JP6000826B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は、光電センサに係り、さらに詳しくは、検出光を受光して判定信号を生成する光電センサの改良に関する。

光電センサは、検出光を生成する投光部と、検出光を受光する受光部と、投受光のタイミングを制御し、受光量に基づいて、検出対象物の有無を示す判定信号を生成する制御部により構成される。この様な光電センサには、投光部及び受光部が同一の筐体に配設された一体型のものと、別個の筐体にそれぞれ配設されたセパレート型のものがある。また、検出光を検出対象物によって遮断させる透過方式のものと、検出対象物によって反射された検出光を受光する反射方式のものがある。

判定信号は、検出光の投光時における受光量を予め定められた判定閾値と比較した比較結果に基づいて生成される。例えば、透過方式の光電センサでは、受光量が判定閾値を下回れば、検出対象物が存在すると判定される。一方、反射方式の光電センサでは、受光量が判定閾値を上回れば、検出対象物が存在すると判定される。

従来の光電センサには、受光量や判定閾値を表示し、判定閾値を変更することによって感度調整を行うことができるものがある（例えば、特許文献１）。また、受光量が判定閾値に対しどの程度のマージンがあるのかを示す余裕度（margin）を求めて表示するものもある（例えば、特許文献２）。この特許文献２には、回転操作子を操作することによって判定閾値を変化させることが記載されている。

しかしながら、この種の光電センサでは、検出対象物が存在しているか否かのいずれかにおいて、受光強度を示す受光信号を増幅するための増幅回路が飽和するような状態で使用する場合に、判定閾値を適切に定めることができず、判定精度が低下してしまうという問題があった。例えば、反射方式の光電センサでは、検出対象物までの距離が規定値よりも近い場合に、受光量が飽和してしまうことがあった。また、検出対象物が存在するときと存在しないときとで受光量の差が小さい場合に、信号ノイズや外乱光の影響を受け易く、判定精度が低いという問題もあった。

一方、受光部の受光感度や投光部の発光量を調整することにより、受光信号の増幅回路が飽和するのを防止し、判定精度の低下を抑制することができる光電センサが知られている。受光感度の調整は、増幅回路の増幅率を変化させることによって行われる。例えば、増幅率の調整は、トリマ抵抗器の抵抗値を変化させることによって行われる。トリマ抵抗器は、ユーザによって操作される操作子の回転位置に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器である。

特開平９−２５２２４２号公報 特開２００６−２９２７０２号公報

トリマ抵抗器を用いて受光感度の調整を行う従来の光電センサには、基準レベルに受光信号が重畳された判定用受光信号と閾値レベルを示すレベル信号とを比較するアナログ回路を用いて判定信号を生成するものが多い。また、この種の光電センサでは、広いダイナミックレンジを確保するために判定用受光信号の基準レベルを変化させて感度調整を行うことが多い。このため、判定用受光信号の信号レベルや閾値レベルを表示したとしても、感度調整が適切であるか否かといった調整状態の把握が容易とはならない。

また、閾値レベルを変化させることによって受光感度の調整を行う光電センサは、基準レベルを変化させて受光感度の調整を行う光電センサに比べ、ダイナミックレンジが狭い。このため、この種の光電センサでは、検出レンジの異なる複数の検出モードを切替可能とし、或いは、閾値レベルとは異なる受光パラメータ、例えば、受光回路の増幅率を調整する機能を設けることにより、ダイナミックレンジを広くしている。しかしながら、閾値レベルの調整処理とダイナミックレンジを補うための受光パラメータの調整処理とは、別個の処理であることから、直感的な調整ができなかった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、広いダイナミックレンジを確保しつつ直感的な感度調整を可能とするとともに、調整の状態を容易に把握することができる光電センサを提供することを目的とする。特に、可変抵抗器の操作子を回転させることによって、直感的な感度調整が可能な光電センサを提供することを目的とする。

第１の本発明による光電センサは、投光素子及び駆動回路を有し、上記駆動回路が上記投光素子を駆動することによってパルス状の検出光を生成する投光手段と、上記検出光を受光し、その受光量に応じた受光信号を生成する受光素子と、上記受光信号を増幅し、基準レベルに上記受光信号が重畳された判定用受光信号を生成する受光回路と、操作子、並びに、上記駆動回路及び上記受光回路の少なくともいずれか一方に接続された可変抵抗器であって、上記操作子の回転位置に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を有し、上記可変抵抗器が上記抵抗値に応じて上記判定用受光信号の上記受光信号成分を変化させる信号強度調整手段と、上記判定用受光信号及び判定用閾値の比較結果に基づいて、判定信号を生成する判定手段と、上記判定用受光信号の上記受光信号成分と、上記判定用閾値及び上記基準レベルの差分との比からなる余裕度を求める余裕度算出手段と、上記余裕度を表示する余裕度表示手段とを備え、上記信号強度調整手段が、上記回転位置に対する上記余裕度の対応関係を示す特性線が下に凸となるように構成される。

