JPH03179816A - 電子スイッチ - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は光電スイッチや近接スイッチ等の電子スイッチ
に関し、特にヒステリシスの設定に特徴を有する電子ス
イッチに関するものである。

〔従来の技術〕

従来光電スイッチ等においては、例えば第７図に示すよ
うに投光部側の発振回路ｌから所定の周期のクロックパ
ルスを投光回路２に与え投光用の発光ダイオード３を点
灯しており、投光部と対向する位置又はこの反射光を受
光する位置に設けられた受光部側のフォトダイオード４
によって受光信号を与える。このフォトダイオード４に
は■／Ｖ変換回路５を接続し、得られた受光信号を感度
調整用の可変抵抗器を有する増幅回路６によって増幅す
る。そして増幅出力を比較器７に与え比較出力を信号処
理回路８に与えている。信号処理回路８では発振回路１
のクロックパルスをゲート信号としてその比較信号が所
定回数連続するときに物体を検出したものとして検出信
号を与えると共に、比較器７の闇値を低下させてヒステ
リシスを得るようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような従来の光電スイッチでは、ヒス
テリシスの幅は増幅回路６の増幅率が最大でノイズも最
も増幅されるときにチャタリングが起きないようなヒス
テリシス幅が設定される。

即ち第４図（ａｌに示すように増幅回路６の出力に多く
のノイズを含む状態でチャタリングを生じないようなヒ
ステリシス幅が設定されている。しかしこのような光電
スイッチにおいて入力信号が大きいときに増幅回路６の
増幅率を低下させ、例えばそのゲインをなとしても第４
図（ｂ）に示すように増幅回路より同一レベルの信号が
得られノイズレベルが小さくなる。しかしこの場合にも
ヒステリシス幅を一定としているために微小な受光量の
差を検知することができないという欠点があった。

本発明はこのような従来の電子スイッチの問題点に鑑み
てなされたものであって、入力信号が大きければその微
小な変化を検知できるようにすることを技術的課題とす
る。

〔課題を解決するための手段〕

本願の請求項１の発明は入力信号のレベルを弁別する比
較器を有し、該比較器の出力によって物体を識別する電
子スイッチであって、入力信号を増幅する可変増幅率増
幅回路と、可変増幅率増幅回路の増幅率を設定する増幅
率設定手段と、比較器と増幅率設定手段の出力とが与え
られ、比較器のオンレベルとオフレベルとの差のヒステ
リシス幅を増幅率設定手段による増幅率に対応して変化
させる基準電圧回路と、を有することを特徴とするもの
である。

又本願の請求項２の発明では、増幅率設定手段は増幅率
をデジタル化して出力するものであり、可変増幅率増幅
回路は入力抵抗及び帰還抵抗のいずれか一方を増幅率設
定手段のデジタル出力によって切換えることにより入力
信号の増幅率を変化させるものであり、基準電圧回路は
増幅率設定手段より得られるデジタル出力に基づいて比
較器のオンレベルとオフレベルとの差のヒステリシス幅
を変化させることを特徴とするものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本願の請求項１の発明によれば
、光電スイッチ等の受光部の増幅回路の増幅レベルに対
応させて比較器のヒステリシスを設定している。このた
め増幅回路の増幅率が低くノイズレベルも小さい場合に
はヒステリシス幅を小さくしており、増幅回路の増幅率
が大きくノイズレベルが高い場合にはヒステリシス幅を
大きくなるようにしている。

又本願の請求項２の発明では、増幅率設定手段は増幅率
をデジタル化して出力するものとし、可変増幅率増幅回
路を入力抵抗と帰還抵抗のいずれか一方をデジタルデー
タによって切換えることによってその増幅率をデジタル
信号に基づいて変化させるようにしており、そのとき同
時にデジタルデータを基準電圧回路に与えて比較器のオ
ンレベルとオフレベルとの差のヒステリシス幅を変化さ
せるようにしている。

