JP3958200B2

JP3958200B2 - 光検出装置

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば光電スイッチやフォトインタラプタ等のように発光素子からパルス変調された光を投光し物体の有無を検出する光検出方法および光検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の光変調型検出装置の全体の概略構成例について図４及び図５を参照しながら説明する。図４に示すように、発光素子３４は、発振回路３１及び発光素子駆動回路３３を介してパルス変調駆動される。パルス変調されたパルス光が発光素子３４から検出領域（図示しない）に存在する物体Ｓに向かって投射される。
【０００３】
上記パルス変調されたパルス光は、発光素子３４と受光素子３５との間にある上記検出領域を通過する上記物体Ｓに対して反射または透過し、上記受光素子３５に入射する。したがって、受光素子３５に入射するパルス光は、上記物体Ｓの通過によってオン／オフされることになる。
【０００４】
上記受光素子３５の出力である光信号は、アンプ３６によって増幅及び波形整形された後、判定回路３７へ送られる。この判定回路３７の出力は、信号処理回路３２へ送られる。
【０００５】
この信号処理回路３２は、図５に示すように、上記判定回路３７の出力検出ポイントＡ及びＢでそれぞれ取り込み、保持するためのタイミングゲート付Ｒ−Ｓフリップフロップ４３及び４４（以下、単に、Ｒ−Ｓフリップフロップ４３及び４４と称す）と、シリアル出力の反転信号がシリアル入力へ帰還され、所定周期のクロックパルスによって入力されたデータがシフトするように構成されたシフトレジスタ４１と、このシフトレジスタ４１の出力（後述するＤフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２の出力信号）、クロックパルス、及び検出ポイントＢでのデータを保持する上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４３の出力端子（Ｑ、／Ｑ）からの信号に応じて上記シフトレジスタ４１のセット・リセットを制御するＡＮＤゲート４５・４６と、検出ポイントＡでのデータを保持する上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４４の出力およびクロックパルスを入力し、上記シフトレジスタ４１へのクロックパルスの入力を制御するＮＡＮＤゲート４７から成る状態検出回路４２とからなる。
【０００６】
すなわち、Ｄフリップフロップ４１ａの出力端子Ｑ０は、Ｄフリップフロップ４１ｂのデータ入力端子Ｄ１に接続され、Ｄフリップフロップ４１ｂの出力端子Ｑ１は、Ｄフリップフロップ４１ｃのデータ入力端子Ｄ２に接続されている。Ｄフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２は、Ｄフリップフロップ４１ａのデータ入力端子Ｄ０に接続されている。また、上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各リセット端子Ｒ０〜Ｒ２は、後述するＡＮＤゲート４６の出力端子に接続されている。上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各セット端子Ｓ０〜Ｓ２は、後述するＡＮＤゲート４５の出力端子に接続されている。上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各クロック入力端子ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２は、後述するＮＡＮＤゲート４７の出力端子に接続されている。
【０００７】
上記の信号処理回路３２は、更に、状態検出回路４２を備えている。この状態検出回路４２は、上記ＡＮＤゲート４５・４６、インバータゲート４８、及び３つのＮＡＮＤゲート４７・４９・５０（何れも２入力タイプ）からなっている。
【０００８】
上記Ｄフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２の出力信号は、上記インバータゲート４８を介して上記ＡＮＤゲート４５の入力端子（第１入力端子）へ送られる。上記ＡＮＤゲート４６の入力端子（第１入力端子）には、上記Ｄフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２が接続されている。上記ＡＮＤゲート４５及び４６の入力端子（第２入力端子）には、いずれもクロックパルスが入力されている。ＡＮＤゲート４６の残りの入力端子（第３入力端子）には、上記ＮＡＮＤゲート４９の出力端子が接続されている。上記ＡＮＤゲート４５の残りの入力端子（第３入力端子）には、上記ＮＡＮＤゲート５０の出力端子が接続されている。
【０００９】
上記ＮＡＮＤゲート４７の一方の入力端子には、上記発振回路３１の出力に応じて変化するクロックパルスが印加されている。上記ＮＡＮＤゲート４７の他方の入力端子は、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４４の反転出力端子／Ｑが接続されている。
【００１０】
このＮＡＮＤゲート５０は、一方の入力端子が上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４４の反転出力端子／Ｑに接続されている一方、他方の入力端子が上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４３の反転出力端子／Ｑに接続されている。また、上記ＮＡＮＤゲート４９は、一方の入力端子が上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４３の出力端子Ｑに接続されている一方、他方の入力端子は上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４４の反転出力端子／Ｑに接続されている。
【００１１】
上記のような回路構成によれば、検出ポイントＡ（非発光タイミング）において判定回路３７の出力（受信信号）がハイレベルのとき（すなわち、外乱光ノイズがあるとき）、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４４はセット状態にあるので、その反転出力端子／Ｑからは常にローレベルの信号が上記ＮＡＮＤゲート４７の入力端子に供給される。このように、上記クロックパルスに関係なく、上記ＮＡＮＤゲート４７の出力端子からハイレベルの信号が上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各クロック入力端子ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２へ供給されるので、シフトレジスタ４１は、シフト動作を行わない。
【００１２】
これに対して、検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路３７の出力（受信信号）がハイレベルのとき、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４３はセットされるので、その反転出力端子／Ｑはローレベルに変化し、その出力端子Ｑはハイレベルになる。このとき、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４４はリセットされるので、その反転出力端子／Ｑはハイレベルの状態になる。その結果、上記ＮＡＮＤゲート５０の入力端子には、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４３からローレベルの信号と、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４４からハイレベルの信号とがそれぞれ入力される。したがって、上記ＮＡＮＤゲート５０の出力端子からハイレベルの信号が、上記ＡＮＤゲート４５の入力端子へ供給される。
【００１３】