この様な構成によれば、可変抵抗器の操作子を回転させることにより、操作子の回転位置に応じて判定用受光信号の受光信号成分が変化するので、判定用受光信号が判定用閾値に対しどの程度のマージンがあるのかを示す余裕度を調整することができる。この様な余裕度を余裕度表示手段において表示することにより、検出対象物の有無を正しく判定することができる動作状態にあるか否かを容易に把握することができるとともに、動作状態に応じて余裕度を調整することができる。特に、可変抵抗器の操作子を回転させることによって直感的な感度調整を可能とするとともに、調整の状態を容易に把握することができる。また、判定用受光信号の受光信号成分を変化させるので、広いダイナミックレンジを確保することができる。また、操作子の回転位置に対する余裕度の対応関係を示す特性線が下に凸となるように余裕度を変化させることにより、余裕度の調整作業を容易化することができる。例えば、余裕度が大きい値である場合に、可変抵抗器の操作子に対し少ない回転角度で余裕度を大きく変化させることができ、余裕度の調整を簡便に行うことができる。また、余裕度が小さい値である場合には、十分な回転角度で余裕度を微調整することができ、余裕度の調整を精度良く行うことができる。

第２の本発明による光電センサは、上記構成に加え、上記信号強度調整手段が、上記回転位置に応じて、上記判定用受光信号の上記受光信号成分に加え、上記判定用閾値及び上記基準レベルの少なくともいずれか一方を変化させることにより、上記判定用閾値及び上記基準レベルの差分を変化させるように構成される。この様な構成によれば、閾値レベルや基準レベルといった受光パラメータを変化させることにより、操作子の回転位置に対する余裕度の対応関係を示す特性線を下に凸の形状にすることができる。

第３の本発明による光電センサは、上記構成に加え、さらに、上記検出光の非投光時における上記判定用受光信号を上記基準レベルとして保持する基準受光量記憶手段を備えて構成される。この様な構成によれば、検出光の投光時における判定用受光信号と、非投光時の基準レベルとから判定用受光信号の受光信号成分を得ることができる。

第４の本発明による光電センサは、上記構成に加え、上記信号強度調整手段が、上記可変抵抗器の抵抗値に基づいて、上記判定用受光信号をオフセットさせる受光量オフセット手段からなるように構成される。

この様な構成によれば、判定用受光信号をオフセットさせることにより、検出光の投光時における判定用受光信号の受光信号成分だけでなく、非投光時の判定用受光信号に係る基準レベルも変化させることができる。このため、簡素な構成によって、操作子の回転位置に対する余裕度の対応関係を示す特性線を下に凸の形状にすることができる。

第５の本発明による光電センサは、上記構成に加え、上記受光回路が、オペアンプを用いた反転増幅回路からなり、上記受光量オフセット手段が、上記オペアンプの反転入力端子に定電流を供給する電源回路からなるように構成される。

この様な構成によれば、オペアンプの反転入力端子に定電流を供給することにより、定電流が仮想接地された反転入力端子から帰還経路を経て出力端子へ流れるので、オペアンプによって増幅された判定用受光信号をオフセットさせることができる。

第６の本発明による光電センサは、上記構成に加え、上記信号強度調整手段が、上記可変抵抗器の抵抗値に基づいて、上記投光素子の発光量を変化させることにより、上記回転位置に対する上記余裕度の対応関係を示す特性線を下に凸の形状にする発光量調整手段からなるように構成される。この様な構成によれば、投光素子の発光量を変化させることにより、操作子の回転位置に対する余裕度の対応関係を示す特性線を下に凸の形状にすることができる。

第７の本発明による光電センサは、上記構成に加え、上記投光手段、上記受光素子、上記受光回路及び上記信号強度調整手段を収容し、上記検出光を投受光するための投受光窓、上記操作子及び上記余裕度表示手段が配設された筐体を備えて構成される。

この様な構成によれば、余裕度を表示し、可変抵抗器の操作子を回転させることによって当該余裕度を調整することができ、また、余裕度の調整作業が容易な一体型の光電センサを実現することができる。

本発明による光電センサでは、広いダイナミックレンジを確保しつつ直感的な感度調整を可能とするとともに、調整の状態を容易に把握することができる。特に、可変抵抗器の操作子を回転させることによって、直感的な感度調整が可能な光電センサを提供することができる。

本発明の実施の形態１による光電センサの一構成例を示した外観図であり、一体型で反射方式の光電センサ１が示されている。 図１の光電センサ１の構成例を示したブロック図である。 図２の検知制御部２２の構成例を示したブロック図である。 図２の受光回路５の構成例を示した図である。 図２の光電センサ１の動作の一例を示した図であり、投光パルスの強度波形及び判定用受光信号の電圧波形が示されている。 図２の光電センサ１の動作の一例を示した図であり、判定用受光信号の電圧波形と、基準電圧Ｖｒｅｆ、検知電圧Ｖｓ及び閾値電圧Ｖｔが示されている。 図２の光電センサ１の動作の一例を示した図であり、トリマ抵抗器５１の抵抗値Ｒ３が異なる場合の判定用受光信号の電圧波形が示されている。 図４の受光回路５の動作の一例を模式的に示した説明図であり、入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓ及び抵抗値Ｒ３に対する出力電圧Ｖｏｕｔの特性が示されている。 図２の光電センサ１の動作の一例を模式的に示した説明図であり、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線が示されている。 図２の光電センサ１における余裕度の表示処理の一例を示したフローチャートである。 本発明の実施の形態２による光電センサ１の一構成例を示したブロック図である。 図１１の受光回路５の構成例を示した図である。 図１１の光電センサ１の動作の一例を模式的に示した説明図であり、トリマ抵抗器３３の抵抗値Ｒ３に対する発光強度Ｉの特性線が示されている。

