JP4180714B2 - Photoelectric switch - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流ノイズ及びホワイトノイズを除去する機能を備えた光電スイッチに関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
図10は従来の反射型光電スイッチの構成の一例を示している。この図10において、光電スイッチは構成する投光部1において、発振回路2の発振信号に応じて投光回路3から投光素子4に投光電流が出力されることから、投光素子4からパルス光が投光される。
【0003】
一方、受光部5においては、受光素子6が受光した光を光電変換回路7で光電変換してから、交流増幅回路8により受光信号を増幅する。この場合、受光信号には自然光(外乱光などの直流ノイズ)が含まれているので、交流増幅回路8により直流ノイズをカットすることにより受光信号からパルス光に対応した受光信号を分離して増幅する。積分回路9においては、交流増幅回路8からの増幅信号を積分することにより光電変換回路7或いは交流増幅回路8から発生するホワイトノイズを除去するようにしている。つまり、ホワイトノイズは正弦波ノイズの集合とみなすことができるので、増幅信号をホワイトノイズの周波数成分よりも十分に長い時間で積分することにより増幅信号に含まれるホワイトノイズを除去することができるのである。そして、比較回路10において積分回路9の出力を基準値と比較することにより、入光するパルス光の大小を判別して検出出力を出力するようになっている。
【0004】
ここで、光電スイッチの感度を高めようとすると、主増幅を行う交流増幅回路8の増幅度を大きくする必要がある。この交流増幅回路8の増幅度の上限は、受光素子6を含む光電変換回路7などから発生するホワイトノイズにより交流増幅回路8の出力が飽和するレベルが上限である。これは、交流増幅回路8の増幅度をそれ以上に高めるにしても、ホワイトノイズで交流増幅回路8の出力が飽和してしまって信号成分が増幅されなくなるので、ホワイトノイズで交流増幅回路8の出力が飽和した状態では、いかなる信号処理を施すにしてもパルス光に対応した信号成分を取り出すことはではないからである。
【0005】
要するに、従来の光電スイッチでは、パルス光に対応して光電変換された受光信号がホワイトノイズよりも小さいときは光電スイッチとして正しく動作しないのであり、このような状態が従来の光電スイッチの受光感度の限界であった。
【0006】
ところで、交流増幅回路8の増幅度を上げることなく光電スイッチの感度を高めるには、投光量を増大したり、光電スイッチの光学系をより高感度にものを用いて受光量を増大することが考えられるが、投光量を増大したり光学系に高感度のものを用いるには、光電スイッチの低消費電力化或いは小形化、さらにはコストダウンが望まれている現状では、それらの手段による受光感度の増大は限界に達しており、ホワイトノイズに埋もれた微小な信号を取り出すことは困難となりつつある。
【0007】
また、交流増幅回路8としてダイナミックレンジの広いものを用いることにより、増幅度を高めて出力が飽和しないようにすることが考えられるが、このような増幅度の高い増幅回路を用いることは大幅なコストアップを招来する。また、交流増幅回路8の増幅度も限界があるため、ホワイトノイズに埋もれた微小な信号を取り出すことは困難である。
【0008】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、ノイズの影響を受けることなく感度を十分に高めることができる光電スイッチを提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の光電スイッチは、所定タイミングでパルス光を投光する投光回路を設け、この投光回路からのパルス光を受光可能であると共に受光量に応じたレベルの受光信号を出力する光電変換回路を設け、前記受光信号に含まれる直流ノイズを除去する直流ノイズ除去手段を設け、前記受光信号を前記投光回路の投光期間に同期して投光期間の複数倍の時定数で積分することによりホワイトノイズを除去する積分手段を設け、前記直流ノイズ除去手段及び前記積分手段により直流ノイズ及びホワイトノイズが分離された受光信号を増幅して出力する増幅手段を設け、この増幅手段からの増幅信号に基づいて検出出力を出力する検出手段を設け、前記直流ノイズ除去手段は、前記光電変換回路からの受光信号を前記投光回路の非投光期間に前記積分手段と同一期間だけ積分する補助積分手段と、前記積分手段の積分レベルと前記補助積分手段の積分レベルとの差を出力する引算手段とから構成されているものである(請求項1)。
【0010】
このような手段によれば、光電変換回路は、投光回路からのパルス光を受光したときは、パルス光の受光量に応じた受光信号を出力する。
ところで、光電変換回路は投光回路からのパルス光に加えて外乱光などの直流光も受光することから、受光信号には直流ノイズが含まれているものの、直流ノイズ除去手段は、受光信号に含まれる直流ノイズを除去するので、受光信号に含まれている直流ノイズによる影響を防止することができる。
【0011】
また、光電変換回路からホワイトノイズが発生することから、受光信号にはホワイトノイズが含まれているものの、積分手段は、受光信号を投光回路の投光期間に同期して積分するので、受光信号に含まれるホワイトノイズを除去してその影響を防止することができる。この場合、積分手段の時定数は投光期間の複数倍に設定されているので、レベルが不安定なホワイトノイズを十分に安定して積分することができる。
【0012】
そして、増幅手段は、直流ノイズ除去手段及び積分手段により直流ノイズ及びホワイトノイズがそれぞれ除去された受光信号を増幅するので、投光回路からの投光に対応した真の受光信号のみを増幅することができる。従って、増幅手段の増幅度を十分に高く設定することができるので、光電スイッチの感度を高めることができる。
【0013】
そして、検出手段は、増幅信号からの増幅信号に基づいて検出出力を出力するので、検出手段からの検出出力に基づいて検出状態を確実に判断することができる。
