JP4103111B2 - 光電センサ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投光器から発せられた光の受光器による受光レベルの変化から上記投光器と受光器との間に形成される光路内への物体の侵入を検出する光電センサ装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
投光器と受光器とを備えた光電センサ装置には、透過形のものと反射形のものとがある。透過形の光電センサは、基本的には投光器と受光器とを所定の距離を隔てて対峙させ、これらの投光器と受光器との間に形成される光路内に物体が侵入したとき、これによって受光器での受光レベル（受光量）が変化することを利用して物体検出を行うものである。
【０００３】
また反射形の光電センサは、投光器と受光器とその光軸方向を揃えて並べて設け、投光器から発した光の物体による反射光を受光器にて検出することで物体検出を行うものである。即ち、この反射形の光電センサは、光軸上に物体が存在しないときには物体による反射光がなくなり、また光軸上に物体が存在する場合には、物体までの距離に応じた強度（受光量）の反射光が受光されることを利用して物体検出を行うように構成される。
【０００４】
このような投光器と受光器との間に形成される光路内の光学的状態を、上記受光器による受光量（受光レベル）の変化として検出する光電センサ装置は、物体検出や物体判定等の各種の用途に利用される。尚、光路内の光学的状態とは、検出対象物における光の反射率や透過率、更にはその形状のみならず、検出対象物までの距離に依存する光の伝達量（伝搬率）等を指す。
【０００５】
従来、このような光電センサ装置の作動状態を表示する表示装置として、物体の有無を判定する基準となる動作レベル（受光レベルに対する判定閾値）を１００％として設定し、この動作レベルを基準としてその運用時に検出される受光レベルを百分比率で表示することが提唱されている。
また、例えば光路内に物体が存在しないときに検出される受光レベル（背景レベル）をゼロリセット基準値として記憶し、運用モード時には受光器にて検出される受光レベルと上記ゼロリセット基準値との差分値を求め、この差分値を光電センサ装置の作動状態を示す相対値として表示することも提唱されている（例えば特許文献１を参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−１８１５９０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで光路上に物体（検出対象物）が存在するか否によって変化する受光レベルＲon,Ｒoffを、前述したように判定閾値Ｔhを１００％としてそれぞれ百分比率表示しても、一般的にはその余裕度を容易に確認し得るに過ぎない。一方、実際の光電センサ装置の設置現場においては、上記受光レベルＲon,Ｒoffの差（光量比）がどの程度あるかの確認が要求されることが多い。また受光レベルの経時的な変化を、その変動量としてモニタしたいことも多々ある。しかし上述したように判定閾値Ｔhを１００％として受光レベルＲon,Ｒoffを百分比率表示しても、その光量比や変動量を直感的に把握することは非常に困難である。
【０００８】
また光電センサ装置における受光レベルに対する判定閾値Ｔhは、上述した受光レベルＲon,Ｒoffに応じて決定されることが多く、また受光レベルＲon,Ｒoffの変化に応じて校正することも多い。すると判定閾値Ｔhの校正（設定）に伴って１００％表示される受光レベルが変更されることになるので、前述した受光レベルＲon,Ｒoffの変化を把握することが益々困難となる。
【０００９】
これに対して特許文献１に示されるように、予め設定したゼロリセット基準値からの受光レベルの変化量（レベル差）を表示した場合には、判定閾値Ｔhに対する受光レベルＲon,Ｒoffの余裕度を、そのレベル差として検出し得るに過ぎない。従ってその表示値から、光電センサ装置の作動状態を正確に把握するには問題があった。具体的には光電センサ装置の調整・交換は、専ら、初期時における受光レベルが、例えば３０％低下したことを目安として実行されるが、上述したレベル差の表示値の変化から光電センサ装置の調整・交換時期を直感的に把握することは困難である。
【００１０】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、受光レベルＲon,Ｒoffの光量比やその判定閾値Ｔhに対する余裕度、更にはその調整・交換時期等を簡易に、しかも直感的に適切に把握することのできる表示機能を備えた光電センサ装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る光電センサ装置は、所定の光路を形成する投光器および受光器を備え、上記投光器から発した光またはその反射光を前記受光器にて受光してその受光レベルから上記光路内の光学的状態、具体的には光路内に侵入した物体を検出するものであって、