実施の形態１．
＜光電センサ１＞
図１は、本発明の実施の形態１による光電センサの一構成例を示した外観図であり、一体型で反射方式の光電センサ１が示されている。図中には、光電センサ１を側面から見た図を中心として、筐体１０の正面パネル１０ｂ、上面パネル１０ａ及び底面パネル１０ｃが示されている。光電センサ１は、検出光Ｌ１を検出対象物に照射し、検出対象物による反射光Ｌ２を受光して検出対象物の有無を示す判定信号を生成する検出スイッチである。検出光Ｌ１には、可視光線又は赤外線が用いられる。

この光電センサ１は、受光感度の調整可能な光電センサであり、伝送ケーブル１４が接続された筐体１０を備えて構成されている。筐体１０には、その上面パネル１０ａに表示部１３が配設され、正面パネル１０ｂには、トリマ操作部１２及びＬＥＤ表示灯１５が配設され、底面パネル１０ｃには、投受光窓１１が配設されている。

投受光窓１１は、検出光Ｌ１を出射し、反射光Ｌ２を入射させるための光学的な開口部である。トリマ操作部１２は、ユーザによって操作される操作子からなり、操作子の回転位置に応じて抵抗値が変化するトリマ抵抗器を構成している。筐体１０は、検出光Ｌ１の投光部、反射光Ｌ２の受光素子、受光回路及び上記トリマ抵抗器等を収容している。

この光電センサ１では、トリマ操作部１２が、受光感度を調整するための感度調整用の操作部であり、ねじ回し等の工具を用いることにより、所定の回転角度だけ回転させることができる。例えば、右に回すことにより、受光感度を上げることができ、左に回すことにより、受光感度を下げることができる。

表示部１３は、受光量や余裕度を数値で表示するための表示装置である。例えば、表示部１３は、３桁の７セグメントＬＥＤ（発光ダイオード）により構成される。光電センサ１は、３桁の数値表示が可能な液晶表示器、或いは、有機ＥＬ（エレクトロルミネセンス）表示器を表示部１３として備えるものであっても良い。

伝送ケーブル１４は、外部機器から電源を供給するための電源線と、判定信号を外部機器へ出力するため信号線により構成され、筐体１０の背面側に設けられた接続部に取り付けられている。ＬＥＤ表示灯１５は、判定信号の出力状態を表示するための表示装置である。

この光電センサ１では、受光感度を調整することにより、受光信号の増幅回路が飽和するのを防止し、判定精度の低下を抑制することができる。例えば、検出対象物までの距離が規定値よりも近くて受光量が飽和する可能性があれば、受光感度を下げることにより、受光量の飽和を防止することができる。また、検出対象物が存在するときと存在しないときとで受光量の差が小さい場合には、受光感度を上げることにより、信号ノイズや外乱光の影響を受けにくくすることができる。

図２は、図１の光電センサ１の構成例を示したブロック図である。この光電センサ１は、ＣＰＵ２、投光部３、受光素子４、受光回路５、アナログデジタル変換部６、トリマ操作部１２及び表示部１３により構成される。投光部３は、検出光Ｌ１を生成する投光素子３１と、投光素子３１を所定の発光強度で点灯させるための駆動回路３２からなる。例えば、投光素子３１には、ＬＥＤなどの発光素子が用いられる。

受光素子４は、反射光Ｌ２を受光し、その受光量に応じた受光信号を生成して受光回路５へ出力する。例えば、受光素子４は、ＰＤ（フォトダイオード）からなり、受光強度に応じて電流が変化する受光信号を生成する。

受光回路５は、受光信号を所定の増幅率で増幅し、所定の基準レベルに受光信号が重畳された判定用受光信号を生成してアナログデジタル変換部６へ出力する。受光回路５の増幅率は、トリマ操作部１２を操作して、トリマ抵抗器の抵抗値を変化させることにより、調整することができる。この様に受光回路５の増幅率を変化させることにより、受光感度の調整が行われる。

アナログデジタル変換部６は、判定用受光信号をデジタル信号に変換し、ＣＰＵ２へ出力するコンバータ回路である。ＣＰＵ２は、投光部３や表示部１３を制御し、判定用受光信号に基づいて判定信号を生成する制御部であり、タイミング制御部２１及び検知制御部２２を備えて構成される。

タイミング制御部２１は、検出光Ｌ１の投光タイミングや反射光Ｌ２の受光タイミングを制御する。検知制御部２２は、検出光Ｌ１の投光時における判定用受光信号の電圧レベルに基づいて、判定信号を生成する。また、検知制御部２２は、検出光Ｌ１の投光時における判定用受光信号の電圧レベルと、検出光Ｌ１の非投光時における判定用受光信号の電圧レベルとから余裕度を求め、求めた余裕度を表示部１３に表示するための表示データを生成する。

＜検知制御部２２＞
図３は、図２の検知制御部２２の構成例を示したブロック図である。この検知制御部２２は、判定閾値記憶部４０、比較部４１、判定信号生成部４２、基準受光量記憶部４３、第１差分演算部４４、第２差分演算部４５及び余裕度算出部４６により構成される。判定閾値記憶部４０には、検出対象物の有無を判定するための判定用閾値が保持される。例えば、所定の電圧レベルからなる閾値電圧Ｖｔが判定用閾値として保持される。