この場合、積分手段の積分レベルには受光信号に含まれている直流ノイズの積分レベルが含まれているものの、引算手段において、積分手段の積分レベルから補助積分手段の積分レベルを引算することにより直流ノイズを除去することができる。つまり、補助積分手段は、光電変換回路からの受光信号を非投光期間に積分手段と同一期間だけ積分しており、補助積分手段の積分レベルは直流ノイズだけによるものとなるので、積分手段の積分レベルから補助積分手段の積分レベルを引算することにより直流ノイズを除去することができる。この場合、積分手段の積分レベルと補助積分手段の積分レベルとのレベル差は投光回路からのパルス光に対応した真の受光信号の積分レベルが含まれるか否かであるので、このように引算手段において積分手段の積分レベルから補助積分手段の積分レベルを引算することにより真の受光信号の積分レベルを求めることができる。従って、検出手段は、引算手段で求めた積分レベルに基づいて検出状態を確実に判断することができる。
【0014】
上記手段において、前記積分手段は、非積分期間は積分レベルをホールドするホールド機能を備えて構成されていてもよい(請求項2)。
【0015】
このような手段によれば、積分手段は、非積分期間は積分レベルをホールドするので、非積分期間中に積分レベルが低下することはなく、複数回の積分手段による積分により積分レベルは受光信号レベルに十分に達することができる。従って、積分手段がホールド機能を備えていない場合に比較して、検出の応答速度を高めることができる。
【0018】
また、前記補助積分手段は、前記光電変換回路からの受光信号を前記投光回路の投光期間の直前に積分するのが望ましい(請求項3)。
【0019】
このような手段によれば、補助積分手段は、光電変換回路からの受光信号を投光回路の投光期間の直前の非投光期間に積分手段と同一期間だけ積分することにより積分手段及び補助積分手段の直流ノイズの積分レベルは同一レベルとなるので、引算手段により受光信号に含まれる直流ノイズを効果的に無効化することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の第1の実施の形態を図1乃至図4を参照して説明する。
図1は光電スイッチの全体構成を概略的に示すブロック図である。この図1において、光電スイッチ11は投光部12と受光部13とから構成されている。
【0021】
投光部12において、パルスジェネレータ14は、投光期間に対応した投光パルスP0 と、この投光パルスP0 と同一期間で積分期間に対応した投光同期パルスP1 と、投光パルスP0 の直前の非投光期間で投光パルスP0 と同一期間に対応した投光直前パルスP2 と、投光同期パルスP1 及び投光直前パルスP2 の非出力期間に対応した読取パルスP3 とを出力するようになっている(図2参照)。
投光回路15は、パルスジェネレータ14からの投光パルスP0 によるタイミングで投光電流を投光素子16に出力する。
【0022】
一方、受光部13において、光電変換回路17は受光素子18が受光した受光量に応じたレベルの受光信号を出力する。この場合、光電変換回路17としては単なる電圧フォロワとしての機能か、受光素子18で発生したホワイトノイズ或いは外乱光などによる直流ノイズより出力が飽和しない程度の増幅度を有するバッファアンプとしての機能を有するように構成されている。
【0023】
第1の積分ホールド回路19(積分手段に相当)は、パルスジェネレータ14からの投光同期パルスP1 の入力期間は光電変換回路17からの受光信号を積分すると共に投光同期パルスP1 の非入力期間は積分レベルをホールドする。この第1の積分ホールド回路は、受光信号を積分することにより光電変換回路17から出力される受光信号に含まれるホワイトノイズを除去するために設けられている。つまり、受光素子18及び光電変換回路17は熱的雑音であるホワイトノイズを発生しており、そのホワイトノイズの影響を受けて受光信号の検出が困難となることから、ホワイトノイズを後述するようにして除去するために第1の積分ホールド回路19が設けられている。
【0024】
一方、第2の積分ホールド回路20(直流ノイズ除去手段、補助積分手段に相当)は、パルスジェネレータ14からの投光直前パルスP2 の入力期間は光電変換回路17からの受光信号を積分すると共に投光直前パルスP2 の非入力期間は積分レベルをホールドする。この第2の積分ホールド回路20は受光信号に含まれる直流ノイズの積分レベルを検出するために設けられている。つまり、第1の積分ホールド回路19の積分レベルにはホワイトノイズの積分レベルは含まれていないものの外乱光などによる直流ノイズの積分レベルが依然として含まれているので、その積分レベルを後述するようにして除去するために第2の積分ホールド回路20が設けられている。この場合、第2の積分ホールド回路20は、投光期間の直前の非投光期間に投光期間だけ受光信号を積分することにより受光信号に含まれる直流ノイズの積分レベルを検出するようにしている。
【0025】
ここで、第1,第2の積分ホールド回路19,20は積分回路にホールド機能を備えて構成されている。これは、光電変換回路17からの受光信号の信号レベルは極めて小さいので、一般的な積分回路を用いた場合には、非投光期間に信号レベルが低下してしまって積分レベルが上昇しないからである。この場合、第1,第2の積分ホールド回路19,20の時定数は投光期間の複数倍と長く設定されている。これは、種々の周波数成分を含んだホワイトノイズは信号レベルが不安定であるので、このようなホワイトノイズを短い時定数の積分ホールド回路で積分した場合には、積分レベルが大きく変動して安定せず、積分ホールド回路のホールドタイミング時の電圧レベルが毎回変動して正確な積分レベルを出力できないからである。従って、本実施の形態の第1,第2の積分ホールド回路19,20では、時定数を投光期間の複数倍と長く設定してあり、斯様に時定数を長く設定した結果、種々の周波数成分を含んだホワイトノイズを十分に平均化しながら積分することができる。
【0026】
引算回路21(直流ノイズ除去手段、引算手段に相当)は、第1の積分回路ホールド回路19の積分レベルから第2の積分回路ホールド回路20の積分レベルを引算する。つまり、第1の積分ホールド回路19の積分レベルには外乱光などによる直流ノイズが依然として含まれていることから、引算回路21により第1の積分回路ホールド回路19の積分レベルから第2の積分回路ホールド回路20の積分レベルを引算することにより直流ノイズの積分レベルを取り除いて真の受光信号の積分レベルのみを得るために設けられている。
