JP4579704B2

JP4579704B2 - 干渉防止機能付き光電センサ

Info

Publication number: JP4579704B2
Application number: JP2005019337A
Authority: JP
Inventors: 幸司本田
Original assignee: ジックオプテックス株式会社
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2025-01-27
Also published as: JP2006211186A

Description

本発明は、物体を検出する光電センサが複数配置されている場合に、各光電センサの干渉防止機能に関する。

一般に、光電センサは、検出物体が搬送された状態で、投光素子からの投光ビームで照射された検出物体の反射光を受光素子で受光させ、この受光した受光信号を増幅回路で増幅して、比較回路（コンパレータ）によって所定のしきい値と比較して、例えば物体の有無を検出する。複数の方向または位置から物体を検出する場合には、複数の光電センサを並列配置する必要がある。この場合、１つの光電センサの投光素子の出力を開始させる物体検知タイミング（投光タイミング）の終了前に他の光電センサの投光に基づく反射光（干渉光）を受光することにより、相互干渉を生じるおそれがある。

このため、従来から、干渉光を受光した光電センサの物体検知タイミングを所定の遅延時間だけ遅らせて、各光電センサの相互干渉を防止する種々の提案がなされている。この例として、光電センサの投光タイミングを当該光電センサの同期タイミング制御手段に設定された所定時間で決定することにより、所定時間を干渉防止に必要な時間よりも長く確保して相互干渉を防止するもの（例えば、特許文献１）、１の光電センサの投光タイミングと他の光電センサからの干渉光との重なり状態に応じて、各光電センサの投光タイミングをそれぞれ異なるずらしパターンでずらすことにより、相互干渉を防止するもの（例えば、特許文献２）が知られている。

一方、複数の検知レベルを設けて、干渉光が受光素子に入射されない期間を有効に利用して検出動作を行ない、各検知レベルに応じた遅延時間だけ遅らせて、一律の遅延時間としないことにより、干渉防止率の向上を図るものが知られている（例えば、特許文献３）。
特開平９−８３３３０号公報特開２００３−１９４９６２号公報特開平６−１６９２４８号公報

しかし、検出物体が高速で搬送された状態で物体を検出する高速測定の場合、相互干渉を防止するだけでなく、干渉光に対する遅延時間をできるだけ短くする必要があるが、特許文献１、２では遅延時間を短縮することができず、特許文献３のように複数の検知レベルに対して複数の遅延時間を設けたものでも、全体の遅延時間の短縮に限界があり、いずれも高速測定への対応が困難であった。すなわち、従来では、高速測定に対応して可及的に全体の投光遅延時間を短縮できる光電センサを実現できなかった。

本発明は、前記の問題点を解決して、複数の光電センサの相互干渉を防止し、かつ物体の高速測定に対応して可及的に投光遅延時間を短縮することを可能とした干渉防止機能付き光電センサを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明にかかる干渉防止機能付き光電センサは、投光素子を出力させて投光ビームを照射させる駆動回路と、投光ビームで照射された物体からの反射光を受光した受光素子からの受光信号を増幅する増幅回路と、投光素子の出力を開始させる物体検知タイミングで、増幅された受光信号の電圧と物体検知しきい値との比較に基づき、物体検知信号を出力する比較回路とを備えたものであって、前記比較回路は、さらに前記物体検知タイミングの終了前に複数段階設けられた干渉光検知タイミングで、増幅された受光信号の電圧と、前記干渉光検知タイミングごとに複数段階設けられた干渉光検知レベルをもつ干渉光検知しきい値との比較に基づき干渉光検知信号を出力するものであり、前記干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルに基づき、これに応じて複数設けられた投光遅延時間から所定の投光遅延時間を出力する干渉制御部と、前記所定の投光遅延時間だけ遅延された物体検知タイミングで前記投光素子を出力させるように前記駆動回路を制御する投光制御部とを備えている。

この構成によれば、物体検知タイミングの終了前での複数段階の干渉光検知タイミングにおける複数段階の干渉光検知レベルを設け、これに応じて複数段階の投光遅延時間を設けているので、従来のように複数段階の干渉光検知レベルおよび投光遅延時間だけを設けたのと異なり、これに複数段階の干渉光検知タイミングを加味して検知していることから、干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベル、つまり干渉光の経時的な検知状態に応じた最適な遅延時間を与えるので、無駄な遅延時間がなくなり、全体として可及的に投光遅延時間を短縮することができ、高速測定に対応可能となる。

好ましくは、前記干渉制御部は、前記干渉光検知タイミングの複数段階、干渉光検知タイミングの各段階ごとに設けられた干渉光検知レベルの複数段階と、干渉光検知タイミングおよび干渉光検知レベルの各段階の組合せごとに設けられた複数の投光遅延時間とを記憶する設定値記憶部と、前記干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルが、前記記憶された干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルの各段階に該当する場合に、これら各段階の組合せに応じた所定の投光遅延時間を前記投光制御部に出力する遅延時間出力部とを備えている。

