JP7021631B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は、対象物の到来及び／又は通過を検出する光電センサに関する。

従来、検出領域に対象物が到来又は通過したことを検出するために、下記特許文献１に記載されているような透過型又は回帰反射型の光電センサが用いられている。これらのタイプの光電センサは、投光部から検出領域に投光された光が、対象物によって遮蔽されることにより、受光部に受光されなくなることに基づいて対象物の到来を検出する。

従来の光電センサは、一時点における受光量が閾値よりも大きいか小さいかに従って対象物の有無を判定している。これに対して、発明者は、受光量の時間的な変化（受光量の波形）の情報を利用すれば、対象物についての単なる有無以上の情報を取得できたり、閾値設定を不要にするなどのユーザビリティの改善ができたりする可能性があると考えている。発明者が提案する新しい光電センサは、受光量の時間的な変化を扱うために、所定の期間に取得した信号値を蓄積し、かつ、更新し続けるためのＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリを備える。

特開２００９－３００１１１号公報

受光量の時間的な変化の情報を利用する新しい光電センサは、遮光に基づく対象物の到来検出及び／又は通過検出にも用いることができることが好ましい。そこで、本発明は、受光量の時間的な変化の情報を利用して遮光に基づく対象物の到来検出及び／又は通過検出を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。

本開示の一態様に係る光電センサは、検出領域に投光する投光部と、検出領域からの光を受光し、受光量を逐次信号値に変換する測定部と、所定数の信号値を測定部から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の信号値を測定部から新たに取得した信号値により更新する記憶部と、更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、記憶部に記憶されている所定数の信号値が到来確定条件を満たすか否かを判定することを到来確定条件を満たすまで継続する処理と、更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、記憶部に記憶されている所定数の信号値が通過確定条件を満たすか否かを判定することを通過確定条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す判定部と、を備える。

この態様によれば、受光量の時間的な変化の情報を利用して遮光に基づく対象物の到来検出及び／又は通過検出をすることができる。

本明細書において、信号値が大きいことは受光量が大きいことに対応し、信号値が小さいことは受光量が小さいことに対応する。

上記態様において、到来確定条件は、所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件であってもよい。

上記態様において、判定部により到来確定条件を満たすと判定された場合に、検出領域に対象物が到来したことを示す到来確定信号を出力する出力部をさらに備えてもよい。

上記態様において、到来確定条件は、所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための立ち下がり条件が満たされた後に所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件が満たされることであってもよい。

上記態様において、出力部は、判定部により立ち下がり条件を満たすと判定された場合に、検出領域に対象物が到来したことを仮に示す到来仮信号を出力し、判定部により到来確定条件を満たすと判定された場合に、検出領域に対象物が到来したことを示す到来確定信号を出力してもよい。

この態様によれば、対象物が検出領域に到来したことについて、確定報より前に速報を行うことができる。

上記態様において、出力部は、判定部により立ち上がり条件を満たすと判定された場合に、検出領域を対象物が通過したことを仮に示す到来仮信号を出力し、判定部により到来仮信号の出力後の所定時間内に、到来確定条件を満たさないと判定された場合に、到来仮信号を取り消す到来取消信号を出力してもよい。

この態様によれば、光電センサの出力信号を受信する側において、到来仮信号の受信後の所定時間内に到来取消信号の受信がなければ、到来が確定したとものと扱うことができる。

上記態様において、通過確定条件は、所定数の信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件であってよい。

入光基準値は、投光部から受光部に至る光を対象物が遮蔽していないときの信号値に対応するように定められる。

上記態様において、判定部により通過確定条件を満たすと判定された場合に、検出領域を対象物が通過したことを示す通過確定信号を出力する出力部をさらに備えてもよい。

上記態様において、通過確定条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための立ち上がり条件が満たされた後に所定数の信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件が満たされることであってもよい。

上記態様において、出力部は、判定部により立ち上がり条件を満たすと判定された場合に、検出領域を対象物が通過したことを仮に示す通過仮信号を出力し、判定部により通過確定条件を満たすと判定された場合に、検出領域を対象物が通過したことを示す通過確定信号を出力してもよい。

この態様によれば、対象物が検出領域を通過したことについて、確定報より前に速報を行うことができる。

上記態様において、出力部は、判定部により立ち上がり条件を満たすと判定された場合に、検出領域を対象物が通過したことを仮に示す通過仮信号を出力し、判定部により通過仮信号の出力後の所定時間内に通過確定条件を満たさないと判定された場合に、通過仮信号を取り消す通過取消信号を出力してもよい。

この態様によれば、光電センサの出力信号を受信する側において、通過仮信号の受信後の所定時間内に通過取消信号の受信がなければ、通過が確定したとものと扱うことができる。

上記態様において、判定部は、機械学習により生成されたパラメータにより特定され、所定数の信号値を入力し、所定数の信号値が到来確定条件を満たすことに関する出力又は通過確定条件を満たすことに関する出力を行う学習済みモデルを備えてもよい。

