JP6501659B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

この発明は、複数のフォトダイオードが配列された多分割フォトダイオードと、フォトダイオード毎に接続され、基準電圧と制御電圧との差から分流比率が設定される複数の分流回路とを備え、設定距離を用いて検出体の検出範囲を設定する光電センサに関するものである。

従来から、多分割フォトダイオード上の受光スポットの位置を検出することで、検出体までの距離を検出し、ある設定距離より近くに存在する検出体の有無を判定するＢＧＳ（ＢａｃｋＧｒｏｕｎｄ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）型の光電センサがある。この光電センサにおいて、分流回路を用いることで、受光スポットの位置を精度良く検出するものが知られている（例えば特許文献１参照）。そして、特許文献１に開示された光電センサでは、外部のボリュームを用いて分流回路の分流比率を設定するための電圧を変えている。

特開平７−５０５６９号公報

しかしながら、特許文献１に開示される従来の光電センサでは、外部のボリュームを用いて分流比率を設定するための電圧を変えているため、この分流比率をデジタル的に調整することができない。そのため、分流比率を設定する際の作業性が悪く、また、分流比率の設定精度も悪くなるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、分流回路を備えた光電センサにおいて、従来構成に対し、分流回路の分流比率を設定する際の作業性及び設定精度の向上を図ることができる光電センサを提供することを目的としている。

この発明に係る光電センサは、複数のフォトダイオードが配列された多分割フォトダイオードと、フォトダイオード毎に接続され、基準電圧と制御電圧との差から分流比率が設定される複数の分流回路とを備え、設定距離を用いて検出体の検出範囲を設定する光電センサにおいて、分流回路毎に、フォトダイオードの一方の配列方向に沿って、前段の分流回路に対する基準電圧の電圧値以上となる基準電圧をそれぞれ設定し、且つ、全ての分流回路に対して、全ての基準電圧を含む範囲の中から１つの共通の制御電圧を設定する分流制御回路を備え、分流制御回路は、２つの電圧間に直列接続された複数の基準電圧生成用抵抗と、基準電圧生成用抵抗に直列接続され、基準電圧生成用抵抗の機能と、接続される電圧間から制御電圧を生成する機能とを有する制御電圧生成回路と、基準電圧生成用抵抗及び制御電圧生成回路により分圧された電圧を、分流回路毎の基準電圧として振り分けるスイッチ切替え回路部とを備えたものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、分流回路を備えた光電センサにおいて、従来構成に対し、分流回路の分流比率を設定する際の作業性及び設定精度の向上を図ることができる。

この発明の実施の形態１に係る光電センサの構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における多分割フォトダイオードと受光スポットとの関係の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る光電センサの動作原理を説明する図である。 この発明の実施の形態１における分流制御回路の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態１における分流制御回路の動作例を示す図である。 この発明の実施の形態２における分流制御回路の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態２における分流制御回路の動作原理を説明する図である。 この発明の実施の形態３における制御電圧生成回路の構成例を示す図である。 この発明の実施の形態４における分流制御回路の構成例を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光電センサの構成例を示す図である。
光電センサは、設定距離を用いて検出体の検出範囲を設定する距離設定型の光電センサである。以下では、光電センサとして、設定距離よりも近くに存在する検出体を検出するＢＧＳ型の光電センサを例に説明を行う。この光電センサは、図１に示すように、投光回路１、投光素子２、多分割フォトダイオード３、分流回路４、加算部５、ＩＶアンプ６、ＩＶアンプ７、演算回路８、弁別回路９、判定ロジック回路１０、出力回路１１、分流制御回路１２及び制御ロジック回路１３を備えている。

投光回路１は、制御ロジック回路１３から通知された投光タイミングに従って、投光素子２への電流を生成するものである。
投光素子２は、投光回路１により生成された電流により駆動し、光を発光するものである。この投光素子２として、例えばＬＥＤを用いる。この投光素子２により発光された光は、検出領域に投光される。そして、検出領域に検出体が存在する場合に、この検出体によって上記光が反射される。

多分割フォトダイオード３は、検出領域に存在する検出体により反射された光を受光して電気信号（電流）に変換するフォトダイオードＰＤが複数配列されたものである。この多分割フォトダイオード３により、受光スポットの位置を検出することができる。なお以下では、多分割フォトダイオード３が、８個のフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ８から構成された場合を示す。

