JP4318762B2 - ロック可能な差分処理を行う光電セル - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電セルに関し、特に、単一の装置に接続された２個の分離した受光部またはそれと同等の２個の部品を用いて、雑音(background)を除去する光電セルに関する。この種の受光部は、受光した光線の光路に配置される物体やターゲットの距離に応じて変化する電流を出力する。また、本発明は、電流の差分処理を行う電子回路を利用することを特徴とする。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光電セルは、例えば、従来からよく知られている位置検出装置(PSD:Position Sensitive Device) と呼ばれる受光装置を用いて構成される。この種の光電セルは以下の原理を利用する。すなわち、物体が検出範囲として規定される距離よりも遠くにあれば、（第１の構成部から出力される）第１の電流が、（第２の構成部から出力される）第２の電流よりも大きくなり、その反対に物体が検出範囲として規定される距離よりも近くにあれば、第２の電流が第１の電流よりも大きくなる。
【０００３】
この原理は、上述した第１および第２の電流を差動電圧からなる信号に変換し、変換した電圧信号を主比較器により比較する電子回路により実現される。この主比較器は、光電セルのオン・オフ状態に対応する信号を出力し、この信号により、光電セルは物体が検出範囲内にあるか、検出範囲を越えているかを判断する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、物体が無限に遠くにある場合や、距離が非常に大きい場合には、上述した２種類の電流に対応する電圧はほとんどゼロになる。したがって、光の干渉が起こるような環境では、比較器の出力は不安定になる。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、検出すべき物体が検出範囲内に存在しない場合や、検出範囲よりも遠くにある場合に、受光回路で生じる干渉の影響を受けないような発明を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ロッキングコンパレータを有する。このコンパレータは、第１の電圧信号を規定電圧と比較し、第１の電圧信号が規定電圧より小さい場合には、光電セルがオフ状態であることを表すべく、非動作状態におけるスイッチング信号を一定レベルに保持する。スイッチング信号のレベルを確実に保持するには、第１の電圧信号が入力される主比較器の入力をロックするのが望ましい。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を用いて、本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。以下の説明により、読者は、本発明の特徴および効果を理解することができる。
【０００８】
図１は雑音を除去する(background-excluding)光電セルの動作原理を説明する概略図である。また、図２は図１に示した光電セルの受光回路の一部を示す回路図である。
【０００９】
図１に示す雑音を除去する光電セルは、発光部１１と受光部１２を有する。発光部１１は、不図示のパルス出力電子回路と、パルス状の光線１４を放射する発光装置（light-emitting device ）１３とを有する。物体またはターゲットＢは光線の一部を反射させ、この反射光１５は受光部１２内の受光装置１６に入射される。受光装置１６は、例えば、ＰＳＤやそれと同等の部品からなり、２個のダイオードＤ１，Ｄ２は、図２に示すように、各ダイオードから出力された各パルス状の電流が物体Ｂの距離ｄに応じて変化するように、互いに距離を隔てて配置される。Ｄはセルの検出範囲を表し、もしｄ＝ＤであればＩ１＝Ｉ２であり、ｄ＞ＤであればＩ１＞Ｉ２であり、ｄ＜ＤであればＩ１＜Ｉ２となる。電流Ｉ１，Ｉ２は、受光部１２内の電子回路１７により差動的に処理され、その電子回路１７は、例えば、オフ状態（ｄ＞Ｄ）とオン状態（ｄ＜Ｄ）に対応するスイッチング信号Ｓを出力する。
【００１０】
