。
【００５０】
図５は、前記光検出用ＩＣ２０において、端子５，７間および端子３，４間が接続されている場合、すなわち２分割フォトダイオード２１の受光信号を用いた検知処理を行うように設定されている場合の処理に関係する各回路の動作を示す。なお図中のＡは、検出対象の物体が存在しない状態下での動作を、Ｂは物体が基準位置に存在する場合の動作を、Ｃは前記基準位置より前方に物体が存在する場合の動作を、Ｄは基準位置より後方に物体が存在する場合の動作を、それぞれ示す。
【００５１】
前記バイアス回路４９は、差動アンプ４７からのＮ−Ｆ信号に対し、前記コンパレータ３９の動作レベルに対応するレベルのバイアスをかけるように構成されている。図５のＡ，Ｂの状態下では、いずれもＮ−Ｆ信号はゼロとなり、バイアス回路４９およびメインアンプ３４を介してコンパレータ３９に入力される信号は、その動作レベルに到達するようになる。この結果、図５中の一番下の出力に示すように、コンパレータ３９からＨレベルの信号が出力される。
ただし、Ａでは、前記出力制御回路５３のコンパレータ５２からの出力（出力制御信号）がＬレベルになり、また端子１２からの信号もＬレベルであるから、前記コンパレータ３９の出力は無効化され、外部には、「物体なし」を示す信号が出力される。これに対し、Ｂでは、端子１２からの信号は同様にＬレベルであるが、出力制御信号がＨレベルとなるので、前記コンパレータ３９のＨ出力が有効になり、外部に、「物体あり」を示す信号が出力される。
【００５２】
図５のＣでは、Ｎ信号のレベルがＦ信号のレベルより大きくなるため、Ｎ−Ｆ信号は正レベルとなる。この結果、バイアス回路４９およびメインアンプ３４を介した信号は、コンパレータ３９の動作レベルを上回る（電位的には動作レベルより低くなる）ものとなり、コンパレータ３９の出力はＨレベルとなる。
またこのとき、出力制御回路５３のコンパレータ５２からはＨレベルの信号が出力されているから、Ｂの場合と同様にコンパレータ３９の比較出力が有効化され、外部には、「物体あり」を示す信号が出力される。
【００５３】
図５のＤでは、Ｆ信号のレベルがＮ信号のレベルよりも大きくなるため、Ｎ−Ｆ信号は負レベルとなる。このため、メインアンプ３４からの出力はコンパレータ３９の動作レベルに達しなくなるので、コンパレータ３９はＬレベルの信号を出力する。これを受けて外部にも、「物体なし」を示す信号が出力される。
【００５４】
図６は、光検出器２４の第２の構成例を示す。
この実施例では、光検出用ＩＣ２０において、２分割、内蔵の各フォトダイオード２１，２２のそれぞれに、個別のメインアンプ３４とコンパレータ３９とを配備する。（図中、内蔵フォトダイオード２２に対応するメインアンプとコンパレータには３４Ａ，３９Ａの符号を付け、２分割フォトダイオード２１に対応するメインアンプとコンパレータには３４Ｂ，３９Ｂの符号を付けて示す。）
【００５５】
各フォトダイオード２１，２２に対する前処理用の回路構成や、出力制御回路５３の構成は、図３と同様である。
内蔵フォトダイオード２２用のメインアンプ３４Ａは端子７に、２分割フォトダイオード２３用のメインアンプ３４Ｂは端子１４に、それぞれ接続されている。よって内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は、端子６，７を接続することにより、内蔵フォトダイオード２２による受光信号をメインアンプ３４Ａに入力する。一方、２分割フォトダイオード２１を使用する場合は、端子５，１４を接続することにより、２分割フォトダイオード２１の各素子２１Ｎ，２１Ｆにより得たＮ−Ｆ信号を、メインアンプ３４Ｂに入力する。なお、いずれの端子間接続も、図３の実施例と同様に、カップリングコンデンサ５４，５６を介して行われる。また、端子５には、メインアンプ３４Ｂへの入力電位レベルを調整するための可変抵抗５８が接続される。
【００５６】
この実施例の信号処理回路４０は、前記投光制御回路３７への駆動信号に同期するタイミングで、各コンパレータ３９Ａまたは３９Ｂの比較出力を取り込む。また図３と同様に、２分割フォトダイオード２１を使用する場合は端子１２をＬの電位に接続し、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は端子１２をＨの電位に接続する。
２分割フォトダイオード２１を用いる場合、図３と同様に物体が存在しない状態では端子１２および出力制御回路５３からの信号はいずれもＬレベルとなり、コンパレータ３９Ｂからの比較出力は無効化される。
【００５７】
図７は、前記図６の構成において、端子５，１４間、および端子３，４間を接続して、２分割フォトダイオード２１による検知処理を行うようにした場合の各回路の動作を示す。なお、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合の動作は、図４と同様であるから、図示および説明は省略する。
【００５８】
図７のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、いずれも前記図５と同様の状態を示す。
この実施例では、前記差動アンプ４７を、所定レベルのバイアスをかけた信号を出力するように設定し、Ｎ信号とＦ信号とが等しくなるケースＡ，Ｂにおいて、メインアンプ３４Ｂからコンパレータ３９Ｂの動作レベルに対応するレベルの信号を出力するように調整している。以下の動作は前記図５と同様であって、Ａの場合は「物体なし」を示す信号が、Ｂの場合は「物体あり」を示す信号が、それぞれ出力される。またＣ，Ｄについても、図５と同様の検知動作が実現する。
【００５９】
図６，７に示した実施例では、信号処理回路４０の手前までの構成がフォトダイオード２１，２２毎に個別に設定されるので、第１の実施例のように、前処理後の信号のレベルを合わせる必要がなく、各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂに、それぞれのフォトダイオード２２，２１に対応した最適な動作レベルを設定することができる。
【００６０】
図８は、光検出器２４の第３の構成を示す。
この実施例も、前記図６の構成と同様に、信号処理回路４０の手前までの構成を、フォトダイオード２１，２２毎に個別に設けている。さらにこの実施例では、内蔵フォトダイオード２２の受光信号を処理するための回路に、前記出力制御回路５３の機能を共有させている。
【００６１】
具体的には、出力制御回路５３が独自に持つ回路はプリアンプ５０のみとなる。このプリアンプ５０を端子３，７を介して内蔵フォトダイオード２２用のメインアンプ３４Ａに接続することにより、メインアンプ３４Ａ，コンパレータ３９Ａは、プリアンプ５０を介したＦ信号を処理する回路に切り替えられる。
【００６２】
上記構成において、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は、前記図６の構成と同様に、端子６，７を接続し、プリアンプ４４からの出力をメインアンプ３４Ａに入力する。一方、２分割フォトダイオード２１を使用する場合は、前記端子５，１４を接続して、Ｎ−Ｆ信号をメインアンプ３４Ｂに入力するとともに、前記端子３，７を接続して、メインアンプ３４Ａ，コンパレータ３９Ａを信号制御回路５３として機能させる。
【００６３】
この実施例の信号処理回路４０には、前段の各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂの比較出力のＯＲ処理をした結果を出力する第１の回路と、各比較出力のＡＮＤ処理をした結果を出力する第２の回路と、これら回路を切り替えるための切替回路とが設けられている。
またこの信号処理回路４０に接続される端子１２は、前記図３，６の構成と同様に、内蔵フォトダイオード２２が使用される場合はＨの電位に、２分割フォトダイオード２１が使用される場合はＬの電位に、それぞれ接続される。
【００６４】
前記信号処理回路４０内の切替回路は、前記端子１２からの信号がＨレベルのときは第１の回路を選択し、端子１２からの信号がＬレベルのときは第２の回路を選択するように、設定される。
よって内蔵フォトダイオード２２が使用される場合は、コンパレータ３９Ａの比較出力が常に有効化され、前記図４と同様の検知動作が実現する。また２分割フォトダイオード２１が使用される場合は、コンパレータ３９ＢからのＨレベルの比較出力は、コンパレータ３９Ａの比較出力による出力制御信号がＨレベルになる場合のみ有効化されることになり、前記図７と同様の検知動作が実現する。
【００６５】
図９は、光検出器２４の第４の構成を示す。
この実施例でも、前記図６，８の構成と同様に、メインアンプ３４およびコンパレータ３９が２組設けられる。またこの実施例では、２分割受光素子２２の各素子２１Ｎ，２１Ｆからの受光出力をＩ／Ｖ変換するための回路６１Ｎ，６１Ｆや、Ｉ／Ｖ変換後の信号からノイズを除去するためのカップリングコンデンサ６２Ｎ，６２Ｆが、光検出用ＩＣ２０側に組み込まれている。