本発明によれば、受光量の時間的な変化の情報を利用して遮光に基づく対象物の到来検出及び／又は通過検出をすることができる光電センサが提供される。

本発明の第１実施形態に係る光電センサを含む検出システムの概要を示す図である。 第１実施形態に係る光電センサの機能ブロックを示す図である。 第１実施形態に係る光電センサの動作を説明する図である。 第１実施形態に係る光電センサにより実行される対象物の到来検出処理のフローチャートである。 第１実施形態に係る光電センサにより実行される自動調整動作のフローチャートである。 第２実施形態に係る光電センサにより実行される対象物の到来検出処理のフローチャートである。 第２実施形態に係る光電センサにより実行される対象物の到来検出処理の詳細を示すフローチャートである。 第３実施形態に係る光電センサにより実行される対象物の到来検出処理のフローチャートである。

以下、本発明の一側面に係る実施の形態（以下、「本実施形態」と表記する。）を、図面に基づいて説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

［第１実施形態］
［構成例］
図１及び２を参照しつつ、本発明の第１実施形態に係る光電センサ１０の構成の一例について説明する。図１は、第１実施形態に係る光電センサ１０を含む検出システム１の概要を示す図である。検出システム１は、光電センサ１０と、コントローラ２０と、コンピュータ３０と、ロボット４０と、搬送装置５０とを備える。

光電センサ１０は、検出領域１０ａに対象物１００が到来したか否かに応じて値が変化する物理量に対応する信号値に基づいて、検出領域１０ａに対象物１００が到来したことを検出する装置である。光電センサ１０は、例えば透過形の光電センサであったり、回帰反射形の光電センサであったりしてよい。図１では、光電センサ１０は透過型で検出するように配置された投光用光ファイバ１０１及び受光用光ファイバ１０２を備えている。光電センサ１０が透過形又は回帰反射形の光電センサで構成される場合、対象物１００が光電センサ１０の検出領域１０ａに到来すると、検出される光量が減少する。

対象物１００は、光電センサ１０による検出の対象となる物であり、例えば生産される製品の完成品であったり、部品等の未完成品であったりしてよい。

コントローラ２０は、ロボット４０及び搬送装置５０を制御する。コントローラ２０は、例えばＰＬＣ（Programmable Logic Controller）で構成されてよい。コントローラ２０は、光電センサ１０からの出力により対象物１００が到来したことを検知し、ロボット４０を制御する。

コンピュータ３０は、光電センサ１０、コントローラ２０及びロボット４０の設定を行う。また、コンピュータ３０は、コントローラ２０から、コントローラ２０による制御の実行結果を取得する。さらに、コンピュータ３０は、光電センサ１０により検出領域１０ａに対象物１００が到来したか否かを判定するためのアルゴリズム（学習済みモデル）において用いられるパラメータを機械学習により生成する学習装置を含んでよい。アルゴリズム（学習済みモデル）の種類には、例えばニューラルネットワークや決定木がある。

ロボット４０は、コントローラ２０による制御に従って、対象物１００を操作したり加工したりする。ロボット４０は、例えば対象物１００をピックアップして別の場所に移動させたり、対象物１００を切削したり、組み立てたりしてよい。

搬送装置５０は、コントローラ２０による制御に従って、対象物１００を搬送する装置である。搬送装置５０は、例えばベルトコンベアであってよく、コントローラ２０により設定された速度で対象物１００を搬送してよい。

図２は、本実施形態に係る光電センサ１０の構成を示す図である。光電センサ１０は、投光部１１、受光部１２、処理部１３、操作部１４及び出力部１５を備える。

＜投光部＞
投光部１１は、対象物１００が到来する検出領域１０ａに投光する。投光部１１は、投光素子１１ａ及び駆動回路１１ｂを含んでよい。投光素子１１ａは、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザダイオードで構成されてよく、駆動回路１１ｂは、投光素子１１ａを発光させるための電流を制御する。駆動回路１１ｂは、投光素子１１ａを間欠的に、例えば０．１ｍｓ周期でパルス発光させてよい。投光素子１１ａから出射した光は、図示しないレンズ又は図１の投光用光ファイバ１０１を介して、検出領域１０ａに照射されてよい。

＜受光部＞
受光部１２は、光の受光に基づく時系列の信号値を取得する。受光部１２は、受光素子１２ａ、増幅器１２ｂ、サンプル／ホールド回路１２ｃ及びＡ／Ｄ変換器１２ｄを含んでよい。受光素子１２ａは、フォトダイオードによって構成されてよく、受光量を電気的な出力信号に変換する。受光部１２は、検出領域１０ａにおいて反射又は透過した光を、図示しないレンズ又は図１の受光用光ファイバ１０２を介して受光素子１２ａに入射させてよい。増幅器１２ｂは、受光素子１２ａの出力信号を増幅する。サンプル／ホールド回路１２ｃは、投光部１１によるパルス発光のタイミングに同期して、増幅器１２ｂにより増幅された受光素子１２ａの出力信号を保持する。これにより外乱光の影響が低減される。Ａ／Ｄ変換器１２ｄは、サンプル／ホールド回路１２ｃにより保持されたアナログの信号値をデジタル値である受光量の値に変換する。受光部１２は、検出領域１０ａからの光を受光し、受光量を逐次信号値に変換する測定部の一例である。

＜処理部＞
処理部１３は、動作制御部１３ａ、ＦＩＦＯ（Ｆｉｒｓｔ Ｉｎ Ｆｉｒｓｔ Ｏｕｔ）メモリ１３ｂ及び判定部１３ｃを含む。処理部１３は、例えば、マイクロプロセッサ、メモリ及びメモリに格納されたプログラム等から構成されるコンピュータとして構成されてよい。

動作制御部１３ａは、後述する判定処理の他、光電センサ１０全体の動作を統括制御してよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂは、所定数の信号値を受光部１２から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の信号値を受光部１２から新たに取得した信号値により更新する。ここで、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶される信号値の数、すなわち所定数は、任意であるが、例えば３程度であってよい。ＦＩＦＯメモリ１３ｂは、専用のハードウェアによって実現できるほか、処理部１３のメモリ上に処理部１３のプログラムに従って実現されてもよい。その場合、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの後段への信号値のシフトは、格納されているデータの物理的なシフトではなく、メモリ上のアクセス箇所の更新によって行うことができる。

判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が到来確定条件を満たすか否かを判定することを到来確定条件を満たすまで継続する処理と、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が通過確定条件を満たすか否かを判定することを通過確定条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す。ここで、到来確定条件は、透過形又は回帰反射形の光電センサの場合、検出領域１０ａに対象物１００が到来して投光した光が対象物１００によって遮られていることを表す条件であってよく、所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件であってよい。通過確定条件は、透過形又は回帰反射形の光電センサの場合、検出領域１０ａに対象物１００が到来しておらず、投光した光がほとんどそのまま受光されることを表す条件であってよく、所定数の信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件であってよい。

＜操作部＞
操作部１４は、光電センサ１０の操作を行うためのものであり、操作スイッチ、表示器等を含んでよい。

＜出力部＞
出力部１５は、判定部１３ｃによる判定結果を含む様々なデータの出力を行う。出力部１５は、最も簡単には判定部１３ｃによる判定結果の２値出力を行ってよい。出力部１５は、判定部１３ｃにより到来確定条件を満たすと判定された場合に、検出領域１０ａに対象物１００が到来したことを示す到来確定信号を出力してよい。また、出力部１５は、判定部１３ｃにより通過確定条件を満たすと判定された場合に、検出領域１０ａを対象物１００が通過したことを示す通過確定信号を出力してよい。出力部１５は、大量のデータの出力を行える通信機能を備えていてもよい。

図３は、第１実施形態に係る光電センサ１０の動作を説明する図である。処理部１３は、第１周期で、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの各ステージに記憶されている信号値を１つ後方のステージにシフトして、Ａ／Ｄ変換器１２ｄから出力された受光量のデジタル値を先頭のステージに記憶する。図３では、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの先頭のステージに記憶された最新の信号値をｓ２と表し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの中間のステージに記憶された２番目に新しい信号値をｓ１と表し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの最終段のステージに記憶された最も過去の信号値をｓ０と表している。本例では、ＦＩＦＯメモリ１３ｂは３段であるから、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する場合、直前まで中間のステージに格納されていた信号値が最終段のステージにシフトされ、直前まで先頭のステージに格納されていた信号値が中間のステージにシフトされ、最新の信号値は先頭のステージに格納される。なお、同図では、原理を説明するために、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの段数を３段としているが、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの段数はさらに多くてもよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新を行う第１周期は、投光部１１のパルス発光及びＡ／Ｄ変換器１２ｄによる変換の周期（第２周期とする）と同じであってもよいし、第２周期の整数倍のように異なっていてもよい。例えば、第２周期は、光電センサ１０に固有の値（例えば０．１ｍｓ）に固定されていてもよい。第１周期は、図１に示すコンピュータ３０からコントローラ２０経由で設定可能であってもよい。第１周期は、同時に処理したい信号値波形の範囲がＦＩＦＯメモリ１３ｂに収まるように決められる必要がある。第１周期は、第２周期よりも長い場合が多く、例えば１ｍｓであってよい。

判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの複数の段に格納されている信号値が遮光条件を満たすか否かの判定、又は入光条件を満たすか否かの判定を第１周期で行い、判定結果を第１周期で動作制御部１３ａに対して出力する。

遮光条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための条件であってよい。より具体的には、最も過去の信号値をｓ０と表し、２番目に新しい信号値をｓ１と表し、最新の信号値をｓ２と表すとき、遮光条件は、ｓ０＜遮光基準値、かつ、ｓ１＜遮光基準値、かつ、ｓ２＜遮光基準値であってよい。ここで、遮光基準値は、光電センサ１０に予め設定されている値であってよく、受光部１２によって光が検出されていないことを表す値であってよい。