【0027】
増幅回路22(増幅手段に相当)は、引算回路21の出力を増幅する。この場合、引算回路21からの出力はホワイトノイズ及び直流ノイズの影響を受けていない真の受光信号によるものであるので、増幅回路22の増幅度を高く設定したり、任意の増幅度に可変調整可能に構成することができる。
【0028】
読取回路23は、増幅回路22で増幅された出力をラッチする。この読取回路23は必要に応じて設けることができる。
比較回路24(検出手段に相当)は、増幅回路22からの出力を特定の基準値と比較し、その大小関係によって検出出力を出力する。
【0029】
図3は図1に示した構成の電気回路の具体例を示している。この図3において、光電変換回路17は、抵抗25と受光素子18との共通接続点にオペレーショナルアンプ26、抵抗27、28からなる反転増幅回路29を図示のように接続して構成されている。
【0030】
第1の積分ホールド回路19は、アナログスイッチ30と、抵抗31及びコンデンサ32からなる積分回路33とを図示のように接続して構成されている。この場合、アナログスイッチ30は、パルスジェネレータ14からの投光同期パルスP1 の入力タイミングで光電変換回路17からの受光信号を通過させる。積分回路33は、光電変換回路17からの受光信号を抵抗31及びコンデンサ32の時定数に応じて積分する。
【0031】
第2の積分ホールド回路20は、アナログスイッチ34と、抵抗35及びコンデンサ36からなる積分回路37とを図示のように接続して構成されている。この場合、アナログスイッチ34は、パルスジェネレータ14からの投光直前パルスP2 の入力タイミングで光電変換回路17からの受光信号を通過させる。積分回路37は、光電変換回路17からの受光信号を抵抗35及びコンデンサ36の時定数に応じて積分する。
【0032】
引算回路21は、オペレーショナルアンプ38、抵抗39,40からなる第1の非反転増幅回路41と、オペレーショナルアンプ42、抵抗43,44からなる第2の非反転増幅回路45とを図示のように接続して構成されている。第1の非反転増幅回路41は、抵抗39,40の抵抗値の比率に応じた所定倍率で第1の積分ホールド回路19の積分レベルを増幅する。また、第2の非反転増幅回路45は、第1の非反転増幅回路41の出力レベルと第2の積分ホールド回路20の出力レベルとの差及び抵抗43,44の比率に基づく所定倍率で第2の積分ホールド回路20の積分レベルを増幅する。
【0033】
ここで、引算回路21は2つの非反転増幅回路を利用した周知のものである。つまり、第1の非反転増幅回路41は、第1の積分ホールド回路19の積分レベルV1 を抵抗39,40の値が同一であれば2V1 に増幅する。また、第2の非反転増幅回路45は、第1の非反転増幅回路41からの出力電圧2V1 と第2の積分ホールド回路20の積分レベルV2 とのレベル差に基づいて抵抗43,44が同一であれば第2の積分ホールド回路20の積分レベルV2 を2(V2 −V1 )に増幅する。従って、第1,第2の非反転増幅回路41,45により引算回路21を構成することができる。
【0034】
増幅回路22は、オペレーショナルアンプ46と抵抗47,48とからなる反転増幅回路49からなるもので、入力電圧を抵抗47,48の抵抗値の比率に応じた所定倍率で極性を反転した状態で増幅して出力する。
【0035】
読取回路23は、アナログスイッチ50、コンデンサ51及びオペレーショナルアンプ52を図示のように接続して構成されている。このアナログスイッチ50はパルスジェネレータ14からの読取パルスP3 に同期して信号を通過させる。コンデンサ51は、アナログスイッチ50を通過した信号レベルを積分してホールドする。
【0036】
比較回路24はオペレーショナルアンプ53と可変抵抗器54とを図示のように接続して構成されており、入力した電圧信号が可変抵抗器54の基準レベルを上回ったときは検出出力を出力する。
【0037】
次に上記構成の作用について説明する。
パルスジェネレータ14は、図2に示すタイミングで投光パルスP0 、投光同期パルスP1 、投光直前パルスP2 、読取パルスP3 を出力している。
従って、投光回路15の投光素子16からは投光パルスP0 に応じたタイミングでパルス光が投光されている(図4(a)参照)。
【0038】
さて、投光素子16から投光されたパルス光が被検出物体で反射したときは、光電変換回路17の受光素子18がパルス光を受光するので、光電変換回路17からはパルス光に応じた受光信号が出力される(図4(e)参照)。
【0039】
そして、パルスジェネレータ14から投光パルスP0 が出力されたタイミングでは、投光同期パルスP1 により第1の積分ホールド回路19のアナログスイッチ30がオンするので、光電変換回路17からの受光信号が第1の積分ホールド回路19の積分回路33で投光期間だけ積分される。このとき、投光同期パルスP1 の出力が停止した状態ではアナログスイッチ30がオフするので、積分回路33の積分レベルがホールドされる。
【0040】
ところで、光電変換回路17からの受光信号には熱的雑音であるホワイトノイズが含まれているので、第1の積分ホールド回路19において次のようにしてホワイトノイズを除去するようにしている。
【0041】
即ち、ホワイトノイズは、正弦波の高周波ノイズ(図4(b)参照)から正弦波の低周波ノイズ(同図(c)参照)に示すのものまで種々の周波数のノイズが重なり合うことにより不規則な波形となっている(同図(d)参照)。このため、パルス光の受光に応じて光電変換回路17から出力される真の受光信号(同図(e)参照)がホワイトノイズに埋もれてしまい、光電変換回路17からの受光信号は不規則な信号となっており真の受光信号の判別が困難な状態となっている(同図(f)参照)。
【0042】
しかしながら、光電変換回路17からの受光信号は真の受光信号にホワイトノイズが重なったものであるから、ホワイトノイズをその周波数成分よりも十分に長い期間で積分することによりホワイトノイズを平均化して無効化することができる。従って、第1の積分ホールド回路19により光電変換回路17からの受光信号を複数回の投光同期パルスP1 に同期して積分したときは、第1の積分ホールド回路19の出力からはホワイトノイズが除去されることになる。