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る干渉防止機能付き光電センサを示す構成図である。本センサは、投光素子１と、投光素子１を出力させて投光ビームを照射させる駆動回路２と、投光ビームで照射された検出物体Ｍからの反射光を受光する受光素子３と、受光素子３で受光した受光信号を増幅する増幅回路５と、物体Ｍを検知するために投光素子１の出力を開始させる物体検知タイミングで、増幅回路５により増幅された受光信号の電圧と所定しきい値とを比較する比較回路（コンパレータ）６、およびカウンタ回路１１を有する制御部（ＣＰＵ）７と、比較の結果に基づき例えば検出物体Ｍの有無（ＯＮ、ＯＦＦ）を出力する出力回路８とを備えて、検出物体Ｍが搬送された状態で検出物体Ｍの有無を検出するものである。検出物体Ｍの有無のほかに、検出物体Ｍの大小や明暗などを検出してもよい。投光素子１は例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）、受光素子３は例えばフォトダイオード（ＰＤ）が用いられる。

前記制御部７は、本センサ全体を制御するもので、前記比較回路６とカウンタ回路１１のほかに、干渉光防止に関する制御を行う干渉制御部９および投光素子１に関する制御を行う投光制御部１０を有する。

前記比較回路６は、所定の検知タイミングで受光信号としきい値とを比較するものであり、前記物体検知タイミングで比較するほか、さらに物体検知タイミングの終了前に複数段階設けられた干渉光検知タイミングで、増幅された受光信号の電圧と、前記干渉光検知タイミングごとに複数段階設けられた干渉光検知レベルをもつ干渉光検知しきい値との比較に基づき干渉光検知信号を出力する。この比較回路６における複数段階の干渉光検知レベルは、後述するカウンタ回路１１を介した干渉光検知タイミングと対応して干渉制御部９により設定される。

カウンタ回路１１は、比較回路６に対して検知タイミング、つまり物体検知タイミングおよび物体検知タイミング終了前に複数段階設けられた干渉光検知タイミングを与える。このカウンタ回路１１における、物体検知タイミングは制御部７により、干渉光検知タイミングは干渉制御部９により設定される。

前記干渉制御部９は、前記干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルに基づき、これに応じて複数設けられた投光遅延時間から所定の投光遅延時間を出力する。この干渉制御部９は、設定値記憶部（設定値記憶メモリ）１２と投光遅延時間出力部１４とを備えている。設定値記憶メモリ１２は、干渉光検知タイミングの複数段階を記憶する記憶部２１および干渉光検知タイミングの各段階ごとに設けられた干渉光検知レベルの複数段階を記憶する記憶部２２と、干渉光検知タイミングおよび干渉光検知レベルの各段階の組合せごとに設けられた複数の投光遅延時間を記憶する記憶部２３とを備えている。これらの設定値は予め記憶させておいてもよいし、外部入力により設定するようにしてもよい。

投光遅延時間出力部１４は、前記干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルが、前記記憶された干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルの設定値以上に該当する場合に、これら各設定値の組合せに応じた投光遅延時間の設定値を投光制御部１０に出力する。

前記投光制御部１０は、駆動回路２に対して物体検知タイミングまたは所定の投光遅延時間だけ遅延された物体検知タイミングで投光パルスを出力することにより、投光素子１を出力させるように駆動回路２を制御する。

以下、上記構成の光電センサにおける干渉光防止動作を、図３、４に基づいて説明する。図３は設定値記憶メモリ１２に記憶された設定値の一例を示し、図４は投光遅延動作を表すタイムチャートを示す。

図３のように、干渉制御部９における設定値記憶メモリ１２には、物体検知タイミング終了前６クロック、４クロック、および２クロックの干渉光検知タイミングの各段階に対して、それぞれレベル２、１、３の３段階の干渉光検知レベルが記憶されている。各干渉光検知タイミングにおける各干渉光検知レベルの各段階に対して、３、４、５、６クロックの４つの投光遅延時間が記憶されている。つまり、干渉光検知タイミングと干渉光検知レベルの各段階による９つの組合せに対して４つの投光遅延時間が設けられている。物体検知タイミングの終了時点に近づけば近づく程に、干渉光の影響が大きくなるので、投光遅延時間も大きな値に設定している。

図３において、例えば、干渉光検知レベル１は、物体を検知するしきい値であるＯＮ検知レベル×０．８、干渉光検知レベル２は、ＯＮ検知レベル×０．４、干渉光検知レベル３は、干渉光の跳ね返り信号であり、オフセット電圧−（ＯＮ検知レベル×０．４）に設定される。なお、１クロックは所定値（例えば、５μｓ以下）に設定される。

カウンタ回路１１は、タイマとカウンタを有し、干渉光がない場合には例えば、タイマにより計時されて、カウンタにより２５クロックを１周期としてカウントされる。２５クロックごとに、物体検知タイミングが比較回路６に与えられる。２５クロックをカウントするとリセットされる。また、設定値記憶メモリ１２に記憶された各段階に基づいて、カウンタ回路１１により、物体検知タイミングの終了前における６、４、２クロックの干渉光検知タイミングが比較回路６に与えられ、この干渉光検知タイミングに対応して、各干渉光検知レベル１〜３が干渉光検知しきい値として比較回路６に与えられる。

