JPH0370194B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は人又は物体等の存在の有無を遮光の有
無により検出するパルス変調方式の光電スイツ
チ、特にその周期検定方式に関する。

従来の技術 自動ドアの開閉制御や工場内で移動するワーク
や機器の有無検出等のために、パルス変調方式の
光電スイツチを用いる場合において、投光部と受
光部を離して取り付ける等の設置上の制約から、
投光部と受光部に共通の同期信号を供給できない
場合、非同期式の光電スイツチが用いられる。

非同期式の光電スイツチでは、受光側で投光側
の投光タイミングが同期信号として得られないの
で、ノイズと信号を分離するため所定の周期のも
のだけを取り出す、いわゆる周期検定を行う必要
がある。

従来受光して得られた信号から投光周期に対応
したののみを区別して取り出す方式として、バン
ドパスフイルタを用いる方式と、CR積分回路等
を用いて受光信号に応じた鋸歯状波を生成しこの
鋸歯状波の尖頭値が一定範囲内にあることを二個
のコンパレータで判定する方式があつた。

発明の解決しようとする問題点 前者の方式は、受光素子の出力を増幅する増幅
回路中にバンドパスフイルタを組み込み、一定周
期の信号のみを取り出すようにしたものである。
しかしノイズマージンを大きく取るために通過帯
域幅を狭くすると、受光量変化に対して遅れが大
きくなり、光電スイツチの応答速度が遅くなつて
しまう欠点があつた。

また後者の方式は、遮光中は一定の時定数で充
電されるコンデンサを受光時に瞬時放電させて、
受光状態に対応した鋸歯状波を生成し、受光信号
の周期が長くなると鋸歯状波の尖頭値が高くなり
逆に周期が短くなると先頭値が低くなることを利
用したもので、上限値用と下限値用の二つのコン
パレータを用いて、上記尖頭値が一定範囲内にあ
るとき投光パルスの受光であると判定するもので
ある。しかしこの判定方式は応答速度については
速くできるが、投光パルスによつて生じた信号と
ノイズとの選別機能を上げるには二個のコンパレ
ータの上下の基準電圧の差を小さくしなければな
らない。基準電圧の差を小さくするには、鋸歯状
波発生回路やコンパレータの安定度をかなり高く
しなければならず、装置全体が複雑化し高価にな
る。また電力消費の比較的大きいコンパレータを
二個使用するので、低消費電力型の光電スイツチ
の提供を難しくしている。これらの原因は、受光
素子の出力する受光パルスを全て処理回路に入力
しているからである。すなわち、投受光分離型の
光電スイツチであつても、完全な周期検定を行う
ためには、投光側の投光タイミングでのみ受光パ
ルスを取り出して処理できるようにする必要があ
る。

問題点を解決するための手段 そこで、本発明は、投光側の投光タイミングが
不明であつても、その投光周期が分かつているこ
とを利用して受光側に同期引き込み動作をさせ、
簡素化され且つ省電力形の回路構成で、精度が高
くしかも応答速度が高い周期検定ができるように
して、上記問題点を解決した。

すなわち、本発明は、一定周期でパルス発光す
る投光素子と、投光素子の光を受けて受光パルス
を発生する受光素子と、投光素子駆動用の発振回
路とは別個の発振回路の出力を受け、タイミング
クロツクをシフト出力する分周動作を繰り返し、
１周期の開始時点に前回の受光パルスを受けたと
すると、今回の受光パルスを受け得るタイミング
で受光判定用のタイミングクロツクを発生し、こ
の後にも所定のタイミングクロツクのシフト動作
を行つて、その周期を終了する分周回路と、受光
パルスを、上記受光判定用のタイミングクロツク
発生時に通過させるゲート回路と、ゲート回路を
通過した受光パルスを積分し、この積分量が設定
値に達したとき受光判定信号を出力する積分回路
と、同期引き込み状態に入つていないとき受光パ
ルスを受けると、上記分周回路をクリアーして、
分周のシフト動作を１周期の開始時点に戻して、
次に発生する受光判定用のタイミングクロツクを
次のパルス発光に一致させる同期引き込みを行
い、一旦同期引き込み状態に入ると、上記ゲート
回路を通過した受光パルスによつて、上記分周回
路をクリアーして同期引き込み状態を継続させる
周期検定回路とを具備したことを特徴とする光電
スイツチである。