【００６６】
さらにこの実施例では、Ｉ／Ｖ変換回路６１Ｎ，６１Ｆにより生成されたＮ信号，Ｆ信号を処理する回路として、差動アンプ４７のほかに加算アンプ６３を設け、Ｎ信号およびＦ信号の差分増幅処理と同時に、これら信号の加算増幅処理を行うようにしている。差動アンプ４７の出力は端子３に、加算アンプ６３の出力は端子５に、それぞれ接続され、またメインアンプ３４Ｂは端子４に接続される。またメインアンプ３４Ａは端子７に接続される。
【００６７】
この実施例の信号処理回路４０には、各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂからの比較出力のＡＮＤ処理を行う回路と、コンパレータ３９Ａの比較出力のみを出力する回路とが含まれる。またこの信号処理回路４０には、前記２つの回路を切り替えるための切替スイッチ６７が接続される。
【００６８】
上記構成において、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は、前記図６，８の構成と同様に、端子６，７を接続し、プリアンプ４４からの出力をメインアンプ３４Ａに入力する。またこの状態下では、信号処理回路４０は、前記切替スイッチ６７によりコンパレータ３９Ａからの出力のみを有効化するように設定される。これにより前記した各実施例と同様に、メインアンプ３４Ａからの増幅出力のレベルに対するコンパレータ３９Ａの比較出力が有効化され、コンパレータ３９Ａの動作レベルを上回るレベルの受光信号が得られた場合に、「物体あり」を示す検知信号が出力されることになる。
【００６９】
一方、２分割フォトダイオード２１を使用する際には、端子３と４、および端子５と７とをそれぞれ接続することにより、差動アンプ４７からの出力（Ｎ−Ｆ信号）がメインアンプ３４Ｂに、加算アンプ６３からの出力（Ｎ＋Ｆ信号）がメインアンプ３４Ａに、それぞれ入力される。またこの状態下では、信号処理回路４０は、前記切替スイッチ６７により、コンパレータ３９Ａの比較出力とコンパレータ３９Ｂの比較出力とのＡＮＤ処理を行うように設定される。
【００７０】
差動アンプ４７は、Ｎ信号とＦ信号とが等しいとき、またはＮ信号がＦ信号より大きいときに、コンパレータ３９Ｂの動作レベルに対応するレベルを持つ信号を出力するように設定される。よって検出対象の物体が光検出器２４から見て基準位置または基準位置よりも前方位置にある場合には、差動アンプ４７からメインアンプ３４Ｂを介してコンパレータ３９Ｂに与えられるＮ−Ｆ信号は、コンパレータ３９Ｂの動作レベル以上となる。またこのとき加算アンプ６３からメインアンプ３４Ａを介してコンパレータ３９Ａに与えられるＮ＋Ｆ信号は、同様にコンパレータ３９Ａの動作レベルを越える信号となる。よって各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂからの比較出力は、いずれもＨレベルとなり、信号処理回路４０でのＡＮＤ処理により、「物体あり」を示す検知信号が出力される。
【００７１】
また検出対象の物体が光検出器２４から見て基準位置よりも後方に位置する場合は、Ｆ信号がＮ信号よりも大きくなる。この場合、コンパレータ３９Ａに与えられるＮ＋Ｆ信号は、先の事例と同様に、このコンパレータ３９Ａの動作レベルを十分に上回るレベルとなるが、他方のコンパレータ３９Ｂに与えられるＮ−Ｆ信号は、このコンパレータ３９Ｂの動作レベルを下回るレベルとなる。この結果、コンパレータ３９Ａからの比較出力がＨレベルであるのに対して、コンパレータ３９Ｂからの比較出力はＬレベルとなり、信号処理回路４０のＡＮＤ処理により、「物体なし」を示す検知信号が出力される。
【００７２】
さらに検出対象の物体が存在しない場合は、Ｎ信号，Ｆ信号はともにゼロレベルに近いレベルとなるので、Ｎ＋Ｆ信号のレベルもゼロレベル付近となる。よってコンパレータ３９Ａの比較出力がＬベルとなるため、信号処理回路４０のＡＮＤ処理により、「物体なし」を示す検知信号が出力される。
【００７３】
このようにこの第４の実施例においても、光検出用ＩＣ２０の外部端子に２分割フォトダイオード２１を接続した場合には、光検出器２４に距離設定形の光電スイッチの機能を具備させることができる。
【００７４】
ところで上記４つの実施例の光検出用ＩＣ２０の構成によれば、２分割フォトダイオード２１に限らず、内蔵フォトダイオード２２よりも面積の大きな単一のフォトダイオードを外付けして使用することができる。
【００７５】
図１０は、前記図６と同様の構成の光検出用ＩＣ２０に単一のフォトダイオード６０を接続した光検出器２４Ａを示すもので、前記端子１，２のうち、端子１にはフォトダイオード６０が接続される一方、端子２は接地されている。
なお、図中、６８は、フォトダイオード６０からの光電流を電圧に変換するための抵抗、６９は、カップリングコンデンサである。
【００７６】
この実施例では、フォトダイオード６０を接続した場合に、前記端子５を端子７に接続することにより、差動アンプ４７からの差動増幅出力を内蔵フォトダイオード２２用のメインアンプ３４Ａおよびコンパレータ３９Ａで処理するようにしている。
【００７７】
上記構成によれば、端子１からはフォトダイオード６０の受光量に対応するレベルの信号が入力されるのに対し、端子２側からの入力信号は、常にゼロレベルとなる。よってフォトダイオード６０からの受光信号が差動アンプ４７，カップリングコンデンサ５６を介してメインアンプ３４Ａに入力されることになり、以下、内蔵フォトダイオード２２に対するのと同様の条件で、フォトダイオード６０からの受光信号を用いた物体検知処理が行われることになる。
なおこの実施例においては、端子１２からの入力信号はＨの電位に接続される。また出力制御回路５３は使用されないので、端子３，４はオープンに設定される。
【００７８】
上記図１０の構成の光検出器２４によれば、外付けの受光面積の大きいフォトダイオード６０により内蔵フォトダイオード２２よりも光を多く受光することができるので、検出距離が長く設定された光電スイッチに適用することができる。またこの光検出器２４を光ファイバ形の光電スイッチに導入すると、光ファイバの径が大きくとも、検出物体からの反射光を受光素子に取り込む際に、光ファイバの受光素子に対向する端面から出て周囲に広がる光を、受光素子に確実に取り込むことができ、距離設定形の光電スイッチや径の太い光ファイバを使用する光電スイッチに適した光検出器を、簡単かつ低コストで提供することができる。
さらに前記図３，図８，図９の構成においても、同様にして、光検出用ＩＣ２０にフォトダイオード６０を外付けし、その受光信号を処理することができる。
【００７９】
このように各実施例に示した光検知用ＩＣ２０は、さほど検出距離を長くする必要のない光検出器に使用できるほか、２分割フォトダイオード２１や面積の大きなフォトダイオード６０を接続することによって、距離設定形の物体検知や径の太い光ファイバを使用しての物体検知のための光検出器を構成したり、検出距離の長い光検出器を構成することができるので、用途毎に光検知用ＩＣを製作する必要がなくなる。しかも検出距離を長くする必要のない用途が圧倒的に多いので、内蔵フォトダイオード２２の面積を小さくして、ＩＣ２０を小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
なお、上記各実施例に示した光検知用ＩＣ２０は、光電スイッチに限らず、たとえば発光体を具備する対象物からの光を受光して対象物までの距離を計測するセンサなど、光を使用する他のタイプの計測器に導入することができる。
【００８０】
【発明の効果】
上記したように、この発明では、単一の受光素子が搭載された光検出用ＩＣに、一対の受光信号を出力する受光素子や面積の大きな受光素子を外付けで接続するとともに、ＩＣ上に、内蔵の受光素子の出力を処理する回路と外付けの受光素子の出力を処理する回路とを設け、いずれかの処理回路を切り替えて処理を行うように構成した。この構成により、距離設定形の物体検知のための光検出器、ならびに径の太い光ファイバによる物体検知および検出距離を長くする必要のある物体検知に使用する光検出器を、さほど検出距離を長くする必要のない光検出器と同じ規格のＩＣを用いて作製することができる。よって種々の用途毎に光検出用ＩＣを製作する必要がなくなり、光検出用ＩＣのコストを大幅に削減することができる。
【００８１】
また検出距離を長くする必要のない光検出器には、面積の小さな受光素子で事足りるから、光検出用ＩＣに搭載される受光素子の面積を小さくすることによってＩＣを小型化することができ、もって使用頻度の高い光検出器（検出距離を長くする必要のないタイプのもの）を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる光検出器を距離設定形の光電スイッチに導入した例を示す斜視図である。