また、入光条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための条件であってよい。より具体的には、入光条件は、ｓ０，ｓ１，ｓ２と入光基準値との差の絶対値がそれぞれ許容値よりも小さいことであってよい。すなわち、入光条件は、｜ｓ０－入光基準値｜＜許容値、かつ、｜ｓ１－入光基準値｜＜許容値、かつ、｜ｓ２－入光基準値｜＜許容値であってよい。ここで、入光基準値は、透過形又は回帰反射形の光電センサの場合、検出領域１０ａに対象物１００がない状態で受光した光量に対応する信号値である。入光基準値は、光電センサ１０の使用時に自動で測定されてよい。また、許容値は、入光条件を満たす場合に測定される受光量の揺らぎを表す値であり、予め設定されている値であってよいが、入光基準値を測定する際に併せて測定されてもよい。

判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された信号値が更新される度に、ｓ０＜遮光基準値、かつ、ｓ１＜遮光基準値、かつ、ｓ２＜遮光基準値という条件（遮光条件）を満たすか否かを判定し、満たすまで同じ条件の判定を続ける。そして、遮光条件を満たした場合、判定部１３ｃは、ＦＩＦＯメモリ１３ｂがその後更新される度に、｜ｓ０－入光基準値｜＜許容値、かつ、｜ｓ１－入光基準値｜＜許容値、かつ、｜ｓ２－入光基準値｜＜許容値という条件（入光条件）を満たすか否かを判定し、満たすまで同じ条件の判定を続ける。

判定部１３ｃは、遮光条件を満たす場合に検出領域１０ａに対象物１００が到来したと判定し、入光条件を満たす場合に検出領域１０ａを対象物１００が通過したと判定してよい。また、出力部１５は、判定部１３ｃにより遮光条件を満たすと判定された場合に、検出領域１０ａに対象物１００が到来したことを示す到来確定信号を出力し、判定部１３ｃにより入光条件を満たすと判定された場合に、検出領域１０ａを対象物１００が通過したことを示す通過確定信号を出力してよい。

図４は、第１実施形態に係る光電センサ１０により実行される対象物１００の到来検出処理のフローチャートである。光電センサ１０は、はじめに投光量及び受光アンプゲインの自動調整動作を行う（Ｓ１０）。自動調整動作の詳細については、次図を用いて詳細に説明する。自動調整動作によって、対象物１００が検出領域１０ａに到来していない状態における受光量の平均値を表す入光基準値が定められる。なお、遮光基準値は、光電センサ１０に予め設定されているものとする。

自動調整動作（Ｓ１０）の後、光電センサ１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ１１）。なお、自動調整動作（Ｓ１０）は省略されてもよく、前回の調整結果を用いて処理を再開する場合には、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理（Ｓ１１）から開始してもよい。

その後、光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１２）。ここで、遮光条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値それぞれが、遮光基準値より小さいという条件であってよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たさない場合（Ｓ１２：ＮＯ）、光電センサ１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ１１）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１２）。このように、光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び遮光条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たす場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことを示す到来確定信号を出力する（Ｓ１３）。

その後、光電センサ１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ１４）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１５）。ここで、入光条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値それぞれが、入光基準値程度であるという条件であってよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たさない場合（Ｓ１５：ＮＯ）、光電センサ１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ１４）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ１５）。このように、光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び入光条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たす場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａを通過したことを示す通過確定信号を出力する（Ｓ１６）。

その後、判定処理を終了しない場合には（Ｓ１７：ＮＯ）、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する処理を行い（Ｓ１１）、再び遮光条件の判定を行う。一方、判定処理を終了する場合には（Ｓ１７：ＹＥＳ）、対象物１００の到来検出処理が終了する。

図５は、第１実施形態に係る光電センサ１０により実行される自動調整動作のフローチャートである。同図では、図４に示す自動調整動作（Ｓ１０）の詳細を示す。光電センサ１０は、はじめに、投光量及び受光アンプゲインを調整する（Ｓ１０１）。例えば、信号値のフルレンジが０～５Ｖの場合、光電センサ１０は、自動調整動作の開始後１０秒間に取得された信号値の最大値が４Ｖ以内でなるべく大きくなるように、投光量及び受光アンプゲインを調整してよい。

その後、光電センサ１０は、複数の信号値を取得して（Ｓ１０２）、複数の信号値の平均値を入光基準値に設定する（Ｓ１０３）。光電センサ１０は、例えばＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新周期が０．１ｍｓの場合、１００ｍｓにわたって１０００の信号値を取得して、その平均値を入光基準値に設定してよい。以上により、自動調整動作が終了する。

［第２実施形態］
図６は、第２実施形態に係る光電センサ１０により実行される対象物１００の到来検出処理のフローチャートである。第２実施形態に係る光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成するか判定する点で第１実施形態の場合と異なる。具体的には、本実施形態では、到来確定条件は、所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための立ち下がり条件が満たされた後に所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件が満たされることである。また、通過確定条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための立ち上がり条件が満たされた後に所定数の信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件が満たされることである。