所定の計測条件下における前記受光器での受光レベルの表示値を１００％として設定する初期受光レベル設定手段と、この１００％設定された初期受光レベルを基準として前記受光器による受光レベルを百分比率で表示する表示手段とを具備したことを特徴としている。
【００１２】
即ち、本発明に係る光電センサ装置は、受光レベルＲon,Ｒoffの光量比やその判定閾値Ｔhに対する余裕度、更にはその交換時期等を把握する上で基準となる任意の受光レベルの表示値を１００％として設定し、この１００％設定された初期受光レベルを基準として上記受光レベルＲon,Ｒoffをそれぞれ百分比率で表示するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
好ましくは前記初期受光レベル設定手段は、前記光路内の所定位置に物体が存在するとき、または前記光路内に物体が存在しないときの一方を前記所定の計測条件として定めて、受光レベルＲonまたは受光レベルＲoffの一方の表示値を１００％として設定することを特徴としている。尚、光電センサ装置が何をモニタしたいか（監視対象が何であるか）に応じて、任意の受光レベルの表示値を１００％として設定することも勿論可能である。
【００１４】
このようにして受光レベルの変化等を把握する上での目安とし易い受光レベルＲon,Ｒoffの一方の表示値を１００％とすれば、これを基準として受光レベルＲon,Ｒoffの他方が百分比率で表示されるので、その表示値から受光レベルＲon,Ｒoffの光量比を容易に把握することが可能となる。具体的には受光レベルＲonを１００％として設定すれば、受光レベルＲoffが、例えば２０％として表示されたとき、この表示値から受光レベルＲon,Ｒoffの光量比が５倍であるとして簡単に把握することができる。また逆に受光レベルＲoffを１００％として設定すれば、受光レベルＲonが、例えば５００％として表示されたとき、その表示値から受光レベルＲon,Ｒoffの光量比が５倍であるとして簡単に把握することができる。受光レベルＲon,Ｒoffが徐々に低下してきた場合には、その受光レベルの低下の程度を、初期受光レベルに対する光量比として的確に、しかも容易に把握することが可能となる。
【００１５】
また本発明に係る光電センサ装置は、前記初期受光レベル設定手段にて設定された１００％表示する受光レベルを基準とする百分比率で、前記光路内への物体の侵入を検出する受光レベル（判定閾値）を設定する動作レベル設定手段を備えることを特徴としている。具体的には受光レベルＲonを１００％として設定したとき、例えばこの受光レベルＲonの６５％を判定閾値Ｔhとして設定する。このようにして判定閾値Ｔhを設定すれば、受光レベルＲonが徐々に低下し、例えばその表示値が７０％となった時点で判定閾値Ｔhに対する余裕度がなくなったきたと直感的に判定することができる。従って光電センサ装置の動作状況を的確に、しかも簡単に把握することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光電センサ装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る光電センサ装置の要部概略構成を示すもので、１は、例えば波長６６０ｎｍのレーザ光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる投光器、２は上記レーザ光を、或いはその反射光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）からなる受光器である。これらの投光器１および受光器２は、反射形の光電センサを構成するものであっても良く、或いは透過型の光電センサを構成するものであっても良い。
【００１７】
尚、ここでは投光器１から所定の物体検出対象領域に対して光を直接を投射し、また受光器２は上記物体検出対象領域からの光を直接受光するものとして説明するが、図示しない光ファイバを介して所定の物体検出対象領域に光を投射し、物体検出対象領域からの光を図示しない光ファイバを介して受光するものであっても良い。
【００１８】
さて受光器２は、受光した光の強度（受光量）に応じたレベルの信号を出力するものであり、その出力信号（受光レベル）は図示しない周波数選別フィルタ等を含む前置増幅回路（ヘッドアンプ）を介して増幅された後、ＡＤ変換器３を介してデジタル変換されてマイクロコンピュータ等からなる信号処理回路４に、例えば２００μSec毎に取り込まれるようになっている。この信号処理回路４は、基本的にはメモリ５に設定された判定閾値Ｔと、前記ＡＤ変換器３から与えられる前記受光器２による受光レベルＲとを比較して前記物体検出対象領域における物体の有無を示す判定信号を出力するレベル判定器（比較器）６を備えて構成される。このレベル判定器（比較器）６による判定信号が、光電センサ装置による検出信号として外部出力される。
【００１９】