【0043】
ところが、以上のようにして光電変換回路17からの受光信号に含まれるホワイトノイズを除去することができるものの、受光信号にはホワイトノイズの他に外乱光などによる直流ノイズが含まれていることから(図4(g)参照)、次のようにして直流ノイズの影響を防止するようにしている。
【0044】
即ち、第2の積分ホールド回路20においては、パルスジェネレータ14から投光パルスP0 に先立って出力される投光直前パルスP2 によりアナログスイッチ34がオンするので、光電変換回路17からの受光信号を積分回路37で積分ホールドする。このとき、投光直前パルスP2 の出力タイミングでは光電変換回路17からの受光信号には真の受光信号は含まれておらず、ホワイトノイズ及び直流ノイズのみである。ここで、第2の積分ホールド回路20の積分レベルは第1の積分ホールド回路19と同様にしてホワイトノイズが除去されるので、結局、第2の積分ホールド回路20の出力は直流ノイズの積分レベルのみとなる(図4(h)参照)。
【0045】
従って、引算回路21において、第1の積分ホールド回路19の積分レベルから第2の積分ホールド回路20の積分レベルを引算することにより直流ノイズを除去することができる(図4(i)参照)。
【0046】
以上のようにして引算回路21の出力は、受光素子18が受光したパルス光に対応した真の受光信号によるものであるから、その出力を増幅回路22で増幅することにより、ホワイトノイズ及び直流ノイズの影響を受けることなく受光信号を十分に大きな増幅度で増幅することができる。
【0047】
読取回路23においては、第1,第2の積分ホールド回路19,20が動作していないタイミングで読取パルスP3 が与えられるので、そのタイミングで引算回路21による積分レベルをホールドした状態でインピーダンス変換して出力する。この場合、読取回路23の出力は次の読取パルスP3 が与えられるまでホールドされる。
【0048】
そして、比較回路24においては、読取回路23からの出力が基準レベルを上回ったときは所定レベルの検出出力を出力する。
従って、比較回路24からの検出出力に基づいて被検出物体の有無を判断することができる。
【0049】
尚、光電変換回路17からの受光信号の信号レベルは極めて微小であるので、斯様な微小な受光信号に合わせて増幅回路22の増幅度を大きく設定した場合に受光信号が大きなレベルとなったときは増幅回路22の出力が飽和してしまうことから、広範囲の受光信号レベルを処理したいときは、増幅回路22の増幅度を任意に調整できるように構成することにより受光信号の大きさに合わせて所望の増幅度で増幅を行うように構成するのが望ましい。
【0050】
このような実施の形態によれば、光電変換回路17からの受光信号を第1の積分ホールド回路19において投光パルスP0 に同期して積分することにより受光信号に含まれるホワイトノイズを除去すると共に、引算回路21において第1の積分ホールド回路19の積分レベルから第2の積分ホールド回路20の積分レベルを引算することにより第1の積分ホールド回路19の積分レベルに含まれる直流ノイズを除去するようにしたので、増幅回路22ではパルス光に応じて受光素子18が受光した真の受光信号の積分レベルのみを増幅することができる。従って、増幅回路22のダイナミックレンジを高めて受光信号を十分な大きさで増幅することができるので、ホワイトノイズを含んだ状態で増幅することにより増幅回路のダイナミックレンジを十分に高めることができない従来例のものと違って、増幅度の高い高感度の光電スイッチを製作することができる。
【0051】
この場合、第1,第2の積分ホールド回路19,20の時定数を投光期間の複数倍に設定するようにしたので、時定数が小さい場合に比較して、ホワイトノイズを十分にキャンセルすることができ、ホワイトノイズによる影響を効果的に無効化することができる。
【0052】
また、第2の積分ホールド回路20においては、投光パルスP0 の直前のタイミングで光電変換回路17からの受光信号を積分ホールドするようにしたので、第1の積分ホールド回路19による直流ノイズの積分レベルと第2の積分ホールド回路20の直流ノイズによる積分レベルとをよく一致させることができ、直流ノイズによる影響を効果的に無効化することができる。
【0053】
(参考の形態)
次に本発明の参考の形態を図5乃至図7を参照して説明するに、第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。この参考の形態の特徴は、直流ノイズ除去手段として交流増幅回路を設いた点である。尚、第1の実施の形態で用いた読取回路23は省略するようにした。
【0054】
図5は光電スイッチの全体構成を概略的に示すブロック図である。この図5において、パルスジェネレター14は、所定周期の投光パルスP0 を出力すると共にこの投光パルスP0 と同期した投光同期パルスP1 を出力する(図6参照)。投光回路15は、投光パルスP0 に応じてパルス光を投光する。
【0055】
光電変換回路17からの受光信号は交流増幅回路55で増幅される。この交流増幅回路55は交流信号のみを増幅するように構成されているので、この交流増幅回路において直流ノイズを除去することができる。この場合、交流増幅回路55の増幅度は低めに設定されている。これは、受光素子18から発生しているホワイトノイズは種々の周波数成分からなる交流信号であることから交流増幅回路55により増幅されてしまうので、交流増幅回路55の増幅度を高めた場合には、ホワイトノイズまで増幅されてしまう。このため、交流増幅回路55の増幅度によっては増幅されたホワイトノイズにより出力が飽和してしまって交流波形から崩れてしまうので、このように交流波形から崩れてしまったホワイトノイズを積分ホールド回路で積分するにしてもホワイトノイズを除去できなくなるからである。
【0056】
積分ホールド回路56は、パルスジェネレータ14から投光同期パルスP1 の入力期間は受光信号を積分すると共に投光同期パルスP1 の非入力期間は積分レベルをホールドする。
増幅回路22及び比較回路24の動作は第1の実施の形態と同一である。尚、増幅回路22は2段増幅に構成されている。