比較部４１は、検出光Ｌ１の投光時に得られた受光量データを判定閾値と比較し、その比較結果を判定信号生成部４２へ出力する。具体的には、検出光Ｌ１の投光時における判定用受光信号の電圧レベルを検知電圧Ｖｓとすれば、この検知電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔと比較される。判定信号生成部４２は、比較部４１の比較結果に基づいて、判定信号を生成する。例えば、検知電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔよりも低いか否かに応じて、電圧レベルが異なる信号が判定信号として生成される。

基準受光量記憶部４３には、検出光Ｌ１の非投光時に得られた受光量データが基準レベルとして保持される。例えば、検出光Ｌ１の非投光時における判定用受光信号の電圧レベルを基準電圧Ｖｂとすれば、この基準電圧Ｖｂが基準レベルとして保持される。第１差分演算部４４は、検出光Ｌ１の投光時に得られた受光量データと基準レベルとの第１差分Ｓを求める。具体的には、検出光Ｌ１の投光時における判定用受光信号の電圧レベル、すなわち、検知電圧Ｖｓと基準電圧Ｖｂとの電圧差分が第１差分Ｓとして求められる。この第１差分Ｓは、判定用受光信号の受光信号成分である。

第２差分演算部４５は、判定用閾値及び基準受光量の第２差分Ｂを求める。具体的には、閾値電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｂとの電圧差分が第２差分Ｂとして求められる。余裕度算出部４６は、第１差分Ｓ及び第２差分Ｂの比からなる余裕度Ｍを求め、表示部１３に数値表示するための表示データを生成する。

余裕度Ｍは、受光量が判定閾値に対しどの程度のマージンがあるのかを示す物理量であり、判定出力の安定度を客観的に評価するのに用いることができる。この余裕度Ｍは、Ｍ＝（Ｓ／Ｂ）×１００（％）により求められる。

＜受光回路５＞
図４は、図２の受光回路５の構成例を示した図である。受光回路５は、オペアンプ５０、トリマ抵抗器５１及び受光量オフセット部５２を備えて構成され、トリマ操作部１２を操作してトリマ抵抗器５１の抵抗値Ｒ３を変化させることにより、増幅率を調整するとともに、判定用受光信号を所定量だけオフセットさせることができる。トリマ抵抗器５１及び受光量オフセット部５２は、信号強度調整手段である。

オペアンプ５０は、入力電圧Ｖｉｎを差動増幅し、出力電圧Ｖｏｕｔとして出力する演算増幅器である。この受光回路５は、オペアンプ５０を備えた反転増幅回路であり、コンデンサＣ１及び抵抗素子ｒ１（抵抗値Ｒ１）を介し、受光信号が入力電圧Ｖｉｎとしてオペアンプ５０の反転入力端子に入力され、オペアンプ５０の非反転入力端子には、所定の参照電圧Ｖｒｅｆが印加されている。判定用受光信号は、オペアンプ５０の出力端子から出力電圧Ｖｏｕｔとして出力される。コンデンサＣ１は、受光信号のバイアス成分を遮断するための容量素子である。

入力電圧Ｖｉｎや出力電圧Ｖｏｕｔは、便宜上、直流成分と信号成分とに分けて説明されることが多い。そこで、入力電圧Ｖｉｎを直流成分Ｖｉｎｂ及び信号成分Ｖｉｎｓに分けて表現すれば、コンデンサＣ１は直流成分Ｖｉｎｂを遮断し、信号成分Ｖｉｎｓに応じた信号がＶｏｕｔとして出力される。後述する図１２の受光回路５を用いて説明すれば、オペアンプ５０の非反転入力端子には参照電圧Ｖｒｅｆが印加されていることから、仮想接地により反転入力端子の電圧も参照電圧Ｖｒｅｆと同じ電圧になる。

ここで、コンデンサＣ１により直流成分は遮断されており、オペアンプ５０の反転入力端子の入力インピーダンスが極めて高いことから、抵抗素子ｒ１、ｒ２（抵抗値Ｒ２）に対して、直流成分の電流は流れる余地がないため、結果的に反転入力端子の電圧Ｖｒｅｆと出力電圧Ｖｏｕｔの直流成分Ｖｏｕｔｂは同じ電圧になる。一方、コンデンサＣ１は、入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓに対しては短絡とみなせることから、入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓは、−（Ｒ２／Ｒ１）倍に増幅される。つまり、図１２に示す受光回路５により、入力電圧Ｖｉｎ（直流成分Ｖｉｎｂ及び信号成分Ｖｉｎｓの和）は、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｖｉｎｓに変換される。

図４の受光回路５に戻って説明を続ければ、オペアンプ５０の出力の一部を反転入力端子へ帰還させる帰還経路には、抵抗素子ｒ２及びトリマ抵抗器５１が設けられている。抵抗素子ｒ２は、増幅率の下限値を調整するための抵抗素子である。

トリマ抵抗器５１は、ユーザによって操作される操作子の回転位置に応じて抵抗値Ｒ３が変化する可変抵抗器である。具体的には、抵抗体を露出させた固定抵抗器と、固定抵抗器の端子間に配置され、トリマ操作部１２の操作子に連結されたスライダ（可動端子）とを備え、操作子の回転に連動してスライダが固定抵抗器上を移動する。