分流回路４は、多分割フォトダイオード３を構成するフォトダイオードＰＤ毎に接続されたものであり、フォトダイオードＰＤからの電気信号（電流）を分流するものである。分流回路４は、分流制御回路１２から出力された基準電圧及び制御電圧により分流比率が設定される。この分流回路４は、図１に示すように、差動対であるトランジスタＴｒ１（Ｔｒ１＿１〜Ｔｒ１＿８），Ｔｒ２（Ｔｒ２＿１〜Ｔｒ２＿８）を備えている。このトランジスタＴｒ１は、エミッタ端子が対応するフォトダイオードＰＤの出力端に接続され、コレクタ端子がＩＶアンプ６の入力端に接続され、ベース端子が分流制御回路１２の対応する基準電圧の出力端（図４に示す基準電圧出力線ｌ１）に接続されている。また、トランジスタＴｒ２は、エミッタ端子が対応するフォトダイオードＰＤの出力端に接続され、コレクタ端子がＩＶアンプ７の入力端に接続され、ベース端子が分流制御回路１２の制御電圧の出力端（図４に示す制御電圧出力線ｌ３）に接続されている。

加算部５は、各分流回路４により分流された一方の電流を加算し、また、各分流回路４により分流された他方の電流を加算するものである。

ＩＶアンプ６は、加算部５により加算された一方の電流を電圧に変換するものである。
ＩＶアンプ７は、加算部５により加算された他方の電流を電圧に変換するものである。

演算回路８は、ＩＶアンプ６，７により変換された電圧をそれぞれ増幅して、その電圧差を演算するものである。また、演算回路８では、演算した電圧差を示す信号に対してノイズ除去を行っている。

弁別回路９は、演算回路８により演算された電圧差を示す信号（アナログ信号）を２値化（Ｈ又はＬに変換）するものである。

判定ロジック回路１０は、制御ロジック回路１３により通知された取り込みタイミングに従って弁別回路９により２値化された信号を取り込み、デジタル的に信号処理することで検出範囲における検出体の有無を判定するものである。
この判定ロジック回路１０では、弁別回路９により２値化された信号を信号処理する方法として、例えばデジタル積分方式（アップダウンカウント方式）を用いる。すなわち、判定ロジック回路１０にアップダウンカウンタを設け、弁別回路９から取り込んだ信号がＨのときはカウントアップし、信号がＬのときはカウントダウンする。そして、例えば１０段のアップダウンカウンタを用いた場合において、カウント値が０のときは遮光と判定し、カウント値が１０のときは入光と判定し、カウント値がその間の場合には前の状態を保持する。これにより、耐ノイズ性を向上することができる。すなわち、ノイズ等ある場合には、入光状態でも常にＨの信号が入り続けるとは限らず、たまにＬとなることがあるが、アップダウンカウンタではカウンタ値が０にならなければ入光判定を維持することになるため、誤判定を回避することができる。
出力回路１１は、判定ロジック回路１０による判定結果を外部に出力するものである。

分流制御回路１２は、制御ロジック回路１３から出力された制御信号に従い、各分流回路４に対する基準電圧及び制御電圧を設定するものである。この際、分流制御回路１２は、分流回路４毎に、フォトダイオードＰＤの一方の配列方向に沿って、前段の分流回路４に対する基準電圧の電圧値以上となる基準電圧をそれぞれ設定し、且つ、全ての分流回路４に対して、全ての基準電圧を含む範囲の中から１つの共通の制御電圧を設定する。この分流制御回路１２により分流回路４毎の分流比率を制御することができる。この分流制御回路１２の構成例については後述する。この分流制御回路１２は、ソフトウェアに基づくＣＰＵを用いたプログラム処理によって設定される。

制御ロジック回路１３は、光電センサ内の各部の制御を行うものである。この制御ロジック回路１３は、投光タイミングを設定して投光回路１に通知する機能、弁別回路９からの信号の取り込みタイミングを設定して判定ロジック回路１０に通知する機能、分流制御回路１２を制御するための制御信号を出力する機能を有している。
なお以下では、制御ロジック回路１３は、外部のマイコン等からのデータを元に分流位置を設定して分流制御回路１２に対する制御信号を生成する。

次に、上記のように構成された光電センサの動作原理について、図２，３を用いて説明する。なお図２，３の例では、幅が１ｍｍ、長さが０．３ｍｍのフォトダイオードＰＤを用いた場合を示している。
光電センサでは、投光素子２から検出領域に光が投光され、当該検出領域に存在する検出体により上記光が反射されると、例えば図２に示すように多分割フォトダイオード３上に光が受光される（受光スポット２０１）。この多分割フォトダイオード３を構成する各フォトダイオードＰＤには、分流回路４がそれぞれ接続されている。そして、この分流回路４を構成するトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電圧の差によって、フォトダイオードＰＤに流れる電流をＩＶアンプ６側とＩＶアンプ７側とに分けることができる。その後、各分流回路４により分流された電流をそれぞれ加算し、ＩＶアンプ６，７で電圧変換した後、演算回路８で電圧差を検出する。ここで、多分割フォトダイオード３上の受光スポット２０１の位置は、検出体までの距離により変化する。よって、上記電圧差を用いることで、光量ではなく、距離による検出体の検出が可能となる。