【0057】
図7は図5に示した光電スイッチ11の受光部13を示している。この図7において、抵抗25及び受光素子18からなる光電変換回路17には交流増幅回路55が接続されている。つまり、交流増幅回路55は、オペレーショナルアンプ57、抵抗58〜60を図示のように接続してなる反転増幅回路61をカップリングコンデンサ62を介して光電変換回路17と接続して構成されており、このカップリングコンデンサ62により受光素子18が受光した外乱光などによる直流ノイズがカットされるようになっている。
【0058】
積分ホールド回路56は、アナログスイッチ63と、抵抗64及びコンデンサ65からなる積分回路66と、オペレーショナルアンプ67及び抵抗68からなる電圧フォロワ69とを図示のように接続して構成されており、投光パルスP0 に応じたタイミングで光電変換回路17からの受光信号を積分ホールドすることにより積分ホールド回路56の積分レベルからホワイトノイズが除去されるようになっている。
【0059】
そして、増幅回路22において積分ホールド回路56の積分レベルが増幅されると共に、比較回路24において積分レベルが基準レベルと比較されて検出出力が出力される。
【0060】
この参考の形態によれば、光電変換回路17から出力される受光信号に含まれる直流ノイズを交流増幅回路55により除去するようにしたので、交流増幅回路55という簡単な構成で直流ノイズによる影響を防止することができる。また、積分ホールド回路56に与えられる受光信号には直流ノイズが含まれていないので、引算回路を構成する必要がなくなり、全体構成を簡単化することができる。
【0061】
(第2の実施の形態)
次に本発明の第2の実施の形態を図8を参照して説明するに、第1の実施の形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第2の実施の形態の特徴は、第1の実施の形態の第1,第2の積分ホールド回路を積分回路として構成した点である。
【0062】
即ち、図8は、第1の実施の形態で示した光電変換回路17、第1,第2の積分ホールド回路19,20、引算回路21を示している。この図8において、第1,第2の積分ホールド回路19,20を構成する積分回路33,37には放電抵抗70,71がそれぞれ並列接続されている。これらの放電抵抗70,71の抵抗値は極めて大きく設定されており、第1,第2の積分ホールド回路19,20を積分回路として構成しながら、ホールド機能を十分に発揮させることができる。
【0063】
このような実施の形態によれば、第1,第2の積分ホールド回路19,20を積分回路のように構成することにより積分ホールド回路と同等に動作させることができるので、積分回路の構成を用いながら、受信信号に含まれるホワイトノイズを効果的に除去することができ、増幅度を任意に調整することが可能な増幅度の高い増幅回路を使用することができる。
【0064】
(第3の実施の形態)
次に本発明の第3の実施の形態を図9を参照して説明する。この第3の実施の形態の特徴は、投光パルスをランダムに出力する点である。
【0065】
ところで、上記各実施の形態では、投光素子16からのパルス光の投光周期は一定であるので、高周波の周期的な交流ノイズ光、例えばインバータ電源を用いた照明からの光が投光タイミングに同期して連続して入光することがあり、このような検出環境では、ホワイトノイズ及び直流ノイズを除去するにしても、交流ノイズ光の影響により光電スイッチが誤動作してしまう虞がある。
【0066】
ここで、図9は、パルスジェネレータ14からの各パルスの出力タイミングを示しており、投光パルスP0 の出力はランダムに設定されていると共に、そのタイミングに応じて投光同期パルスP1 及び投光直前パルスP2 の出力タイミングが設定されている。
【0067】
本実施の形態によれば、投光素子16からパルス光をランダムに投光するように構成したので、交流ノイズ光の入光タイミングと投光タイミングとが一致する確率が極めて低くなり、交流ノイズ光の影響を受けることなく被検出物体を確実に検出することができる。
【0068】
本発明は、上記各実施の形態にのみ限定されるものではなく、次のように変形または拡張できる。
投光部と受光部とを同期させたタイプの透過型光電スイッチに適用するようにしてもよい。
受光素子18の感度が高い場合には、光電変換回路に信号増幅機能を持たせることなく、単なるインピーダンス変換用の電圧フォロワを設けるようにしてもよい。要するに、ホワイトノイズ或いは直流ノイズにより出力が飽和しないように回路を構成することが重要である。
【0069】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の光電スイッチによれば、受光信号に含まれる直流ノイズを直流ノイズ除去手段により除去すると共に、受光信号を積分することにより受光信号に含まれるホワイトノイズを除去するようにしたので、ノイズの影響を受けることなく感度を十分に高めることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態における全体構成を示すブロック図
【図2】パルスジェネレータからの各パルスの出力タイミングを示す図
【図3】全体構成を示す電気回路図
【図4】各回路からの出力信号を示す波形図
【図5】 本発明の参考の形態を示す図1相当図
【図6】図2相当図
【図7】受光部の構成を示す電気回路図
【図8】 本発明の第2の実施の形態における光電変換回路及び積分回路を示す電気回路図
【図9】 本発明の第3の実施の形態を示す図2相当図
【図10】従来例を示す図1相当図
【符号の説明】
11は光電スイッチ、15は投光回路、17は光電変換回路、19は第1の積分ホールド回路(積分手段)、20は第2の積分ホールド回路(直流ノイズ除去手段、補助積分手段)、21は引算回路(直流ノイズ除去手段、引算手段)、22は増幅回路(増幅手段)、24は比較回路(検出手段)である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric switch having a function of removing DC noise and white noise.
[0002]