【図２】光検出器の概略構成を示すブロック図である。
【図３】光検出器の第１の具体例を示すブロック図である。
【図４】図３の構成中、内蔵フォトダイオードに関わる回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図３の構成中、２分割フォトダイオードに関わる回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】光検出器の第２の具体例を示すブロック図である。
【図７】図６の構成中、２分割フォトダイオードに関わる回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】光検出器の第３の具体例を示すブロック図である。
【図９】光検出器の第４の具体例を示すブロック図である。
【図１０】図６の構成の光検出用ＩＣに単一のフォトダイオードを接続する場合の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の反射形の光電センサに用いられる光検出器の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２ 外部入力用端子
２０ 光検出用ＩＣ
２１ ２分割フォトダイオード
３１ 内部信号前処理回路
３２ 外部信号前処理回路
３３ 切替回路
３４ メインアンプ
３５ 制御回路
３６ 出力回路
３９ コンパレータ
４０ 信号処理回路
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電スイッチなどの光検出器およびこの光検出器に使用される光検出用ＩＣに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光電スイッチには、検出精度を安定させ、かつ装置の小型化を実現するために、受光素子やその処理回路が搭載されたＩＣ（以下、「光検出用ＩＣ」という。）を使用したタイプのものがある。
図１１は、従来の反射形の光電スイッチの構成を示す。この光電スイッチに使用される光検出器７５は、プリント基板７４上にＬＥＤ７２を具備する投光器７３や光検出用ＩＣ７０などが搭載されて成る。なお、図中の７６は、光電スイッチの本体を構成するケース体である。また７７は投光用のレンズ、７８は受光用のレンズであって、それぞれ前記ＬＥＤ７２，光検出用ＩＣ７０上のフォトダイオードダイオード７１に対向する位置に設置される。
【０００３】
前記ＬＥＤ７２から出射された光は、投光用のレンズ７７を介して装置前方へと照射される。この光の経路に検出対象の物体がある場合、物体の表面で反射した光は受光用レンズ７８を介して光検出用ＩＣ７０へと導かれる。
光検出用ＩＣ７０には、前記反射光を受光するためのフォトダイオード７１のほか、このフォトダイオード７１による受光信号を処理して物体の有無を判別する処理回路（図示せず。）が搭載されている。処理回路は、前記受光信号のレベルを所定のしきい値と比較することによって物体の有無を判別し、その判別結果を示す信号を外部機器へと出力する。
【０００４】
従来の光電スイッチには、上記の反射形のほか、投光器と受光器とを対向させた透過形のスイッチが存在する。また投光器からの光や検出物体からの反射光を光ファイバを介して運ぶタイプ（光ファイバ形）の光電スイッチも提供されている。
【０００５】
さらに反射形の光電スイッチには、「距離設定形光電スイッチ」と呼ばれるタイプのものがある。この距離設定形光電スイッチでは、２分割のフォトダイオードが搭載された光検出用ＩＣが導入されており、各フォトダイオードからの出力信号の差をとってからその差分信号のレベルをしきい値と比較するなどの処理により、所定の基準位置より前方に位置する物体を検知する一方、前記基準位置より遠方の物体は検出しないように設定される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
一般に光電スイッチにおいて、検出可能な物体までの距離（以下、これを「検出距離」という。）を長く設定したい場合には、遠方からの光を確実に取り込めるように、面積の大きなフォトダイオードを使用する必要がある。
また前記した距離設定形の光電スイッチにおいて高精度の検出を行うためには、前記２分割フォトダイオードの各素子間の受光量差を精度良く取り出せるように、各素子の面積を大きくする必要がある。
【０００７】
さらに光ファイバ形の光電スイッチにおいては、特に径の太い光ファイバを使用する際に、検出物体からの反射光を受光側の光ファイバを介して受光素子に取り込む時に、光ファイバの受光素子に対向する端面から出て広がる光を確実に受光素子に取り込めるように、通常よりも面積の大きなフォトダイオードを使用するのが望ましい。
【０００８】
しかしながら前記検出距離を長く設定したい場合の光電スイッチ、距離設定形の光電スイッチ、径の太い光ファイバを使用して光を有効に受光したい光電スイッチ、およびさほど検出距離を長く設定する必要のない光電スイッチについて、量産効果を図るために単一の光検出用ＩＣを製作しようとすると、面積の大きなフォトダイオードや２分割のフォトダイオードを光検出用ＩＣに搭載することになり、光検出用ＩＣが大型化し、ＩＣのコストが高騰するという問題が発生する。
またそれぞれの光電スイッチに応じて個別に光検出用ＩＣを製作しても、それぞれその光電スイッチに応じたフォトダイオードをＩＣに搭載する必要があるから、検出距離を長くする必要のない光電スイッチを除く他の光電スイッチでは、光検出用ＩＣが大型化するという問題が依然として存在する。
【０００９】
一方、従来の光電スイッチの使用状況を見ると、殆どが検出距離を長く設定する必要のない用途に用いられる透過形または反射形のスイッチであり、適当な面積のフォトダイオードで事足りた。したがって検出距離を長くする、径の太い光ファイバを使用するなどの使用頻度の少ない用途のために面積の大きなフォトダイオードを搭載したり、距離設定形の光電スイッチの用途のために２分割フォトダイオードを搭載した光検出用ＩＣを作製すると、コスト面においての効率が悪く、ＩＣの価格高騰を招く。
【００１０】
この発明は上記問題点に着目してなされたもので、適当な受光面積を有する単一の受光素子が搭載された光検出用ＩＣに一対の受光信号を出力するタイプの受光素子やサイズの大きな受光素子を接続し、この外付けの受光素子からの出力信号をＩＣ上で処理できるように構成することにより、検出距離を長く設定する必要のない物体検出のほか、検出距離を長くしての物体検出、径の太い光ファイバを使用しての物体検出など受光面積の大きな受光素子が必要となる物体検出、ならびに距離設定形の物体検出に適用可能な光検出用ＩＣを単一のＩＣとして供給することにより、量産効果により光検出用ＩＣを低価格にし、コスト面での効率を向上することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明では、単一の受光素子と、前記受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、外部受光素子を電気接続するための外部入力用の端子と、前記外部入力用の端子から入力される前記外部受光素子からの受光信号を処理するための第２の処理回路と、前記第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその処理結果を出力させる選択手段とを具備する光検出用ＩＣを提供する。
【００１２】
前記受光素子は、所定位置に配置された投光器からの光、または検出対象の物体からの反射光を受光するためのもので、通常は、フォトダイオードが使用される。第１の処理回路は、この受光素子からの出力信号（以下、「受光信号」という。）により、受光素子の受光状態に応じた処理結果（たとえばしきい値に対する受光量の判別結果）を出力するためのもので、受光信号を増幅するための増幅回路、増幅された受光信号を所定のしきい値と比較するためのコンパレータ、コンパレータからの出力をＩＣ外部に出力する回路などを含むことができる。
【００１３】
外部入力用端子に接続される第２の処理回路も、第１の処理回路と同様に、外部受光素子からの受光信号を用いて、外部受光素子の受光状態に応じた処理結果を出力するための構成を具備する。
【００１４】
前記選択手段は、たとえば前記受光素子と第１の処理回路、または外部入力用端子と第２の処理回路のいずれか一方を接続するための切替回路として構成される。この切替回路は、たとえば前記２通りの接続を実施するためにＩＣに形成される外部端子、およびその接続ラインにより構成される。すなわち、ＩＣ外部においていずれか一方の接続にかかる端子間を接続することによって、いずれか一方の処理回路が選択されることになる。
なお、前記切替回路は、内蔵スイッチとしてＩＣ上に搭載することも可能であり、接続状態を、適宜、切替可能に構成することもできる。
