JPH0370195B2 - - 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、更に詳しくは同期方式と周期検定方式のいず
れの方式でも使用できる光電スイツチに関する。

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
や機器の有無検出に用いられる光電スイツチは、
連続光を用いる直流方式のものと、パルス状の断
続光を用いその受光回数によつて受光か遮光かを
判定するパルス変調方式のものがあるが、外乱光
等のノイズの影響を受けにくいことからパルス変
調方式のものが多く用いられる。

上記パルス変調方式は、一般に投光素子の投光
タイミングに同期して開くゲート回路によつて受
光素子の出力を選択的に取り出している。これは
同期方式と呼ばれるもので、上記ゲート期間外に
入力された外乱光等によるノイズを受けつけない
効果がある。

しかし設置場所等の制約により投光器と受光器
とを離して設置しなければならず、投光素子の投
光タイミングを受光器側で知ることができない場
合がある。この場合はいわゆる周期検定方式の光
電スイツチが使用される。この周期検定方式の光
電スイツチは一般に受光器に一定周期の受光パル
スのみを選択的に取り出す周期検定回路を設け、
これによつて取り出された受光パルスを積分し、
その積分量が所定値に達するか否かによつて、受
光状態であるか遮光状態にあるかを判定してい
る。

発明の解決しようとする問題点 上述したようにパルス変調方式の光電スイツチ
は、投受光のタイミングを共通のタイミングクロ
ツクに同期させる同期方式のものと、投受光のタ
イミングを完全に同期させることができないため
受光器側で周期検定を行う周期検定方式のものに
大別される。この使い分けは光電スイツチの設置
状況に応じてなされるが、検出範囲や出力形式に
同等な機能を持つ機種ごとに、上記二種の光電ス
イツチを製作するのは、製造、販売、使用等の全
ての面において不利益が生じる。これを解決する
には一台で同期方式と周期検定方式の使い分けが
できる共用型のものを製作すればよい。しかし従
来の周期検定方式の光電スイツチの回路構成は、
同期式光電スイツチの回路構成とかなり異なつて
いるので、共用化は回路構成の複雑化を招き得策
とはいえなかつた。

問題点を解決するための手段 本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたもの
で、同期方式と周期検定方式の選択使用ができる
光電スイツチを、共用部分を多くした構成にて提
供することも目的とする。

すなわち本発明は、発振回路の出力を分周し
て、タイミングクロツクT₀，…，Tm，…Tnを
順に繰り返し発生する分周回路と、上記タイミン
グクロツクT₀とタイミングクロツクTmの発生間
隔で投光用パルスを発生する、上記発振回路とは
別個の投光用発振回路と、同期検波時には上記タ
イミングクロツクTm、周期検定時には上記投光
用発振回路の投光用パルスを投光素子に切換え供
給して、投光素子をパルス発光させる切換スイツ
チと、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、上記タイミングクロツクTmで開
くゲート回路と、この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、周期検定
信号が入力されている周期検定動作時のみ動作
し、同期引き込み状態に入つていないとき受光パ
ルスが発生すると、上記分周回路をクリアーし
て、分周動作を１周期の開始時点であるタイミン
グクロツクT₀の発生状態に移行させて、次に発
生するタイミングクロツクTm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
同期引きみ状態を継続させる周期検定回路とから
構成される。

実施例 本発明の一実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図において、１は鋸歯状波を発生する発振
回路、２は発振回路１の出力が一定レベルを超え
たときシフト（分周動作）し、タイミングクロツ
クT₀，…，Tm，…Tn、例えば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、３はタイミングクロツ
クT₂（Tm）に同期してパルス発光するか、又は
上記分周回路２とは別個の投光用発振回路４によ
つてパルス発光するLED等の投光素子、５は投
光素子３を分周回路２のタイミングクロツクT₂
（Tm）で駆動するか投光用発振回路４の投光用
パルスで駆動するかを選択する切換スイツチ、６
はフオトトランジスタ等の受光素子、７はパルス
増幅器、８は一定レベル以上の正の振特成分を取
り出し受光パルスＡとして出力する振幅弁別器、
９はタイミングクロツクT₂によつて開くゲート
回路、１０はタイミングクロツクT₀，T₁によつ
て制御され、受光パルスＡが所定数連続して入力
したか否かによつて受光又は遮光の判定出力Q₂
を発生する積分回路、１１は受光側で投光側の発
光タイミングを知ることができない場合、すなわ
ち投光素子３が投光用発振回路４によつてパルス
発光しているとき動作し、タイミングクロツク
T₂を投光タイミングに一致させる周期検定回路
である。この周期検定回路１１は、周期検定信号
ｆが入力されている周期検定時のみ動作するもの
で、同期引き込み状態に入つていないとき受光パ
ルスＡが発生すると、上記分周回路２をクリアー
して、分周動作を１周期の開始時点であるるタイ
ミングクロツクT₀の発生状態に移行させて、次
に発生するタイミングクロツクTm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９を通過
した受光パルスＡによつて、上記分周回路２をを
クリアして同期引き込み状態を継続させる。

上記回路の構成要素について、さらに詳しく説
明する。

投光用発振回路４の発振周期ｔは分周回路２の
タイミングクロツク一発の周期の三倍と等しいか
又はわずかに小さく設定されている。

切換スイツチ５は投光素子３を同期方式と周期
検定方式の両方に使用するためのもので、投光素
子３のみで同期方式専用として用いる場合、及び
投光素子３と投光用発振回路４とを組み合わせて
周期検定方式専用として用いる場合は不要であ
る。