[Problems to be solved by the invention]
FIG. 10 shows an example of the configuration of a conventional reflective photoelectric switch. In FIG. 10, in the light projecting unit 1 constituting the photoelectric switch, a light projecting current is output from the light projecting circuit 3 to the light projecting element 4 according to the oscillation signal of the oscillation circuit 2. Pulse light is projected.
[0003]
On the other hand, in the light receiving unit 5, the light received by the light receiving element 6 is photoelectrically converted by the
[0004]
Here, in order to increase the sensitivity of the photoelectric switch, it is necessary to increase the amplification degree of the
[0005]
In short, the conventional photoelectric switch does not operate correctly as a photoelectric switch when the received light signal photoelectrically converted corresponding to the pulsed light is smaller than the white noise, and this state is the light receiving sensitivity of the conventional photoelectric switch. It was the limit.
[0006]
By the way, in order to increase the sensitivity of the photoelectric switch without increasing the amplification degree of the
[0007]
Further, it is conceivable to use an
[0008]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a photoelectric switch capable of sufficiently increasing sensitivity without being affected by noise.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The photoelectric switch of the present invention is provided with a light projecting circuit that projects pulsed light at a predetermined timing, and can receive the pulsed light from the light projecting circuit and outputs a light receiving signal at a level corresponding to the amount of light received A circuit is provided, and DC noise removing means for removing DC noise included in the light receiving signal is provided, and the light receiving signal is integrated with a time constant that is a multiple of the light projecting period in synchronization with the light projecting period of the light projecting circuit. And an amplifying means for amplifying and outputting the received light signal from which the DC noise and the white noise are separated by the DC noise removing means and the integrating means. Provided with detection means for outputting detection output based on signalThe DC noise removing means integrates the received light signal from the photoelectric conversion circuit for the same period as the integrating means during the non-light-projecting period of the light projecting circuit, the integration level of the integrating means and the auxiliary level Subtracting means that outputs the difference from the integration level of the integrating means(Claim 1).