図１の増幅回路５で増幅された受光信号について、比較回路６により、２５クロックごとの物体検知タイミングでＯＮ検知レベルをもつしきい値と比較されて物体Ｍの有無が検出される。物体検知タイミング終了前における６クロック、４クロック、２クロックの干渉光検知タイミングで各干渉光検知レベル１〜３をもつ干渉光検知しきい値と比較されて干渉光が検知される。

図４のように、物体検知タイミング終了前６クロック〜４クロック間（図示ａ）の干渉光検知タイミングで干渉光検知レベル２の干渉光（図示ｂ）を検知した場合、３クロック（図示ｃ）の投光遅延時間がセットされる。この場合、前回の物体検知タイミングよりも３クロックだけ遅らせた物体検知タイミングで投光素子１から投光ビームが照射され、カウンタ回路１１は３クロック遅らせたうえで２５クロックをカウントする。

なお、仮に、その後、物体検知タイミング終了前２クロック〜０クロック間（図示ｄ）の干渉光検知タイミングで、図示しない干渉光検知レベル３の干渉光を検知した場合、前記投光遅延時間の３クロックをリセットして６クロック（図示ｅ）の投光遅延時間が再セットされる。そして、最終的にセットされた６クロックを投光遅延時間として、前回の物体検知タイミングよりも６クロックだけ遅らせた物体検知タイミングで投光素子１から投光ビームが照射され、カウンタ回路１１は６クロック遅らせたうえで２５クロックをカウントする。

これにより、各光電センサの相互干渉が防止されるとともに、干渉光検知信号の複数段階の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベル、つまり干渉光検知タイミングと干渉光検知レベルを細分化して検知して、干渉光の経時的な検知状態に応じた最適な遅延時間を与えることができる。

このように、本発明は、干渉制御部９において、物体検知タイミングの終了前での複数段階の干渉光検知タイミングにおける複数段階の干渉光検知レベルを設け、これに応じて複数段階の投光遅延時間を設けているので、従来のように複数段階の干渉光検知レベルおよび投光遅延時間だけを設けたのと異なり、これに複数段階の干渉光検知タイミングを加味して検知していることから、干渉光の経時的な検知状態に応じた最適な遅延時間を与えるので、無駄な遅延時間がなくなり、全体として可及的に投光遅延時間を短縮することができ、高速測定に対応可能となる。

本発明の一実施形態に係る干渉防止機能付き光電センサを示すブロック図である。図１の光電センサの干渉制御部を示すブロック図である。設定値記憶部に記憶された設定値の一例を示す図である。投光遅延動作を表すタイムチャートである。

符号の説明

１：投光素子（ＬＥＤ）
２：駆動回路
３：受光素子（ＰＤ）
５：増幅回路
６：比較回路（コンパレータ）
７：制御部（ＣＰＵ）
９：干渉制御部
１０：投光制御部
１２：設定値記憶部
１４：投光遅延時間出力部
２１：干渉光検知タイミング記憶部
２２：干渉光検知レベル記憶部
２３：投光遅延時間記憶部
Ｍ：検出物体

Claims

投光素子を出力させて投光ビームを照射させる駆動回路と、投光ビームで照射された物体からの反射光を受光した受光素子からの受光信号を増幅する増幅回路と、投光素子の出力を開始させる物体検知タイミングで、増幅された受光信号の電圧と所定しきい値との比較に基づき、物体検知信号を出力する比較回路とを備えた光電センサであって、
前記比較回路は、さらに前記物体検知タイミングの終了前に複数段階設けられた干渉光検知タイミングで、増幅された受光信号の電圧と、前記干渉光検知タイミングごとに複数段階設けられた干渉光検知レベルをもつ干渉光検知しきい値との比較に基づき干渉光検知信号を出力するものであり、
前記干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルに基づき、これに応じて複数設けられた投光遅延時間から所定の投光遅延時間を出力する干渉制御部と、
前記所定の投光遅延時間だけ遅延された物体検知タイミングで前記投光素子を出力させるように前記駆動回路を制御する投光制御部と、
を備えている干渉防止機能付き光電センサ。
請求項１において、前記干渉制御部は、
前記干渉光検知タイミングの複数段階と、干渉光検知タイミングの各段階ごとに設けられた干渉光検知レベルの複数段階と、干渉光検知タイミングおよび干渉光検知レベルの各段階の組合せごとに設けられた複数の投光遅延時間とを記憶する設定値記憶部と、
前記干渉光検知信号の干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルが、前記記憶された干渉光検知タイミングにおける干渉光検知レベルの各段階に該当する場合に、これら各段階の組合せに応じた所定の投光遅延時間を前記投光制御部に出力する遅延時間出力部と、
を備えている干渉防止機能付き光電センサ。