実施例 本発明の一実施例を図面を参照しながら以下説
明する。

第１図において、１はフオトトラランジスタ等
の受光素子、２はパルス増幅器、３は一定レベル
以上の正の信号成分を取り出して受光パルスＡと
して出力する増幅弁別器、４はLED等の投光素
子、５は投光素子４を一定周波数でパルス発光さ
せる投光素子用の発振回路、６は鋸歯状の発振波
を出力する発振回路、７は発振回路６の出力する
鋸歯状波の立ち上がりが一定レベルを超えるごと
にシフトされ８発で一周期をなすタイミングクロ
ツクT₀，T₁，…T₇を順次に繰り返し発生する分
周回路、８は分周回路７の出力するタイミングク
ロツクT₂によつて開くゲート回路、９は分周回
路７の出力するタイミングクロツクT₀，T₁，…
T₇によつて制御され受光パルスＡがゲート回路
８を通して連続して所定数以上入力したときに受
光判定出力Q₂を発生する積分回路、１０は受光
タイミングを投光タイミングに一致させる周期検
定回回路である。

上記回路の構成要素について、さらに詳しく説
明する。

積分回路９は、第１のゲート回路８を通過した
受光パルスＡでセツトされ、タイミングクロツク
T₁でリセツトされる第１のフリツプフロツプ回
路１１と、現在の受光と遮光の判定状態を記憶し
て出力する第２のフリツプフロツプ回路１２と、
第１及びび第２のフリツプフロツプ回路１１，１
２の出力Q₁，Q₂を受け、それらが一致したき
“１”の論理レベルの一致出力を発生する一致検
出回路１３と、一致検出回路１３の出力を反転し
て不一致出力を生成するインバータ１４と、第１
及び第２のANDゲート１５ａ，１５ｂからなり
タイミングクロツクT₀の発生タイミングで不一
致出力Ｂ及び一致出力Ｃを通過させるカウンタ用
ゲート１５と、カウンタ用ゲート１５を通過した
一致出力Ｃでリセツトされ、不一致出力Ｂをカウ
ンタして、不一致出力Ｂが連続して７発入力され
たときカウントアツプ出力Q₇を発生する不一致
回数カウンタ１６と、第３及び第４のANDゲー
ト１７ａ，１７ｂからなり、不一致回数カウンタ
１６のカウントアツプ出力Q₇が発生したとき開
いて、第１のフリツプフロツプ回路１１の記憶内
容を、第２のフリツプフロツプ回路１２に移す、
データ転送ゲート１７と、タイミングクロツク
T₇を第２のフリツプフロツプ回路１２のリセツ
ト端子Ｒに入力するために、第４のANDゲート
１７ｂと第２のフリツプフロツプ回路１２間に挿
入接続された第１のORゲート１８とから構成さ
れている。

周期検定回路１０は、分周回路７のタイミング
クロツクT₀，T₁，T₂の入力を受け、タイミング
クロツクT₃〜T₇の期間だけ“１”の論理レベル
出力をするNORゲート１９と、振幅弁別器３の
出力する受光パルスＡとNORゲート１９の論理
積をとつて出力する第５のANDゲート２０と、
タイミングクロツクT₃の発生タイイミングで第
１のフリツプフロツプ回路１１の出力Q₁を通過
させる第６のANDゲート２１と、第５及び第６
のANDゲート２０，２１の出力の論理和をとつ
て分周回路７のクリア端子CRに入力する第２の
ORゲート２２から構成されている。なお、この
周期検定回路１０の機能を有効に働かせるため
に、ゲート回路８の出力を発振回路６に与え、タ
イミングクロツクT₂の期間に受光パルスＡが発
生したとき鋸歯状波出力をする発振回路６の出力
を急速に立ち上がらせタイミングクロツクT₃に
ただちに移行させるという、出力周期の一時的な
短縮を行わせている。

上記回路構成の動作を第２図に示すタイミング
図を参照しながら次に説明する。

最初不一致回数カウンタ１６及び第２のフリツ
プフロツプ回路１２がリセツトされた状態で且つ
遮光状態にあつたとすると、分周回路７は１／８
の分周比で動作しタイミングクロツクT₀，T₁〜
T₇を順次に出力している。ここでタイミングク
ロツクT₃〜T₇の発生時に受光素子１が投光素子
４からの光の入射を受けると、パルス増幅器２の
出力を受けて振幅弁別器３が受光パルスＡを発生
し、この受光パルスＡはNORゲート１９の“１”
の論理レベル出力を受けて開いている第５の
ANDゲート２０を通り、さらに第２のORゲート
２２を通つて分周回路７のクリア端子CRに入り、
これをクリアする。分周回路７はその直後タイミ
ングクロツクT₀を発生し、T₁，T₂…と順に出力
する。