積分回路１０は、ゲート回路９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１
２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１３と、第１
及び第２のフリツプフロツプ回路１２，１３の出
力Q₁Q₂を受け、それらが一致したとき“１”の
論理レベルの一致出力を発生する一致検出回路１
４と、一致検出回路１４の出力を反転して不一致
出力を生成するインバータ１５と、第１及び第２
のANDゲート１６ａ，１６ｂ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１
６と、カウンタ用ゲート１６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１７と、第３及び第４のANDゲート１８
ａ，１８ｂからなり不一致回数カウンタ１７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１２の記憶内容を第２の
フリツプフロツプ回路１３に移すデータ転送ゲー
ト１８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１３のリセツト端子Ｒに入力す
るために、第４のANDゲート１８ｂと第２のフ
リツプフロツプ回路１３の間に挿入接続された第
１のORゲート２０とから構成されている。

周期検定回路１１は、周期検定信号ｆが“１”
の論理レベルとなつたとき動作するもので、分周
回路２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２０
と、振幅弁別器８の出力する受光パルスＡ，
NORゲート２０の出力及び周期検定信号ｆの論
理積をとつて出力する第５のANDゲート２１と、
周期検定信号ｆが“１”の論理レベルのときタイ
ミングクロツクT₃の発生タイミングで第１のフ
リツプフロツプ回路１２の出力Q₁を通過させる
第６のANDゲート２２と、第５及び第６のAND
ゲート２１，２２の論理和をとつて分周回路２の
クリア端子CRに入力する第２のORゲート２３か
ら構成されている。なお、この周期検定回路１１
の機能を有効に働かせるためにゲート回路９の出
力を発振回路１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
力をするクロツク発生器６の出力を急速に立ち上
がらせ、この立ち上がりによつて分周回路２をシ
フトし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。

上記回路構成の光電スイツチ２５の動作を以下
に説明する。

初めに同期式の動作をさせる場合について、第
２図のタイミング図を参照しながら説明する。

周期検定信号ｆが“０”の論理レベルのとき周
期検定回路１１は動作しないので、分周回路２は
常に分周比1/8で動作しタイミングクロツクT₀，
T₁，…T₇を順次繰り返し出力している。光電ス
イツチ２５はこのタイミングクロツクに同期して
動作する。この場合切換スイツチ５はタイミング
クロツクT₂を通過させる側に投入され、投光素
子３はタイミングクロツクT₂に同期してパルス
を発光する。このパルス光を受けた受光素子６の
出力は、パルス増幅器７及び振幅弁別器８で処理
され、受光パルスＡが発生する。受光パルスＡは
上記タイミングT₂内に得られたもののみがゲー
ト回路９を通過する。ゲート回路９を通過した受
光パルスＡは発振回路１に入力され、その出力波
を急速に立ち上がらせるので、これが入力される
分周回路２は急速にシフトし、タイミングクロツ
クT₂を短い幅で終わらせタイミングクロツクT₃
に移行する。この周期短縮は後述する周期検定方
式の動作に必要なもので、同期方式の動作には直
接関係しない。一方第１のフリツプフロツプ回路
１２は、ゲート回路９を通過した受光パルスＡに
よつてセツトされタイミングクロツクT₁によつ
てリセツトされるので、受光素子６がタイミング
T₂で受光すると第１のフリツプフロツプ回路１
２の出力Q₁はタイミングクロツクT₂〜T₇，T₀の
期間中“１”の論理レベルとなる。

ここで最初不一致回数カウンタ１７及び第２の
フリツプフロツプ回路１３がリセツトされた初期
状態をあつたとする。

タイミングクロツクT₂の期間に受光パルスＡ
が発生すると、第１のフリツプフロツプ回路１２
は次のタイミングクロツクT₁までこれを記憶保
持する。一方カウンタ用ゲート１６は、この記憶
保持期間内のタイミングクロツクT₀で開く。こ
のとき第１のフリツプフロツプ回路１２の出力
Q₁は“１”の論理レベルであり、第２のフリツ
プフロツプ回路１３の出力Q₂は“０”の論理レ
ベルであるので、不一致出力Ｂが発生し、不一致
回数カウンタ１７は一つカウントする。各タイミ
ングクロツクT₂毎に連続して受光素子６が受光
していると、受光パルスＡは各周期毎に発生する
ので、上述の動作により不一致回数カウンタ１７
はカウント数を一つずつ増加させる。連続して７
発の受光パルスＡが発生すると、この直後のタイ
ミングクロツクT₀で不一致回数カウンタ１７は
カウントアツプ出力Q₇を発生し、データ転送ゲ
ート１８を開いて第１のフリツプフロツプ回路１
２の記憶内容を第２のフリツプフロツプ回路１３
に移す。この結果第２のフリツプフロツプ回路１
３の出力Q₂は受光状態を示す“１”の論理レベ
ルとなり、さらに一致検出回路１４は第１及び第
２のフリツプフロツプ回路１２，１３の出力Q₁，
Q₂が一致していることを示す“１”の論理レベ
ルになるので、不一致回数カウンタ１７はリセツ
トされ、カウントアツプ出力Q₇も消滅する。上
記カウントアツプ出力Q₇の発生、第２のフリツ
プフロツプ回路１３の反転、及び不一致回数カウ
ンタ１７のリセツトは、タイミングクロツクT₀
の立ち上がりの直後に全てなされる。このように
して第２のフリツプフロツプ回路１３の出力Q₂
が受光状態を示す“１”の論理レベルに変化した
後は、受光パルスