JPH02503114A - 光学的モーションセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 光学的モーションセンサ 技術分野 本発明は、一般的にモーシラン（動き）検知装置に関し、より具体的には、検知 領域内にある物体の動き又は存在の有無を検知するための光学的モーションセン サに関する。

背景技術 モーションセンサは商工業及び消費者マーケットにおいて広く利用されている。

商工業におけるその主な用途は、警備用であり、工場、オフィス又は家庭などで 人間の動きを検知するために用いられている。また、デパートや食料雑貨店等の 商業的施設では、人間又はその他の物の接近を検知して自動的にドアを開閉した りするのにもモーションセンサが用いられている。その他の用途も種々あり、例 えばベルトコンベア上の物体をカウントするために用いられるこ現在使用されて いるモーションセンサには、機械式スイッチ、磁気センサ、光電センサ、音波セ ンサ、マイクロ波センサ、能動赤外線センサ（ａｃｔｉｖｅ　１ｎｆｒａｒｅｄ 　５ｅｎｓｏｒ）及び受動赤外線センサ（ｐａｓｓｉｖｅｉｎｆｒａｒｅｄ　５ ｅｎｓｏｒ）などがあるが、これらそれぞれに利点と欠点とがある０食料雑貨店 のドアマットに頻繁に利用される機械式スイッチの場合、その上を重量物である 人間等が繰り返し通過するために摩耗を受は易い、また、ドアマントは主に入口 に配置されるので熱、雨、雪等の極端な天候に曝され、動作の信頼性及び寿命に 影響がある。更に、機械式スイッチは検知すべき物体と物理的に接触しなければ ならないことも欠点である。

上述したその他の形式のセンサは、移動する物体に物理的に接触する必要はない が、それぞれに特有の欠点がある０例えば、磁気センサは検知できる範囲が非常 に狭いとともに、強磁性又は磁性材料の物しか検知することができない、音波セ ンサでは、選択した空間領域のみに範囲を限ることはできないばかりでなく、比 較的高価であり且つ極めて大型となるとともに、周りのノイズ変化に合うよう充 分に調整することもできない、マイクロ波センサでは、隣接するセンサとの相互 干渉の問題があるとともに、ビームの拡散範囲が広いという問題もある。一方、 光電センサでは、ビームの拡散範囲が狭すぎ、動作の条件として、移動する物体 がビームを遮断する必要がある。従って、光電センサの技術はドア開閉の目的に は充分であるとしても、不法侵入を行おうとする者には容易に迂回されてしまう ことになる。

最近、赤外線モーションセンサに多くの興味が示されている。かかるセンサには ２種類の形式があり、その一方は１個以上の発光素子と１個以上の受光素子とを 含む能動センサであり、他方は周りの赤外線エネルギの変化を検知する受光素子 のみ含む受動センサである。受動赤外線センサは安価であるが、周りの状！３変 化で誤動作を起こし易い、更に、受動赤外線センサは人間の体熱からのエネルギ を検知するようになっているため、体熱を捉えてしまうほどの厚着をしている人 間を検知することができない。

一方、能動センサの欠点は、その動作が離間して配置した発光素子と受光素子と に依存していることに求められる。すなわち、受光素子が周りの光と区別するの に充分な強度のエネルギを発生させるためには追加の発光素子が必要となるが、 このように強度を強くすると受光素子の感度、つまりセンサの動作範囲に制置が 生じてくるのである。また、より深刻な欠点は、周りの状態変化に自動的に順応 できないことである０例えば、側進等の検知領域内にある面の反射特性が降雪や 降雨で変化した場合には、反射される赤外線エネルギも変化して、受光素子が誤 って物体の存在を示すことがある。同様の問題は、店内のに列物品等の物体が検 知領域内に移動された場合にも生ずる。このような場合には、新たな物体の存在 に対して補償するために能動センサを手動調整するａ・要がある。さもなければ 、センサはエネルギ変化に過剰に敏感となって、受は取られるエネルギを減少さ せない瞑り容易に飽和状態となってしまうからである。

このような受光素子の調整は、センサの有効範囲を制約する。

発明の開示 そこで、本発明の目的の一つは、改良された光学的モーシランセンサを提供する ことにある。

本発明の別の目的は、自動調整して広範囲にある遠近双方における動作を検知で きる光学的モーションセンサを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、動作を検知している間において周りの光変化を無視す ることができる光学的モーションセンサを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、検知空間領域内における物体の動作又は存在を選択的 に検知することができるシステムを提供することにある。