[0010]
According to such means, when the photoelectric conversion circuit receives the pulsed light from the light projecting circuit, the photoelectric conversion circuit outputs a light reception signal corresponding to the amount of received light of the pulsed light.
By the way, since the photoelectric conversion circuit receives DC light such as disturbance light in addition to the pulsed light from the light projecting circuit, although the received light signal includes DC noise, the DC noise removing means includes the received light signal. Since the included DC noise is removed, it is possible to prevent the influence of the DC noise included in the received light signal.
[0011]
Also, since white noise is generated from the photoelectric conversion circuit, although the received light signal includes white noise, the integrating means integrates the received light signal in synchronization with the light projecting period of the light projecting circuit. It is possible to remove the white noise contained in the signal and prevent its influence. In this case, since the time constant of the integrating means is set to a multiple of the light projection period, white noise with unstable levels can be integrated sufficiently stably.
[0012]
The amplifying means amplifies the received light signal from which the direct current noise and the white noise have been removed by the direct current noise removing means and the integrating means, so that only the true received light signal corresponding to the light emitted from the light projecting circuit is amplified. Can do. Therefore, since the amplification degree of the amplification means can be set sufficiently high, the sensitivity of the photoelectric switch can be increased.
[0013]
And since a detection means outputs a detection output based on the amplified signal from an amplification signal, it can judge a detection state reliably based on the detection output from a detection means.
In this case, although the integration level of the integration means includes the integration level of the DC noise included in the received light signal, the subtraction means subtracts the integration level of the auxiliary integration means from the integration level of the integration means. Thus, DC noise can be removed. That is, the auxiliary integration means integrates the received light signal from the photoelectric conversion circuit for the same period as the integration means in the non-projection period, and the integration level of the auxiliary integration means is solely due to DC noise. The DC noise can be removed by subtracting the integration level of the auxiliary integration means from the integration level. In this case, the level difference between the integration level of the integration means and the integration level of the auxiliary integration means is whether or not the integration level of the true received light signal corresponding to the pulsed light from the light projecting circuit is included. By subtracting the integration level of the auxiliary integration means from the integration level of the integration means in the subtraction means, the integration level of the true received light signal can be obtained. Therefore, the detection means can reliably determine the detection state based on the integration level obtained by the subtraction means.
[0014]
In the above means, the integrating means may comprise a hold function for holding the integration level during the non-integration period.
[0015]
According to such means, since the integration means holds the integration level during the non-integration period, the integration level does not decrease during the non-integration period. You can reach the level enough. Therefore, the detection response speed can be increased as compared with the case where the integrating means does not have a hold function.
[0018]
Further, it is desirable that the auxiliary integration means integrates the light reception signal from the photoelectric conversion circuit immediately before the light projection period of the light projection circuit.3).
[0019]
According to such means, the auxiliary integrating means integrates the received light signal from the photoelectric conversion circuit for the same period as the integrating means in the non-light emitting period immediately before the light emitting period of the light projecting circuit, thereby integrating the auxiliary means and the auxiliary means. Since the integration level of the DC noise of the integrating means is the same level, the DC noise included in the received light signal can be effectively nullified by the subtracting means.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the photoelectric switch. In FIG. 1, the photoelectric switch 11 includes a
[0021]
In the
The
[0022]
On the other hand, in the
[0023]
The first integration hold circuit 19 (corresponding to the integration means) integrates the light reception signal from the
[0024]
On the other hand, the second integration hold circuit 20 (corresponding to DC noise removal means and auxiliary integration means) integrates the light reception signal from the
[0025]
Here, the first and second
[0026]
A subtraction circuit 21 (corresponding to DC noise removing means and subtraction means) subtracts the integration level of the second integration
[0027]
An amplifier circuit 22 (corresponding to an amplifying means) amplifies the output of the
[0028]
The
The comparison circuit 24 (corresponding to detection means) compares the output from the
[0029]
FIG. 3 shows a specific example of the electric circuit having the configuration shown in FIG. In FIG. 3, the
[0030]
The first
[0031]
The second
[0032]
The
[0033]
Here, the
[0034]
The
[0035]
The
[0036]
The
[0037]
Next, the operation of the above configuration will be described.