〔実施例〕

第１図は本発明の一実施例による光電スイッチの構成を
示すブロック図、第２図はその主要部を示す回路図であ
る。これらの図において前述した従来例と同一部分は同
一符号を付している。第１図において発振回路１は所定
周期のクロック信号を発生するものであり、その出力は
投光回路２及び信号処理回路８に与えられる。投光回路
２は与えられたクロック周期毎に投光用の発光ダイオー
ド３を駆動して断続的に投光素子を点灯させるものであ
る。又受光部側には受光用のフォトダイオード４及びそ
の出力を電圧に変換するＩ／Ｖ変換回路５が設けられ、
その出力は可変増幅率増幅回路１１に与えられる。本実
施例においては増幅回路１１の増幅率は外部に接続され
た増幅率設定手段１２、例えば可変抵抗器１２ａによっ
て設定され、その増幅出力が比較器１３の一方の入力端
に与えられる。比較器１３の他方には基準電圧回路１４
より比較の基準となる閾値ｖｔｈが与えられる。

この閾値ｖｔｈは信号処理回路８の出力がＬレベル（物
体非検知）のときＶｔｈ（ＩＩ）　、　　Ｈレベル（物
体検知）のときＶｔｈ（Ｌ）の値を有し、感度調整用の
可変抵抗器１２ａの出力及び信号処理回路８の出力によ
って変化させることにより所定のヒステリシスを得るよ
うに構成されている。比較器１３の出力は信号処理回路
８に与えられる。信号処理回路８は発振回路１からのク
ロック信号をゲート信号として比較器１３の出力が連続
してＨ又はＬレベルとなったときに物体を有無を判別す
るものであり、その出力Ｖｏｔπは基準電圧回路１４に
与えられ、又インバータ９を介して物体検知信号Ｖｏｕ
ｔとして外部に出力される。

第２図は可変増幅率増幅回路１１ａと基準電圧回路１４
ａ及び比較器１３の構成の一例を示す回路図である。本
図においてＩ／Ｖ変換回路５の出力は増幅回路１１ａに
与えられコンデンサＣ１及びＦＥＴＩを介して増幅用の
演算増幅器の反転入力端に与えられる。演算増幅器の入
出力端子間にはフィードバック抵抗Ｒ１が接続され、そ
の出力はコンデンサＣ２を介して比較器１３の一方の入
力端に与えられる。さて増幅率調整用の可変抵抗器１２
ａの一端及び演算増幅器の非反転入力端には基準電圧Ｖ
ｒｅｆが与えられており、可変抵抗器１２ａの出力はボ
ルテージフォロワ回路１５を介して電圧信号■８として
ＦＥＴＩのゲートに与えられる。ＦＥＴＩはこの入力電
圧ＶＲに対応して抵抗値が例えば数１００Ω〜数ＭΩ程
度の範囲で変化するものであって、フィードバック抵抗
Ｒ１との比によって増幅回路１１の増幅率が決定される
。

この電圧ＶＲは基準電圧回路１４ａのＦＥＴ２にも与え
られる。基準電圧回路１４ａは図示のように安定化され
た電圧Ｖｃｃの電源と基準電圧Ｖｒｅｆの電圧源との間
に抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４の直列接続体が接続されており
、その抵抗Ｒ４に並列にＦＥＴ２が接続される。ＦＥＴ
２はＦＥＴＩと同しく入力電圧ＶＲによってその抵抗値
を変化させる電圧制御抵抗器として用いている。又トラ
ンジスタＴｒｉのベースには信号処理回路８の物体検知
出力Ｖｏｕｔが与えられ、物体検知信号に応じて導通す
ることによりＦＥＴ２を完全にオフとし、又は入力電圧
に応した抵抗となるように切換えてヒステリシスを発生
させるものである。

次に本実施例の動作について第３図の波形図を参照しつ
つ説明する。信号処理回路８がまだ物体を検知しておら
ず、その出力ＶｏｕｔがＨレベルのときにはトランジス
タＴｒｉはオン状態である。このときＦＥＴ２は完全に
オフとなって、抵抗の直列体としては抵抗Ｒ４がそのま
ま接続される。従って比較器１３に加わる閾値Ｖｔｈ（
Ｈ）は次式で示される。

次に信号処理回路８が物体を検出しその出力Ｖ；ＴがＬ
レベルとなれば、トランジスタＴｒｉはオフとなる。こ
こでＦＥＴ２の抵抗値をＲｓ２とすると、閾値Ｖｔｈ（
Ｌ）は次式で示される。