抵抗値Ｒ３は、操作子の回転角度に対し直線的に変化する。抵抗素子ｒ２及びトリマ抵抗器５１は、直列に接続されている。また、上記帰還経路には、出力を安定させるためのコンデンサＣ２が並列に接続されている。

受光量オフセット部５２は、トリマ抵抗器５１の抵抗値Ｒ３に基づいて、判定用受光信号をオフセットさせることにより、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線が下に凸となるように、余裕度Ｍを変化させる。この受光量オフセット部５２は、直流電源Ｖｃｃ及び抵抗素子Ｒ４からなり、オペアンプ５０の反転入力端子が仮想接地により参照電圧Ｖｒｅｆと同じ電圧になっていることから、定電流Ｉ４＝（Ｖｃｃ−Ｖｒｅｆ）／Ｒ４を供給する電源回路となっている。

受光量オフセット部５２から供給される定電流Ｉ４は、コンデンサＣ１により直流成分が遮断される上、オペアンプ５０の反転入力端子の入力インピーダンスが極めて高いことから、抵抗素子ｒ２及びトリマ抵抗器５１を通る経路しか流れることができず、出力電圧Ｖｏｕｔの直流成分Ｖｏｕｔｂは、Ｖｒｅｆ−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４となり、受光量オフセット部５２がないときに比べ、−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４だけシフトする。

一方、コンデンサＣ１は、入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓに対しては短絡とみなせることから、入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓは、−（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１倍に増幅される。つまり、図４に示す受光回路５により、入力電圧Ｖｉｎ（直流成分Ｖｉｎｂ及び信号成分Ｖｉｎｓの和）は、直流成分（Ｖｒｅｆ−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４）に信号成分｛−（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１｝×Ｖｉｎｓが重畳されたものに変換される。従って、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４−｛（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１｝×Ｖｉｎｓにより表される。

入力電圧Ｖｉｎの信号成分ＶｉｎｓをＶｉｎｓ＝Ｒ１×Ｉ１とすれば、出力電圧Ｖｏｕｔは、Ｖｏｕｔ＝Ｖｒｅｆ−Ｒ２×（Ｉ１＋Ｉ４）−Ｒ３×（Ｉ１＋Ｉ４）と表すこともできる。

入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓに対する出力電圧Ｖｏｕｔの信号成分Ｖｏｕｔｓの特性は、傾きが抵抗値Ｒ３に応じて変化する右肩下がりの直線により表される。一方、抵抗値Ｒ３に対する出力電圧Ｖｏｕｔの直流成分Ｖｏｕｔｂの特性は、入力電圧Ｖｉｎの直流成分Ｖｉｎｂにかかわらず、傾きがＩ４の値に応じて変化する右肩下がりの直線により表される。この様な出力電圧Ｖｏｕｔの特性により、電圧差分Ｂ＝（Ｖｔ−Ｖｒｅｆ）の大きさは、抵抗値Ｒ３に対し直線的に減少することになり、余裕度Ｍの特性線を抵抗値Ｒ３に対し下に凸の形状にすることができる。

＜投光パルスと判定用受光信号＞
図５は、図２の光電センサ１の動作の一例を示した図であり、図中の（ａ）には、投光パルスの強度波形が示され、（ｂ）には、受光回路５による増幅後の判定用受光信号の電圧波形が示されている。検出光Ｌ１は、一定の時間間隔、すなわち、投光周期ＴＰで投光されるパルス形状からなる。この投光周期ＴＰは、投光パルスのパルス幅ＰＷに比べて十分に長い。例えば、パルス幅ＰＷが１〜５μｓであるのに対し、投光周期ＴＰは、２５〜５００μｓである。

反射光Ｌ２の受光タイミングは、検出光Ｌ１の投光周期ＴＰやパルス幅ＰＷに基づいて決定される。判定用受光信号の電圧レベル（出力電圧Ｖｏｕｔ）は、投光タイミングに同期して極小となっている。

図６は、図２の光電センサ１の動作の一例を示した図であり、受光回路５による増幅後の判定用受光信号の電圧波形と、基準電圧Ｖｂ、検知電圧Ｖｓ及び閾値電圧Ｖｔが示されている。判定用受光信号の電圧波形は、検出光Ｌ１の非投光時には電圧レベルが概ね一定であり、投光タイミングに同期して電圧レベルが急激に減少して極小となり、その後、非投光時の電圧レベルにまで増加している。基準電圧Ｖｂは、検出光Ｌ１の非投光時（時刻ｔ_ｎｔ）に取得された判定用受光信号の電圧レベルからなる。

一方、検知電圧Ｖｓは、検出光Ｌ１の投光時に取得された判定用受光信号の電圧レベルからなる。例えば、検知電圧Ｖｓは、投光中における所定の受光タイミング（時刻ｔ_ｒ）で取得された判定用受光信号の電圧レベルからなる。電圧差分Ｂは、Ｂ＝Ｖｔ−Ｖｒｅｆにより表され、電圧差分Ｓは、Ｓ＝Ｖｓ−Ｖｒｅｆにより表される。余裕度Ｍは、Ｍ＝（Ｓ／Ｂ）×１００により求められる。

図７は、図２の光電センサ１の動作の一例を示した図であり、トリマ抵抗器５１の抵抗値Ｒ３が異なる場合の判定用受光信号の電圧波形が示されている。図中の（ａ）には、抵抗値Ｒ３が小さい場合が示され、（ｂ）には、抵抗値Ｒ３が大きい場合が示されている。