本発明の更に別の目的は、必要エネルギ及びサイズを最小型に抑えることができ とともに、安価に製造することのできる光学的モーションセンサを提供すること にある。

これら目的を達成するために、本発明に係る光学的モーションセンサは、第１の エネルギビームを発するための手段と、この第１のビームに補完的な’！２のエ ネルギビームを発するための手段とを備えている。感応手段が第１及び第２のビ ームのエネルギを受取り・合計して計して感応信号を発生する。この感応信号は 、一定信号成分、すなわちＤＣ信号成分を有し、更に時変化信号成分、すなわち ＡＣ信号成分を有することもある。′！３応手段にはフィルタ手段が接続されて おり、このフィルタ手段は一定信号成分を遮断する一方、時変化信号成分を通過 させる。更に、検知手段が設けられており、この検知手段により時変化信号成分 が、動作を表す比例検知信号に変換する。上記時変化信号成分は、例えばセンサ によってモニターされている検知領域内に物体が入り、感応手段に向かって反射 されるエネルギ量が変化した場合に発生する。感応手段（合計手段）にて受取ら れるエネルギの変化に順応させるために、前記検知信号に応動して一方のビーム を変調させ、時変化信号成分を補償及び消去する。前記検知信号は、検知領域内 での動作が停止し、前記変調手段が一定の感応信号を発生させることに成功する まで維持されるのみである。従って、センサは検知領域内における新たな物体の 存在に対して順応することができる。

後述の実施例では、第１及び第２のビーム発生手段は相互に補完的パルスビーム を発生するための赤外線発光素子で構成され、感応手段は光電検出器で構成され る。しかしながら、静電エネルギ、磁気エネルギ、音波エネルギ等の他の形態の エネルギを発生できる装置を使用することも可能である。

本発明に係る一般的方法では、選択された空間領域内で物体に反射された上で感 応されるパルス化された第１のエネルギビームを発生させるとともに、この第１ のパルスビームに対し補完的な第２のパルスビームを発生させる。そして、両ビ ームのエネルギの合計を検出し、両ビームが補完的にパルス化されているにもか かわらず、合計エネルギが変化する場合には、動作を表す検知信号が発生される 。一方のビームは、合計エネルギの時変化を消去し、新たな一定の合計エネルギ 値を得るべく検知信号に応動して変調される。この変調により、検知領域内で動 作が停止した後の所定時間後に検知信号の発生が防止される。

本発明の前記目的、他の目的、特徴及び利点は添付図面に基づいて詳細に説明す る好適実施例からより明確となるであろう。

図面の簡単な説明 第１図は作動設定状態にある本発明に係る光学的モーションセンサを示すプロン ク図である。

第２図は第１図に示した光学的モーションセンサのブロック回路図である。

第３図は第１実施例に係る光学的モーションセンサの概略回路図である。

第４図は存在確認センサとして用いるように構成された第２実施例に係る光学的 モーションセンサの概略回路図である。

第５Ａ図ないし第５Ｇ図は光学的モーシランセンサの動作を示すタイミング図で ある。

発明を実施するための最良の形態 概観 第１図は本発明に係る光学的モーシランセンサ１０を作動設定状態において示す 、このセンサ１０は赤外線発光ダイオード（ＬＥＤ）のような第１のビーム発生 手段を含んでいる。ＬＥＤ１２は破線１３で示すように第１のエネルギビームを 検知空間領域に発する。ビームはこの検知領域において固定の背景物体１４や移 動物体１６のような物体に反射される。これらの物体から反射された光エネルギ は、かかるエネルギに敏感なＰＩＮダイオード１８のような光電検知器により検 出される。これに応答して、ダイオード１８は受取った光の強度に比例する信号 電流を発生する。第１図に示したように、ＬＥＤ１２からの赤外線はフォトダイ オード１８にて数Ｍ類の信号電流を発生させる。検知領域内で動きがない場合に は、静信号電流Ｉｑは静状態における反射エネルギに比例する。このエネルギは 実線１９にて表しである。ターゲット信号電流Ｉｔは移動物体１６により誘因さ れる受領反射エネルギの変化に比例する。このエネルギは破線１６にて表しであ る。漏れ信号電流Ｂは、不可避的にフォトダイオード１８に直接入射するビーム エネルギに比例する。このエネルギは破線２３で表しである。

第１のビームは連続的に存在するのではなく、パルス化によりオン・オフされる 。ＬＥＤ１２によって発生されるパルスビームを補完するために第２のパルスビ ームが赤外線ＬＥＤ２２のような手段によって発生される。尚、本実施例のセン サ１０ではパルス化を利用しているが、その他のよく確立された手法によって補 完的ビームを発生させてもよい０例えば、２種類のビームを１８０°位相のずれ たサイン波としてもよい０手法はどうであれ、相互に補完的であるという性質に より、第１のビームが存在しない時には第２のビームがフォトダイオード１８の 位置に存在し、第２のビームが存在しない時には第１のビームがフォトダイオー ドの位置に存在することになる。第２のビームによりエネルギを供給するのは、 ＬＥＤ１２からフォトダイオード１８が受取る赤外線エネルギとのバランスを図 るためである。第２のビームは第１のビームよりも強度が低く且つパルス時間が 長いものであり、破線２５で示すように、フォトダイオード１８に直接伝達され て比例信号電流１ｂを発生させる。

後に詳細に説明するように、第２のビームの強度は、フォトダイオード１８が受 取る第１のビームの強度に応じて変調され、両ビームがパルス化によりオン・オ フされている間に実質的に一定の感応信号が発生されるよう調整が行われる。検 知領域内で物体１６が移動せずフォトダイオード１８に反射されるエネルギ量が 変化しない限りこの感応信号は一定信号、すなわちＤＣ信号のまま維持される。