上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４３の出力端子Ｑはハイレベルの状態にあるので、上記ＮＡＮＤゲート４９の出力はローレベルの状態になる。その結果、ＡＮＤゲート４６においては、入力端子にローレベルの信号が供給される。このとき、上記シフトレジスタ４１内のＤフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２からローレベルの信号が出力されていると、上記ＡＮＤゲート４５の出力はハイレベルとなり、上記シフトレジスタ４１のＤフリップフロップ４１ａ〜４１ｃのセット入力端子にはハイレベルの信号が供給されるので、このＤフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの全ビットがハイレベルにセットされることになる。
【００１４】
しかしながら、検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路３７の出力（受信信号）がローレベルのとき、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４３・４４はリセットされるので、その反転出力端子／Ｑはハイレベルに変化し、上記ＮＡＮＤゲート５０の出力（ローレベル）が、上記ＡＮＤゲート４５の入力端子へ供給される。これにより、上記ＡＮＤゲート４５の出力はローレベルとなる。このとき、上記ＮＡＮＤゲート４９の出力端子からはハイレベルの信号が上記ＡＮＤゲート４６の入力端子へ供給されている。
【００１５】
この状態下で、上記シフトレジスタ４１内のＤフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２からローレベルの信号が出力されたままであるとすると、上記ＡＮＤゲート４６の出力もローレベルとなると共に、上記ＮＡＮＤゲート４７からはクロックパルスが上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃのクロック入力端子ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２へ供給される。その結果、上記シフトレジスタ１１のセット入力端子及びリセット入力端子にはそれぞれローレベルの信号が供給されるので、このシフトレジスタ４１はシフト動作を行う。すなわち、上記クロックパルスに同期して、Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各入力端子のデータが１ビットシフトされることになる。判定回路３７の出力（受信信号）がローレベルの状態がシフトレジスタ４１内のＤフリップフロップの段数分続くと、上記シフトレジスタ４１の出力（上記Ｄフリップフロップ４１ｃの出力端子Ｑ２の信号）が反転する。
【００１６】
検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路３７の出力（受信信号）がローレベルの上記状態下で、上記シフトレジスタ４１内のＤフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２からハイレベルの信号が出力されている場合、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ４３・４４は共にリセットされるので、その出力端子Ｑからローレベルの信号が出力されると共に、その反転出力端子／Ｑからハイレベルの信号が出力される。
【００１７】
その結果、上記ＮＡＮＤゲート４９の入力端子には、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４３からローレベルの信号と、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ４４からハイレベルの信号とがそれぞれ入力される。したがって、上記ＮＡＮＤゲート４９の出力端子からハイレベルの信号が上記ＡＮＤゲート４６に供給される。また、この場合、上記Ｄフリップフロップ４１ｃの反転出力端子／Ｑ２からハイレベルの信号が出力されているので、上記ＡＮＤゲート４６の入力端子には、このハイレベルの信号と、上記ＮＡＮＤゲート４９の出力端子からハイレベルの信号とが供給されることになる。このように、上記クロックパルスがハイレベルのときに上記ＡＮＤゲート４６の出力端子から上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各リセット端子にハイレベルの信号が供給されるので、上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃはそれぞれリセットされることになる。つまり、上記シフトレジスタ４１の全ビットがリセットされるので、上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各出力端子Ｑ０〜Ｑ２からローレベルの信号が出力されることになる。
【００１８】
しかし、この場合、上記検出ポイントＢの判定回路３７の出力（受信信号）がローレベルであるとすると、上記ＡＮＤゲート４５・４６の出力端子からは、共にローレベルの信号が、上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各セット入力端子（Ｓ０〜Ｓ２）及び各リセット入力端子（Ｒ０〜Ｒ２）へ供給され、上記シフトレジスタ４１はシフト動作を行い、上記クロックパルスに同期して、上記Ｄフリップフロップ４１ａ〜４１ｃの各出力端子（Ｑ０〜Ｑ２）の信号を１ビットずつシフトする。そして、この状態がシフトレジスタ４１を構成するＤフリップフロップのカスケード段数（図５の場合、３段）だけ継続されると、上記Ｄフリップフロップ４１ｃの出力端子Ｑ２がローレベルからハイレベルへ反転することになる。
【００１９】
発振回路３１は、図６に示すように、コンデンサＣ１１が充電されていないとき、コンパレータ３１ａは、〔反転入力端子の電位〕＜〔非反転入力端子の電位〕であるので、コンパレータ３１ａの出力はハイレベルとなり、トランジスタＱＮ１６，ＱＮ１７，ＱＮ１８がオンするので、トランジスタＱＮ１４，ＱＮ１５がオフする。これにより、コンデンサＣ１１は、トランジスタＱＰ１６から供給される定電流Ｉ１２により充電されていき、これに伴って、コンパレータ３１ａの反転入力端子の電位は上昇する。この電圧が（Ｖ２＋Ｖ３）を超えると（Ｖ２及びＶ３は抵抗Ｒ１２及び抵抗Ｒ１３の両端の電圧をそれぞれ表す。）、上記コンパレータ３１ａの出力がハイレベルからローレベルへ反転すると、トランジスタＱＮ１６，ＱＮ１７，ＱＮ１８がオフし、トランジスタＱＮ１４，ＱＮ１５がオンする。トランジスタＱＮ１４，ＱＮ１５のエミッタ面積比が１：２であるので、トランジスタＱＮ１５は、トランジスタＱＰ１６およびコンデンサＣ１１からそれぞれＩ１２ずつ電流を引き抜く。それゆえ、コンパレータ３１ａの反転入力端子の電位が非反転入力端子の電位＝Ｖ２＋Ｖｓａｔ（ＱＮ１９）（ここで、Ｖｓａｔ（ＱＮ１９）は、トランジスタＱＮ１９の飽和電圧を表し、その値は０．１［Ｖ］以下である）より低下すると、上記コンパレータ３１ａは再び出力がローレベルからハイレベルへ反転し、上記コンデンサＣ１１が充電されていく。このような動作を繰り返すことによって、上記コンデンサＣ１１の充電及び放電を１周期とした発振回路となる。
【００２０】
なお、発光素子からパルス変調光を照射して物体の存在を検知するフォトセンサにおいて、発光素子の非発光時に、受光素子に対して外乱光やノイズが入射したときに、外乱光やノイズによる出力信号のレベルの変動を検出して、出力信号とは別に警報信号を出力するフォトセンサも知られている（特許文献１参照）。
【００２１】
また、パルス発振器から出力されるパルスに応じてパルス光を投射し、このパルス光に同期した受光信号のみを取り出して検出動作を行うようにした光電スイッチにおいて、受光信号があると、雑音光か否かを判別し、雑音光と判別したとき、パルス発振器の周期を変え、雑音光による誤動作をなくす技術も知られている（特許文献２参照）。
【００２２】
【特許文献１】
特開平４−１４７０８５号公報（公開日：平成４年(1992)５月２０日）
【００２３】
【特許文献２】
特開平６-１８７８８４号公報（公開日：平成６年(1994)７月８日）
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記図４及び図５に示す従来の光変調型検出装置では、発光素子３４からのパルス変調光に同期して、受光素子３５からの検出信号を処理するようにしているので、発光素子３４の非発光時における受光素子３５からの検出信号は、同期信号で検波されずに切り捨てられるようになっている。
【００２５】
しかしながら、発光素子３４からのパルス変調光がない期間に受光素子３５に外乱光が同期信号タイミングで入射したり、ノイズが発生したりすると、同期信号で検波したとしても、上記の外乱光やノイズを完全に除去することができず、発光素子３４からのパルス変調光の出射光が受光素子３５に入射したと判断して、その結果、誤動作することがある。
【００２６】
より詳細には、検出ポイントＡ（非発光タイミング）は、外乱光ノイズの検出のために用意されたものであり、パルス変調された周波数以外のタイミング（非発光タイミング）で光が入射した場合、検出ポイントＡにおいて、判定回路３７の出力（受光信号）がハイレベルのとき、Ｒ−Ｓフリップフロップ４４はセットされ、その反転出力端子／Ｑからはローレベルの信号が出力される。これにより、ＡＮＤゲート４７はオフし、シフトレジスタ４１へのクロックパルスの供給が停止される。
【００２７】
しかしながら、発光素子３４からのパルス変調光が無い状態で、何らかの理由で（偶然に又は故意に）パルス変調された周波数タイミング（発光タイミング）でシフトレジスタ４１の段数分以上に対応する光が受光素子３５に入射した場合、シフトレジスタ４１の最終段の反転出力端子（／Ｑ２）は反転し、誤検出されることとなるという問題点を有している。
【００２８】
また、特許文献１の構成では、雑音光の入射を検知した後、出力信号とは別に警報信号を出力するだけであるため、雑音光の入射による誤動作自体は解消できない。また、特許文献１の技術は、雑音光が同期タイミングに偶然入射することを考慮しておらず、同期タイミングに偶然入射した雑音光を検出することができない。
【００２９】
本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、その目的は、パルス変調光が無い状態で、同期信号タイミングで外乱光やノイズが受光素子に入射されても、誤動作を回避できる光検出方法および光検出装置を提供することにある。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
本発明の光検出方法は、上記の課題を解決するために、パルス変調された光を物体へ投射し、該物体からの反射光または透過光に基づいて変換された同期受光信号を上記投射光の変調周波数に同期して複数回カウントして物体の有無を検出する光検出方法において、次の措置をこうじたことを特徴としている。
【００３１】
すなわち、上記光検出方法は、上記複数回のカウント中に、上記物体へ投射する光の変調周波数を変更することを特徴としている。
【００３２】
上記の方法によれば、パルス変調された光が物体へ投射され、この物体からの反射光または透過光は受光信号に変換される。この受光信号は、上記投射光の変調周波数に同期して複数回カウントされ、このカウント結果に基づいて物体の有無が検出される。
【００３３】
ところが、何らかの理由で、上記パルス変調された光と同じ周波数を有する外乱光やノイズが受光信号として変換されると、この受信信号は上記パルス変調された光に係る正規の受信信号として処理され、その結果、物体の光検出は誤ってなされてしまう。
【００３４】
そこで、上記の光検出方法によれば、上記受信信号の複数回のカウント中に、上記物体へ投射する光の変調周波数が変更される。これにより、たとえ、上記のように、受信状態に無い状態下で、何らかの理由により、正規でない受光信号がカウントされても、そのカウントの途中で上記物体へ投射する光の変調周波数が変更されるので、このような正規でない受光信号は、もはや変更後の変調周波数に同期したものではなくなり、その結果、カウント動作は行われなくなる。したがって、受光信号が無い状態で、外乱光やノイズを受光しても、物体の有無を高精度に検出でき、従来技術のような誤動作を未然に回避できる。
【００３５】
本発明の光検出装置は、上記の課題を解決するために、複数の発振周波数の信号を出力する発振回路と、上記発振回路からの信号に基づいてパルス変調された光を物体へ投射する発光手段と、上記物体からの反射光または透過光を受光し、受光信号に変換する受光手段と、上記投射光の変調周波数に同期して上記受光信号をカウントする、複数個のフリップフロップがカスケードに接続されたシフトレジスタを有するカウント手段と、上記カウント手段に基づいて物体の有無を検出する検出手段と、最終段を除く上記フリップフロップのうち少なくとも一つからの出力信号を上記発振回路に与え、上記発振回路に与えられた出力信号のうち、いずれかの出力信号のレベルが第２のレベルから第１のレベルに変化した時、および上記発振回路に与えられた出力信号のうち、いずれかの出力信号のレベルが第１のレベルから第２のレベルに変化した時に、上記発振回路の上記発振周波数を変更する周波数変更手段とを備えている。
【００３６】
上記の光検出装置によれば、発振回路からの信号に基づいてパルス変調された光が発光手段によって物体へ投射され、この物体からの反射光または透過光は受光手段へ導かれて受光信号に変換される。この受光信号は、上記投射光の変調周波数に同期して、カウント手段によって複数回カウントされる。このカウント結果に基づいて、物体の有無が検出手段によって検出される。
【００３７】
ところが、何らかの理由で、上記パルス変調された光と同じ周波数を有する外乱光やノイズが上記物体からの反射光または透過光として受光素子に入射されると、物体からの正規の反射光または透過光として受光信号に変換される。この受信信号は上記パルス変調された光に係る正規の受信信号として処理され、その結果、物体の光検出は誤ってなされてしまう。
【００３８】
そこで、上記の光検出装置によれば、上記カウント手段によるカウント中に、上記発振回路の上記発振周波数が周波数変更手段によって変更される。これに伴って、上記受信信号の複数回のカウント中に、上記物体へ投射する光の変調周波数が変更される。
【００３９】
これにより、たとえ、上記のように、受信状態に無い状態下で、何らかの理由により、正規でない受光信号がカウントされても、そのカウントの途中で上記物体へ投射する光の変調周波数が変更されるので、このような正規でない受光信号は、もはや変更後の変調周波数に同期したものではなくなり、その結果、カウント動作は行われなくなる。したがって、受光信号が無い状態で、外乱光やノイズが受光素子に入射されても、物体の有無を高精度に検出でき、従来技術のような誤動作を未然に回避できる。
【００４０】
上記カウント手段は、複数個のフリップフロップがカスケードに接続されたシフトレジスタであり、上記周波数変更手段は、最終段を除く（より好ましくは初段と最終段を除く）フリップフロップのうち少なくとも一つからの出力信号に基づいて上記発振回路の上記発振周波数を変更することが好ましい。
【００４１】
この場合、最終段を除くフリップフロップのうち少なくとも一つからの出力信号を使用するという簡単な構成により、上記カウント手段によるカウント中に発振周波数を変更するという状態を容易に実現できる。これにより、カウントの同期タイミングが変更されるので、フリップフロップの段数分以上のノイズ光が入射した場合でも、誤検出を確実に回避でき、物体の有無を高精度に検出することが可能となる。
【００４２】
より詳細には、特許文献２に開示された構成においては、５段シフトレジスタの初段と最終段とでＸＮＯＲを構成しており、初段出力と最終段出力とに違いが生じた場合パルス周波数を変更する。つまり５段分の同期信号がありノイズがないのか、あるいはノイズがあるのかということを判断して、それをパルス周波数に反映させている。
【００４３】