抵抗値Ｒ３が大きい場合は、抵抗値Ｒ３が小さい場合に比べ、基準電圧Ｖｂ及び検知電圧Ｖｓの電圧レベルが低下するので、電圧差分Ｂ２は、電圧差分Ｂ１よりも小さくなる。一方、電圧差分Ｓ２は、電圧差分Ｓ１よりも大きい。このため、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線は、下に凸の形状からなり、抵抗値Ｒ３が増えるに従って単調に増加する曲線となる。

図８は、図４の受光回路５の動作の一例を模式的に示した説明図であり、図中の（ａ）には、入力電圧Ｖｉｎの信号成分Ｖｉｎｓに対する出力電圧Ｖｏｕｔの特性が示され、（ｂ）には、抵抗値Ｒ３に対する出力電圧Ｖｏｕｔの特性が示されている。この図では、縦軸が出力電圧Ｖｏｕｔを表している。

図中の（ａ）に示す信号成分Ｖｉｎｓに対する出力電圧Ｖｏｕｔ（直流成分に信号成分が重畳されたもの）の特性は、抵抗値Ｒ３が一定であれば増幅率も一定であることから、右肩下がりの直線形状からなる。この特性線は、ｙ切片がｙ_１＝Ｖｒｅｆ−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４であり、傾きがｋ_１＝−（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１の直線からなり、傾きｋ_１が増幅率に相当する。

図中の（ｂ）に示す抵抗値Ｒ３に対する出力電圧Ｖｏｕｔ（直流成分に信号成分が重畳されたもの）の特性は、右肩下がりの直線形状からなる。この特性線は、ｙ切片がｙ_２＝Ｖｒｅｆ−Ｒ２×Ｉ４−（Ｒ２／Ｒ１）×Ｖｉｎｓ＝Ｖｒｅｆ−Ｒ２×Ｉ４−Ｒ２×Ｉ１であり、傾きがｋ_２＝−（Ｉ１＋Ｉ４）の直線からなる。ｙ切片ｙ_２や傾きｋ_２は、入力電流Ｉ１が少なくなれば増加する。

特に、出力電圧Ｖｏｕｔの直流成分Ｖｏｕｔｂは、Ｉ１＝０として得られ、直流成分Ｖｏｕｔｂの特性は、ｙ切片がｙ_３＝Ｖｒｅｆ−Ｒ２×Ｉ４であり、傾きがｋ_３＝−Ｉ４の直線からなる。

出力電圧Ｖｏｕｔが検知電圧Ｖｓに相当し、出力電圧Ｖｏｕｔの直流成分Ｖｏｕｔｂが基準電圧Ｖｂに相当する。つまり、検知電圧Ｖｓ及び基準電圧Ｖｂは、抵抗値Ｒ３が増えるに従って直線的に減少するのに対し、閾値電圧Ｖｔは一定である。

このため、電圧差分Ｓの大きさは、｛（Ｒ２＋Ｒ３）／Ｒ１｝×Ｖｉｎｓで表されることから、抵抗値Ｒ３が増えるに従って直線的に増加する。これに対し、基準電圧Ｖｂ＝Ｖｒｅｆ−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４が、設定可能な抵抗値Ｒ３に対し、Ｖｂ＞閾値電圧ＶｔとなるようにＶｔが設定されていれば、電圧差分Ｂの大きさは、Ｖｒｅｆ−Ｖｔ−（Ｒ２＋Ｒ３）×Ｉ４で表されることから、抵抗値Ｒ３が増えるに従って直線的に減少する。従って、（Ｓ／Ｂ）×１００で定義される余裕度Ｍは、抵抗値Ｒ３が増えるに従って被除数が直線的に増加するのに対し、抵抗値Ｒ３が増えるに従って除数は直線的に減少するため、抵抗値Ｒ３が増えるに従ってその傾きが増加する形状、すなわち、抵抗値Ｒ３に対して下に凸で単調に増加する形状となる。

図９は、図２の光電センサ１の動作の一例を模式的に示した説明図であり、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線が示されている。図８に示した出力電圧Ｖｏｕｔの特性により、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線は、下に凸で単調に増加する形状からなる。

この光電センサ１における余裕度Ｍの調整は、基準値が１００であること、すなわち、検知電圧Ｖｓが閾値電圧Ｖｔと一致する場合の余裕度Ｍが基準値１００であることを考慮すれば、検出対象物が存在する場合に余裕度Ｍが１００＋αとなり、存在しない場合には、余裕度Ｍが１００−αとなるように行われる。この様な余裕度Ｍの調整により、光電センサ１の適切な検知動作が達成される。このため、調整された感度の大小にかかわらず、すなわち、抵抗値Ｒ３の大小にかかわらず、トリマ操作部１２の回転角度に対する余裕度Ｍの変動比率が一定に近いほど、自然な変化に感じられ、余裕度Ｍの調整が容易なものとなる。

上述した通り、余裕度Ｍは、抵抗値Ｒ３が増えるに従ってその傾きが増加する形状、すなわち、抵抗値Ｒ３に対して下に凸で単調に増加する形状となる。このため、抵抗値Ｒ３が小さい値である場合に、トリマ操作部１２に対する回転角度に相当する抵抗値Ｒ３の変化（ｒ_３１〜ｒ_３２）に対する余裕度Ｍの変化比率と、抵抗値Ｒ３が大きい値である場合に、トリマ操作部１２に対する回転角度に相当する抵抗値Ｒ３の変化（ｒ_３３〜ｒ_３４）に対する余裕度Ｍの変化比率とが近づくことになり、余裕度Ｍの調整が容易なものとなる。