従つて、動きがない場合には、フォトダイオードは実質的にＤＣエネルギ信号を 発生するのみである。センサ１０に設けられたフィルタ手段は、このＤＣ信号に よっては、動きを示す検知信号が発生されことのないようする。一方、検知領域 内で物体が移動するとフォトダイオードに反射される第１のビームのエネルギに 変化を生じ、信号電流ｉｔを発生して感応信号中に時変化信号成分、すなわちＡ Ｃ信号成分が含まれることになる。この電流変化によって、センサ１０内に設け た手段が動きを示す検知信号を発生させる。検知信号に応答してセンサ１０内の 変調手段は、第２のビームの強度を変調して時変化信号成分を消去し、新たな一 定の感応信号を達成せんと作用する。

光讐的モーションセンサ１０は、第２のビームが変調される速度を変更すること により存在確認センサとしても使用することができる。この場合、−見物体が検 知領域に入ると、その物体が除去されるまで、又は新たに一定の感応信号を発生 させるに充分な時間が経過するまでは、検知信号が１！続して発生されることに なる。

第１図に示したセンサ１０は消極的反射モード（ａｕｔｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ ｍｏｄｅ）に設定されており、このモードでは第１のビームは検知領域内の物体 によって反射される。しかしながら、本発明の原理から逸脱することなくシステ ムを他のモードで作動するように構成することもできる。積極的反射モード（ｒ ｅｔｒｏｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ　ｍｏｄｅ）では、ミラーのような反射面を成る 境界位置の向う側に配置し、第１のビームをその拡散角を狭めてミラーに向けて 発する。ミラーはフォトダイオード１８に反射されるエネルギ強度を増加させる ので、センサの検知範囲を相当に拡張することができる。検知範囲は直接入射モ ード（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｖｅ　ｍｏｄｅ）を採用することにより更に拡張す ることが可能となる。このモードでは、フォトダイオード１８とＬＥＤ２２とを ＬＥＤ１２から離間して配置し、第１のビームを成る境界位置を越えてフォトダ イオードに直接入射させるため、この第１のビームがその発信源までの距離を引 き返す必要がないのである。従って、ｉ接入射モードはセンサ１０の検知範囲を 効果的に２倍に拡張できるのである。

ブロック図 第２図はセンサ１０等の要素を示すブロック図である。電源２４は非安定化ＤＣ 電圧（ｕｎｒｅｇｕｌａｔｅｄ　ＤＣｖｏｌｔａｇｅ）Ｖｕｎｒｅｇを受け、セ ンサのための供給電圧Ｖｃｃと複数の参照電圧を供給する。電源の構成は従来か らあるもので、その−例は第３図に基づき後述する。

ＬＥＤ１２及び２２は、矩形パルス波を発生するパルス発生器２６によって相互 に補完的にパルス化される０図示の実施例におけるデユーティ−サイクル（ｄｕ ｔｙ　ｃｙｃｌｅ：衝撃係数）は１％であり、ＬＥＤ１２はパルス発生器からの パルスが存在する時にパルス化され、ＬＥＤ２２はパルス発生器からのパルスが ない時にパルス化される。

尚、デユーティ−サイクルは後述する範囲内で変更してもよい、波形のパルス部 分によって、ＬＥＤ駆動回路２８を介してＬＥＤ１２が駆動される。ＬＥＤ駆動 回路２８は、Ｖｒｅｆ３、すなわちＬＥＤに流れる電流を設定するための参照電 圧に基づきＬＥＤ１２から発生されるパルス化された第１の赤外線ビームの強度 を制御する。

一方、波形の非パルス部分によりスイッチ３２が閉じ、この結果ＬＥＤ２２が第 ２のパルスビームを発生する。

補完的両ビームのエネルギを受けてこれを合計するフォトダイオード１８は、両 パルスビームがオン・オフされるに際して比例信号電流Ｉ　ａｅｔを発生する。

Ｉｎｅｔ＝　　Ｉｑ＋Ｉｔ＋Ｉ＃＋Ｉｂ電流１　ｎｅｔは、感応信号に比例する 高利得信号電圧（ｈｉｇｈ　ｇａｉｎｓｉｇｎａｌ　ｃｕｒｒｅｎｔ）を発生さ せるための抵抗（インピーダンス）可変用アンプ（ｔｒａｎｓｒｅｓｉｓｔａｎ ｃｅ　ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）　　３４のような検知手段に供給される。このアン プ３４は感応信号に含まれるＤＣ信号成分と低周波の赤外線信号変動成分とを除 去するために遮断コンデンサを含んでいる０例えば、白熱電灯や蛍光灯のオン・ オフに起因する周りの赤外線エネルギの変化は、アンプ３４の出力側で信号電圧 が発生されるに先立って除去される。しかし、検知領域内で物体から反射される 第１のビームによって生じた高周波のＡＣ信号成分は、アンプ３４を通過するこ とになる。

アンプ３４の出力はローパスフィルタを含むサンプラー（ｓａａｐｌｅｒ）３６ によりサンプリングされる。このサンプラー３６によるアンプ出力は第１のパル スビームが存在する間に行われる。かかるサンプリングにより、アンプ３４を通 過する同期的な時変化信号成分、す、なわちＡＣ信号成分の振幅をこれに比例す る一定検知信号、すなわちＤＣ検知信号に変換する。この比例検知信号はフィー ドバックライン３７を介して積分器３８にフィードバックされる。この積分器３ ８は検知信号電圧の積分値に比例する電圧Ｖｉｎを発生し、これにより第２のパ ルスビームを変調する。すなわち、この電圧ＶｉｎはＬＥＤ２２を流れる電流を 制御して、フォトダイオード１８が受取る第２のパルスビームのエネルギを制御 するのである０以上のフィードバックループは、フォトダイオード１８において 一定の感応信号が得られるようにＶｉｎを変化させることにより、サンプラー３ ６の出力信号を調整する。Ｖｉｎの変化速度は積分器３８の時定数によって決ま る。このＶｉｎの変化は、感応信号の乱れが無効化されるまで継続し、かかる無 効化により比例検知信号が除去されるとともに、サンプラーの出力電圧が静状態 に対応する参照電圧Ｖｒｅｆｌと等しくなる。従って、正味の変化はＶｉｎのレ ベルと等しい。

サンプラー３６の出力電圧はコンパレータ４２において別の参照電圧Ｖｒｅｆ２ と比較され、動きが起こったか否かを決定する。静状態においては、サンプラー 出力電圧は、Ｖｒｅｆｌと一定の関係にあるＶｒｅｆ　１に等しい、フォトダイ オード１８が感する反射エネルギに比較的小さな変化を生じた場合には、サンプ ラー３６の出力側に比例検知信号が現れることになるが、その信号の値はコンパ レータ４２を作動させるのに充分でないかもしれない、また、検知信号の発生に 応答して、積分回路３８がＶｉｎを調整して第２のパルスビームの強度を変化さ せる。そして、積分回路３８に設定される一定時間内に、反射エネルギの変化が 補償され、サンプラーの出力電圧がＶｒｅｆｌのレベルに復帰する結果、時変化 信号成分が無効化され、検知信号は消去されることになる。一方、反射エネルギ の変化がアンプ３４の出力側で充分に強い検知信号を発生させ得る程度である場 合には、この検知信号はコンパレータ４２を作動させ、これを通過して遅延回路 ４４に供給されることになる。遅延回路４４は検知信号を一時的に遅延させて、 ノイズにより引き起こされる過渡的信号を排除するためのものである。この遅延 回路４４を通過し得た検知信号のみが出力駆動回路４６に供給され、センサ機能 を営むため、例えばアラームを鳴らしたり、ドアを開けたりするのに利用される 。遅延回路４４の出力側の検知信号もフィードバンクライン４８を介して積分器 ３８にフィードバックされて、積分時定数を変化させるのに用いられる。尚、こ のフィードバックラインはコンパレータ４２の出力端から積分器３８に至るよう にしてもよい、一旦遅延回路４４が検知信号を確認すると、より短（なった時定 数によりＶｉｎの変化が加速される。従って、第２のパルスビームは、サンプラ ー３６の出力電圧が再び静レベルのＶｒｅｆｌになるまで、より高速で変調され ることになる。

回路構成図 第３図及び第４図は、それぞれ動作（動き）検知及び存在確認を行うためのセン サ１０の回路構成図である。これらの図に示した構成は、第２図に示したブロッ ク要素の機能をなし得る回路を単に例示したものであり、本発明の範囲を限定す るものではな゛い。

第３図において、前述した。各ブロックはそれぞれ線で凹んでいる。

電源２４は通常の電圧安定器５２を含んでおり、この電圧安定器はその入力端に て非安定化ＤＣ電圧Ｖ　ｕｎｒｅｇを受け、その出力側で供給電圧ＶＣＣ及び４ 種類の参＠電圧を発生する。参照電圧の高さは、直列の抵抗を越えるに従って減 少するため、Ｖｒｅｆ４が最高電圧で、Ｖｒｅｆ３が最低電圧となる。

パルス発生器２６は電源２４からＶｃｃ及びＶｒｅｆｌを受け、図中に信号ＣＫ と表示した矩形パルス波を発生する。パルス発生器２６はコンパレータ５４を含 んでおり、このコンパレータの非反転入力に電圧Ｖｒｅｆｌが供給される。コン パレータ５４の反転入力は、同コンパレータの出力にフィード六ツク接続されて いる。同コンパレータは供給電圧Ｖｃｃによりコンデンサ５６の充電も行う、コ ンパレータ出力とコンデンサ５６との間には、抵抗５８とトランジスタ６２とが 並列に接続されている。トランジスタ６２は、コンパレータの出力がＶｃｃであ る時に、コンデンサ５６を充電するための高速充電路を提供する。一方、抵抗５ ８は、コンパレータの出力が接地電位にある時に、コンデンサのための低速放電 路を提供する。この高速充電及び低速放電がデユーティ−サイクル１％のパルス 波を発生させる０本実施例では、各要素の値は、コンデンサ５６の充電中のパル ス期間が１，０００，０００分の５秒で、全期間が１．０００分の０．５秒とな るように設定しである０以上のように、信号ＣＫはコンデンサ５６が２ｔｔｌｌ ｉｉの時定数に基づいて充電及び放電を行う際のコンパレータ５４のトグル作用 （ｔｏｇｇｌｉｎｇ）により発生される。