一方、本発明の構成では、最終段を除く少なくとも１段の出力に応じて、受光した信号が、同期した正規の受光信号かノイズかの判断はせず、発振周波数（パルス周波数）を変更する。ここで、正規の受光信号は、発振周波数が変更されても同期しているので、ノイズと区別することができる。さらに、信号はシフトレジスタの段数分同期することによって、正規の信号と判断され、信号処理回路の出力を変更する。
【００４４】
初段出力で発振周波数を変更する場合、パルスタイミングに同期した信号が入力された時点で、すぐに発振周波数が変更される。２段目の出力で発振周波数を変更する場合、パルスタイミングに同期した信号が２回連続で入力された時点で、発振周波数が変更される。ただし、最終段からの出力で発振周波数を変更すると、パルスタイミングに同期した信号が通り過ぎるまで発振周波数が変更されない可能性があるので、最終段出力は除く。以上のように、本発明では、より簡単に発振周波数を変更することができる。
【００４５】
また、特許文献２の構成では、ＸＮＯＲの出力を使用しているため、２種類の発振周波数しか選択できない。一方、本発明においては、例えば、シフトレジスタの初段の出力と２段目の出力から信号を取り出し発振周波数を変更する場合、発振周波数を３種類以上から選択できるよう発展させることができる。
【００４６】
すなわち、本発明の光検出装置において、上記発振回路は、３種類以上の発振周波数の信号を出力するものであり、上記カウント手段は、４個以上のフリップフロップがカスケードに接続されたシフトレジスタであり、上記周波数変更手段は、最終段を除くフリップフロップのうち２つ以上からの出力信号に基づいて上記発振回路の３種類以上の発振周波数を変更する構成とすることができる。
【００４７】
上記発振回路は、コンデンサに対する充放電を行う定電流源を複数個備え、これらの定電流源を制御して上記発振周波数を変更することが好ましい。
【００４８】
この場合、コンデンサの充放電に要する時間を変更することによって上記発振周波数を変更することが可能となる。すなわち、複数の定電流源を制御（たとえば、オン／オフ制御）することによって、上記コンデンサに対する充放電に要する時間を制御できる。このように、簡単な構成により、上記発振周波数の変更を容易に行える。
【００４９】
加えて、複数の定電流源を設けることによって、変更可能な発振周波数の種類を多くできるので、多種多様なノイズに対しての対応が可能となり、その結果、より高精度な光検出が行える。
【００５０】
上記発振回路は、変更可能な発振周波数の数に等しい数の定電流源を備えていることが好ましい。
【００５１】
上記の構成によれば、変更可能な発振周波数の数に等しい数の定電流源を設けることによって、発振周波数の種類を適宜選択できるので、多種多様なノイズに対しての対応がより確実に可能となり、その結果、より高精度な光検出が行える。
【００５２】
上記発振回路は、互いに整数倍とならないように上記発振周波数をそれぞれ変更することが好ましい。
【００５３】
複数の発振周波数が互いの発振周波数の整数倍の関係にある場合、高い方の発振周波数と同じ周波数を有する外乱光が何らかの理由により（偶然に又は故意に）上記の受光素子に入射したとすると、発振周波数の低い方に変更されても、高い発振周波数での同期タイミングで、低くなった同期タイミングにも合ってしまうという不具合を招来する。
【００５４】
そこで、互いに整数倍とならないように上記発振周波数をそれぞれ変更することによって、上記の不具合を確実に回避できる。
【００５５】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の一形態について図１〜図３に基づいて説明すれば、以下の通りである。
【００５６】
本発明の光検出装置は、発光素子からパルス信号に同期した光を投射し、検出すべき物体による反射光又は透過光を受光素子から受光した受光信号の複数回のカウントに基づいて、物体の有無を検出するものである。
【００５７】
まず、図１及び図２を参照しながら、本発明に係る光検出装置の全体の概略構成について説明する。図１に示すように、発光素子（発光手段）４は、発振回路１及び発光素子駆動回路３を介してパルス変調駆動される。パルス変調されたパルス光が発光素子４から検出領域（図示しない）に存在する物体Ｓに向かって投射される。
【００５８】
上記パルス変調されたパルス光は、発光素子４と受光素子（受光手段）５との間にある上記検出領域を通過する上記物体Ｓに対して反射または透過し、上記受光素子５に入射する。したがって、受光素子５に入射するパルス光は、上記物体Ｓの通過によってオン／オフされることになる。
【００５９】
上記受光素子５の出力である光信号は、アンプ６によって増幅及び波形整形された後、判定回路７へ送られる。判定回路７は、一種のコンパレータのように動作し、アンプ６によって増幅及び波形整形された光信号（受光信号）の信号レベルが或る閾レベルより大きければ、ハイレベルの信号を出力し、上記信号レベルが閾レベル以下であれば、ローレベルの信号を出力する。この判定回路７の出力は、信号処理回路２へ送られる。なお、判定回路７は、パルス変調された同期信号も、外乱光、ノイズも、閾レベルより大きいか否かを判別し、そのレベルが閾レベルより大きければ、ハイレベルの信号を出力し、そのレベルが閾レベル以下であれば、ローレベルの信号を出力する。
【００６０】
また、信号処理回路２の出力信号（後述するＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２の出力信号）は、出力回路８へ送られる。出力回路８は、信号処理回路２の出力信号に応じて、光検出装置の電気的特性としての出力電流および出力電圧が得られるように、ハイレベルまたはローレベルの信号を光検出装置の出力信号として出力する。なお、出力回路８は、信号処理回路２の出力信号のハイレベルおよびローレベルのそれぞれに対応して、ハイレベルおよびローレベルの信号をそれぞれ出力するように設定してもよく、逆に、ローレベルおよびハイレベルの信号をそれぞれ出力するように設定してもよい。
【００６１】
この信号処理回路２は、図２に示すように、上記判定回路７の出力検出ポイントＡ及びＢでそれぞれ取り込み、保持するためのタイミングゲート付Ｒ−Ｓフリップフロップ１３及び１４（以下、単に、Ｒ−Ｓフリップフロップ１３及び１４と称す）と、シリアル出力の反転信号がシリアル入力へ帰還され、所定周期のクロックパルスによって入力されたデータがシフトするように構成されたシフトレジスタ（カウント手段、周波数変更手段）１１と、状態検出回路１２とからなる。
【００６２】
上記状態検出回路１２は、上記シフトレジスタ１１の出力（後述するＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２の出力信号）、クロックパルス、及び検出ポイントＢでのデータを保持する上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３の出力端子（Ｑ、／Ｑ）からの信号に応じて上記シフトレジスタ１１のセット・リセットを制御するＡＮＤゲート１５・１６と、検出ポイントＡでのデータを保持する上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４の出力およびクロックパルスを入力し、上記シフトレジスタ１１へのクロックパルスの入力を制御するＮＡＮＤゲート１７と、インバータゲート１８、及び上記ＡＮＤゲート１５・１６を制御するＮＡＮＤゲート１９・２０とから構成されている。
【００６３】
また、上記シフトレジスタ１１において、シリアル（カスケード）接続された複数のＤフリップフロップ１１ａ〜１１ｃ（何れもデータ入力端子及びクロック入力端子を備えている。）中、途中段（Ｄフリップフロップ１１ｂ）の出力が発振回路１へ接続されている。
【００６４】
すなわち、上記Ｄフリップフロップ１１ａの出力端子Ｑ０は、上記Ｄフリップフロップ１１ｂのデータ入力端子Ｄ１に接続され、上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１は、上記Ｄフリップフロップ１１ｃのデータ入力端子Ｄ２に接続されている。
【００６５】