多分割フォトダイオード３上の受光スポット２０１の位置が図２に示すｘ方向に移動したときの、ＩＶアンプ６の出力ｖ１（実線）と、ＩＶアンプ７の出力ｖ２（破線）との関係を図３に示す。なお図３では、図１に示す各分流回路４の基準電圧を０．２Ｖ刻みで設定している（Ｖｒｅｆ１＝１．０Ｖ，Ｖｒｅｆ２＝１．２Ｖ，・・・，Ｖｒｅｆ８＝２．４Ｖ）。また、図３（ａ）では制御電圧をＶｃｎｔ＝１．７Ｖとし、図３（ｂ）では制御電圧をＶｃｎｔ＝１．８Ｖとしている。

この図３において、ｖ１＝ｖ２となる受光スポット２０１の位置は、Ｖｃｎｔ＝１．７Ｖのときには１．２ｍｍであり、Ｖｃｎｔ＝１．８Ｖのときには約１．３５ｍｍである。この場合、ＢＧＳ型の光電センサでは、Ｖｃｎｔ＝１．７Ｖのときには、受光スポット２０１の位置が１．２ｍｍより近い場合に検出体ありと判定し、それより遠い場合には反射光が強い場合でも検出体なしと判定する。一方、Ｖｃｎｔ＝１．８Ｖのときでは、受光スポット２０１の位置が１．３５ｍｍより近い場合に検出体ありと判定し、それより遠い場合には反射光が強い場合でも検出体なしと判定する。このように、制御電圧を変えることで、検出体の検出範囲を調整することができる。

また、上記の例では、フォトダイオードＰＤの長さは０．３ｍｍであるが、受光スポット２０１の位置が１．２ｍｍから１．３５ｍｍへ変化した場合の違いも検出可能となっている。すなわち、分流回路４を用いることで、検出範囲の設定間隔をフォトダイオードＰＤの長さより短い範囲にも設定することが可能となり、分解能を上げることができる。

次に、分流回路４の分流比率を決める基準電圧及び制御電圧の設定を行う分流制御回路１２の構成例について、図４を用いて説明する。なお図４では、８個の分流回路４に対する分流制御回路１２の構成例を示している。
分流制御回路１２は、図４に示すように、複数の基準電圧生成用抵抗Ｒ１（Ｒ１＿１〜Ｒ１＿９）、複数の基準電圧出力線ｌ１（ｌ１＿１〜ｌ１＿８）、制御電圧生成回路１２１、複数のスイッチｓｗ１（ｓｗ１＿０〜ｓｗ１＿９）から成るスイッチ群１２２、複数の抵抗Ｒ２（Ｒ２＿１〜Ｒ２＿９）及び２つの抵抗Ｒ３（Ｒ３＿１，Ｒ３＿２）を備えている。

基準電圧生成用抵抗Ｒ１は、２つの電圧（ＶＨ，ＶＬ）間に直列接続されたものである。この複数の基準電圧生成用抵抗Ｒ１により上記２つの電圧の分圧を行う。基準電圧生成用抵抗Ｒ１は、分流回路４をｋ個設けた場合に、（ｋ＋１）個設ける。また、各基準電圧生成用抵抗Ｒ１はそれぞれ等しい抵抗値のものを用いる。

なお、ＶＨ，ＶＬは回路動作に適した値に設定されている。すなわち、分流回路４及びＩＶアンプ６，７の入出力には正しく動作する電圧範囲があり、それに合うようにＶＨ，ＶＬが設定される。
また、分流回路４のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２には、図示はしていないが、応答速度を確保するためのバイアス電流を流す回路（トランジスタ）が接続される。このバイアス電流を流す回路が正しく動作するためには、基準電圧Ｖｒｅｆ及び制御電圧Ｖｃｎｔは、２×Ｖ_ＢＥ（ベースエミッタ間電圧）≒１．４Ｖ以上の電圧が必要となる。そのため、ＩＶアンプ６，７の入力端子の電圧は、今回のような８個のフォトダイオードＰＤで基準電圧差が０．１Ｖとすると、１．４＋０．１×８＝２．２Ｖ以上にしないと分流回路４が飽和領域となることがあり、正しく動作しなくなる。また、ＩＶアンプ６，７の入力電圧範囲の上限もあり、入力電圧をあまり高くすることもできない。よって、これらを考慮して基準電圧Ｖｒｅｆ及び制御電圧Ｖｃｎｔを決める必要があり、また、ＶＨ，ＶＬはこれらを考慮して決められる。

基準電圧出力線ｌ１は、基準電圧生成用抵抗Ｒ１により分圧された電圧を基準電圧として出力するものである。図４では、基準電圧出力線ｌ１は、一端が基準電圧生成用抵抗Ｒ１間にそれぞれ接続され、他端が対応する分流回路４のトランジスタＴｒ１のベース端子にそれぞれ接続されている。