光電センサ１０は、はじめに投光量及び受光アンプゲインの自動調整動作を行う（Ｓ２０）。なお、自動調整動作の詳細は、図５に示すものと同様であってよい。

自動調整動作（Ｓ２０）の後、光電センサ１０は、立ち下がり波形の検出待ちを行う（Ｓ２１）。立ち下がり検出待ち動作（Ｓ２１）については、次図を用いてその詳細を説明する。なお、自動調整動作（Ｓ２０）は省略されてもよく、前回の調整結果を用いて処理を再開する場合には、立ち下がり検出待ち動作（Ｓ２１）から開始してもよい。

光電センサ１０は、立ち下がり波形を検出した場合、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことを仮に示す到来仮信号を出力する（Ｓ２２）。さらに、光電センサ１０は、到来仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２３）。遮光条件の判定処理（Ｓ２３）については、次図を用いてその詳細を説明する。

到来仮信号を出力してから所定時間待ってもＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たさない場合（Ｓ２３：ＮＯ）、対象物１００が検出領域１０ａに到来したという到来仮信号は誤報であると考えられるため、立ち下がり検出待ち（Ｓ２１）に戻る。この際、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことが確定しなかったことを、コントローラ２０等の外部機器に出力してよい。対象物１００が検出領域１０ａに到来したことが確定しなかったことをコントローラ２０に出力する場合、コントローラ２０は、その出力に応じてロボット４０の制御を変更したり、搬送装置５０の制御を変更したりしてよい。

一方、到来仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たす場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことを示す到来確定信号を出力する（Ｓ２４）。このように、光電センサ１０は、判定部１３ｃにより検出領域１０ａに対象物１００が到来したことの速報を到来仮信号の出力（Ｓ２２）によって行い、検出領域１０ａに対象物１００が到来したことの確定報を到来確定信号の出力（Ｓ２４）によって行ってよい。

その後、光電センサ１０は、立ち上がり波形の検出待ちを行う（Ｓ２５）。立ち上がり検出待ち動作（Ｓ２５）については、立ち下がり検出待ち動作（Ｓ２１）について立ち下がりを立ち上がりに入れ替えた処理であり、次図を適宜読み替えることができるため、詳細なフローチャートの図示を省略する。

光電センサ１０は、立ち上がり波形を検出した場合、対象物１００が検出領域１０ａを通過したことを仮に示す通過仮信号を出力する（Ｓ２６）。さらに、光電センサ１０は、通過仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２７）。入光条件の判定処理（Ｓ２７）については、遮光条件の判定処理（Ｓ２３）について遮光を入光に入れ替えた処理であり、次図を適宜読み替えることができるため、詳細なフローチャートの図示を省略する。

通過仮信号を出力してから所定時間待ってもＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たさない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、対象物１００が検出領域１０ａを通過したという通過仮信号は誤報であると考えられるため、立ち上がり検出待ち（Ｓ２５）に戻る。この際、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａを通過したことが確定しなかったことを、コントローラ２０等の外部機器に出力してよい。対象物１００が検出領域１０ａを通過したことが確定しなかったことをコントローラ２０に出力する場合、コントローラ２０は、その出力に応じてロボット４０の制御を変更したり、搬送装置５０の制御を変更したりしてよい。

一方、通過仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たす場合（Ｓ２７：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａを通過したことを示す通過確定信号を出力する（Ｓ２８）。このように、光電センサ１０は、判定部１３ｃにより検出領域１０ａを対象物１００が通過したことの速報を通過仮信号の出力（Ｓ２６）によって行い、検出領域１０ａを対象物１００が通過したことの確定報を通過確定信号の出力（Ｓ２８）によって行ってよい。

その後、判定処理を終了しない場合には（Ｓ２９：ＮＯ）、再び立ち下がり波形の検出待ち（Ｓ２１）を行う。一方、判定処理を終了する場合には（Ｓ２９：ＹＥＳ）、対象物１００の到来検出処理が終了する。

図７は、第２実施形態に係る光電センサ１０により実行される対象物１００の到来検出処理の詳細を示すフローチャートである。同図では、図６に示す立ち下がり検出待ち（Ｓ２１）から到来確定信号の出力（Ｓ２４）までの詳細を示している。

光電センサ１０は、立ち下がり検出待ち（Ｓ２１）について、はじめに、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新する（Ｓ２１１）。そして、光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための立ち下がり条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２１２）。ここで、最も過去の信号値をｓ０と表し、２番目に新しい信号値をｓ１と表し、最新の信号値をｓ２と表すとき、立ち下がり条件は、ｓ０＞ｓ１＞ｓ２、かつ、（ｓ０－ｓ２）＞許容値であってよい。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり条件を満たさない場合（Ｓ２１２：ＮＯ）、光電センサ１０は、新たな信号値を取得してＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ２１１）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２１２）。このように、光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり条件を満たすまで、信号値の取得、ＦＩＦＯメモリ１３ｂの更新及び立ち下がり条件の判定を繰り返す。