The
Accordingly, pulse light is projected from the
[0038]
Now, when the pulsed light projected from the
[0039]
At the timing when the light projection pulse P0 is output from the
[0040]
By the way, since the received light signal from the
[0041]
That is, white noise is irregular because noises of various frequencies overlap from high frequency noise of sine wave (see FIG. 4B) to low frequency noise of sine wave (see FIG. 4C). (See FIG. 4D). For this reason, the true light reception signal (see FIG. 5E) output from the
[0042]
However, since the light reception signal from the
[0043]
However, although the white noise included in the light reception signal from the
[0044]
That is, in the second
[0045]
Therefore, in the
[0046]
As described above, the output of the subtracting
[0047]
In the
[0048]
The
Therefore, the presence / absence of the detected object can be determined based on the detection output from the
[0049]
Since the signal level of the light reception signal from the
[0050]
According to such an embodiment, the received light signal from the
[0051]
In this case, since the time constants of the first and second
[0052]
In the second
[0053]
(referenceForm)
Next, the present inventionreference5 to FIG. 7, the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, description thereof is omitted, and only different parts are described. thisreferenceThe feature of this embodiment is that an AC amplifier circuit is provided as a DC noise removing means. Note that the
[0054]
FIG. 5 is a block diagram schematically showing the overall configuration of the photoelectric switch. In FIG. 5, the
[0055]
The light reception signal from the
[0056]
The
The operations of the
[0057]
FIG. 7 shows the
[0058]
The
[0059]
The
[0060]
thisreferenceAccording to the embodiment, since the DC noise included in the light receiving signal output from the
[0061]
(No.2Embodiment)
Next, the first of the present invention2The embodiment will be described with reference to FIG. 8. The same reference numerals are given to the same parts as those of the first embodiment, and the description will be omitted. This first2The feature of this embodiment is that the first and second integration hold circuits of the first embodiment are configured as an integration circuit.
[0062]
That is, FIG. 8 shows the
[0063]
According to such an embodiment, the first and second
[0064]
(No.3Embodiment)
Next, the first of the present invention3The embodiment will be described with reference to FIG. This first3The feature of this embodiment is that light projection pulses are output at random.
[0065]
By the way, in each said embodiment, since the light projection period of the pulsed light from the
[0066]
Here, FIG. 9 shows the output timing of each pulse from the
[0067]
According to the present embodiment, since the pulse light is projected randomly from the
[0068]
The present invention is not limited to the above embodiments, and can be modified or expanded as follows.
You may make it apply to the transmission type photoelectric switch of the type which synchronized the light projection part and the light-receiving part.
If the sensitivity of the
[0069]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the photoelectric switch of the present invention, the DC noise included in the received light signal is removed by the DC noise removing means, and the white noise included in the received light signal is integrated by integrating the received light signal. Since it was removed, there is an excellent effect that the sensitivity can be sufficiently increased without being affected by noise.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing the output timing of each pulse from the pulse generator.
FIG. 3 is an electric circuit diagram showing the overall configuration.
FIG. 4 is a waveform diagram showing output signals from each circuit.
FIG. 5 shows the present invention.reference1 equivalent diagram showing the form of
6 is a view corresponding to FIG.
FIG. 7 is an electric circuit diagram showing a configuration of a light receiving unit.
FIG. 8 shows the first of the present invention.2Electrical circuit diagram showing photoelectric conversion circuit and integration circuit in the embodiment
FIG. 9 shows the first of the present invention.3FIG. 2 equivalent diagram showing the embodiment of
10 is a view corresponding to FIG. 1 showing a conventional example.
[Explanation of symbols]
11 is a photoelectric switch, 15 is a light projection circuit, 17 is a photoelectric conversion circuit, 19 is a first integration hold circuit (integration means), 20 is a second integration hold circuit (DC noise removal means, auxiliary integration means), 21 Is a subtracting circuit (DC noise removing means, subtracting means), 22 is an amplifying circuit (amplifying means), and 24 is a comparing circuit (detecting means).
Claims (3)
この投光回路からのパルス光を受光可能に設けられ受光量に応じたレベルの受光信号を出力する光電変換回路と、
前記受光信号に含まれる直流ノイズを除去する直流ノイズ除去手段と、
前記受光信号を前記投光回路の投光期間に同期して投光期間の複数倍の時定数で積分することによりホワイトノイズを除去する積分手段と、
前記直流ノイズ除去手段及び前記積分手段により直流ノイズ及びホワイトノイズが分離された受光信号を増幅して出力する増幅手段と、
この増幅手段からの増幅信号に基づいて検出出力を出力する検出手段とを備え、
前記直流ノイズ除去手段は、
前記光電変換回路からの受光信号を前記投光回路の非投光期間に前記積分手段と同一期間だけ積分する補助積分手段と、
前記積分手段の積分レベルと前記補助積分手段の積分レベルとの差を出力する引算手段とから構成されていることを特徴とする光電スイッチ。A light projecting circuit that projects pulsed light at a predetermined timing;
A photoelectric conversion circuit which is provided so as to be able to receive pulsed light from the light projecting circuit and outputs a light reception signal at a level corresponding to the amount of light received;
DC noise removing means for removing DC noise contained in the received light signal;
Integration means for removing white noise by integrating the light reception signal with a time constant of a multiple of the light projection period in synchronization with the light projection period of the light projection circuit;
Amplifying means for amplifying and outputting the received light signal from which direct current noise and white noise have been separated by the direct current noise removing means and the integrating means;
Detection means for outputting a detection output based on the amplified signal from the amplification means ,
The DC noise removing means is
Auxiliary integration means for integrating the received light signal from the photoelectric conversion circuit only during the same period as the integration means during a non-projection period of the light projection circuit;
A photoelectric switch comprising: a subtracting means for outputting a difference between an integration level of the integrating means and an integration level of the auxiliary integrating means .
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