制御電圧生成回路１２１は、基準電圧生成用抵抗Ｒ１の機能と、接続される電圧間から制御電圧を生成する機能とを有するものである。この制御電圧生成回路１２１の構成例については後述する。

スイッチ群１２２は、制御ロジック回路１３からの制御信号（ｃｎｔｌ０〜ｃｎｔｌ９）に従って、制御電圧生成回路１２１をいずれかの基準電圧生成用抵抗Ｒ１と置き換えるものである。

抵抗Ｒ２は、基準電圧生成用抵抗Ｒ１毎に並列接続されたものである。なお、各抵抗Ｒ２はそれぞれ等しい抵抗値であり、且つ、基準電圧生成用抵抗Ｒ１の１／１０程度の抵抗値のものを用いる。
抵抗Ｒ３は、両端に位置する基準電圧生成用抵抗Ｒ１に直列接続されたものである。

次に、制御電圧生成回路１２１の構成について説明する。
制御電圧生成回路１２１は、一対の接続線ｌ２（ｌ２＿１，ｌ２＿２）、複数の制御電圧生成用抵抗Ｒ４（Ｒ４＿１〜Ｒ４＿ｎ）、複数のスイッチｓｗ２（ｓｗ２＿１〜ｓｗ２＿ｎ）から成るスイッチ群１２１１及び制御電圧出力線ｌ３を備えている。

接続線ｌ２は、スイッチ群１２２によりいずれかの基準電圧生成用抵抗Ｒ１と置き換わることで、一端が当該基準電圧生成用抵抗Ｒ１に隣接する基準電圧生成用抵抗Ｒ１にそれぞれ接続されるものである。

制御電圧生成用抵抗Ｒ４は、接続線ｌ２間に直列接続されたものである。この複数の制御電圧生成用抵抗Ｒ４により上記接続線ｌ２間の電圧の分圧を行う。なお、各制御電圧生成用抵抗Ｒ４の抵抗値の合計は、基準電圧生成用抵抗Ｒ１の抵抗値と等しくなるようにする。この制御電圧生成用抵抗Ｒ４により、制御電圧の調整ステップを細かくする。

スイッチ群１２１１は、制御ロジック回路１３からの制御信号（ｃｎｔｌ＿ｂ）に従って、制御電圧生成用抵抗Ｒ４により分圧された電圧のうちの１つを制御電圧として選択するものである。

制御電圧出力線ｌ３は、スイッチ群１２１１により選択された制御電圧を各分流回路４のトランジスタＴｒ２のベース端子に出力するものである。この制御電圧出力線ｌ３は、一端がスイッチ群１２１１を構成する各スイッチｓｗ１の出力端に接続され、他端が各分流回路４のトランジスタＴｒ２のベース端子に接続されている。

また、制御ロジック回路１３では、スイッチ群１２２に対する制御信号ｃｎｔｌ０〜ｃｎｔｌ９及びスイッチ群１２１１に対する制御信号ｃｎｔ＿ｂを出力する。なお図４において、制御信号ｃｎｔｌ１〜ｃｎｔｌ８は、スイッチｓｗ１＿１〜ｓｗ１＿８が取りうる状態として３状態あるため、２ｂｉｔ以上の信号とする。また、制御信号ｃｎｔｌ０，ｃｎｔｌ９は、スイッチｓｗ１＿０，ｓｗ１＿９が取りうる状態として２状態あるため、１ｂｉｔ以上の信号とする。

ここで、例えば図５に示すように、スイッチｓｗ１＿５，ｓｗ１＿６により、基準電圧生成用抵抗Ｒ１＿６を切断し、代わりに、制御電圧生成回路１２１を接続させる。この場合、基準電圧生成用抵抗Ｒ１＿６の代わりに制御電圧生成回路１２１が他の基準電圧生成用抵抗Ｒ１に直列接続されることになる。その結果、制御電圧として、Ｖｒｅｆ５〜Ｖｒｅｆ６間の電圧を選択することができる。

また、図４に示す分流制御回路１２では、分流回路４で用いる基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ８に対し、より高い電圧であるＶｒｅｆ９とより低い電圧であるＶｒｅｆ０を設定し、制御電圧生成回路１２１で電圧Ｖｒｅｆ０〜Ｖｒｅｆ９の範囲から制御電圧を選択可能としている。これにより、設定距離の設定可能な範囲を最大に広げることができる。

以上のように、この実施の形態１によれば、分流回路４毎に、フォトダイオードＰＤの一方の配列方向に沿って、前段の分流回路４に対する基準電圧の電圧値以上となる基準電圧をそれぞれ設定し、且つ、全ての分流回路４に対して、全ての基準電圧を含む範囲の中から１つの共通の制御電圧を設定する分流制御回路１２を備えたので、基準電圧及び制御電圧をデジタル的に調整することが可能となり、分流回路４を備えた光電センサにおいて、従来構成に対し、分流回路４の分流比率を設定する際の作業性及び設定精度の向上を図ることができる。