図２からわかるように、Ｄ１，Ｄ２により供給される電流Ｉ１，Ｉ２はそれぞれ、オペアンプＡ１，Ａ２の反転入力端子20-1，20-2に入力される。オペアンプＡ１，Ａ２は、対応する出力端子21-1，21-2からそれぞれ、電圧Ｖ１，Ｖ２を出力する。電圧信号Ｖ１，Ｖ２は、抵抗Ｒ１，Ｒ２を介して、信号Ｓを出力する比較器COMP1 の入力端子に供給される。信号Ｓは電圧信号Ｖ１，Ｖ２の比較結果に応じた関数であり、信号Ｓの０，１の状態は、物体の距離がＤよりも大きいか小さいかを示す。信号Ｖ１はまた、距離Ｄよりも遠くにある距離Ｄ′に対応する規定電圧Ｖc と比較するために比較器COM2に入力される。比較器COM2の出力端子は、電圧Ｖ１が入力される比較器COM1の入力端子に接続されている。比較器COM1の出力端子がローレベル（例えば、０Ｖ）のときには、比較器COM1の出力が光の干渉の影響を受けないように、比較器COM1の反転入力端子は強制的に所定レベルに設定される。
【００１１】
上述した光電セルは、以下のように動作する。物体が距離Ｄ′よりも遠い距離（例えば、かなり遠く）に存在する場合、電圧Ｖ１，Ｖ２は小さいか、かなり小さいか、あるいはゼロである。仮にＶ１＜Ｖc であれば、比較器COM2の出力は０Ｖになり、比較器COM1の反転入力端子は強制的に０Ｖに設定され、その出力はオフ状態で安定化する。物体が距離Ｄ′よりも近づくと、比較器COM2の出力はハイレベルになり、比較器COM1の出力状態は、電圧Ｖ１，Ｖ２の電圧差に応じて定まるようになる。もし、Ｄ′＞ｄ＞Ｄであれば、信号Ｓは高くなる（オフ状態に対応する）。一方、ｄ＜Ｄであれば、信号Ｓは低くなる（オン状態に対応する）。ｄ＜Ｄのときに生じる光の干渉は、信号と雑音との比を表す信号Ｓに影響を与えなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】雑音除去可能な光電セルの動作原理を説明する概略図。
【図２】図１に示した光電セルの受光回路の一部を示す回路図。
【符号の説明】
１０ 雑音除去光電セル(background-excluding photoelectric cell)
１１ 発光部(emitting section)
１２ 受光部(receiving section)
１３ 発光装置(light-emitting device)
１４ パルス状光線(pulsed optical beam)
１５ 反射光(reflected beam)
１６ 受光装置(light-receiving apparatus)
１７ 電子回路(electronic circuit)

Claims (3)

  1. 雑音を除去する光電セルは、物体からの距離の関数で表される電流を出力する第１および第２の検出部と、処理回路とを備え、
    物体の距離が検出範囲として定義された距離(D) よりも大きい（あるいは小さい）場合には、前記第１の検出部は、前記第２の検出部よりも多くの（あるいは少ない）電流(I1)を出力し、
    前記処理回路は、前記第１および第２の検出部から出力される電流にそれぞれ対応する第１の電圧信号(V1)と第２の電圧信号(V2)とを生成し、
    前記処理回路は、これら電圧信号（V1，V2）の比較結果に応じたスイッチング信号(S) を出力する主比較器(COMP1)を有する光電セルであって、
    前記第１の電圧信号（V1）を、前記検出範囲（D）より大きい距離（D'）に対応する予め定めた規定電圧（Vc）と比較するロッキングコンパレータ（COMP2）を有し、
    このロッキングコンパレータ（COMP2）は、前記第１の電圧信号（V1）が前記規定電圧（Vc）より小さいとき、前記スイッチング信号（S）を非動作状態に保持する信号（V0）を出力し、
    前記主比較器（COMP1）は、前記第１の電圧信号（V1）が前記規定電圧（Vc）より高いとき、前記第１の電圧信号（V1）と前記第２の電圧信号（V2）との比較結果に応じて、前記スイッチング信号を出力し、
    前記スイッチング信号(S)は、物体の距離（d）が前記検出範囲（D）と前記距離（D'）との間に存在する場合には、非動作状態になり、
    前記スイッチング信号（S）は、物体の距離（d）が検出範囲（D）以下の場合には、動作状態になることを特徴とする光電セル。
  2. 前記ロッキングコンパレータ(COMP2)の出力は、前記第１の電圧信号が入力される前記主比較器(COMP1)の入力端子に入力されることを特徴とする請求項１に記載の光電セル。
  3. 前記ロッキングコンパレータ(COMP2)の出力は、前記主比較器(COMP1)の反転入力端子に接続されることを特徴とする請求項１に記載の光電セル。
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