Ｒ４＋Ｒｓ２ 即ちボルテージフォロワ回路１５から与えられる電圧出
力ＶＲが低くなるほどＲｓ２が大きくなりＶＬｈ　（Ｌ
）が高くなる。第３図ｆａｌは増幅率調整用の可変抵抗
器１２ａの電圧出力ｖＲを段階的に低下させた状態を示
す図である。本図に示すように投光部カラの信号によっ
て一定レベルのパルス状の信号が受光されてもＦＥＴＩ
の抵抗値が徐々に大きくなり増幅回路１１の増幅率が徐
々に低下することとなるため、その出力ｖＡとして第３
図（ｂ）に示すような出力が得られる。このとき電圧■
３の低下に対応して抵抗Ｒ４に並列に接続されるＦＥＴ
２の抵抗値が徐々に大きくなるため、このヒステリシス
幅は第３図（Ｃ）に示すように徐々に少なくなる。従っ
て入力信号を増幅する増幅率に応じたヒステリシス幅と
することができる。

第４図（ａ）は可変増幅率増幅回路１１の増幅・率が大
きくその増幅率をＧとしたときの増幅回路の出力の一例
を示す図である。このときには比較器１３の闇値は例え
ば図示のように定まる。又入力信号が大きく可変増幅率
増幅回路１１の増幅率がＡＧのときには、第４図（ｂ）
に示すようにノイズレベルが低くなるが、そのときの閾
値Ｖｔｈ（Ｌ）は第４図（ａ）よりも高くなっておりヒ
ステリシス幅が狭くなっている。従って本図に示すよう
に増幅回路ｌｌの出力に含まれるノイズレベルによって
最適のヒステリシス幅が得られ゛る。

尚本実施例は光電スイッチの増幅回路の増幅率を可変抵
抗器１２ａによって設定するようにしているが、第５図
に示されるように光電スイッチの増幅回路１１の増幅率
を外部からデジタル信号によって設定し、その信号をＤ
／Ａ変換回路１６でアナログ値に変換して電圧Ｖｌとし
て前述する増幅回路１１及び基準電圧回路１４に与える
ようにしてもよい。この場合にはＤ／Ａ変換回路１６が
増幅率設定手段１２となる。本実施例においても増幅回
路１１の増幅率に対応して基準電圧回路１４よりヒステ
リシス幅を設定し、それによって信号を弁別することが
できる。

又本実施例は比較器の出力を信号処理回路に与え、その
出力が連続して変化するときに物体検知信号を出力する
と共にその信号によって基準電圧を変化させるようにし
ているが、比較器の出力によって直接基準電圧を変化さ
せるようにしてもよいことはいうまでない。

第６図は可変増幅率増幅器、基準電圧回路及び比較器１
３の他の実施例を示す回路図である。本実施例では増幅
率設定手段１２は例えば８ビ・ノドのバイナリデータを
出力するものとし、その出力は可変増幅率増幅回路１１
ｂ及び基準電圧回路１４ｂに与えられる。可変増幅率増
幅回路１１ｂは図示のように８ビツトのパラレル信号に
よって夫々導通するアナログスイッチ２０〜２７を有し
ている。これらのアナログスイッチの一端は共通に接続
されてＩ／Ｖ変換回路５の出力端に接続され、他端は抵
抗ＲＩＯ−Ｒ１７を介して演算増幅器２８の反転入力端
に接続される。演算増幅器２８の入出力端間にはフィー
ドバック抵抗Ｒ１Ｂが接続されている。ここで抵抗ＲＩ
Ｏ〜Ｒ１７は夫々抵抗ＲＩＯの抵抗値をＲとすると、’
Ａ　Ｒ、’Ａ　Ｉ’ｔ−Ｒ／　２　’−Ｒ／１２８とな
るように選択された抵抗である。そしてアナログスイッ
チ２０がＬＳＢ、アナログスイッチ２７がＭＳＢとなり
、可変増幅率増幅回路１１ｂは８ビツトのパラレル信号
に対応した増幅率が選択される。又基準電圧回路１４ｂ
は電源と接地端間に抵抗Ｒ２０〜Ｒ２９が直列に接続さ
れている。

そして抵抗Ｒ２１−Ｒ２８の両端には夫々アナログスイ
ッチ３０〜３７が接続される。アナログスイッチ３０〜
３７には８ビツトのパラレル信号がインバータを介して
スイッチ信号として与えられている。又抵抗Ｒ２０とＲ
２１の共通接続点は基準電圧端として比較回路１３に与
えられる。ここで抵抗Ｒ２１〜Ｒ２８は夫々抵抗Ｒ２１
の抵抗値をＲ′とすると、Ｒ２２は２Ｒ’、Ｒ２３は４
　Ｒ’　−−−−−−−−Ｒ２８は１２８Ｒ’のような
抵抗比に分割されているものとする。又抵抗Ｒ２０，２
１の共通接続点とＲ２８，２９の共通接続点間には、こ
れらの間を短絡するアナログスイッチ３８が接続され、
インバータ９の出力Ｖｏｕｔによって開閉される。