また、図４の構成では、スイッチ群１２２を構成するスイッチｓｗ１のオン抵抗に対し、基準電圧生成用抵抗Ｒ１を十分大きい値とする必要がある。しかしながら、この基準電圧生成用抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくすると、基準電圧のインピーダンスが高くなり、誤差が大きくなる。そこで、本発明では、基準電圧生成用抵抗Ｒ１毎に抵抗Ｒ２を並列接続している。これにより、基準電圧生成用抵抗Ｒ１の抵抗値を大きくしても、基準電圧のインピーダンスを下げることができ、接続先の分流回路４のベース電流の影響を低減することができる。

また、本発明では、外部のマイコン等により制御ロジック回路１３の入力データをスキャンしながら出力がオンするデータを求め（チューニング）、求めたデータを制御ロジック回路１３の設定データとして入力し、制御ロジック回路１３はこの入力したデータを用いて、分流回路４の分流比率を決める基準電圧及び制御電圧を調整することができる。これにより、自動設定（オートチューニング）が可能となり、チューニング時の距離より近い場所にある検出体を検出することができる。また、これにより、設定精度の向上及び再現性の確保が可能となる。

また、分流回路４は差動対である２つのトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電圧の差で動作する。そのため、同一の電圧間から制御電圧と基準電圧を設定することで、当該電圧の変動等に対して影響を受け難い回路とすることができる。

なお上記では、基準電圧の設定間隔の設定方法については言及していない。ここで、分流回路４では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電圧の差が０．２Ｖを超えると、フォトダイオードＰＤからの電流のほとんどがベース電圧が高い方のトランジスタに流れるという特性がある。そのため、基準電圧の設定間隔として、例えば、０．０５Ｖ〜０．２Ｖの間に設定してもよい。

実施の形態２．
実施の形態２では、分流制御回路１２の別の構成例について、図６を用いて説明する。図６の例では、８個の分流回路４に対する分流制御回路１２の構成例を示している。
実施の形態２における分流制御回路１２は、図６に示すように、複数の基準電圧生成用抵抗Ｒ５（Ｒ５＿１〜Ｒ５＿４）、制御電圧生成回路１２１、スイッチ切替え回路１２３、複数の基準電圧出力線ｌ１（ｌ１＿１〜ｌ１＿８）、複数の抵抗Ｒ６（Ｒ６＿１〜Ｒ６＿５）及び２つの抵抗Ｒ７（Ｒ７＿１，Ｒ７＿２）を備えている。

基準電圧生成用抵抗Ｒ５は、２つの電圧（ＶＨ，ＶＬ）間に直列接続されたものである。基準電圧生成用抵抗Ｒ５は、分流回路４の個数より少ない数設けられる。なお、各基準電圧生成用抵抗Ｒ５はそれぞれ等しい抵抗値のものを用いる。

制御電圧生成回路１２１は、基準電圧生成用抵抗Ｒ５に直列接続されたものであり、基準電圧生成用抵抗Ｒ５の機能と、接続される電圧間から制御電圧を生成する機能とを有するものである。この制御電圧生成回路１２１の接続箇所は、上記２つの電圧間のいずれの箇所でもよい。この複数の基準電圧生成用抵抗Ｒ５及び制御電圧生成回路１２１により上記２つの電圧の分圧を行う。なお、制御電圧生成回路１２１の構成は、図４に示す構成と同様であり、その説明を省略する。

スイッチ切替え回路１２３は、制御ロジック回路１３からの制御信号（ｃｎｔｌ）に従って、基準電圧生成用抵抗Ｒ５及び制御電圧生成回路１２１により分圧された電圧を、分流回路４毎の基準電圧として振り分けるものである。

基準電圧出力線ｌ１は、スイッチ切替え回路１２３により振り分けられた基準電圧を対応する分流回路４に出力するものである。この基準電圧出力線ｌ１は、一端がスイッチ切替え回路１２３の出力端にそれぞれ接続され、他端が対応する分流回路４のトランジスタＴｒ１のベース端子にそれぞれ接続されている。

抵抗Ｒ６は、制御電圧生成回路１２１及び基準電圧生成用抵抗Ｒ５毎に並列接続されたものである。なお、各抵抗Ｒ６はそれぞれ等しい抵抗値であり、且つ、基準電圧生成用抵抗Ｒ５の１／１０程度の抵抗値のものを用いる。
抵抗Ｒ７は、両端に位置する基準電圧生成用抵抗Ｒ５（端部に制御電圧生成回路１２１が位置する場合には制御電圧生成回路１２１）に直列接続されたものである。