信号ＣＫはＬＥＤ１２をパルス作動させるためにＬＥＤ駆動回路２８に供給され る。駆動回路２８は更に非安定化電圧Ｖ　ｕｎｒｅｇ及び参照電圧Ｖｒｅｆ３を も受ける。ＬＥＤ１２を流れる電流は積分器６４を含むフィードバックループに より安定化される。この積分器は、抵抗６６における電圧をサンプリングすべ（ 信号ＣＫによりパルス作動されるアナログスイッチ６８を介してＬＥＤ電流を検 出する。

積分器６４は抵抗６６の電圧をＶｒｅｆ３のレベルに調整して、ＬＥＤ電流を正 確な値に設定する。積分器６４は、Ｖ　ｕｎｒｅｇを受けるＰＮＰダーリントン ペア７０のベース電流量を制御することにより作用する。積分器６４の出力電圧 はトランジスタ７２のエミック電流を制御する。一方、トランジスタ７２のコレ クタＮａは、ＬＥＤ１２を閉じる。この結果、積分器６４が電流規制抵抗６６の 電圧をサンプリングするのと同期して、ダーリントンベア７０を介してＶ　ｕｎ ｒｅｇによりＬＥＤ１２を駆動させる０以上の方法により、ＬＥＤ１２の電流は 各パルス毎に設定され、ＬＥＤは一定の光強度で発光を行うことができる。

第２のパルスビームを発生するＬＥＤ２２はスイッチ３２によりパルス波の補完 的非パルス部分で駆動される。第３図に示すように、本実施例のスイッチはＰＮ Ｐ　）ランジスタフ４を含んでいる。このトランジスタ７４０ベースには信号Ｃ Ｋが供給され、その波形のパルス部分が存在する間はＬＥＤに流れる電流を遮断 する。一方、非パルス部分の時には、トランジスタ７４が導通し、ＬＥＤはビー ムを発生することになる。

ＬＥＤ２２を流れる電流、すなわち第２のパルスビームの強度はアンプ３４の出 力に応じて変調される。フォトダイオード１８に接続されたアンプ３４は、フォ トダイオード１８の信号電流に高利得を与えるとともに、この電流を信号電圧に 変換するための一連のＮＰＮトランジスタ７６を含んでいる。アンプ３４はコン デンサ７８゜８０．８２によりフォトダイオードに対してＡＣ接続される。これ らコンデンサを選択したのは、フォトダイオード１８で発生した信号電流のうち のＤＣ信号成分、すなわち一定信号成分を遮断するとともに、周りの光（環境光 ）の変化によって生じる低周波の信号変動を除去するためである。アンプは更に 出力信号電圧に追加の利得を与えるための第４のトランジスタ８４を備えている 。トランジスタ７６のＤＣ作動点（ＤＣｏｐｅｒａｔｉｎｇ　ｐｏｉｎｔｓ）は 、抵抗８６を含むフィードバックラインを介して設定される。従って、アンプの 出力信号電圧は、フォトダイオード１８が受取って時変化信号電流に変換される 反射エネルギの変化によってのみ変化する。フォトダイオード１８の特性により 、反射エネルギの増加でフォトダイオードの電流が増加すると電圧は減少し、フ ォトダイオードの電流が減少すると電圧はこれに対応して増加する。

サンプラー３６はコンデンサ８７とアナログスイッチ８８とを備えており、この アナログスイッチの入力側にはプルアンプ（ｐｕｌ！−υｐ）抵抗８６を介して Ｖｒｅｆｌが印加されている。フォトダイオード１８の電流が変化すると、コン デンサ８２に出力信号電圧が発生し、スイッチ８８にてサンプリングされる電圧 はＶｒｅｆｌから変化する。この新たな出力信号電圧は信号ＣＫによりスイッチ ８８にクロック入力され、このスイッチはその電圧の大きさをこれに比例するＤ Ｃ検知信号に変換する。この検知信号は、抵抗８９とコンデンサ８７とを含むロ ーパスフィルタに供給されて不要な高周波信号が除去された上で、バッファ用の 電圧フォロワ（ｖｏｌｔａｇｅ　ｆｏｌｌｏｗｅｒ）に供給される。

フォトダイオード１８に受取られるＬＥＤ１２からのエネルギが変化してＡＣ信 号が発生した場合、フォロワ９２の出力電圧は検知信号を含んでいる。このエネ ルギ変化を？！償するため、フォロワ出力はライン３７を介して積分器３８内の オペアンプ９３における非反転入力に供給され、Ｖｒｅｆｌと比較される。フォ ロワ９２の出力電圧がＶｒｅｆｌと異なる場合には、アンプ９３の出力Ｖｉｎが 変化してＬＥＤ１２を流れるｔ流を変調させる。このネガティブなフィードバッ クループ（ｎｅ（ａｔｉｖｅ　ｆｅｅｄｂ’ａｃｋ　１ｏｏｐ）によるＶｉｎの 調整は、受取ったエネルギに基づいて発生するフォトダイオード１８の感応信号 が再び一定になり、アンプ３４の出力に正味のＡＣ信号が現れなくなるまで、続 けられる。

積分器３８は、オペアンプ９３に加え、相互に並列な抵抗１０２゜１０４に直列 に接続されたコンデンサ９８を備えており、これによりフォロワ９４の出力を積 分するための２種類の時定数が得られる。

アナログスイッチ１０６が開いている場合には、より大きな抵抗１０２により時 定数が設定され、これによりＬＥＤ１２を新たな強度レベ／？にｍ整するための Ｖｉｎの変化速度が遅くなる。一方、スイッチ１０６が閉じている場合、時定数 は抵抗１０２に並列な抵抗１０４により設定されて、Ｖｉａの変化速度は増加す る。第２の（後者）の時定数は、遅延回路４４が検知信号における静状態を確認 した場合に選択される。

フォロワ９２の出力は比較回路４２にも供給される。この比較回路は、本実施例 において、個別のコンパレータ１８８．１１２からなるウィンドウコンパレータ を含んでいる。これらＨｌｌｉｌのコンパレータは、アンプ９２の出力電圧を規 制参照電圧Ｖ　ｒｅｆ２．　Ｖ　ｒｅｆ４と比よりも大きくなったり、参照電圧 Ｖｒｅｆ２よりも小さくなったりするり、物体１６がＬＥＤから離間移動すると Ｖｒｅｆ４よりも大きくなる。

コンパレータ１０８．１１２の出力側はＡＮＤ接続されており、その出力は反転 ヒステリシスコンパレータ（ｉｎｖｅｒｔｉＢ　ｈｙｓｔｅｒｅｓｉｓｃｏｍｐ ａｒａｔｏｒ）　　１１３を含む遅延回路４４に供給される。このヒステリシス コンパレークは、コンデンサ１１４により検知信号の通過を所定時間遅延させ、 過渡的に発生された検知信号を除去する。ヒステリシスレベルは抵抗１１６．１ １８及びＶ　ｒｅｆ　１により決定される。

させるに充分な時間継続する場合には、当該検知信号は本物であると確認される 。そして、コンパレーク１１３が、出力駆動回路４６に含まれるＮＰＮダーリン トンペアのベースを駆動するに充分な電圧を発生する。以前に簡単に述べたよう に、遅延回路４４の出力電圧もライン４８を介してアナログスイッチ１０６にフ ィードバックされて、積分器３８をより早い時定数に切り換える。

第４図は存在（ｐｒｅｓｅｎｃｅ）舘認のために使用すべく構成されたセンサ１ ０の第２実施例を示している０両者の相違点は、主に積分器３８にある。存在確 認センサとして用いるために、積分器は、フォトダイオードが受けるエネルギ量 が増加する時（ＬＥＤ１２への接近移動を示す）において、フォトダイオードが 受けるエネルギ変化ン利用しているのである。

サンプラー３６において、物体が検知領域内に入ると、電圧フォロワ９２の出力 電圧は検知信号として比例的に減少する。この出力行われる。フォロワ９２から の出力電圧が充分に減少した場合、コンパレータ１２０の状態が変わり、ダイオ ード１２２を逆付勢する。

この結果、ダイオード１２２での電流通過が遮断され、アンプ９３に並列のコン デンサ１２４が１００メガオームのような高い値の抵抗１２６を介してゆっくり と放電して、ＬＥＤ２２に負荷される電圧Ｖｉｎをゆっくりと増加させる。そし て、フォトダイオード１８が２種類の補完的ビームのエネルギを合計した結果再 び一定の感応信号を発生するようになるまで、ＬＥＤ２２はそれから発生される とでフをロワ９２の出力電圧が低下すると、コンパレータ１２０はその状態を変 え、１００キロオームのようなはるかに低い値の抵抗１２７を介して供給電圧Ｖ ｃｃで夛イオード１２２を順方向に付勢する。

この結果、アンプ９３の出力は低下して、Ｖｉｎが減少し、ＬＥＤ２２によって 発生されるビームの強度も減少する。従って、積分器３８による反射エネルギの 変化に対する補償は、物体が検知領域から離れる場合の方が、物体が検知領域に 入って来る場合よりもはるかに速い速度で行われることになる。このような構成 の目的は、一旦物体がＬＥＤ１２から離れた場合に、迅速にフォトダイオード１ ８の感応範囲を拡張することにある。