上記Ｄフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２は、上記Ｄフリップフロップ１１ａのデータ入力端子Ｄ０に接続されている。また、上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各リセット端子Ｒ０〜Ｒ２は、後述するＡＮＤゲート１６の出力端子にそれぞれ接続されている。上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各セット端子Ｓ０〜Ｓ２は、後述するＡＮＤゲート１５の出力端子にそれぞれ接続されている。上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各クロック入力端子ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２は、後述するＮＡＮＤゲート１７の出力端子に接続されている。
【００６６】
上記Ｄフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２の出力信号は、上記インバータゲート１８を介して上記ＡＮＤゲート１５の入力端子（第１入力端子）へ送られる。上記ＡＮＤゲート１６の入力端子（第１入力端子）には、上記Ｄフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２が接続されている。上記ＡＮＤゲート１５及び１６の入力端子（第２入力端子）には、クロックパルスが入力されている。ＡＮＤゲート１６の残りの入力端子（第３入力端子）には、上記ＮＡＮＤゲート１９の出力端子が接続されている。上記ＡＮＤゲート１５の残りの入力端子（第３入力端子）には、上記ＮＡＮＤゲート２０の出力端子が接続されている。
【００６７】
上記ＮＡＮＤゲート１７の一方の入力端子には、上記発振回路１の出力に応じて変化するクロックパルスが印加されている。上記ＮＡＮＤゲート１７の他方の入力端子は、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４の反転出力端子／Ｑが接続されている。
【００６８】
上記ＮＡＮＤゲート２０は、一方の入力端子が上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４の反転出力端子／Ｑに接続されている一方、他方の入力端子は上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３の反転出力端子／Ｑに接続されている。また、上記ＮＡＮＤゲート１９は、一方の入力端子が上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３の出力端子Ｑに接続されている一方、他方の入力端子は上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４の反転出力端子／Ｑに接続されている。
【００６９】
本実施の形態においては、上記の出力端子Ｑ１を介して、シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力が上記発振回路１へ送られる（図３参照）。
【００７０】
上記のような回路構成によれば、検出ポイントＡ（非発光タイミング）において判定回路７の出力（受信信号）がハイレベルのとき（すなわち、外乱光ノイズがあるとき）、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４はセット状態にあるので、その反転出力端子／Ｑからは常にローレベルの信号が上記ＮＡＮＤゲート１７の入力端子に供給される。このように、上記クロックパルスに関係なく、上記ＮＡＮＤゲート１７の出力端子からハイレベルの信号が上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各クロック入力端子ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２へ供給されるので、シフトレジスタ１１は、シフト動作を行わない。
【００７１】
これに対して、検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路７の出力（受信信号）がハイレベルのとき、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３はセットされるので、その反転出力端子／Ｑはローレベルに変化し、その出力端子Ｑはハイレベルになる。このとき、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４はリセットされるので、その反転出力端子／Ｑはハイレベルの状態になる。その結果、上記ＮＡＮＤゲート２０の入力端子には、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３からローレベルの信号と、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４からハイレベルの信号とがそれぞれ入力される。したがって、上記ＮＡＮＤゲート２０の出力端子からハイレベルの信号が、上記ＡＮＤゲート１５の入力端子へ供給される。
【００７２】
上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３の出力端子Ｑはハイレベルの状態にあるので、上記ＮＡＮＤゲート１９の出力はローレベルの状態になる。その結果、ＡＮＤゲート１６においては、入力端子にローレベルの信号が供給される。このとき、上記シフトレジスタ１１内のＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２からローレベルの信号が出力されていると、上記ＡＮＤゲート１５の出力はハイレベルとなり、上記シフトレジスタ１１のＤフリップフロップ１１ａ〜１１ｃのセット入力端子にはハイレベルの信号が供給されるので、このＤフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの全ビットがハイレベルにセットされることになる。
【００７３】
しかしながら、検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路７の出力（受信信号）がローレベルのとき、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３・１４はリセットされるので、その反転出力端子／Ｑはハイレベルに変化し、上記ＮＡＮＤゲート２０の出力（ローレベル）が、上記ＡＮＤゲート１５の入力端子へ供給される。これにより、上記ＡＮＤゲート１５の出力はローレベルとなる。このとき、上記ＮＡＮＤゲート１９の出力端子からはハイレベルの信号が上記ＡＮＤゲート１６の入力端子へ供給されている。
【００７４】
この状態下で、上記シフトレジスタ１１内のＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２からローレベルの信号が出力されたままであるとすると、上記ＡＮＤゲート１６の出力もローレベルとなると共に、上記ＮＡＮＤゲート１７からはクロックパルスが上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃのクロック入力端子ＣＬＫ０〜ＣＬＫ２へ供給される。
【００７５】
その結果、上記シフトレジスタ１１のセット入力端子及びリセット入力端子にはそれぞれローレベルの信号が供給されるので、このシフトレジスタ１１は、上記クロックパルスに同期してシフト動作を行う。すなわち、上記クロックパルスに同期して、Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各入力端子のデータが１ビットずつシフトされることになる。
【００７６】
判定回路７の出力（受信信号）がローレベルの状態がシフトレジスタ１１内のＤフリップフロップの段数分続くと、上記シフトレジスタ１１の出力（上記Ｄフリップフロップ１１ｃの出力端子Ｑ２の信号）が反転する。
【００７７】