一方、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が立ち下がり条件を満たす場合（Ｓ２１２：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことを仮に示す到来仮信号を出力する（Ｓ２２）。

その後、光電センサ１０は、遮光条件の判定（Ｓ２３）について、はじめに、所定時間のカウントを開始する（Ｓ２３１）。ここで、所定時間は、例えば５ｍｓであってよいが、任意に設定可能である。そして、光電センサ１０は、信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ２３２）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２３３）。

ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たさない場合（Ｓ２３３：ＮＯ）、光電センサ１０は、所定時間が経過したか否かを判定する（Ｓ２３４）。所定時間が経過していない場合（Ｓ２３４：ＮＯ）、光電センサ１０は、新たな信号値を取得し、ＦＩＦＯメモリ１３ｂを更新し（Ｓ２３２）、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ２３３）。一方、所定時間が経過した場合（Ｓ２３４：ＹＥＳ）、到来仮信号の出力は誤報であると考えられるため、立ち下がり検出待ち（Ｓ２１）に戻る。また、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たす場合（Ｓ２３３：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、到来確定信号を出力する（Ｓ２４）。

以上のフローのうち立ち下がり検出待ち（Ｓ２１）を立ち上がり検出待ちに読み替え、遮光条件の判定（Ｓ２３）を入光条件の判定に読み替え、到来仮信号及び到来確定信号をそれぞれ通過仮信号及び通過確定信号に読み替えることで、図６の立ち上がり検出待ち（Ｓ２５）から通過確定信号の出力（Ｓ２８）までの詳細を説明するフローチャートとして読み替えることができる。

本実施形態に係る光電センサ１０によれば、到来仮信号及び通過仮信号を出力することで、対象物１００が検出領域１０ａに到来したこと及び対象物が検出領域を通過したことについて、確定報より前に速報を行うことができる。

［第３実施形態］
図８は、第３実施形態に係る光電センサ１０により実行される対象物１００の到来検出処理のフローチャートである。第３実施形態に係る光電センサ１０は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が立ち上がり波形又は立ち下がり波形を構成するか判定する点で第１実施形態の場合と異なる。具体的には、本実施形態では、到来確定条件は、所定数の信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための立ち下がり条件が満たされた後に所定数の信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件が満たされることである。また、通過確定条件は、所定数の信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための立ち上がり条件が満たされた後に所定数の信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件が満たされることである。

光電センサ１０は、はじめに投光量及び受光アンプゲインの自動調整動作を行う（Ｓ３０）。なお、自動調整動作の詳細は、図５に示すものと同様であってよい。

自動調整動作（Ｓ３０）の後、光電センサ１０は、立ち下がり波形の検出待ちを行う（Ｓ３１）。立ち下がり検出待ち動作（Ｓ３１）については、図７に示す立ち下がり検出待ち動作（Ｓ２１）と同様の処理であり、詳細なフローチャートの図示を省略する。なお、自動調整動作（Ｓ３０）は省略されてもよく、前回の調整結果を用いて処理を再開する場合には、立ち下がり検出待ち動作（Ｓ３１）から開始してもよい。

光電センサ１０は、立ち下がり波形を検出した場合、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことを仮に示す到来仮信号を出力する（Ｓ３２）。さらに、光電センサ１０は、到来仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ３３）。遮光条件の判定処理（Ｓ３３）については、図７に示す遮光条件の判定処理（Ｓ２３）と同様の処理であり、詳細なフローチャートの図示を省略する。

到来仮信号を出力してから所定時間待ってもＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たさない場合（Ｓ３３：ＮＯ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａに到来したという到来仮信号を取り消す到来取消信号を出力する（Ｓ３４）。その後、光電センサ１０は、立ち下がり検出待ち（Ｓ３１）に戻る。この際、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａに到来したことが確定しなかったことを、コントローラ２０等の外部機器に出力してよい。対象物１００が検出領域１０ａに到来したことが確定しなかったことをコントローラ２０に出力する場合、コントローラ２０は、その出力に応じてロボット４０の制御を変更したり、搬送装置５０の制御を変更したりしてよい。

一方、到来仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が遮光条件を満たす場合（Ｓ３３：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、立ち上がり波形の検出待ちを行う（Ｓ３５）。立ち上がり検出待ち動作（Ｓ３５）については、図７に示す立ち下がり検出待ち動作（Ｓ２１）について立ち下がりを立ち上がりに入れ替えた処理であり、図７を適宜読み替えることができるため、詳細なフローチャートの図示を省略する。

光電センサ１０は、立ち上がり波形を検出した場合、対象物１００が検出領域１０ａを通過したことを仮に示す通過仮信号を出力する（Ｓ３６）。さらに、光電センサ１０は、通過仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たすか否かを判定する（Ｓ３７）。入光条件の判定処理（Ｓ３７）については、図７に示す遮光条件の判定処理（Ｓ２３）について遮光を入光に入れ替えた処理であり、図７を適宜読み替えることができるため、詳細なフローチャートの図示を省略する。