さて基本的には上述した如く構成される光電センサ装置においてこの発明が特徴とするところは、所定の計測条件下において設定器７から指示の下で前記受光器２による受光量を初期受光レベル（初期値）Ｒintとしてメモリ８に登録し、この初期受光レベルＲintを表示器９において１００％の受光量として相対表示するようにした点にある（初期受光レベル設定手段）。更に上述した如くその表示値を１００％として設定された初期受光レベルＲintを基準として、受光レベルに対する物体検出の判定閾値Ｔを、例えばその表示値の５０〜２５０％の範囲で設定し、これを前記メモリ５に登録することを特徴としている。
【００２０】
具体的には上記所定の計測条件は、例えば物体検出対象領域における所定の位置に検出対象とする物体を位置付けたとき（物体有り）、或いは逆に物体検出対象領域に上記物体がないとき（物体なし）の一方として設定される。そしてこのときに検出される受光レベルＲintをメモリ８に登録し、この受光レベルＲintに対する表示値を１００％として前記表示器９に相対表示する。その後の物体検出動作時においては、そのときに検出される受光レベルＲnowと、前記メモリ８に登録された初期受光レベルＲintとに従い、演算部１０において、
［Ｒnow／Ｒint］×１００
なる演算を行って初期受光レベルＲintに対する現受光レベルＲnowの百分率比を求め、これを前記表示器９にて相対表示するものとなっている。
【００２１】
尚、ここでは物体有りまたは物体なしの一方を所定の計測条件として設定し、そのときの受光レベルＲonまたは受光レベルＲoffを初期受光レベルＲintとして検出するものとして説明するが、任意の受光レベルを初期受光レベルＲintとして検出し、この初期受光レベルＲintに対する表示値を１００％として設定することも勿論可能である。
【００２２】
ちなみに上述した１００％表示の設定処理は、例えば図２にその処理手順を示すように先ず基準とする受光状態を設定し〈ステップＳ１〉、設定器７から１００％表示レベルの設定指示を与える〈ステップＳ２〉ことによって開始される。そしてこの設定指示を受けたとき、そのときの受光器２による受光レベルＲ（ＡＤ変換器３の出力値）を検出してメモリ８に初期受光レベルＲintとして登録する〈ステップＳ３〉。以上の基本的な設定処理に加えて、上述した受光状態と、物体の有り／なしによって変化する受光レベルＲon,Ｒoffとを考慮して、上記初期受光レベルＲintを基準として物体検出の判定閾値Ｔを、例えば５０〜２５０％の範囲で相対的に設定するようにしても良い〈ステップＳ４〉。
【００２３】
そして上述した如く表示設定を行ったならば、物体の検出動作時には図３にその処理手順を示すように、受光器２にて逐次検出される現在の受光レベルＲnowを取得し〈ステップＳ１１〉、メモリ８に記憶した初期受光レベルＲintを基準として上記現受光レベルＲnowの百分率比を演算する〈ステップＳ１２〉。そしてこの演算によって求められた百分率比を表示器８に表示するようにすれば良い〈ステップＳ１３〉。
【００２４】
かくして上述したように所定の条件下における初期受光レベルＲintの表示値を１００％とし、その後に検出される受光レベルＲnowを上記初期受光レベルＲintに対する百分率比としてパーセント表示する光電センサ装置によれば、例えば図４(ａ)に示すように物体有りの状態を示す受光レベルＲonを１００％とすれば、物体なしの状態を示す受光レベルＲoffが２０％として表示されることになる。従ってこの表示値［２０％］から物体の有り／なしによって変化する受光レベルＲon,Ｒoffの比［Ｒon／Ｒoff］が５倍であることを容易に、しかも直感的に把握することが可能となる。
【００２５】
また図４(ｂ)に示すように物体なしの状態を示す受光レベルＲoffを１００％とすれば、物体有りの状態を示す受光レベルＲonが５００％として表示されることになる。従ってこの表示値［５００％］から物体の有り／なしによって変化する受光レベルＲon,Ｒoffの比［Ｒon／Ｒoff］が５倍であることを容易に、しかも直感的に把握することが可能となる。即ち、物体の有り／なしによって変化する受光レベルＲon,Ｒoffの変化量を、表示値が１００％として設定された一方の受光レベルＲon,Ｒoffを基準として百分率比で表示されるので、その相対的な表示値から受光レベルＲon,Ｒoffの光量比を直感的に把握することが可能となる。
【００２６】
また透過形の光電センサ装置においてガラス等の半透明な物体を検出対象とするような場合には、例えば光路上に半透明な物体が存在しないときの受光レベルを初期受光レベルＲint（＝Ｒon）として設定してその表示値を１００％とし、上記光路上に半透明な物体を位置付けたときの受光レベルＲoffの上記初期受光レベルＲintに対する百分率比を表示するようにすれば、これによって半透明な物体による透過率を直接的に表示することが可能となる。具体的には投光器１から発せられた光が半透明な物体を透過することで、その受光レベルが何パーセント低下するかを直接的に把握することが可能となる。従ってこの表示値に基づいて、上述した半透明な物体の有無を各自に検出するに必要な判定閾値Ｔを、前記初期受光レベルＲintの何パーセントに設定すれば良いかを容易に決定することが可能となる。例えば半透明の物体により低下した受光レベルの表示値が９０％であるような場合には、その判定閾値Ｔを初期受光レベルＲintの９５％として設定することが考えられる。