第３図のモーシランセンサとは対照的に、第４図の存在確認センサ（ｐｒｅｓｅ ｎｃｅ　５ｅｎｓｏｒ）は、比較回路４２内に単一のコンパレータ１０８のみを 備えている。このように単一のコンパレータのみを利用するのは、ＬＥＤ１２へ の接近移動のみが問題とされるからである。

尚、パワーアップの際にセンサ１０を迅速に安定化させるために、パワーオンリ セット回路（ｐｏｗｅｒ−ｏｎ　ｒｅｓｅｔ）　１２８も設けられている拳下記 のリストは、上述した実施例の構成に用いられる代表的部品を示している。

フォトダイオード１８　　５Ｆ）１２０５　　　シーミング（Ｓｉｅｍｅｎｓ） Ｌ　Ｅ　Ｄ　１２　　　　　　　５ＦＦＩ４８４　　　シーミングＬ　Ｅ　Ｄ２ ２　　　　　　　１ＲＬ８１Ａ　　　シーミングＮＰＮ　）ランジスタ　　　２ Ｎ５０８９　　　モトロワ（Ｍｏｔｏｌｏｒａ）ＰＮＰ　　）ランジスタ　　　 ＭＰＳ２９０７Ａ　　モトロワコンパレータ　　　　　Ｌｌ’！３３９　　　ナ ショナルセミアナログスイッチ　　　Ｃｌ１４０６６　　　アールシーエイ（Ｒ ＣＡ）電圧安定器　　　　　　７８５０　　　　ナショナルセミ虹 第５Ａ図〜第５Ｇ図は、センサ１０がその検知領域内で移動する物体に順応する 際におけるフォトダイオード１８でのエネルギ合計値に比例した信号電流の発生 状態を示す、第５Ａ図及び第５Ｂ図に示した静的状態では、第１のビームから得 られる反射エネルギ及びフォトダイオードへの直接的漏れによるエネルギは電流 ＩｑとＩｌｌとをそれぞれ発生させる。第２のＬ　Ｐ、　Ｄ　２２は積分器３８ により変調されて補完的ビームを発生し、ｌｂで表す同様の電流を生じさせる、 従って、正味電流１　ｎｅｔは、第５ＣＩＸｌに示すように、一定であるため、 ＤＣ電流としてアンプ３４では無視され、検知信号は発生されない。

移動物体１６がＬＥＤ１２の経路に入ると、フォトダイオード１８に反射される エネルギが増加して、第５Ｄ図に示すように、電流Ｉｔが発生する。この信号電 流は、第１のパルスビームが存在する間に電流Ｉｑ及びＩＪと合計され、第５Ｅ 図に示すように、１ｎｅｔを発生させる。これがパルス波形の時に生ずる正味の 時変化信号成骨を発生し、この検知信号がサンプラー３６にてサンプリングされ る。この信号はサンプラー内のローパスフィルタを通過することができれば、積 分５３８に供給される。この積分器３８は、この検知信号に応答して第２のパル スビームを変調し、第５Ｆ図に示すように、電流１’ｂを発生させる。今、物体 １６の動きが停止し、反射工されるビームの強度が以下の式を満足するように調 整される。

１’ｎｅｔ　　＝　　Ｉ’ｂ＋Ｉｑ＋ＩＪ＋Ｉｔこの結果、第５Ｇ図に示すよう に、新たな一定の感応信号１’ｎｅｔが発生させることになる。信号Ｉｔにおけ るＡＣ信号成分は、Ｉ’ｂがＩｂに加えられることにより無効化される。従って 、検知信号も無効化されるのである。

センサ１０を使用するに際しては、異なるセンサを多数設けて、検知領域を拡大 してもよい、この場合、第１のパルスビームのデユーティ−サイクルを低（設定 しているので、各センサの検知領域を相互に巨ならせても信号間の干渉は起こら ない、１％のデエーティーサイクルでは、第１のパルスビームが同時に存在する 可能性が極めて低いからである。このデユーティ−サイクルの長さは変更しても よいが、その長さはサンプラー３６がアンプ３４の出力を正確にサンプリングで きる時間を確保するに充分なものでなけれはならない。

以上、本発明の原理を好適な実施例に基づき図示及び説明したが、かかる原理か ら逸脱することなく本発明の構成及び詳細部分を変形してもよいことは当業者に は明白であろう０例えば、上記実施例におけるアナログ要素の多くはデジタル要 素にて置換してもよい、また、アンプ３４は、高利得を有する他の形式のフィル タ付アンプで置き換えてもよく、積分器３８はＤ／Ａコンバータで置換してもよ い、更に、積分器は、センサ回路がパワーアップして安定化した後に、フィード バックループが遮断して存在確認用検知器としての積分定数の状態を保持するよ うに設計することもできる。更にまた、上述した自動調整の代わりに、電圧計（ ｐｏｔｅｎｔｉｏｉｅｅｔｅｒ）のような手動フィードバック構成によりフィー ドバックを行ってもよい、以下の請求の範囲の精神及びスコープ内に入る全ての 変形構成は、本発明に含まれる。