通過仮信号を出力してから所定時間待ってもＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たさない場合（Ｓ２７：ＮＯ）、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａを通過したという通過仮信号を取り消す通過取消信号を出力する（Ｓ３８）。その後、光電センサ１０は、立ち上がり検出待ち（Ｓ３５）に戻る。この際、光電センサ１０は、対象物１００が検出領域１０ａを通過したことが確定しなかったことを、コントローラ２０等の外部機器に出力してよい。対象物１００が検出領域１０ａを通過したことが確定しなかったことをコントローラ２０に出力する場合、コントローラ２０は、その出力に応じてロボット４０の制御を変更したり、搬送装置５０の制御を変更したりしてよい。

一方、通過仮信号を出力してから所定時間内にＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶されている所定数の信号値が入光条件を満たす場合（Ｓ３７：ＹＥＳ）、光電センサ１０は、判定処理を終了しない場合には（Ｓ３９：ＮＯ）、再び立ち下がり波形の検出待ち（Ｓ３１）を行う。一方、判定処理を終了する場合には（Ｓ３９：ＹＥＳ）、対象物１００の到来検出処理が終了する。

本実施形態に係る光電センサ１０によれば、光電センサの出力信号を受信する側において、到来仮信号の受信後の所定時間内に到来取消信号の受信がなければ、到来が確定したものと扱うことができる。また、光電センサの出力信号を受信する側において、通過仮信号の受信後の所定時間内に通過取り消し信号の受信がなければ、通過が確定したものと扱うことができる。

第２実施形態に係る光電センサ１０を使用する場合は、出力の受け側（例えばコントローラ２０）で到来仮信号又は通過仮信号を受信する度に所定時間内に到来確定信号又は通過確定信号を受信したことの確認が必要となり、それらの確認が取れなければ出力が誤報であったと判定することとなる。一方、第３実施形態に係る光電センサ１０の場合、到来仮信号の出力又は通過仮信号の出力が誤報であった場合、その出力を取り消す出力がされるため、誤報の頻度が少ないとすれば出力の受け側の処理負担が少なくなる。

［第１変形例］
第２実施形態及び第３実施形態において、判定部１３ｃは、機械学習により生成されたパラメータにより特定され、所定数の信号値を入力し、所定数の信号値が到来確定条件を満たすことに関する出力又は通過確定条件を満たすことに関する出力を行う学習済みモデルを備えてもよい。学習済みモデルによって所定数の信号値が到来確定条件を満たすことに関する出力を行う場合、学習済みモデルは、教師有り学習によって、到来確定条件を満たす信号値を事前に学習していてよい。その場合、教師有り学習に用いる学習データは、大きさが遮光基準値より小さい信号値を含んでよい。また、学習済みモデルによって所定数の信号値が通過確定条件を満たすことに関する出力を行う場合、学習済みモデルは、教師有り学習によって、通過確定条件を満たす信号値を事前に学習していてよい。その場合、教師有り学習に用いる学習データは、大きさが入光基準値に略等しい信号値を含んでよい。学習データは、実際に測定された信号値でなくてもよく、人により又は何らかのアルゴリズムにより生成された信号値であってもよい。学習済みモデルは、所定数の信号値が到来確定条件を満たすことの確度を出力したり、所定数の信号値が通過確定条件を満たすことの確度を出力したりしてもよい。

学習済みモデルによって、立ち下がり条件を満たすことに関する出力を行ったり、立ち上がり条件を満たすことに関する出力を行ったりしてもよい。

［第２変形例］
いずれの実施形態においても、通過確定条件は、ＦＩＦＯメモリ１３ｂに記憶された所定数の信号値が、いずれも遮光基準値より大きく、かつ、所定数の信号値の最大値と最小値との差が許容値より小さいという条件であってもよい。すなわち、通過確定条件として入光基準値を用いなくてもよい。この場合、自動調整動作（図４のＳ１０、図６のＳ２０及び図８のＳ３０）において、入光基準値を設定しなくてもよく、投光量及び受光アンプゲインの調整のみ行えばよい。

［第３変形例］
いずれの実施形態においても、対象物１００が検出領域１０ａを通過したか否かの出力（通過確定信号又は通過仮信号の出力）を行わず、対象物１００が検出領域１０ａに到来したか否かの出力（到来確定信号又は到来仮信号の出力）のみ行ってもよい。また、反対に、対象物１００が検出領域１０ａを通過したか否かの出力（通過確定信号又は通過仮信号の出力）のみ行って、対象物１００が検出領域１０ａに到来したか否かの出力（到来確定信号又は到来仮信号の出力）を行わなくてもよい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、異なる実施形態で示した構成同士を部分的に置換し又は組み合わせることが可能である。

例えば、光電センサ１０は、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態いずれかで採用している到来確定条件と、第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態いずれかで採用している通過確定条件とを任意に組み合わせて、対象物１００の到来と通過を判定してもよい。