次に可変増幅率増幅回路１１ｂ及び基準電圧回路１４ｂ
の動作について説明する。８ビツトの入力データを１６
進表示すると可変増幅率増幅回路１１ｂの利得は以下の
表で示される。

このように人力データに正確に比例する利得を得ること
ができる。又基準電圧回路１４ｂは信号処理回路８の出
力がＨレベル、即ち物体検知を検知していないときには
アナログスイッチ３８がオフとなるため、Ｖｔｈ（＋１
）はＲ２１〜Ｒ２８の合成抵抗値をＲＯとすると、次式
で表される。

又物体を検知したときには信号処理回路８の出力がＬレ
ベルとなる。このときアナログスイッチ３８が導通する
ため基準電圧回路１４ｂの閾値ｖｔｈ（Ｌ）は次式で示
される。

この場合にはＶｔｈ（Ｌ）のレベルは一定でアリ、Ｖｔ
ｈ（１１）は増幅率が大きくなる。従って入力データが
大きくなるにつれてヒステリシス幅も大きくなる。この
ように前述した第１実施例と同様に増幅率設定手段１２
からのバイナリ信号によって可変増幅率増幅回路１１ｂ
の増幅率とヒステリシス電圧とを同時に変化させること
ができる。

尚本実施例は可変増幅率増幅回路１１ｂの人力抵抗をデ
ジタル信号によって変化させるようにしているが、フィ
ードバック抵抗を変化させるようにしてもよい。又入力
回路にＲ−２Ｒラダ一回路を設け、これによってデジタ
ル信号に対応した増幅率を得るようにしてもよい。

〔発明の効果〕

このように本願の請求項１の発明によれば、入力信号を
増幅する可変増幅率増幅回路の増幅率に対応させてヒス
テリシス幅を変化させるようにしているため、ノイズレ
ベルが少ない信号ではヒステリシス幅が狭くなり微小な
入力信号の変動を確実に検知することができる。又入力
信号レベルが低く増幅回路の増幅率を高くした場合には
ノイズレベルも高くなるため、ヒステリシス幅を大きく
することによってノイズの影響がなく物体を識別するこ
とができる。

又本願の請求項２の発明によれば、増幅率設定手段の信
号をデジタル信号としており、それに基づいて正確に増
幅率及びヒステリシス幅を設定することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の請求項１の発明を具体化した第１実施例
による光電スイッチの全体構成を示すブロック図、第２
図はその主要部の回路図、第３図は増幅率を変化させた
ときの増幅回路の出力とヒステリシス幅の変化を示す図
、第４図は本実施例の光電スイッチにおける増幅回路の
出力波形を示す図、第５図は本願の他の実施例を示すブ
ロック図、第６図は本願の請求項２の発明を具体化した
実施例の主要部を示す回路図、第７図は従来の光電スイ
ッチの一例を示すブロック図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号のレベルを弁別する比較器を有し、該比
   較器の出力によって物体を識別する電子スイッチにおい
   て、 入力信号を増幅する可変増幅率増幅回路と、前記可変増
   幅率増幅回路の増幅率を設定する増幅率設定手段と、 前記比較器と前記増幅率設定手段の出力とが与えられ、
   前記比較器のオンレベルとオフレベルとの差のヒステリ
   シス幅を前記増幅率設定手段による増幅率に対応して変
   化させる基準電圧回路と、を有することを特徴とする電
   子スイッチ。
2. （２）前記増幅率設定手段は、増幅率をデジタル化して
   出力するものであり、 前記可変増幅率増幅回路は、入力抵抗及び帰還抵抗のい
   ずれか一方を前記増幅率設定手段のデジタル出力によっ
   て切換えることにより入力信号の増幅率を変化させるも
   のであり、 前記基準電圧回路は、前記増幅率設定手段より得られる
   デジタル出力に基づいて前記比較器のオンレベルとオフ
   レベルとの差のヒステリシス幅を変化させるものである
   ことを特徴とする請求項１記載の電子スイッチ。