一方、検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路７の出力（受信信号）がローレベルの上記状態下で、上記シフトレジスタ１１内のＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２からハイレベルの信号が出力されている場合、検出ポイントＢ（発光タイミング）において判定回路７の出力（受信信号）がローレベルのとき、上記タイミングゲート付のＲ−Ｓフリップフロップ１３・１４は共にリセットされるので、その出力端子Ｑからローレベルの信号が出力されると共に、その反転出力端子／Ｑからハイレベルの信号が出力される。
【００７８】
その結果、上記ＮＡＮＤゲート１９の入力端子には、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１３からローレベルの信号と、上記Ｒ−Ｓフリップフロップ１４からハイレベルの信号とがそれぞれ入力される。したがって、上記ＮＡＮＤゲート１９の出力端子からハイレベルの信号が上記ＡＮＤゲート１６に供給される。また、この場合、上記Ｄフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２からハイレベルの信号が出力されているので、上記ＡＮＤゲート１６の入力端子には、このハイレベルの信号と、上記ＮＡＮＤゲート１９の出力端子からハイレベルの信号とが供給されることになる。このように、上記クロックパルスがハイレベルのときに上記ＡＮＤゲート１６の出力端子から上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各リセット端子にハイレベルの信号が供給されるので、上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃはそれぞれリセットされることになる。つまり、上記シフトレジスタ１１の全ビットがリセットされるので、上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各出力端子Ｑ０〜Ｑ２からローレベルの信号が出力されることになる。
【００７９】
しかし、この場合、上記検出ポイントＢの判定回路７の出力（受信信号）がローレベルであるとすると、上記ＡＮＤゲート１５・１６の出力端子からは、共にローレベルの信号が、上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各セット入力端子（Ｓ０〜Ｓ２）及び各リセット入力端子（Ｒ０〜Ｒ２）へ供給されることになるので、上記シフトレジスタ１１はシフト動作を行い、上記クロックパルスに同期して、上記Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各出力端子（Ｑ０〜Ｑ２）の信号を１ビットずつシフトする。そして、この状態がシフトレジスタ１１を構成するＤフリップフロップのカスケード段数（図２の場合、３段）だけ継続されると、上記Ｄフリップフロップ１１ｃの出力端子Ｑ２がローレベルからハイレベルへ反転することになる。また、上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１は、クロックパルスに同期したシフトレジスタ１１のシフト動作がＤフリップフロップの２段分（クロックパルス周期の２倍の期間）継続された時点で、ローレベルからハイレベルへ反転する。
【００８０】
ところで、シフトレジスタ１１内に複数段設けられたＤフリップフロップの途中の出力端子（図２の場合、Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１）は、前述したように、上記発振回路１に接続されている（図３参照）。ここで、図３を参照しながら、上記発振回路１について説明する。
【００８１】
上記発振回路１は、図３に示すように、コンデンサＣ１を充放電させるための定電流源を複数個備えている。そして、上記発振回路１は、上記シフトレジスタ１１の出力状態に応じて上記複数の定電流源をそれぞれオン／オフし、これにより複数の発振周波数を選択的に切り替えることができるようにしている。
【００８２】
なお、ここでは、便宜上、シフトレジスタ１１を構成するＤフリップフロップのカスケード段数を３段として説明する。つまり、ここでは、２段目のＤフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１が上記発振回路１内のトランジスタＱＮ１のベースに接続されていると共に定電流源の数が２個（Ｉ１及びＩ２の定電流をそれぞれ出力する２個の定電流源）の場合について、図３を参照しながら、以下に説明する。なお、本発明は、この段数に限定されるものではなく、シフトレジスタ１１を構成するＤフリップフロップのカスケード段数が４段以上の場合にも適用可能である。
【００８３】
上記発振回路１においては、図３に示すように、上記コンデンサＣ１が、コンパレータ１ａの反転入力端子とグランドとの間に設けられている。上記コンパレータ１ａの非反転入力端子には、定電圧Ｖｓとグランドとの間にこの順に直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３における抵抗Ｒ１とＲ２の接続点が接続されている。上記コンパレータ１ａは、その出力端子がトランジスタＱＮ６、ＱＮ７、及びＱＮ８のベースにそれぞれ接続され、これらのトランジスタＱＮ６、ＱＮ７、及びＱＮ８をそれぞれオン／オフする。
【００８４】
上記コンデンサＣ１が充電されていないときは、上記コンパレータ１ａの反転入力端子の電圧は、上記抵抗Ｒ１とＲ２の接続点の電圧よりも小さいので、上記コンパレータ１ａの出力端子からはハイレベルの信号が出力される。これに伴って、上記トランジスタＱＮ８がオンするので、トランジスタＱＮ９はオフし、上記コンパレータ１ａの非反転入力端子に供給される電圧は最大値Ｖｍａｘ（Ｖｍａｘ＝｛（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｖｓ｝／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３））となる。ここで、Ｖｓは上記発振回路１内の定電圧である。
【００８５】
上記コンデンサＣ１は、後述するように、定電流（Ｉ１＋Ｉ２）もしくは定電流Ｉ２によって、反転入力端子の電圧が上記Ｖｍａｘに達するまで充電される。上記反転入力端子の電圧が上記Ｖｍａｘを超えると、上記コンパレータ１ａの出力端子からはローレベルの信号が出力される。
【００８６】
これに伴って、トランジスタＱＮ８はオフするので、トランジスタＱＮ９はオンし、上記コンパレータ１ａの非反転入力端子に供給される電圧は最小値Ｖｍｉｎ（Ｖｍｉｎ＝｛（Ｒ２×Ｖｓ）／（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）＋Ｖｓａｔ（ＱＮ９）｝）となる。ここで、Ｖｓａｔ（ＱＮ９）は、トランジスタＱＮ９の飽和電圧を表し、その値は０．１［Ｖ］以下である。
【００８７】
また、上記コンパレータ１ａの出力はローレベルであるので、トランジスタＱＮ６はオフし、カレントミラー回路を構成するトランジスタＱＮ４及びＱＮ５はそれぞれオンする。これに伴って、トランジスタＱＮ５は、トランジスタＱＰ３及びＱＰ６からの定電流（Ｉ１＋Ｉ２）もしくは定電流Ｉ２と、上記コンデンサＣ１に充電された電荷を（Ｉ１＋Ｉ２）もしくはＩ２で上記非反転入力端子の電圧がＶｍｉｎに達するまで引き抜くことになる。上記動作により、上記発振回路１の発振周波数ｆ０は、ｆ０＝（Ｉ１＋Ｉ２）／｛２×Ｃ１×（Ｖｍａｘ−Ｖｍｉｎ）｝となる。なお、本実施の形態においては、上記トランジスタＱＮ４とＱＮ５のエミッタ面積比は１：２に設定されている。
【００８８】
シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１からローレベルの信号が上記発振回路１内のトランジスタＱＮ１のベースに供給されると、トランジスタＱＮ１はオフするので、定電流Ｉ１はトランジスタＱＮ２へ流れる。これにより、トランジスタＱＮ２とカレントミラー回路を構成するトランジスタＱＮ３に定電流Ｉ１が流れると共に、互いにカレントミラー回路を構成するトランジスタＱＰ１〜ＱＰ３に定電流Ｉ１が流れる。また、互いにカレントミラー回路を構成するトランジスタＱＰ４〜ＱＰ６には、常時、定電流Ｉ２が流れているので、上記コンデンサＣ１の充放電は、定電流（Ｉ１＋Ｉ２）によって行われることになる。