国際調査報告

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. １．第１のエネルギビームを発生するための第１の発生手段と、第１のビームに 対して補完的な第２のエネルギビームを発生する第２の発生手段と、 第１及び第２のビームのエネルギを受けてこれを合計し、一定信号成分と時変化 信号成分とを有する対応する感応信号を発生させるための感応手段と、 合計された信号から一定信号成分を遮断する一方、時変化信号成分を通過させる べく前記感応手段に接続されたフィルタ手段と、時変化信号成分を動きを表す比 例検知信号に変換するための検知手段と、 この検知信号に応答して、感応信号中の時変化信号成分を無効化すべく一方のビ ームを変調させるための変調手段と、を傭え、前記変調手段により前記感応手段 が一定の感応信号を発生するようになるまで前記検知信号が継続するように構成 してなる、検知領域内での動きを検出するための装置。
2. ２．前記第１及び第２のビームを相互に補完的となるようにパルス化させるため の手段を含む請求項１に記載の装置。
3. ３．ビームの変調に応答して検知信号の値が変化する間に、前記比例検知信号を 参照信号と比較するための比較手段を含んでおり、この比較手段は、前記比例検 知信号の値が前記参照信号の値を通過する場合にこの検知信号を確認するように 構成されている請求項１に記載の装置。
4. ４．前記変調手段は、前記比例検知信号の値に比例した速度でビームの変調を行 うように構成した請求項１に記載の装置。
5. ５．前記変調手段は積分器とスイッチとを備えており、前記積分器はビームの変 調速度を変更すべく速い時定数と遅い時定数とを有しており、前記検知信号の値 が前記参照信号の値よりも小さい限りは前記スイッチが開いて遅い時定数を利用 するようにし、前記検知信号の値が前記参照信号の値を超えた場合に前記スイッ チが閉じて速い時定数を利用するように構成した請求項４に記載の装置。
6. ６．前記検知手段は、第１のパルスビームの存在時間中に前記フィルタ手段の出 力をサンプリングするためのサンプラーを備えている請求項１に記載の装置。
7. ７．前記第１のビームのパルス期間は、それと補完的な第２のビームのパルス期 間よりも短くするとともに、第１のビームを前記感応手段にて検出される前に検 知領域内で物体に反射されるよう投射させる一方、第２のビームを前記感応手段 に直接入射させるように構成した請求項２に記載の装置。
8. ８．前記第２のパルスビームの強度が変調され、前記第１のビームの強度は一定 に維持されるように構成した請求項７に記載の装置。
9. ９．前記第１及び第２の発生手段は発光ダイオードを備え、前記感応手段はフォ トダイオードを備える請求項１に記載の装置。
10. １０．前記感応手段は感応信号電流を発生するフォトダイオードを備えており、 前記フィルタ手段は時変化信号電流を比例信号電圧に変換するためのアンプを備 えている請求項１に記載の装置。
11. １１．過渡的に発生された検知信号を除去すべく、所定時間検知信号の伝達を遅 延させるための遅延手段を更に含んでいる請求項１に記載の装置。
12. １２．第１のパルスビームを発生するための第１の発光ダイオードと、第２のパ ルスビームを発生するための第２の発光ダイオードと、第１及び第２の発光ダイ オードをパルス作動させて、これらに相互に補完的なエネルギパルスビームを発 生させるためのパルス発生器と、 補完的パルスビームのエネルギを受けてこれを合計し、この合計ビームエネルギ に比例するとともに、一定信号成分と時変化信号成分とを有する感応信号を発生 させるための光電検知器と、信号電流の一定信号辰分を遮断する一方、時変化信 号成分を通過させるべく前記光電検知器にＡＣ接続されたアンプと、第１のパル スビームと同期して時変化信号成分をサンプリングするとともに、この信号成分 の振幅を比例ＤＣ検知信号に変換するためのサンプリング手段と、 このサンプリング手長に接続され、前記検知信号に応答して、当該検知信号の値 に比例する速度で第２のパルスビームを変調し、感応信号中の時変化信号成分を 無効化することにより前記光電検知器に一定に感応信号を発生させるための変調 手段と、を備え、前記変調手段により前記光電検知器が一定の感応信号を発生す るようになるまで前記検知信号が継続するように構成してなる光学的モーション センサ。
13. １３．検知領域内で物体により反射される第１のエネルギビームを発生させ、 この第１のパルスビームに対して補完的な第２のビームを発生させ、 検知位置において両ビームのエネルギの合計を検出させ、このエネルギの合計値 が経時変化する場合に、当該エネルギ合計値に比例する検知信号を発生させ、 この検知信号に応答して、エネルギ合計値の経時変化を無効化すべく一方のパル スビームの強度を変調させることにより、検知領域内での動きが停止した場合に は、更に検知信号が発生されるのを防止する、 ことよりなる検知領域内での動きを検知するための方法。
14. １４．第１及び第２のビームを相互に補完するようにパルス化させる請求項１３ に記載の方法。
15. １５．第１のビームは、検出される前に検知領域内の物体に反射されるように投 射され、第２のパルスビームは直接的に検出されるようにした請求項１３に記載 の方法。
16. １６．第２のビームを変調させるようにした請求項１３に記載の方法。