【００２７】
また上述した如くして基準となる受光レベルＲintの表示値を１００％として設定しておけば、その後の同じ計測条件下での受光レベルの表示値から、例えば光電センサ装置全体での経時的な変化に起因する受光レベルの低下が何パーセントであるかを容易に把握することができる。特にこの種の光電センサ装置においては、その受光量（受光レベル）がその初期時に比べて何パーセント低下したかによって、例えば検出対象物の汚れに起因する光学的特性変化や、光路のセッティングのずれ、光電センサの経時的な特性劣化に伴う寿命等を把握することが多いので、前述した如く初期受光レベルＲintの表示値を１００％とし、その後の受光レベルを上記初期受光レベルＲintに対する百分率比として表示する本装置によれば、その表示値自体からその寿命を的確に判断することが可能となる。従ってその運用状態の把握を容易に、しかも的確に行うことが可能となる等の効果が奏せられる。
【００２８】
ちなみに従来においては、専ら、光電センサ装置における判定閾値Ｔを基準としてその受光レベルＲon,Ｒoffを百分率比として表示しているに過ぎない。従ってその表示値の変化から、受光レベルの変化を監視しようとしても、現在の受光レベルがその初期受光レベルから何パーセント低下したかを把握することは困難である。しかも判定閾値Ｔは、専ら、光電センサ装置の動作環境に応じて設定されるので、光電センサ装置における受光レベルの低下を判断する上での基準とするには不適当である。この点、本装置においては、物体の検出／被検出時における受光レベルＲon,Ｒoffを１００％表示する基準値としているので、経時的な受光レベルの低下をその表示値から的確に判断することができると言う実用上多大なる効果が奏せられる。
【００２９】
特にこのような表示の態様を採用することで、例えば複数の光電センサ装置を並列的に用いる場合であっても、特に個々の複数の光電センサ装置の動作環境が異なり、これに伴ってその判定閾値Ｔがそれぞれ個別に設定されるような場合であっても、個々の光電センサ装置の検出特性の劣化をそれぞれ的確に判定することができる等の効果が奏せられる。
【００３０】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば判定閾値Ｔの設定に関しては、物体の検出／非検出時における受光レベルＲon,Ｒoffのレベル比を考慮して設定すれば良いものである。具体的には受光レベルＲon,Ｒoffの各表示値（％）に従い、その中間値（％）を指定して判定閾値Ｔを設定するようにすれば十分である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、所定の測定条件における任意の受光レベルの表示値を１００％として設定し、この表示値を基準として物体の検出／非検出時における受光レベルをそれぞれ百分率比で表示するので、物体の検出／非検出時における受光レベル比やその検出マージン、更には光量余裕度や経時的変化等の感度設定（判定閾値の設定）に必要な各種のパラメータを容易に、しかも的確に把握することができる。従ってその設置現場等におけるメンテナンスや動作状況の把握等を容易に行うことが可能となる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明一実施形態に係る光電センサ装置の要部概略構成図。
【図２】図１に示す光電センサ装置における１００％表示値の設定処理手順の例を示す図。
【図３】図１に示す光電センサ装置における受光レベルの表示動作の処理手順を示す図。
【図４】図１に示す光電センサ装置における表示設定効果を説明する為の概念図。
【符号の説明】
１ 投光器
２ 受光器
４ 信号処理回路
５ メモリ（判定閾値）
６ レベル判定器（比較器）
７ 設定器
８ メモリ（初期受光レベルＲint）
９ 表示器
１０ 演算部

Claims (3)

1. 所定の光路を形成する投光器および受光器を備え、上記投光器から発した光またはその反射光を前記受光器にて受光してその受光レベルから上記光路内の光学的状態を検出する光電センサ装置であって、
   所定の計測条件下における前記受光器での受光レベルの表示値を１００％として設定する初期受光レベル設定手段と、
   この１００％設定された初期受光レベルを基準として前記受光器による受光レベルを百分比率で表示する表示手段と
   を具備したことを特徴とする光電センサ装置。
2. 前記初期受光レベル設定手段は、前記光路内の所定位置に物体が存在するとき、または前記光路内に物体が存在しないときの一方を前記所定の計測条件として定めて１００％表示する受光レベルを設定するものである請求項１に記載の光電センサ装置。
3. 請求項１に記載の光電センサ装置において、
   前記初期受光レベル設定手段にて設定された１００％表示する受光レベルを基準とする百分比率で、前記光路内への物体の侵入を検出する受光レベルを設定する動作レベル設定手段を備えることを特徴とする光電センサ装置。

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