【００８９】
これに対して、シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１からハイレベルの信号が上記発振回路１内のトランジスタＱＮ１のベースに供給されると、トランジスタＱＮ１はオンするので、定電流Ｉ１はトランジスタＱＮ１へ流れる。
【００９０】
これにより、トランジスタＱＮ２及びＱＮ３はオフする。これに伴って、互いにカレントミラー回路を構成するトランジスタＱＰ１〜ＱＰ３がオフする。一方、互いにカレントミラー回路を構成するトランジスタＱＰ４〜ＱＰ６には、常時、定電流Ｉ２が流れている。その結果、上記コンデンサＣ１の充放電は、定電流Ｉ２のみによって行われることになる。
【００９１】
以上のように、上記コンデンサＣ１の充放電に係る定電流の大きさに応じて、トランジスタＱＮ７のコレクタから引き出された出力端子（ｆｏｕｔ）から出力される信号の発振周波数が変化する。
【００９２】
具体的には、シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１からハイレベルの信号が上記発振回路１内のトランジスタＱＮ１のベースに供給されるときには、発振回路１の発振周波数は小さくなる（低くなる）一方、ローレベルの信号が上記発振回路１内のトランジスタＱＮ１のベースに供給されるときには、発振回路１の発振周波数は大きくなる（高くなる）。
【００９３】
上記発振回路１の発振周波数が高くなると、前述の発光素子４から投射されるパルス変調されたパルス光の変調速度も速くなる。また、上記発振回路１の発振周波数が高くなると、上記シフトレジスタ１１のクロックタイミングも速くなる。そして、このように速くなった変調スピードに同期して入射または隠れた信号（紛れ込んだ信号）が続けて上記シフトレジスタ１１に入力されると、上記シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｃの出力端子Ｑ２（及び反転出力端子／Ｑ２）から出力される信号が反転する。
【００９４】
以上のように、上記発振回路１は、図３に示すように、定電流によって上記コンデンサＣ１が充電されていき、これに伴って、コンデンサＣ１の両端の電圧は上昇する。この電圧が上記Ｖｍａｘを超えると、上記コンパレータ１ａの出力が反転し、コンデンサＣ１の電圧が徐々に低下していき、上記Ｖｍｉｎより低下すると、上記コンパレータ１ａは再び出力が反転し、上記コンデンサＣ１が充電されていく。このような動作を繰り返すことによって、上記コンデンサＣ１の充電及び放電を１周期とした発振回路となる。そして、この周期は、上記シフトレジスタ１１におけるシフト動作中（受光信号の複数回のカウント中に対応する。）に切り替えられる。
【００９５】
発光素子４からのパルス変調光が無い状態で、発光素子４からのパルス変調光に同期した外乱光がシフトレジスタ１１の段数分以上の期間、受光素子５に入射しても、カウントの途中（シフトレジスタ１１のシフト動作の途中）で、発光素子４からのパルス変調光の変調周波数が変更される。そのため、変更前のパルス変調光に同期したタイミングの外乱光は、もはや変更後の変調周波数に同期したものではなくなり、その結果、カウント動作は行われなくなる。また、発光素子４からのパルス変調光の変調周波数は、シフトレジスタ１１のシフト動作がシフトレジスタ１１の段数分継続される時点（従来技術でＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２からの出力信号が反転される時点）よりも前に変更される。その結果、従来技術のようなＤフリップフロップ１１ｃの反転出力端子／Ｑ２からの出力信号が反転されることによる誤動作を未然に回避できる。
【００９６】
ところで、上記発振回路１の発振周波数を変化させる場合、２つの発振周波数が互いの発振周波数の整数倍にならないように設定しなければならない。これは、次の理由による。すなわち、もし、上記２つの発振周波数が互いに整数倍の関係にあると、高い方の発振周波数と同じ周波数を有する外乱光が何らかの理由により（偶然に又は故意に）前述の受光素子５に入射したとすると、発振周波数の低い方に切り替わっても、高い発振周波数での同期タイミングで、低くなった同期タイミングにも合ってしまうからである。
【００９７】
上記説明では、シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｂの出力端子Ｑ１から供給される信号に基づいて上記発振回路１の発振周波数が選択的に切り替えられる場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、シフトレジスタ１１内の上記Ｄフリップフロップ１１ｂの反転出力端子／Ｑ１から供給される信号に基づいて上記発振回路１の発振周波数を選択的に切り替える構成でもよい。この場合、発振周波数の高低は、上記の場合の逆になる。
【００９８】
また、上記の説明では、上記シフトレジスタ１１から一つの出力を取りだして上記発振回路１中の定電流のひとつをオン／オフすることによって、発振周波数（クロックパルス）が２種類存在する場合について例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、４個以上がシリアルに接続されたＤフリップフロップ（最終段を除く）の出力端子のうち２個以上からの信号を取り出すと共に、上記発振回路１における定電流源を３個以上設けることによって、上記発振回路１の発振周波数が３種類以上存在し、上記シフトレジスタ１１の出力の状態に応じて、適宜、発振周波数を切り替えることも可能となる。
【００９９】
たとえば、４個がシリアルに接続されたＤフリップフロップのうち、２段目と３段目の出力端子からそれぞれ信号を取り出し、上記発振回路１へ供給する場合、上記発振回路１では発振周波数を決定する定電流源を３個用意し、上記シフトレジスタ１１の出力によって定電流をオン／オフすると、３個の発振周波数を適宜選択することが可能となる。この場合、外乱光ノイズ等による誤動作をより確実に回避できるようになる。
【０１００】
また、上記の説明では、シフトレジスタ１１をＤフリップフロップ１１ａ〜１１ｃで構成される場合について例示したが、本発明はこれに限定されるものではない。すなわち、Ｄフリップフロップ１１ａ〜１１ｃの各々に代えて、他の同期式のフリップフロップ（クロックパルスを用いるフリップフロップ）、例えば、ＪＫフリップフロップ、ＲＳＴフリップフロップ等を用いた構成でもよい。
【０１０１】
以上のように、本発明によれば、受光信号が無い状態で、何らかの理由により（偶然に又は故意に）パルス変調された周波数タイミング（発光タイミング）でシフトレジスタ１１の段数分以上の光が入射した場合でも、同期後、発振周波数が選択的に切り替えられ、信号処理回路２のクロックタイミングが変化するので、誤検出することなく物体を高精度に検出する光検出装置を提供できる。
【０１０２】
【発明の効果】
本発明の光検出方法は、以上のように、上記複数回のカウント中に、上記物体へ投射する光の変調周波数を変更することを特徴とする。
【０１０３】
上記の方法によれば、パルス変調された光が物体へ投射され、この物体からの反射光または透過光は受光信号に変換される。この受光信号は、上記投射光の変調周波数に同期して複数回カウントされ、このカウント結果に基づいて物体の有無が検出される。
【０１０４】
ところが、何らかの理由で、上記パルス変調された光と同じ周波数を有する外乱光やノイズが受光信号として変換されると、この受信信号は上記パルス変調された光に係る正規の受信信号として処理され、その結果、物体の光検出は誤ってなされてしまう。
【０１０５】
そこで、上記の光検出方法によれば、上記受信信号の複数回のカウント中に、上記物体へ投射する光の変調周波数が変更される。これにより、たとえ、上記のように、受信状態に無い状態下で、何らかの理由により、正規でない受光信号がカウントされても、そのカウントの途中で上記物体へ投射する光の変調周波数が変更されるので、このような正規でない受光信号は、もはや変更後の変調周波数に同期したものではなくなり、その結果、カウント動作は行われなくなる。したがって、受光信号が無い状態で、外乱光やノイズを受光しても、物体の有無を高精度に検出でき、従来技術のような誤動作を未然に回避できるという効果を奏する。