また、制御ロジック回路１３では、スイッチ切替え回路１２３に対する制御信号ｃｎｔｌ及びスイッチ群１２１１に対する制御信号ｃｎｔ＿ｂを出力する。

図６に示す分流制御回路１２では、８個の分流回路４に対する基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ８を、６つの電圧ＶＲ１〜ＶＲ６の中から選択する。また、制御電圧Ｖｃｎｔは、電圧ＶＲ３〜ＶＲ４の間の電圧から選択する。
なお、図４に示す実施の形態１の分流制御回路１２で基準電圧の電圧間隔を０．１Ｖとした場合、図６に示す実施の形態２の分流制御回路１２において、電圧ＶＲ１〜ＶＲ６の電圧間隔を０．１Ｖとすることで、実施の形態１と同様の動作が可能となる。

ここで、分流回路４では、トランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電圧の差が０．２Ｖ以上になるとフォトダイオードＰＤからの電流はほぼ一方にしか流れないという特性がある。そのため、例えばベース電圧の差が０．２Ｖの分流回路４と０．３Ｖの分流回路４がある場合には、両方とも０．２Ｖとなるように基準電圧を変更しても、その分流結果の誤差は無視できるレベルとなる。よって、制御電圧から０．２Ｖ以上離れた基準電圧はまとめることができる。

例えば、図４に示す実施の形態１の分流制御回路１２において、基準電圧生成用抵抗Ｒ１＿５を制御電圧生成回路１２１に置き換えた場合を考える。この場合、制御電圧はＶｒｅｆ４〜Ｖｒｅｆ５の間の電圧となる。そのため、図７（ａ）に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆ８、Ｖｒｅｆ１が印加される分流回路４では、基準電圧をＶｒｅｆ８からＶｒｅｆ７に変え、また、基準電圧をＶｒｅｆ１からＶｒｅｆ２に変えても、分流された電流値はほぼ等しい結果となる。
同様に、制御電圧がＶｒｅｆ６〜Ｖｒｅｆ７の間の電圧となる場合、図７（ｂ）に示すように、基準電圧Ｖｒｅｆ１〜Ｖｒｅｆ３をＶｒｅｆ４としても結果の誤差は無視できるレベルになる。

そこで、図７（ａ）の場合には、基準電圧を、Ｖｒｅｆ１＝Ｖｒｅｆ２＝ＶＲ１，Ｖｒｅｆ３＝ＶＲ２，Ｖｒｅｆ４＝ＶＲ３，Ｖｒｅｆ５＝ＶＲ４，Ｖｒｅｆ６＝ＶＲ５，Ｖｒｅｆ７＝Ｖｒｅｆ８＝ＶＲ６とするように、スイッチ切替え回路１２３を制御する。これにより、実施の形態１の場合と同じ分流結果が得ることができる。

また、図７（ｂ）の場合には、基準電圧を、Ｖｒｅｆ１＝Ｖｒｅｆ２＝Ｖｒｅｆ３＝Ｖｒｅｆ４＝ＶＲ１，Ｖｒｅｆ５＝ＶＲ２，Ｖｒｅｆ６＝ＶＲ３，Ｖｒｅｆ７＝ＶＲ４，Ｖｒｅｆ８＝ＶＲ５とするように、スイッチ切替え回路１２３を制御する。これにより、実施の形態１の場合と同じ分流結果が得られることになる。

なお上記では、基準電圧の電圧間隔が０．１Ｖの場合を示したが、電圧間隔がもっと大きい場合には、電圧ＶＲ１〜ＶＲ４の４レベルで８個の分流回路４に対する基準電圧の振り分けが可能な場合もある。

また上記では、基準電圧生成用抵抗Ｒ５の抵抗値をそれぞれ等しくし、また、抵抗Ｒ６の抵抗値をそれぞれ等しくした場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、基準電圧生成用抵抗Ｒ５の抵抗値が等しくなく、また、抵抗Ｒ６の抵抗値が等しくなくても、分流動作は行われる。ただし、この場合の結果は、抵抗値を等しくした場合とは異なる。

以上のように、この実施の形態２によれば、分流回路４の特性を利用して、分流回路４に対する基準電圧を一部まとめるように構成したので、実施の形態１における効果に加え、回路規模を小さくすることができる。また、基準電圧及び制御電圧を生成する際に用いる電圧をより小さくすることができる。

実施の形態３．
実施の形態３では、制御電圧生成回路１２１の別の構成例について、図８を用いて説明する。
実施の形態３における制御電圧生成回路１２１は、図８に示すように、一対の接続線ｌ２（ｌ２＿１，ｌ２＿２）、複数の第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８（Ｒ８＿１〜Ｒ８＿８）、分圧回路１２１２及び、複数のスイッチｓｗ３（ｓｗ３＿０〜ｓｗ３＿９）から成るスイッチ群１２１３を備えている。なお以下では、制御電圧生成回路１２１が実施の形態１の分流制御回路１２に適用される場合を示す。

接続線ｌ２は、スイッチ群１２２によりいずれかの基準電圧生成用抵抗Ｒ１と置き換わることで、一端が当該基準電圧生成用抵抗Ｒ１に隣接する基準電圧生成用抵抗Ｒ１にそれぞれ接続されるものである。