【００１５】
上記構成によれば、選択手段により第１の処理回路による処理結果が出力されるように設定すると、ＩＣ上の単一の受光素子における受光状態に応じた処理結果が出力されるから、前記した通常形の光電スイッチ（透過形、反射形のいずれでも可）など、物体検出の用途に用いることができる。また外部入力端子に２分割の受光素子やＩＣ上の受光素子よりもサイズの大きい受光素子を接続するとともに、前記選択手段により第２の処理回路による処理結果が出力されるように設定すると、外部の受光素子における受光状態に応じた処理結果を出力することが可能となり、距離設定形の物体検出結果を出力したり、径の太い光ファイバを使用しての物体検出など受光面積の大きな受光素子が必要となる物体検出の結果を出力する用途に適用することが可能となる。
またＩＣの製作者側では、外部入力端子に接続する受光素子を簡単に変更できるので、投光側を変更して投光波長帯域が変わっても、その帯域に適合した受光素子を外部入力端子に接続することで対応することができる。
【００１６】
上記構成の光検出用ＩＣに対し、２分割の受光素子やＰＳＤのように、検出対象の位置によって信号レベルの関係が変動する一対の受光信号を出力する受光素子を接続できるようにするには、外部入力用の端子として一対の端子を設ける必要がある。また第２の処理回路は、各端子から入力される受光信号の差分信号を生成するための回路（差動アンプ）と、前記差分信号のレベルを所定のしきい値と比較するための回路（コンパレータ）とを含むように構成される。
【００１７】
上記構成において一対の受光信号を出力するタイプの受光素子を外付けする場合、前記一対の端子のそれぞれから各受光信号を入力し、前記選択手段により第２の処理回路の処理結果が出力されるように設定する。この場合、第２の処理回路からは、各受光信号の差分信号としきい値との比較結果が出力されるようになる。したがって、投光側からの光に対する物体からの反射光を受光可能な位置に外付けの受光素子を配置してＩＣに接続すれば、ＩＣに、観測位置から設定距離範囲内に物体が存在するか否かを示す検知信号を出力させることができる。
またＩＣの第２の処理回路を、前記受光信号の差分信号を複数のしきい値と比較するように構成すれば、観測対象の光が受光素子の位置からどれだけ離れた位置にあるかを示す信号を出力することができる。
【００１８】
また上記構成のＩＣに、ＩＣ上の受光素子よりもサイズの大きい受光素子を外付けする場合は、この受光素子を外部入力用の一対の端子の一方に接続するとともに、他方の端子を接地させればよい。これにより、各端子からの入力信号の差分信号は、前記外付けの受光素子からの受光出力レベルを示し、受光状態を判別することが可能となる。
なお、このように単一の受光素子を外付けする場合、各端子からの入力信号を差分処理した後の信号処理（信号レベルをしきい値と比較する処理など）を、第１の処理回路と共有するようにしてもよい。
【００１９】
さらに他の好ましい態様では、前記第１，第２の各処理回路は、少なくとも処理結果の出力に関わる回路を共有するように構成される。
処理結果の出力に関わる回路は、物体の有無などを示す最終的な検知信号を出力するための回路（後記する図２の出力回路３６に相当する。）である。また内蔵の受光素子による受光出力と外部入力端子からの入力信号の差分信号とのレベル合わせのための回路を設けるのであれば、これらの信号を増幅するためのアンプや判定処理のためのコンパレータを共有にすることも可能である。
なおこのように各処理回路間で一部の回路を共有する場合、前記選択手段は、各処理回路の専用部分と前記共用部分との接続を切り替える手段として構成することができる。たとえば、各処理回路がアンプにより増幅された信号をコンパレータに入力して判定処理を行い、その判定処理結果を出力するものであれば、選択手段としての切替回路をアンプの前に設けることによって、このアンプ以降の回路を共有にすることができる。また切替回路をアンプとコンパレータとの間に設ければ、コンパレータ以降の回路を共有にすることができる。
【００２０】
さらにこの発明は、距離設定形の物体検知のための光検出器として、一対の外部入力用端子を具備する光検出用ＩＣと、前記外部入力用端子に接続される２分割の受光素子とを具備する光検出器を提供する。前記光検出用ＩＣは、単一の受光素子と、この受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子から入力される前記２分割の受光素子からの一対の受光信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により選択された第２の処理回路による処理結果を出力するように設定される。なお、光検出用ＩＣ，２分割の受光素子は、１枚のプリント基板上に搭載されるのが望ましい。
このような構成によれば、さほど検出距離を長く設定する必要のない使用頻度の高い光検出用ＩＣに２分割の受光素子を接続することで距離設定形の物体検知のための光検出器を構成することができるので、この種の光検出器の製作コストを削減し、かつ光検出器の小型化を実現することができる。
【００２１】
またこの発明は、検出距離を長く設定する必要のない汎用タイプの光検出器として、外部受光素子を電気接続するための外部入力用端子が設けられた光検出用ＩＣを具備する光検出器を提供する。前記光検出用ＩＣは、単一の受光素子と、この受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子から入力される前記外部受光素子からの受光信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により前記第１の処理回路による処理結果を出力するように設定される。
【００２２】
上記の光検出器は、検出距離を長く設定する必要がない用途に使用されるので、前記単一の受光素子として面積の小さな受光素子を用いることができ、光検出器を小型化することができる。また距離設定形の物体検知や径の太い光ファイバを使用しての物体検知などに使用する光検出器と共通の光検出用ＩＣを使用することができる。
【００２３】
さらにこの発明は、一対の外部入力用端子と単一の受光素子とを具備する光検出用ＩＣと、前記光検出用ＩＣの受光素子よりも面積の大きい第２の受光素子とを具備する光検出器を提供する。光検出用ＩＣの前記一対の外部入力用端子の一方は前記第２の受光素子に接続されるとともに、他方の端子は接地される。また光検出用ＩＣは、前記単一の受光素子からの出力を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子からの各入力信号の差分信号を生成する回路を含む第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により第２の処理回路による処理結果を出力するように設定される。
なお、第２の処理回路には、前記差分信号を生成する回路のほかに、この差分信号を所定のしきい値と比較するための回路などを含むが、この比較回路については第１の処理回路と共有することができる。
【００２４】
上記の構成によれば、さほど検出距離を長く設定する必要のない使用頻度の高い光検出用ＩＣに面積の大きな受光素子を接続することで、検出距離を長くする用途や、太い径の光ファイバを使用する用途などに適した光検出器を構成することができるので、この種の光検出器の製作コストを削減し、かつ光検出器の小型化を実現することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明にかかる光検出器を距離設定形の光電スイッチに導入した例を示す。
この光検出器２４は、プリント基板１８上に、ＬＥＤ２３を具備する投光器１９，光検出用ＩＣ２０，２分割フォトダイオード２１などが搭載されて成る。なお、図中の２５は、光電スイッチの本体部を構成するケース体であり、２６は投光用のレンズを、２７は受光用のレンズを、それぞれ示す。
【００２６】
前記光検出用ＩＣ２０は、単一のフォトダイオード２２を搭載し、前記２分割フォトダイオード２１の各素子を接続するための外部入力端子など、複数の端子を具備する。このほか、光検出用ＩＣ２０には、前記ＩＣ２０に搭載されたフォトダイオード２２（以下、「内蔵フォトダイオード２２」という。）または外部の２分割フォトダイオード２１のいずれかを選択するための回路や、選択された素子からの受光信号を処理して物体検知を行うための回路などが搭載される。
【００２７】
図２は、前記光検出器２４の概略構成を示す。
図中、２１Ｎ，２１Ｆは、前記２分割フォトダイオード２１の個々の素子である（以下、「素子２１Ｎ，２１Ｆ」という。）。各素子２１Ｎ，２１Ｆは、それぞれ同量の反射光を受光する場合の物体の位置（以下、これを「基準位置」という。）よりも前方（光検出器２４寄りの方向）に物体が位置した場合に、素子２１Ｎにおける入射量が優勢となり、物体が前記基準位置よりも遠方（光検出器から離れる方向）に位置した場合に、素子２１Ｆにおける入射量が優勢となるように設置される。
【００２８】
なお図中の２８は、各素子２１Ｎ，２１Ｆのデカップリングコンデンサである。また２９，３０は、前記ＬＥＤ２３を発光させるための駆動用のトランジスタおよび抵抗であり、３８はＩＣ２０の外部電源である。
【００２９】
図２の光検出用ＩＣ２０には、各素子２１Ｎ，２１Ｆを接続するための外部入力用の端子１，２のほか、図示しない外部機器に検知信号を出力するための端子８，前記ＬＥＤ２３の駆動用トランジスタ２９に駆動パルスを与えるための端子１１などが形成される。さらにこのＩＣ２０上には、前記した内蔵フォトダイオード２２のほか、この内蔵フォトダイオード２２からの受光出力に対する前処理用の回路（図中、「内部信号前処理回路３１」と示す。），前記各端子１，２を介して入力された素子２１Ｎ，２１Ｆからの受光信号（以下、「Ｎ信号」，「Ｆ信号」という。）に対する前処理用の回路（図中、「外部信号前処理回路３２」と示す。），切替回路３３，メインアンプ３４，制御回路３５，出力回路３６，投光制御回路３７などが搭載される。
【００３０】
内部信号前処理回路３１には、内蔵フォトダイオード２２からの出力電流を電圧に変換して受光信号を取り出すためのＩ／Ｖ変換回路や増幅回路が含まれる。外部信号前処理回路３２には、素子２１Ｎ，２１Ｆ毎のＩ／Ｖ変換回路のほか、これらＩ／Ｖ変換回路により取り出されたＮ信号およびＦ信号を差分処理および増幅するための差動アンプなどが組み込まれる。
【００３１】
メインアンプ３４，制御回路３５，出力回路３６は、内蔵、２分割の各フォトダイオード２２，２１に共通する構成である。切替回路３３は、内部信号前処理回路３１または外部信号前処理回路３２のいずれか一方を選択してメインアンプ３４に接続するためのもので、選択された回路からの信号は、メインアンプ３４を介して制御回路３５に入力される。
制御回路３５は、前記投光制御回路３７にＬＥＤ発光用の駆動パルスを供給することによりＬＥＤ２３を発光させるとともに、この駆動パルスに同期するタイミングで前記メインアンプ３４からの増幅出力を所定のしきい値と比較し、物体の有無を示す検知信号を出力する。出力回路３６は、前記端子８に接続されており、制御回路３５からの検知信号を端子８を介して外部機器などに出力する。
【００３２】
上記構成によれば、２分割フォトダイオード２１を外部入力用の端子１，２に接続し、切替回路３３により外部信号前処理回路３２をメインアンプ３４に接続することにより、光検出用ＩＣ２０上において、前記２分割フォトダイオード２１の各受光信号の差分増幅信号を用いた検知処理を実施することができる。また前記端子１，２に２分割フォトダイオード２１を接続せずに、切換回路を前記内部信号前処理回路３１に接続してメインアンプ３４に内部信号前処理回路３１からの信号を入力すると、内蔵フォトダイオード２２からの受光信号を用いた検知処理を行うことができる。
【００３３】
以下、上記光検出器２４の具体的な構成と各構成における動作について、順を追って説明する。なお、各図において、前記図２と同様の構成には同じ符号を付すことで、説明を省略または簡略化する。
図３は、光検出器２４の第１の構成を示す。この実施例は、前記図２の構成を具体化したものであるが、前記外部信号前処理回路３２に対応する構成の一部ならびに前記切替回路３３に対応する構成が、光検出用ＩＣ２０の外部に設けられている。
【００３４】
この実施例の光検出用ＩＣ２０には、２分割フォトダイオード２１，内蔵フォトダイオード２２の双方に共通の構成として、メインアンプ３４，コンパレータ３９，信号処理回路４０，出力回路３６の各回路が搭載されるほか、投光制御回路３７ならびに電源回路４１などが搭載される。
なお、コンパレータ３９および信号処理回路４０は、図２の制御回路３５に対応するもので、投光制御回路３７に駆動パルスを供給する処理は、信号処理回路４０により行われる。
【００３５】
電源回路４１は、ＩＣ２０上の各回路に電源を供給するほか、内蔵フォトダイオード２２や２分割フォトダイオード２１にかけるバイアス電圧Ｖrefを生成する。なお、図３において、端子９は、電源回路４１を接地させるためのもの、端子１０は、電源回路４１を電源ＶCCに接続するためのもの、端子１３は、前記バイアス電圧Ｖrefを２分割フォトダイオード２１に与えるためのものである。
【００３６】
さらにこの光検出用ＩＣ２０には、内蔵フォトダイオード２２に対する前処理用の回路として、Ｉ／Ｖ変換回路４２，カップリングコンデンサ４３，プリアンプ４４が設けられる。
一方、２分割フォトダイオード２１については、ＩＣ２０の外部において各素子２１Ｎ，２１Ｆのアノード側に光電流を電圧に変換するための抵抗４５Ｎ，４５Ｆが接続される。この抵抗４５Ｎ，４５Ｆを介した出力（前記したＮ信号，Ｆ信号）は、さらにカップリングコンデンサ４６Ｎ，４６Ｆを介して前記端子１，２に接続される。
【００３７】
なお、前記Ｉ／Ｖ変換用の抵抗４５Ｎ，４５Ｆやカップリングコンデンサ４６Ｎ，４６Ｆを光検出用ＩＣ２０側に組み込むことにより外部接続部品の削減をはかることも可能であるが、この実施例では、ＩＣ２０の容量を考え、各抵抗４５Ｎ，４５Ｆやカップリングコンデンサ４６Ｎ，４６Ｆを２分割フォトダイオード２１とともにＩＣ２０の外部に設けている。また２分割フォトダイオード２１とＩＣ２０との間の配線長を可能な限り短くしている。
【００３８】
光検出用ＩＣ２０には、２分割フォトダイオード２１に対する前処理用の回路として、差動アンプ４７，バイアス回路４９が組み込まれる。また後記する信号出力の制御のために、プリアンプ５０，メインアンプ５１，コンパレータ５２から成る出力制御回路５３も組み込まれる。
【００３９】
差動アンプ４７の＋側入力は前記端子１に、−側入力は前記端子２に、それぞれ接続される。これにより差動アンプ４７では、前記素子２１ＮからのＮ信号から素子２１ＦからのＦ信号を差し引いて増幅する処理が行われる。この差動増幅出力（以下、「Ｎ−Ｆ信号」という。）は、バイアス回路４９に入力される。
【００４０】
バイアス回路４９は、前記信号処理回路４０から投光制御回路３７への駆動パルスに同期する信号により、前記Ｎ−Ｆ信号にバイアスをかけるように構成されている。なおこのバイアス設定処理は、前記Ｎ−Ｆ信号と内蔵フォトダイオード２２の受光信号とのレベルを合わせることを目的とするもので、前記Ｎ−Ｆ信号がゼロレベルの場合に、このゼロレベルの信号を、前記内蔵フォトダイオード２２を用いた検知処理において前記基準位置に物体が位置する場合の受光信号と同レベルの信号にするだけのバイアスが設定される。
【００４１】
前記内蔵フォトダイオード２２用の前処理回路の終端であるプリアンプ４４は端子６に、２分割フォトダイオード２１用の前処理回路の終端であるバイアス回路４９は端子５に、それぞれ接続される。また前記メインアンプ３４の入力側は端子７に接続される。
この光検出用ＩＣ２０を内蔵フォトダイオード２２からの受光信号による検知処理に用いる場合は、端子６，７を接続することにより、プリアンプ４４からの出力をメインアンプ３４に入力する。一方、２分割フォトダイオード２１を外付けした場合は、図中の点線で示すように、端子５，７を接続することにより、前記バイアス回路４９からの出力をメインアンプ３４に入力する。
【００４２】
なお、端子６，７を接続する際には、各端子６，７間にカップリングコンデンサ５４が組み込まれるとともに、端子６には、前記プリアンプ４４の出力電位レベルを調整するための可変抵抗５５が接続される。また端子５，７を接続する際にも、各端子５，７間にカップリングコンデンサ５６が組み込まれる。
このように、この実施例では、各前処理用の回路とメインアンプ３４とをＩＣ２０の外部で接続し、ノイズカット用のカップリングコンデンサ５４，５６を外付けするので、ＩＣ２０の容量を抑えることができる。ただし、コンデンサ５４，５６はＩＣ２０に内蔵してもよい。また、出力電位レベルを調整するための可変抵抗５５に代えて、投光側に投光出力を調整できる機能をもたせるようにしてもよい。
【００４３】
前記出力制御回路５３内のプリアンプ５０とメインアンプ５１とは、通常は切り離されており、端子３，４を介して接続するように構成される。なおプリアンプ５０は、端子２に接続される。また端子３，４間には、カップリングコンデンサ５７が組み込まれるが、このコンデンサ５７はＩＣ２０に内蔵してもよい。
前記端子３，４間の接続は、前記２分割フォトダイオード２１が外付けされる場合に、端子５，７間の接続とともに行われる。これら端子３，４が接続状態にある場合、前記端子２からのＦ信号が、プリアンプ５０およびメインアンプ５１を介してコンパレータ５２に入力される。コンパレータ５２は、前記信号処理回路４０に接続されており、前記アンプ５０，５１を介したＦ信号が光の受光レベルに達している場合に前記信号処理回路４０にＨレベルの信号を出力する。（以下、このコンパレータからの出力信号を「出力制御信号」という。）
【００４４】
端子７以降の構成において、前記メインアンプ３４は、入力された信号を反転増幅する。コンパレータ３９は、この反転増幅された信号を入力し、この入力信号が所定の動作レベルを越えたとき（電位的には動作レベルよりレベル値が低くなったとき）作動して、信号処理回路４０にＨレベルの信号を出力する。
【００４５】
前記信号処理回路４０は、前記投光制御回路３７への駆動パルスに同期するタイミングでコンパレータ３９からの比較出力を取り込み、出力回路３６へと出力する。ただし、この信号処理回路４０には、外部信号入力用の端子１２が接続されており、この端子１２からの信号および前記出力制御回路５３からの出力制御信号がいずれもＬレベルのときに前記コンパレータ３９からＨレベルの比較出力を取り込むと、この出力を無効化してＬレベルの信号を出力するように構成される。
【００４６】
この実施例では、ＩＣ２０の外部において、前記端子１２を、２分割フォトダイオード２１を使用する場合はＬの電位に、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合はＨの電位に、それぞれ接続する。したがって内蔵フォトダイオード２２による検知処理を行う場合は、端子１２からの入力電位はＨとなり、内蔵フォトダイオード２２からの受光信号を比較した結果が信号処理回路４０において有効化される。
【００４７】
２分割フォトダイオード２１を用いて検知処理を行っている場合、前記Ｎ−Ｆ信号は、検出対象の物体が各素子２１Ｎ，２１Ｆに同じ量ずつ反射光を入射させる地点に存在するときのみならず、物体からの反射光が全く入射していない場合（物体が存在しない場合）にもゼロレベルとなる。前記出力制御回路５３からの出力制御信号は、前記Ｎ−Ｆ信号がゼロレベルとなる前記２つのケースを切り分けて、物体が存在する場合のみ物体検知を示す出力が行われるように制御するためのものである。すなわち、物体が存在しない状態下での出力制御信号はＬであり、また端子１２からの入力電位はＬであるから、物体が存在しない状態下でのコンパレータ３９からの比較出力は無効化され、信号処理回路４０からはＬレベルの信号が出力される。また、物体の存在によって各素子２１Ｎ，２１Ｆに同じ量だけ光が入射した場合にも、Ｎ−Ｆ信号はゼロレベルとなるが、素子２１Ｆへの入射があるため、出力制御信号はＨとなり、コンパレータ３９からの出力は有効となる。
【００４８】
図４は、前記図３の光検出用ＩＣ２０において、端子６，７が接続されている場合、すなわち内蔵フォトダイオード２２の受光信号を用いた検知処理が行われるように設定されている場合の各回路（内蔵フォトダイオード２２側の処理に関わる回路に限る。）の動作を示す。なお図中、ａ，ｂは、検出対象の物体が所定の基準位置より遠方に位置する場合の動作を、ｃ，ｄは、物体が前記基準位置よりも前方に存在する場合の動作を、それぞれ示す。なお、図中の一点鎖線は、前記コンパレータ３９の動作レベルに相当するもので、物体が基準位置にある場合に内蔵フォトダイオード２２で得られる受光レベルに基づく値が設定されているものとする。
【００４９】
図４のａ，ｂにおいては、物体からの反射光は、前記基準位置で得られる反射光より小さくなるため、メインアンプ３４からの出力はコンパレータ３９の動作レベルに達しない。これに対し、ｃ，ｄにおいては、前記基準位置で得られる反射光を上回る受光信号が得られるから、メインアンプ３４からはコンパレータ３９の動作レベルを越える信号が出力され、コンパレータ３９からＨレベルの信号が出力される。
なおこのとき前記端子１２からは、常時Ｈレベルの信号が入力されているから、前記ｃ，ｄにおけるコンパレータ３９の出力は有効化され、信号処理回路４０において積分回路またはシフトレジスタなどによる信号処理を行った後、出力回路３６から「物体あり」を示す信号が出力される。
【００５０】
図５は、前記光検出用ＩＣ２０において、端子５，７間および端子３，４間が接続されている場合、すなわち２分割フォトダイオード２１の受光信号を用いた検知処理を行うように設定されている場合の処理に関係する各回路の動作を示す。なお図中のＡは、検出対象の物体が存在しない状態下での動作を、Ｂは物体が基準位置に存在する場合の動作を、Ｃは前記基準位置より前方に物体が存在する場合の動作を、Ｄは基準位置より後方に物体が存在する場合の動作を、それぞれ示す。
【００５１】
前記バイアス回路４９は、差動アンプ４７からのＮ−Ｆ信号に対し、前記コンパレータ３９の動作レベルに対応するレベルのバイアスをかけるように構成されている。図５のＡ，Ｂの状態下では、いずれもＮ−Ｆ信号はゼロとなり、バイアス回路４９およびメインアンプ３４を介してコンパレータ３９に入力される信号は、その動作レベルに到達するようになる。この結果、図５中の一番下の出力に示すように、コンパレータ３９からＨレベルの信号が出力される。
ただし、Ａでは、前記出力制御回路５３のコンパレータ５２からの出力（出力制御信号）がＬレベルになり、また端子１２からの信号もＬレベルであるから、前記コンパレータ３９の出力は無効化され、外部には、「物体なし」を示す信号が出力される。これに対し、Ｂでは、端子１２からの信号は同様にＬレベルであるが、出力制御信号がＨレベルとなるので、前記コンパレータ３９のＨ出力が有効になり、外部に、「物体あり」を示す信号が出力される。
【００５２】
図５のＣでは、Ｎ信号のレベルがＦ信号のレベルより大きくなるため、Ｎ−Ｆ信号は正レベルとなる。この結果、バイアス回路４９およびメインアンプ３４を介した信号は、コンパレータ３９の動作レベルを上回る（電位的には動作レベルより低くなる）ものとなり、コンパレータ３９の出力はＨレベルとなる。
またこのとき、出力制御回路５３のコンパレータ５２からはＨレベルの信号が出力されているから、Ｂの場合と同様にコンパレータ３９の比較出力が有効化され、外部には、「物体あり」を示す信号が出力される。
【００５３】
図５のＤでは、Ｆ信号のレベルがＮ信号のレベルよりも大きくなるため、Ｎ−Ｆ信号は負レベルとなる。このため、メインアンプ３４からの出力はコンパレータ３９の動作レベルに達しなくなるので、コンパレータ３９はＬレベルの信号を出力する。これを受けて外部にも、「物体なし」を示す信号が出力される。
【００５４】
図６は、光検出器２４の第２の構成例を示す。
この実施例では、光検出用ＩＣ２０において、２分割、内蔵の各フォトダイオード２１，２２のそれぞれに、個別のメインアンプ３４とコンパレータ３９とを配備する。（図中、内蔵フォトダイオード２２に対応するメインアンプとコンパレータには３４Ａ，３９Ａの符号を付け、２分割フォトダイオード２１に対応するメインアンプとコンパレータには３４Ｂ，３９Ｂの符号を付けて示す。）
【００５５】
各フォトダイオード２１，２２に対する前処理用の回路構成や、出力制御回路５３の構成は、図３と同様である。
内蔵フォトダイオード２２用のメインアンプ３４Ａは端子７に、２分割フォトダイオード２３用のメインアンプ３４Ｂは端子１４に、それぞれ接続されている。よって内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は、端子６，７を接続することにより、内蔵フォトダイオード２２による受光信号をメインアンプ３４Ａに入力する。一方、２分割フォトダイオード２１を使用する場合は、端子５，１４を接続することにより、２分割フォトダイオード２１の各素子２１Ｎ，２１Ｆにより得たＮ−Ｆ信号を、メインアンプ３４Ｂに入力する。なお、いずれの端子間接続も、図３の実施例と同様に、カップリングコンデンサ５４，５６を介して行われる。また、端子５には、メインアンプ３４Ｂへの入力電位レベルを調整するための可変抵抗５８が接続される。
【００５６】
この実施例の信号処理回路４０は、前記投光制御回路３７への駆動信号に同期するタイミングで、各コンパレータ３９Ａまたは３９Ｂの比較出力を取り込む。また図３と同様に、２分割フォトダイオード２１を使用する場合は端子１２をＬの電位に接続し、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は端子１２をＨの電位に接続する。
２分割フォトダイオード２１を用いる場合、図３と同様に物体が存在しない状態では端子１２および出力制御回路５３からの信号はいずれもＬレベルとなり、コンパレータ３９Ｂからの比較出力は無効化される。
【００５７】
図７は、前記図６の構成において、端子５，１４間、および端子３，４間を接続して、２分割フォトダイオード２１による検知処理を行うようにした場合の各回路の動作を示す。なお、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合の動作は、図４と同様であるから、図示および説明は省略する。
【００５８】
図７のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄは、いずれも前記図５と同様の状態を示す。
この実施例では、前記差動アンプ４７を、所定レベルのバイアスをかけた信号を出力するように設定し、Ｎ信号とＦ信号とが等しくなるケースＡ，Ｂにおいて、メインアンプ３４Ｂからコンパレータ３９Ｂの動作レベルに対応するレベルの信号を出力するように調整している。以下の動作は前記図５と同様であって、Ａの場合は「物体なし」を示す信号が、Ｂの場合は「物体あり」を示す信号が、それぞれ出力される。またＣ，Ｄについても、図５と同様の検知動作が実現する。
【００５９】
図６，７に示した実施例では、信号処理回路４０の手前までの構成がフォトダイオード２１，２２毎に個別に設定されるので、第１の実施例のように、前処理後の信号のレベルを合わせる必要がなく、各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂに、それぞれのフォトダイオード２２，２１に対応した最適な動作レベルを設定することができる。
【００６０】
図８は、光検出器２４の第３の構成を示す。
この実施例も、前記図６の構成と同様に、信号処理回路４０の手前までの構成を、フォトダイオード２１，２２毎に個別に設けている。さらにこの実施例では、内蔵フォトダイオード２２の受光信号を処理するための回路に、前記出力制御回路５３の機能を共有させている。
【００６１】
具体的には、出力制御回路５３が独自に持つ回路はプリアンプ５０のみとなる。このプリアンプ５０を端子３，７を介して内蔵フォトダイオード２２用のメインアンプ３４Ａに接続することにより、メインアンプ３４Ａ，コンパレータ３９Ａは、プリアンプ５０を介したＦ信号を処理する回路に切り替えられる。
【００６２】
上記構成において、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は、前記図６の構成と同様に、端子６，７を接続し、プリアンプ４４からの出力をメインアンプ３４Ａに入力する。一方、２分割フォトダイオード２１を使用する場合は、前記端子５，１４を接続して、Ｎ−Ｆ信号をメインアンプ３４Ｂに入力するとともに、前記端子３，７を接続して、メインアンプ３４Ａ，コンパレータ３９Ａを信号制御回路５３として機能させる。
【００６３】
この実施例の信号処理回路４０には、前段の各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂの比較出力のＯＲ処理をした結果を出力する第１の回路と、各比較出力のＡＮＤ処理をした結果を出力する第２の回路と、これら回路を切り替えるための切替回路とが設けられている。
またこの信号処理回路４０に接続される端子１２は、前記図３，６の構成と同様に、内蔵フォトダイオード２２が使用される場合はＨの電位に、２分割フォトダイオード２１が使用される場合はＬの電位に、それぞれ接続される。
【００６４】
前記信号処理回路４０内の切替回路は、前記端子１２からの信号がＨレベルのときは第１の回路を選択し、端子１２からの信号がＬレベルのときは第２の回路を選択するように、設定される。
よって内蔵フォトダイオード２２が使用される場合は、コンパレータ３９Ａの比較出力が常に有効化され、前記図４と同様の検知動作が実現する。また２分割フォトダイオード２１が使用される場合は、コンパレータ３９ＢからのＨレベルの比較出力は、コンパレータ３９Ａの比較出力による出力制御信号がＨレベルになる場合のみ有効化されることになり、前記図７と同様の検知動作が実現する。
【００６５】
図９は、光検出器２４の第４の構成を示す。
この実施例でも、前記図６，８の構成と同様に、メインアンプ３４およびコンパレータ３９が２組設けられる。またこの実施例では、２分割受光素子２２の各素子２１Ｎ，２１Ｆからの受光出力をＩ／Ｖ変換するための回路６１Ｎ，６１Ｆや、Ｉ／Ｖ変換後の信号からノイズを除去するためのカップリングコンデンサ６２Ｎ，６２Ｆが、光検出用ＩＣ２０側に組み込まれている。
【００６６】
さらにこの実施例では、Ｉ／Ｖ変換回路６１Ｎ，６１Ｆにより生成されたＮ信号，Ｆ信号を処理する回路として、差動アンプ４７のほかに加算アンプ６３を設け、Ｎ信号およびＦ信号の差分増幅処理と同時に、これら信号の加算増幅処理を行うようにしている。差動アンプ４７の出力は端子３に、加算アンプ６３の出力は端子５に、それぞれ接続され、またメインアンプ３４Ｂは端子４に接続される。またメインアンプ３４Ａは端子７に接続される。
【００６７】
この実施例の信号処理回路４０には、各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂからの比較出力のＡＮＤ処理を行う回路と、コンパレータ３９Ａの比較出力のみを出力する回路とが含まれる。またこの信号処理回路４０には、前記２つの回路を切り替えるための切替スイッチ６７が接続される。
【００６８】
上記構成において、内蔵フォトダイオード２２を使用する場合は、前記図６，８の構成と同様に、端子６，７を接続し、プリアンプ４４からの出力をメインアンプ３４Ａに入力する。またこの状態下では、信号処理回路４０は、前記切替スイッチ６７によりコンパレータ３９Ａからの出力のみを有効化するように設定される。これにより前記した各実施例と同様に、メインアンプ３４Ａからの増幅出力のレベルに対するコンパレータ３９Ａの比較出力が有効化され、コンパレータ３９Ａの動作レベルを上回るレベルの受光信号が得られた場合に、「物体あり」を示す検知信号が出力されることになる。
【００６９】
一方、２分割フォトダイオード２１を使用する際には、端子３と４、および端子５と７とをそれぞれ接続することにより、差動アンプ４７からの出力（Ｎ−Ｆ信号）がメインアンプ３４Ｂに、加算アンプ６３からの出力（Ｎ＋Ｆ信号）がメインアンプ３４Ａに、それぞれ入力される。またこの状態下では、信号処理回路４０は、前記切替スイッチ６７により、コンパレータ３９Ａの比較出力とコンパレータ３９Ｂの比較出力とのＡＮＤ処理を行うように設定される。
【００７０】
差動アンプ４７は、Ｎ信号とＦ信号とが等しいとき、またはＮ信号がＦ信号より大きいときに、コンパレータ３９Ｂの動作レベルに対応するレベルを持つ信号を出力するように設定される。よって検出対象の物体が光検出器２４から見て基準位置または基準位置よりも前方位置にある場合には、差動アンプ４７からメインアンプ３４Ｂを介してコンパレータ３９Ｂに与えられるＮ−Ｆ信号は、コンパレータ３９Ｂの動作レベル以上となる。またこのとき加算アンプ６３からメインアンプ３４Ａを介してコンパレータ３９Ａに与えられるＮ＋Ｆ信号は、同様にコンパレータ３９Ａの動作レベルを越える信号となる。よって各コンパレータ３９Ａ，３９Ｂからの比較出力は、いずれもＨレベルとなり、信号処理回路４０でのＡＮＤ処理により、「物体あり」を示す検知信号が出力される。
【００７１】
また検出対象の物体が光検出器２４から見て基準位置よりも後方に位置する場合は、Ｆ信号がＮ信号よりも大きくなる。この場合、コンパレータ３９Ａに与えられるＮ＋Ｆ信号は、先の事例と同様に、このコンパレータ３９Ａの動作レベルを十分に上回るレベルとなるが、他方のコンパレータ３９Ｂに与えられるＮ−Ｆ信号は、このコンパレータ３９Ｂの動作レベルを下回るレベルとなる。この結果、コンパレータ３９Ａからの比較出力がＨレベルであるのに対して、コンパレータ３９Ｂからの比較出力はＬレベルとなり、信号処理回路４０のＡＮＤ処理により、「物体なし」を示す検知信号が出力される。
【００７２】
さらに検出対象の物体が存在しない場合は、Ｎ信号，Ｆ信号はともにゼロレベルに近いレベルとなるので、Ｎ＋Ｆ信号のレベルもゼロレベル付近となる。よってコンパレータ３９Ａの比較出力がＬベルとなるため、信号処理回路４０のＡＮＤ処理により、「物体なし」を示す検知信号が出力される。
【００７３】
このようにこの第４の実施例においても、光検出用ＩＣ２０の外部端子に２分割フォトダイオード２１を接続した場合には、光検出器２４に距離設定形の光電スイッチの機能を具備させることができる。
【００７４】
ところで上記４つの実施例の光検出用ＩＣ２０の構成によれば、２分割フォトダイオード２１に限らず、内蔵フォトダイオード２２よりも面積の大きな単一のフォトダイオードを外付けして使用することができる。
【００７５】
図１０は、前記図６と同様の構成の光検出用ＩＣ２０に単一のフォトダイオード６０を接続した光検出器２４Ａを示すもので、前記端子１，２のうち、端子１にはフォトダイオード６０が接続される一方、端子２は接地されている。
なお、図中、６８は、フォトダイオード６０からの光電流を電圧に変換するための抵抗、６９は、カップリングコンデンサである。
【００７６】