【０１０６】
本発明の光検出装置は、上記の課題を解決するために、複数の発振周波数の信号を出力する発振回路と、上記発振回路からの信号に基づいてパルス変調された光を物体へ投射する発光手段と、上記物体からの反射光または透過光を受光し、受光信号に変換する受光手段と、上記投射光の変調周波数に同期して上記受光信号を複数回カウントするカウント手段と、上記カウント手段に基づいて物体の有無を検出する検出手段と、上記カウント手段によるカウント中に、上記発振回路の上記発振周波数を変更する周波数変更手段を備えている。
【０１０７】
上記の光検出装置によれば、発振回路からの信号に基づいてパルス変調された光が発光手段によって物体へ投射され、この物体からの反射光または透過光は受光手段へ導かれて受光信号に変換される。この受光信号は、上記投射光の変調周波数に同期して、カウント手段によって複数回カウントされる。このカウント結果に基づいて、物体の有無が検出手段によって検出される。
【０１０８】
ところが、何らかの理由で、上記パルス変調された光と同じ周波数を有する外乱光やノイズが上記物体からの反射光または透過光として受光素子に入射されると、物体からの正規の反射光または透過光として受光信号に変換される。この受信信号は上記パルス変調された光に係る正規の受信信号として処理され、その結果、物体の光検出は誤ってなされてしまう。
【０１０９】
そこで、上記の光検出装置によれば、上記カウント手段によるカウント中に、上記発振回路の上記発振周波数が周波数変更手段によって変更される。これに伴って、上記受信信号の複数回のカウント中に、上記物体へ投射する光の変調周波数が変更される。
【０１１０】
これにより、たとえ、上記のように、受信状態に無い状態下で、何らかの理由により、正規でない受光信号がカウントされても、そのカウントの途中で上記物体へ投射する光の変調周波数が変更されるので、このような正規でない受光信号は、もはや変更後の変調周波数に同期したものではなくなり、その結果、カウント動作は行われなくなる。したがって、受光信号が無い状態で、外乱光やノイズが受光素子に入射されても、物体の有無を高精度に検出でき、従来技術のような誤動作を未然に回避できるという効果を奏する。
【０１１１】
上記カウント手段は、複数個のフリップフロップがカスケードに接続されたシフトレジスタであり、上記周波数変更手段は、最終段を除くフリップフロップのうち少なくとも一つからの出力信号に基づいて上記発振回路の上記発振周波数を変更することが好ましい。
【０１１２】
この場合、最終段を除くフリップフロップのうち少なくとも一つからの出力信号を使用するという簡単な構成により、上記カウント手段によるカウント中という状態を実現でき、フリップフロップの段数分以上のノイズ光が入射した場合でも、容易に発振周波数を変更される。これにより、カウントの同期タイミングが変更されるので、誤検出を確実に回避でき、物体の有無を高精度に検出することが可能となるという効果を併せて奏する。
【０１１３】
上記発振回路は、コンデンサに対する充放電を行う定電流源を複数個備え、これらの定電流源を制御して上記発振周波数を変更することが好ましい。
【０１１４】
この場合、コンデンサの充放電に要する時間を変更することによって上記発振周波数を変更することが可能となる。すなわち、複数の定電流源を制御（たとえば、オン／オフ制御）することによって、上記コンデンサに対する充放電に要する時間を制御できる。このように、簡単な構成により、上記発振周波数の変更を容易に行える。
【０１１５】
加えて、複数の定電流源を設けることによって、変更可能な発振周波数の種類を多くできるので、多種多様なノイズに対しての対応が可能となり、その結果、より高精度な光検出が行えるという効果を併せて奏する。
【０１１６】
上記発振回路は、変更可能な発振周波数の数に等しい数の定電流源を備えていることが好ましい。
【０１１７】
上記発振回路は、互いに整数倍とならないように上記発振周波数をそれぞれ変更することが好ましい。
【０１１８】
複数の発振周波数が互いの発振周波数の整数倍の関係にある場合、高い方の発振周波数と同じ周波数を有する外乱光が何らかの理由により（偶然に又は故意に）上記の受光素子に入射したとすると、発振周波数の低い方に変更されても、高い発振周波数での同期タイミングで、低くなった同期タイミングにも合ってしまうという不具合を招来する。
【０１１９】
そこで、互いに整数倍とならないように上記発振周波数をそれぞれ変更することによって、上記の不具合を確実に回避できるという効果を併せて奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図２】上記の光検出装置の信号処理回路の構成例を示す回路図である。
【図３】上記の光検出装置の発振回路の構成例を示す回路図である。
【図４】従来の光検出装置の構成例を示すブロック図である。
【図５】上記従来の光検出装置の信号処理回路の構成例を示す回路図である。
【図６】上記従来の光検出装置の発振回路の構成例を示す回路図である。
【符号の説明】
１発振回路
２信号処理回路
３発光素子駆動回路
４発光素子（発光手段）
５受光素子（受光手段）
６アンプ
７判定回路
１１シフトレジスタ（カウント手段、周波数変更手段）
１２状態検出回路

Claims

複数の発振周波数の信号を出力する発振回路と、
上記発振回路からの信号に基づいてパルス変調された光を物体へ投射する発光手段と、
上記物体からの反射光または透過光を受光し、受光信号に変換する受光手段と、
上記投射光の変調周波数に同期して上記受光信号をカウントする、３個以上のフリップフロップがカスケードに接続されたシフトレジスタを有するカウント手段と、
上記カウント手段に基づいて物体の有無を検出する検出手段と、
初段と最終段とを除く上記フリップフロップのうち少なくとも一つからの出力信号を上記発振回路に与え、上記発振回路に与えられた出力信号のうち、いずれかの出力信号のレベルが第２のレベルから第１のレベルに変化した時、および上記発振回路に与えられた出力信号のうち、いずれかの出力信号のレベルが第１のレベルから第２のレベルに変化した時に、上記発振回路の上記発振周波数を変更する周波数変更手段とを備えたことを特徴とする光検出装置。
３種類以上の発振周波数の信号を出力する発振回路と、
上記発振回路からの信号に基づいてパルス変調された光を物体へ投射する発光手段と、
上記物体からの反射光または透過光を受光し、受光信号に変換する受光手段と、
上記投射光の変調周波数に同期して上記受光信号をカウントする、４個以上のフリップフロップがカスケードに接続されたシフトレジスタを有するカウント手段と、
上記カウント手段に基づいて物体の有無を検出する検出手段と、
最終段を除く上記フリップフロップのうち２つ以上からの出力信号を上記発振回路に与え、上記発振回路に与えられた出力信号のうち、いずれかの出力信号のレベルが第２のレベルから第１のレベルに変化した時、および上記発振回路に与えられた出力信号のうち、いずれかの出力信号のレベルが第１のレベルから第２のレベルに変化した時に、上記発振回路の３種類以上の発振周波数を変更する周波数変更手段とを備えたことを特徴とする光検出装置。
上記発振回路は、コンデンサに対する充放電を行う定電流源を複数個備え、これらの定電流源を制御して上記発振周波数を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の光検出装置。
上記発振回路は、変更可能な発振周波数の数に等しい数の定電流源を備えていることを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
上記発振回路は、上記定電流源の出力電流を折り返すカレントミラー回路を上記定電流源毎に備えていることを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
上記発振回路は、互いに整数倍とならないように上記発振周波数をそれぞれ変更することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光検出装置。