第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８は、接続線ｌ２間に直列接続されたものである。この複数の第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８により上記接続線ｌ２間の電圧の分圧を行う。なお、各第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８の抵抗値の合計は、基準電圧生成用抵抗Ｒ１の抵抗値と等しくなるようにする。この第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８により、制御電圧の調整ステップを細かくすることができる。

分圧回路１２１２は、第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８の機能と、接続される電圧間から制御電圧を生成する機能とを有するものである。この分圧回路１２１２の構成例については後述する。

スイッチ群１２１３は、制御ロジック回路１３からの制御信号（ｃｎｔｌ１０〜ｃｎｔｌ１８）に従って、分圧回路１２１２をいずれかの第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８と置き換えるものである。

次に、分圧回路１２１２の構成について説明する。
分圧回路１２１２は、一対の接続線ｌ４（ｌ４＿１，ｌ４＿２）、複数の第２の制御電圧生成用抵抗Ｒ９（Ｒ９＿１〜Ｒ９＿ｎ）、複数のスイッチｓｗ４（ｓｗ４＿１〜ｓｗ４＿ｎ）から成るスイッチ群１２１２１及び制御電圧出力線ｌ３を備えている。

接続線ｌ４は、スイッチ群１２１３によりいずれかの第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８と置き換わることで、一端が当該第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８に隣接する第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８にそれぞれ接続されるものである。

第２の制御電圧生成用抵抗Ｒ９は、接続線ｌ４間に直列接続されたものである。この複数の第２の制御電圧生成用抵抗Ｒ９により上記接続線ｌ４間の電圧の分圧を行う。なお、各第２の制御電圧生成用抵抗Ｒ９の抵抗値の合計は、第１の制御電圧生成用抵抗Ｒ８の抵抗値と等しくなるようにする。この第２の制御電圧生成用抵抗Ｒ９により、制御電圧の調整ステップをさらに細かくすることができる。

スイッチ群１２１２１は、制御ロジック回路１３からの制御信号（ｃｎｔｌ＿ｂ）に従って、第２の制御電圧生成用抵抗Ｒ９により分圧された電圧のうちの１つを制御電圧として選択するものである。

制御電圧出力線ｌ３は、スイッチ群１２１２１により選択された制御電圧を各分流回路４のトランジスタＴｒ２のベース端子に出力するものである。この制御電圧出力線ｌ３は、一端がスイッチ群１２１２１を構成する各スイッチｓｗ４の出力端に接続され、他端が各分流回路４のトランジスタＴｒ２のベース端子に接続されている。

また、制御ロジック回路１３では、スイッチ群１２２に対する制御信号ｃｎｔｌ０〜ｃｎｔｌ９及びスイッチ群１２１３，１２１２１に対する制御信号ｃｎｔｌ１１〜ｃｎｔｌ１８，ｃｎｔｌ＿ｂを出力する。

ここで、図４に示す実施の形態１の制御電圧生成回路１２１では、接続線ｌ２間に直列接続された抵抗Ｒ４により分圧しており、例えば６４段階切替を行うためには６３個の抵抗Ｒ４と６４個のスイッチｓｗ２が必要となる。それに対して、図８に示す実施の形態３の制御電圧生成回路１２１では、分圧を２段階に分けて行っている。これにより、同じ６４段階切替が可能な回路において、抵抗Ｒ８，Ｒ９は１６個、スイッチｓｗ３，ｓｗ４は４０個に減らすことができる。なお、スイッチｓｗ３＿１〜ｓｗ３＿７は４極のスイッチなので４個、スイッチｓｗ３＿０，ｓｗ３＿９は２個としてカウントしている。

以上のように、この実施の形態３によれば、２段階に分けて分圧を行う制御電圧生成回路１２１を設けたので、実施の形態１に対し、制御電圧の高分解能化が可能となり、また、回路規模を小さくすることができる。

なお上記では、図８に示す実施の形態３の制御電圧生成回路１２１を、実施の形態１の分流制御回路１２に適用する場合について示したが、実施の形態２の分流制御回路１２に適用してもよく、同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
実施の形態１〜３の分流制御回路１２では、制御電圧及び基準電圧を、抵抗を用いた分圧により生成している。そのため、分流回路４に大きな電流が流れる場合には、分流回路４のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２のベース電流が流れ、誤差が大きくなることがある。実施の形態４では、これを解消する構成を示す。
図９はこの発明の実施の形態４における分流制御回路１２の構成例を示す図である。この図９に示す実施の形態４における分流制御回路１２は、図６に示す実施の形態２における分流制御回路１２に、バッファ回路１２４，１２５を設けたものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。