タイミングクロツクT₂が発生したとき受光素
子１が受光していると、受光パルスＡが再び発生
し、タイミングパルスT₂を受けて開いているゲ
ート回路８を通して第１のフリツプフロツプ回路
１１をセツトし、その出力Q₁を“１”の論理レ
ベルにする。なおこのときNORゲート１９の出
力は“０”の論理レベルであるので第５のAND
ゲート２０は閉じたままであり、分周回路７のク
リア動作はされない。この受光パルスＡは、第１
のゲート回路８を通過し、発振回路６にも入力さ
れる。従つてその出力波形は急速に立ち上がり、
この立ち上がり入力を受けた分周回路７がシフト
され、次のタイミングクロツクT₃を続いて発生
する。このように発振回路６の出力周期を一時的
に短縮しタイミングクロツクT₂の残り時間を短
くする理由は、投光素子４のパルス発光の周波数
と分周回路７のタイミングクロツク周波数とに一
定の関係を持たせてはいるものの、製造時のバラ
ツキ、周囲温度変化等の諸原因により、その関係
が設定値通りに落ち着かないため、これによるず
れ量を補正するためである。タイミングクロツク
T₃が発生すると第６のANDゲート２１が開くの
で、“１”の論理レベルにある第１のフリツプフ
ロツプ回路１１のQ₁出力が、第６のANDゲート
２１と第２のORゲート２２を通つて、分周回路
７をクリアする。従つてタイミングクロツクT₃
は瞬間的に出て、直ちに、タイミングクロツク
T₀が発生する。要するに受光パルスＡの発生直
後にタイミングクロツクT₀に移行することにな
る。このタイミングクロツクT₀によつてカウン
タ用ゲート１５が開くので、“１”の論理レベル
の第１のフリツプフロツプ回路１１のQ₁出力と、
“０”の論理レベルの第２のフリツプフロツプ回
路１２の出力Q₂の不一致より発生している不一
致出力Ｂがカウンタ用ゲート１５を通つて、不一
致回数カウンタ１６を１つカウントさせる。この
後受光素子１がタイミングクロツクT₂の発生タ
イミングで、連続して受光すると、前述の動作に
より不一致回数カウンタ１６はそのカウント数を
１つずつ増加する。最初から数えて７発目をカウ
ントすると、不一致回数カウンタ１６は、カウン
トアツプ出力Q₇を発生し、この出力Q₇はデータ
転送ゲートト１７を開いて第１のフリツプフロツ
プ回路１１の記憶内容を第２のフリツプフロツプ
回路１２に移す。そして第２のフリツプフロツプ
回路１２の出力Q₂は、受光状態を示す“１”の
論理レベルとなる。この出力Q₂は一致検出回路
１３において、第１のフリツプフロツプ回路１１
の出力Q₁と比較され一致出力Ｃを発生させるの
で、不一致回数カウンタ１６はリセツトされ、カ
ウントアツプ出力Q₇を消滅させる。以上に述べ
た７発目の受光パルスＡの発生から不一致回数カ
ウンタ１６のリセツトに致るまでの動作はタイミ
ングクロツクT₀の発生直後に全てなされる。こ
の後、受光素子１がタイミングクロツクT₂の発
生タイミングで受光していると、第１のフリツプ
フロツプ回路１１の“１”の論理レベルの出力
Q₁と第２のフリツプフロツプ回路１２の“１”
の論理レベルの出力Q₂とが一致していることを、
一致検出回路１３が検出して一致出力Ｃを発生
し、タイミングクロツクT₀の発生タイミングで
不一致回数カウンタ１６をリセツトするので、第
２のフリツプフロツプ回路１２の出力Q₂は受光
状態を示す“１”の論理レベルを保ち続ける。

しかし受光素子１がタイミングクロツクT₂の
発生タイミングで受光しないと、第１のフリツプ
フロツプ回路１１はセツトされず、その出力Q₁
は“０”の論理レベルとなるので、タイミングク
ロツクT₃の発生時に分周回路７のリセツト動作
はなされない。そして分周回路７はタイミングク
ロツクT₃に続いてタイミングクロツクT₄，T₅〜
T₇と順に出力する。タイミングクロツクT₇が発
生すると、これは第１のORゲート１８を通して
第２のフリツプフロツプ回路１２をリセツトす
る。そして、その出力Q₂は遮光状態を示す“０”
の論理レベルになる。この後遮光状態が続き受光
素子１が受光しないと、受光パルスＡが発生しな
いので、第１のフリツプフロツプ回路１１の出力
Q₁と第２のフリツプフロツプ回路１２の出力Q₂
は共に“０”の論理レベルとなり、一致検出回路
１３が一致出力Ｃを発生し続け、不一致回数カウ
ンタ１６をリセツトし続けるので第２のフリツプ
フロツプ回路１２の出力Q₂は“０”の論理レベ
ルを維持する。