この実施例では、フォトダイオード６０を接続した場合に、前記端子５を端子７に接続することにより、差動アンプ４７からの差動増幅出力を内蔵フォトダイオード２２用のメインアンプ３４Ａおよびコンパレータ３９Ａで処理するようにしている。
【００７７】
上記構成によれば、端子１からはフォトダイオード６０の受光量に対応するレベルの信号が入力されるのに対し、端子２側からの入力信号は、常にゼロレベルとなる。よってフォトダイオード６０からの受光信号が差動アンプ４７，カップリングコンデンサ５６を介してメインアンプ３４Ａに入力されることになり、以下、内蔵フォトダイオード２２に対するのと同様の条件で、フォトダイオード６０からの受光信号を用いた物体検知処理が行われることになる。
なおこの実施例においては、端子１２からの入力信号はＨの電位に接続される。また出力制御回路５３は使用されないので、端子３，４はオープンに設定される。
【００７８】
上記図１０の構成の光検出器２４によれば、外付けの受光面積の大きいフォトダイオード６０により内蔵フォトダイオード２２よりも光を多く受光することができるので、検出距離が長く設定された光電スイッチに適用することができる。またこの光検出器２４を光ファイバ形の光電スイッチに導入すると、光ファイバの径が大きくとも、検出物体からの反射光を受光素子に取り込む際に、光ファイバの受光素子に対向する端面から出て周囲に広がる光を、受光素子に確実に取り込むことができ、距離設定形の光電スイッチや径の太い光ファイバを使用する光電スイッチに適した光検出器を、簡単かつ低コストで提供することができる。
さらに前記図３，図８，図９の構成においても、同様にして、光検出用ＩＣ２０にフォトダイオード６０を外付けし、その受光信号を処理することができる。
【００７９】
このように各実施例に示した光検知用ＩＣ２０は、さほど検出距離を長くする必要のない光検出器に使用できるほか、２分割フォトダイオード２１や面積の大きなフォトダイオード６０を接続することによって、距離設定形の物体検知や径の太い光ファイバを使用しての物体検知のための光検出器を構成したり、検出距離の長い光検出器を構成することができるので、用途毎に光検知用ＩＣを製作する必要がなくなる。しかも検出距離を長くする必要のない用途が圧倒的に多いので、内蔵フォトダイオード２２の面積を小さくして、ＩＣ２０を小型化することができ、コストを大幅に削減することができる。
なお、上記各実施例に示した光検知用ＩＣ２０は、光電スイッチに限らず、たとえば発光体を具備する対象物からの光を受光して対象物までの距離を計測するセンサなど、光を使用する他のタイプの計測器に導入することができる。
【００８０】
【発明の効果】
上記したように、この発明では、単一の受光素子が搭載された光検出用ＩＣに、一対の受光信号を出力する受光素子や面積の大きな受光素子を外付けで接続するとともに、ＩＣ上に、内蔵の受光素子の出力を処理する回路と外付けの受光素子の出力を処理する回路とを設け、いずれかの処理回路を切り替えて処理を行うように構成した。この構成により、距離設定形の物体検知のための光検出器、ならびに径の太い光ファイバによる物体検知および検出距離を長くする必要のある物体検知に使用する光検出器を、さほど検出距離を長くする必要のない光検出器と同じ規格のＩＣを用いて作製することができる。よって種々の用途毎に光検出用ＩＣを製作する必要がなくなり、光検出用ＩＣのコストを大幅に削減することができる。
【００８１】
また検出距離を長くする必要のない光検出器には、面積の小さな受光素子で事足りるから、光検出用ＩＣに搭載される受光素子の面積を小さくすることによってＩＣを小型化することができ、もって使用頻度の高い光検出器（検出距離を長くする必要のないタイプのもの）を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明にかかる光検出器を距離設定形の光電スイッチに導入した例を示す斜視図である。
【図２】光検出器の概略構成を示すブロック図である。
【図３】光検出器の第１の具体例を示すブロック図である。
【図４】図３の構成中、内蔵フォトダイオードに関わる回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】図３の構成中、２分割フォトダイオードに関わる回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図６】光検出器の第２の具体例を示すブロック図である。
【図７】図６の構成中、２分割フォトダイオードに関わる回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図８】光検出器の第３の具体例を示すブロック図である。
【図９】光検出器の第４の具体例を示すブロック図である。
【図１０】図６の構成の光検出用ＩＣに単一のフォトダイオードを接続する場合の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の反射形の光電センサに用いられる光検出器の構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１，２ 外部入力用端子
２０ 光検出用ＩＣ
２１ ２分割フォトダイオード
３１ 内部信号前処理回路
３２ 外部信号前処理回路
３３ 切替回路
３４ メインアンプ
３５ 制御回路
３６ 出力回路
３９ コンパレータ
４０ 信号処理回路
Claims (9)
- 単一の受光素子と、
前記受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、
外部受光素子を電気接続するための外部入力用の端子と、
前記外部入力用の端子から入力される前記外部受光素子からの受光信号を処理するための第２の処理回路と、
前記第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその処理結果を出力させる選択手段とを具備して成る光検出用ＩＣ。 - 前記外部入力用の端子として一対の端子が設けられており、
前記第２の処理回路は、各端子から入力される受光信号の差分信号を生成するための回路と、前記差分信号のレベルを所定のしきい値と比較するための回路とを含んで成る請求項１に記載された光検出用ＩＣ。 - 前記外部入力用の一対の端子は一対の受光信号を出力する受光素子に接続され、前記一対の受光信号は、検出対象の位置によって信号レベルの関係が変動して成る請求項２に記載された光検出用ＩＣ。
- 前記外部入力用の一対の端子は、２分割の受光素子に接続される請求項２または３に記載された光検出用ＩＣ。
- 前記外部入力用の一対の端子の一方は、前記ＩＣ上の受光素子の受光面積よりも大きな受光面積を有する受光素子に接続され、他方の端子は接地される請求項２に記載された光検出用ＩＣ。
- 前記第１，第２の各処理回路は、少なくとも処理結果の出力に関わる回路を共有して成る請求項１〜５のいずれかに記載された光検出用ＩＣ。
- 一対の外部入力用端子を具備する光検出用ＩＣと、前記外部入力用端子に接続される２分割の受光素子とを具備する光検出器であって、
前記光検出用ＩＣは、単一の受光素子と、この受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子から入力される前記２分割の受光素子からの一対の受光信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により第２の処理回路による処理結果を出力するように設定されて成る光検出器。 - 外部受光素子を電気接続するための外部入力用端子が設けられた光検出用ＩＣを具備する光検出器であって、
前記光検出用ＩＣは、単一の受光素子と、この受光素子からの受光信号を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子から入力される前記外部受光素子からの受光信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により前記第１の処理回路による処理結果を出力するように設定されて成る光検出器。 - 一対の外部入力用端子と単一の受光素子とを具備する光検出用ＩＣと、前記光検出用ＩＣの受光素子よりも面積の大きい第２の受光素子とを具備する光検出器であって、
前記一対の外部入力用端子の一方は前記第２の受光素子に接続されるとともに、他方の端子は接地されており、
前記光検出用ＩＣは、前記単一の受光素子からの出力を処理するための第１の処理回路と、前記外部入力用端子からの各入力信号の差分信号を処理するための第２の処理回路と、第１，第２の処理回路のいずれかを選択してその選択された処理回路による処理結果を出力させる選択手段とを具備し、この選択手段により第２の処理回路による処理結果を出力するように設定されて成る光検出器。
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