バッファ回路１２４は、基準電圧の出力に設けられたものである。このバッファ回路１２４は、図９に示すように、複数の電流源Ｉｓ１（Ｉｓ１＿１〜Ｉｓ１＿８）及び複数のトランジスタＴｒ３（Ｔｒ３＿１〜Ｔｒ３＿８）を備えている。
電流源Ｉｓ１は、定電流を流すものである。
トランジスタＴｒ３は、ベース端子が基準電圧出力線ｌ１に接続され、エミッタ端子が電流源Ｉｓ１に接続され、コレクタ端子に電源電圧Ｖｃｃが印加されるものである。

バッファ回路１２５は、制御電圧の出力に設けられたものである。このバッファ回路１２５は、図９に示すように、電流源Ｉｓ２及びトランジスタＴｒ４を備えている。
電流源Ｉｓ２は、定電流を流すものである。
トランジスタＴｒ４は、ベース端子が基準電圧出力線ｌｓ１に接続され、エミッタ端子が電流源Ｉｓ２に接続され、コレクタ端子に電源電圧Ｖｃｃが印加されるものである。

以上のように、この実施の形態４によれば、基準電圧の出力及び制御電圧の出力にそれぞれバッファ回路１２４，１２５を設けたので、分流回路４に大きな電流が流れた場合においても誤差を低減することができる。

なお上記では、バッファ回路１２４，１２５を実施の形態２の分流制御回路１２に適用する場合について示したが、実施の形態１の分流制御回路１２に適用してもよく、同様の効果を得ることができる。

また上記では、光電センサとして、設定距離よりも近くに存在する検出体を検出するＢＧＳ型の光電センサを用いて説明を行った。しかしながら、これに限るものではなく、設定距離よりも遠くに存在する検出体を検出するＦＧＳ（ＦｏｒｅＧｒｏｕｎｄ Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ）型の光電センサについても同様に本発明を適用することができる。

また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 投光回路
２ 投光素子
３ 多分割フォトダイオード
４ 分流回路
５ 加算部
６ ＩＶアンプ
７ ＩＶアンプ
８ 演算回路
９ 弁別回路
１０ 判定ロジック回路
１１ 出力回路
１２ 分流制御回路
１３ 制御ロジック回路
１２１ 制御電圧生成回路
１２２ スイッチ群１２２
１２３ スイッチ切替え回路
１２４ バッファ回路
１２５ バッファ回路
１２１１ スイッチ群
１２１２ 分圧回路
１２１３ スイッチ群
１２１２１ スイッチ群

Claims (5)

1. 複数のフォトダイオードが配列された多分割フォトダイオードと、前記フォトダイオード毎に接続され、基準電圧と制御電圧との差から分流比率が設定される複数の分流回路とを備え、設定距離を用いて検出体の検出範囲を設定する光電センサにおいて、
   前記分流回路毎に、前記フォトダイオードの一方の配列方向に沿って、前段の前記分流回路に対する前記基準電圧の電圧値以上となる前記基準電圧をそれぞれ設定し、且つ、全ての前記分流回路に対して、全ての前記基準電圧を含む範囲の中から１つの共通の前記制御電圧を設定する分流制御回路を備え、
   前記分流制御回路は、
   ２つの電圧間に直列接続された複数の基準電圧生成用抵抗と、
   前記基準電圧生成用抵抗に直列接続され、前記基準電圧生成用抵抗の機能と、接続される電圧間から前記制御電圧を生成する機能とを有する制御電圧生成回路と、
   前記基準電圧生成用抵抗及び前記制御電圧生成回路により分圧された電圧を、前記分流回路毎の前記基準電圧として振り分けるスイッチ切替え回路部とを備えた
   ことを特徴とする光電センサ。
2. 前記分流制御回路は、
   前記制御電圧生成回路及び前記基準電圧生成用抵抗毎に並列接続された複数の抵抗を備えた
   ことを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
3. 前記制御電圧生成回路は、
   前記接続される電圧間に直列接続された複数の制御電圧生成用抵抗と、
   前記制御電圧生成用抵抗により分圧された電圧のうちの１つを前記制御電圧として選択するスイッチ群とを備えた
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光電センサ。
4. 前記制御電圧生成回路は、
   前記接続される電圧間に直列接続された複数の第１の制御電圧生成用抵抗と、
   接続される第２の電圧間から前記制御電圧を生成する機能を有する分圧回路と、
   前記分圧回路をいずれかの前記第１の制御電圧生成用抵抗と置き換えるスイッチ群とを備え、
   前記分圧回路は、
   前記接続される第２の電圧間に直列接続された複数の第２の制御電圧生成用抵抗と、
   前記第２の制御電圧生成用抵抗により分圧された電圧のうちの１つを前記制御電圧として選択するスイッチ群とを備えた
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光電センサ。
5. 前記分流制御回路は、
   前記基準電圧の出力に設けられたバッファ回路と、
   前記制御電圧の出力に設けられたバッファ回路とを備えた
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の光電センサ。

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