要するにこの光電スイツチ２３は、受光素子１
が受光すると、周期検定回路１０の動作によつて
受光タイミングT₂を投光素子４の投光タイミン
グに一致させ、積分回路９によつて受光パルスＡ
が８回連続して発生したことを検出し、それ以降
受光状態に入つたと判定して出力するものであ
る。

上記説明における周期検定回路１０は、最初タ
イミングクロツクT₃〜T₇の期間に受光パルスＡ
が発生したとき、分周回路７をクリアし、その後
タイミングクロツクT₂発生時に受光パルスＡが
発生していれば、積分回路９内の第１のフリツプ
フロツプ回路１１の出力Q₁が“１”の論理レベ
ルになることを利用し、この出力Q₁をタイミン
グクロツクT₃の発生時に、分周回路７のクリア
端子CRに入力することにより同期に引き入れる
構成をとつていた。而して本発明思想は、所定の
タイミングクロツクによつて開くゲート回路を通
過した受光パルスによつて、タイミングクロツク
発生用の分周回路をクリアし、受光中は分周回路
の分周比を変化させて、受光タイミングを投光タ
イミングに一致させることを内容とするものであ
るから、この範囲内で設計変更することが可能で
ある。

また積分回路９は、必ずしも上述の回路構成に
しなくてもよく、例えばゲート回路を通過した受
光パルスをアナログ的に積分し、タイミングクロ
ツクT₇の発生によつて全てを瞬時放電するCR積
分回路を使用することもできる。この例の場合は
CR積分回路の出力が一定の電圧レベルに達した
とき受光状態と判定するのである。

発明の効果 本発明は非同期式の光電スイツチにおける周期
検定を、タイミングクロツク発生用の分周回路の
分周比を変化させ、受光判定用のタイミングクロ
ツクをパルス発光タイミングに一致させる同期引
き込みにより行うから、分周回路にクロツクを供
給する発振回路のみ安定化すれば高精度でノイズ
を分離して所定周期の信号が取り出せる。従つて
回路が簡素化されているにもかかわらず、ノイズ
マージンを高くすることができる。そして、積分
回路には、ノイズが除去された信号成分のみ入力
されるから、受光判断を精度高く高速に行うこと
ができる。さらに本発明は鋸歯状波発生方式のよ
うに、電流消費量の多いコンパレータを使用する
必要がないから、電流消費量を少なくすることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電スイツチの一実施例を示
す回路図、第２図はその動作を説明するためのタ
イミング図である。 １…受光素子、３…振幅弁別器、４…投光素
子、５…投光素子駆動用の発振回路、６……発振
回路、７……分周回路、８…ゲート回路、９…積
分回路、１０…周期検定回路、２３…光電スイツ
チ、Ａ…受光パルス。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定周期でパルス発光する投光素子と、投光
   素子の光を受けて受光パルスを発生する受光素子
   と、 投光素子駆動用の発振回路とは別個の発振回路
   の出力を受け、タイミングクロツクをシフト出力
   する分周動作を繰り返し、１周期の開始時点に前
   回の受光パルスを受けたとすると、今回の受光パ
   ルスを受け得るタイミングで受光判定用のタイミ
   ングクロツクを発生し、この後にも所定のタイミ
   ングクロツクのシフト動作を行つて、その周期を
   終了する分周回路と、 受光パルスを、上記受光判定用のタイミングク
   ロツク発生時に通過させるゲート回路と、 ゲート回路を通過した受光パルスを積分し、こ
   の積分量が設定値に達したとき受光判定信号を出
   力する積分回路と、 同期引き込み状態に入つていないとき受光パル
   スを受けると、上記分周回路をクリアーして、分
   周のシフト動作を１周期の開始時点に戻して、次
   に発生する受光判定用のタイミングクロツクを次
   のパルス発光に一致させる同期引き込みを行い、
   一旦同期引き込み状態に入ると、上記ゲート回路
   を通過した受光パルスによつて、上記分周回路を
   クリアーして同期引き込み状態を継続させる周期
   検定回路とを具備したことを特徴とする光電スイ
   ツチ。