［附記１］
検出領域（１０ａ）に投光する投光部（１１）と、
前記検出領域（１０ａ）からの光を受光し、受光量を逐次信号値に変換する測定部（１２）と、
所定数の前記信号値を前記測定部（１２）から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の前記信号値を前記測定部（１２）から新たに取得した前記信号値により更新する記憶部（１３ｂ）と、
前記更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部（１３ｂ）に記憶されている前記所定数の前記信号値が到来確定条件を満たすか否かを判定することを前記到来確定条件を満たすまで継続する処理と、前記更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部（１３ｂ）に記憶されている前記所定数の前記信号値が通過確定条件を満たすか否かを判定することを前記通過確定条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す判定部（１３ｃ）と、
を備える光電センサ（１０）。

１…検出システム、１０…光電センサ、１０ａ…検出領域、１１…投光部、１１ａ…投光素子、１１ｂ…駆動回路、１２…受光部、１２ａ…受光素子、１２ｂ…増幅器、１２ｃ…サンプル／ホールド回路、１２ｄ…Ａ／Ｄ変換器、１３…処理部、１３ａ…動作制御部、１３ｂ…ＦＩＦＯメモリ、１３ｃ…判定部、１４…操作部、１５…出力部、２０…コントローラ、３０…コンピュータ、４０…ロボット、５０…搬送装置、１００…対象物、１０１…投光用光ファイバ、１０２…受光用光ファイバ

Claims (11)

1. 検出領域に投光する投光部と、
   前記検出領域からの光を受光し、受光量を逐次信号値に変換する測定部と、
   所定数の前記信号値を前記測定部から取得した順に順序付けて記憶するための記憶領域を備え、第１周期で、記憶している所定数の前記信号値を前記測定部から新たに取得した前記信号値により更新する記憶部と、
   前記更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部に記憶されている前記所定数の前記信号値が到来確定条件を満たすか否かを判定することを前記到来確定条件を満たすまで継続する処理と、前記更新を１回又は複数回行う毎に一度の頻度で、前記記憶部に記憶されている前記所定数の前記信号値が通過確定条件を満たすか否かを判定することを前記通過確定条件を満たすまで継続する処理とを交互に繰り返す判定部と、
   を備え、
   前記到来確定条件は、前記所定数の前記信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件である、光電センサ。
2. 前記判定部により前記到来確定条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域に対象物が到来したことを示す到来確定信号を出力する出力部をさらに備える、
   請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記到来確定条件は、前記所定数の前記信号値が立ち下がり波形を構成することを識別するための立ち下がり条件が満たされた後に前記所定数の前記信号値がそれぞれ遮光基準値より小さいことを識別するための遮光条件が満たされることである、
   請求項２に記載の光電センサ。
4. 前記出力部は、前記判定部により前記立ち下がり条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域に前記対象物が到来したことを仮に示す到来仮信号を出力し、前記判定部により前記到来確定条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域に前記対象物が到来したことを示す到来確定信号を出力する
   請求項３に記載の光電センサ。
5. 前記出力部は、前記判定部により前記立ち下がり条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域に前記対象物が到来したことを仮に示す到来仮信号を出力し、前記判定部により前記到来仮信号の出力後の所定時間内に前記到来確定条件を満たさないと判定された場合に、前記到来仮信号を取り消す到来取消信号を出力する、
   請求項３に記載の光電センサ。
6. 前記通過確定条件は、前記所定数の前記信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件である、
   請求項１に記載の光電センサ。
7. 前記判定部により前記通過確定条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域を対象物が通過したことを示す通過確定信号を出力する出力部をさらに備える、
   請求項１又は６に記載の光電センサ。
8. 前記通過確定条件は、前記所定数の前記信号値が立ち上がり波形を構成することを識別するための立ち上がり条件が満たされた後に前記所定数の前記信号値がそれぞれ入光基準値に略等しいことを識別するための入光条件が満たされることである、
   請求項７に記載の光電センサ。
9. 前記出力部は、前記判定部により前記立ち上がり条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域を前記対象物が通過したことを仮に示す通過仮信号を出力し、前記判定部により前記通過確定条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域を前記対象物が通過したことを示す通過確定信号を出力する
   請求項８に記載の光電センサ。
10. 前記出力部は、前記判定部により前記立ち上がり条件を満たすと判定された場合に、前記検出領域を前記対象物が通過したことを仮に示す通過仮信号を出力し、前記判定部により前記通過仮信号の出力後の所定時間内に前記通過確定条件を満たさないと判定された場合に、前記通過仮信号を取り消す通過取消信号を出力する、
    請求項８に記載の光電センサ。
11. 前記判定部は、機械学習により生成されたパラメータにより特定され、前記所定数の前記信号値を入力し、前記所定数の前記信号値が前記到来確定条件を満たすことに関する出力又は前記通過確定条件を満たすことに関する出力を行う学習済みモデルを備える、
    請求項１から１０のいずれか一項に記載の光電センサ。
    

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