具体的に説明すれば、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線が直線形状からなる場合は、余裕度Ｍが大きい値であるのか、或いは、小さい値であるのかにかかわらず、トリマ操作部１２の回転角度に対する余裕度Ｍの変化量が同じになってしまうという問題があった。すなわち、余裕度Ｍが比較的に大きい値である場合に余裕度Ｍを大きく変化させようとすれば、トリマ操作部１２の回転角度を多くしなければならず、余裕度Ｍの調整が容易ではないという問題があった。また、余裕度Ｍが比較的に小さい値である場合に余裕度Ｍを微調整しようとすれば、トリマ操作部１２の回転角度を少なくしなければならず、余裕度Ｍの調整を精度良く行うことができないという問題があった。

これに対し、本実施の形態の光電センサ１によれば、余裕度Ｍの調整作業を容易化することができる。特に、余裕度Ｍが大きい値である場合に、トリマ操作部１２に対し少ない回転角度で余裕度Ｍを大きく変化させることができ、余裕度Ｍの調整を簡便に行うことができる。一方、余裕度Ｍが小さい値である場合には、十分な回転角度で余裕度Ｍを微調整することができ、余裕度Ｍの調整を精度良く行うことができる。

図１０のステップＳ１０１〜Ｓ１１０は、図２の光電センサ１における余裕度の表示処理の一例を示したフローチャートである。まず、検知制御部２２は、検出光Ｌ１の非投光時における受光量を取得し、基準受光量として記憶する（ステップＳ１０１，Ｓ１０２）。検知制御部２２は、基準受光量と判定閾値とから電圧差分Ｂを算出する（ステップＳ１０３）。

次に、検知制御部２２は、検出光Ｌ１の投光が開始されれば、投光停止までの間における所定の受光タイミングで受光量を取得し、検知受光量として記憶する（ステップＳ１０４〜Ｓ１０７）。検知制御部２２は、基準受光量と検知受光量とから電圧差分Ｓを算出し（ステップＳ１０８）、電圧差分Ｓ及びＢの比から余裕度Ｍを算出し、表示部１３に表示してこの処理を終了する（ステップＳ１０９，Ｓ１１０）。この様な余裕度Ｍの表示処理は、投光周期ＴＰごとに繰り返される。

本実施の形態によれば、余裕度Ｍが表示部１３上に表示され、トリマ抵抗器５１のトリマ操作部１２を操作することによって当該余裕度Ｍを調整することができる。このため、検出対象物の有無を正しく判定することができる動作状態にあるか否かを容易に識別することができるとともに、動作状態に応じて余裕度Ｍを調整することができる。特に、トリマ操作部１２を回転させることによって直感的な感度調整を可能とするとともに、調整の状態を容易に把握することができる。また、判定用受光信号の受光信号成分を変化させるので、広いダイナミックレンジを確保することができる。

また、トリマ操作部１２の回転位置に対する特性線が下に凸となるように余裕度Ｍを変化させることにより、余裕度Ｍの調整作業を容易化することができる。例えば、余裕度Ｍが大きい値である場合に、トリマ操作部１２に対し少ない回転角度で余裕度Ｍを大きく変化させることができ、余裕度Ｍの調整を簡便に行うことができる。また、余裕度Ｍが小さい値である場合には、トリマ操作部１２に対し十分な回転角度で余裕度Ｍを微調整することができ、余裕度Ｍの調整を精度良く行うことができる。

また、判定用受光信号をオフセットさせることにより、電圧差分Ｓだけでなく、電圧差分Ｂも変化することから、簡素な構成によって、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線を下に凸の形状にすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、トリマ操作部１２を操作することによって受光感度の調整が可能な光電センサ１に本発明を適用する場合の例について説明した。これに対し、本実施の形態では、トリマ操作部１２を操作することによって投光部３の発光強度Ｉを調整することができる光電センサ１に本発明を適用する場合について説明する。

図１１は、本発明の実施の形態２による光電センサ１の一構成例を示したブロック図である。この光電センサ１は、図２の光電センサ１と比較すれば、投光部３が、トリマ操作部１２の回転位置に応じて抵抗値Ｒ３が変化するトリマ抵抗器３３を備えている点で異なる。

駆動回路３２は、トリマ抵抗器３３の抵抗値Ｒ３に基づいて、投光素子３１の発光量を変化させる発光量調整部である。この駆動回路３２では、抵抗値Ｒ３に応じて発光強度Ｉを増加させることにより、抵抗値Ｒ３に対する余裕度Ｍの特性線を下に凸の形状にする信号強度調整が行われる。

図１２は、図１１の受光回路５の構成例を示した図である。この受光回路５は、図４の受光回路５と比較すれば、トリマ抵抗器５１及び受光量オフセット部５２を備えていない点で異なる。この受光回路５は、増幅率が固定の反転増幅回路からなる。増幅率は、Ｒ２／Ｒ１により表される。

図１３は、図１１の光電センサ１の動作の一例を模式的に示した説明図であり、トリマ抵抗器３３の抵抗値Ｒ３に対する発光強度Ｉの特性線が示されている。抵抗値Ｒ３に対する発光強度Ｉの特性線は、下に凸で単調に増加する形状の曲線からなる。

このため、余裕度Ｍが大きい値である場合に、トリマ操作部１２に対する少ない回転角度に相当する抵抗値Ｒ３の変化（ｘ_３〜ｘ_４）に対し、発光強度Ｉを大きく変化（Ｉ_３〜Ｉ_４）させることができる。

一方、余裕度Ｍが小さい値である場合には、トリマ操作部１２に対する十分な回転角度に相当する抵抗値Ｒ３の変化（ｘ_１〜ｘ_２）で、発光強度Ｉを微調整（Ｉ_１〜Ｉ_２）することができる。この様な構成によっても、トリマ抵抗器３３の抵抗値Ｒ３に対する特性線が下に凸となるように余裕度Ｍを変化させることにより、余裕度Ｍの調整作業を容易化することができる。

なお、実施の形態１及び２では、トリマ操作部１２の回転位置に対する余裕度Ｍの対応関係を示す特性線が下に凸となるように構成される場合の例について説明したが、本発明は、信号強度調整手段の構成をこれに限定するものではない。例えば、信号強度調整手段は、トリマ操作部１２の回転位置に対する余裕度Ｍの対応関係を示す特性線が右肩上がりの直線形状となるように構成されるものも本発明には含まれる。

また、実施の形態１では、信号強度調整手段が、トリマ操作部１２の回転位置に応じて、判定用受光信号の受光信号成分に加え、基準レベルを変化させることにより、判定用閾値及び基準レベルの差分を変化させる場合の例について説明した。しかしながら、本発明は、トリマ操作部１２の回転位置に応じて、判定用受光信号の受光信号成分に加え、判定用閾値及び基準レベルの両方を変化させることにより、判定用閾値及び基準レベルの差分を変化させるような構成であっても良い。

１ 光電センサ
１０ 筐体
１０ａ 上面パネル
１０ｂ 正面パネル
１０ｃ 底面パネル
１１ 投受光窓
１２ トリマ操作部
１３ 表示部
１４ 伝送ケーブル
１５ ＬＥＤ表示灯
２ ＣＰＵ
２１ タイミング制御部
２２ 検知制御部
３ 投光部
３１ 投光素子
３２ 駆動回路
３３ 発光量調整用のトリマ抵抗器
４ 受光素子
５ 受光量増幅部
４０ 判定閾値記憶部
４１ 比較部
４２ 判定信号生成部
４３ 基準受光量記憶部
４４ 第１差分演算部
４５ 第２差分演算部
４６ 余裕度算出部
５０ オペアンプ
５１ 受光感度調整用のトリマ抵抗器
５２ 受光量オフセット部
Ｌ１ 検出光
Ｌ２ 反射光

Claims (7)

1. 投光素子及び駆動回路を有し、上記駆動回路が上記投光素子を駆動することによってパルス状の検出光を生成する投光手段と、
   上記検出光を受光し、その受光量に応じた受光信号を生成する受光素子と、
   上記受光信号を増幅し、基準レベルに上記受光信号が重畳された判定用受光信号を生成する受光回路と、
   操作子、並びに、上記駆動回路及び上記受光回路の少なくともいずれか一方に接続された可変抵抗器であって、上記操作子の回転位置に応じて抵抗値が変化する可変抵抗器を有し、上記可変抵抗器が上記抵抗値に応じて上記判定用受光信号の上記受光信号成分を変化させる信号強度調整手段と、
   上記判定用受光信号及び判定用閾値の比較結果に基づいて、判定信号を生成する判定手段と、
   上記判定用受光信号の上記受光信号成分と、上記判定用閾値及び上記基準レベルの差分との比からなる余裕度を求める余裕度算出手段と、
   上記余裕度を表示する余裕度表示手段とを備え、
   上記信号強度調整手段は、上記回転位置に対する上記余裕度の対応関係を示す特性線が下に凸となるように構成されていることを特徴とする光電センサ。
2. 上記信号強度調整手段は、上記回転位置に応じて、上記判定用受光信号の上記受光信号成分に加え、上記判定用閾値及び上記基準レベルの少なくともいずれか一方を変化させることにより、上記判定用閾値及び上記基準レベルの差分を変化させることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ。
3. さらに、上記検出光の非投光時における上記判定用受光信号を上記基準レベルとして保持する基準受光量記憶手段を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電センサ。
4. 上記信号強度調整手段は、上記可変抵抗器の抵抗値に基づいて、上記判定用受光信号をオフセットさせる受光量オフセット手段からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電センサ。
5. 上記受光回路は、オペアンプを用いた反転増幅回路からなり、
   上記受光量オフセット手段は、上記オペアンプの反転入力端子に定電流を供給する電源回路からなることを特徴とする請求項４に記載の光電センサ。
6. 上記信号強度調整手段は、上記可変抵抗器の抵抗値に基づいて、上記投光素子の発光量を変化させることにより、上記回転位置に対する上記余裕度の対応関係を示す特性線を下に凸の形状にする発光量調整手段からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電センサ。
7. 上記投光手段、上記受光素子、上記受光回路及び上記信号強度調整手段を収容し、上記検出光を投受光するための投受光窓、上記操作子及び上記余裕度表示手段が配設された筐体を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電センサ。

Images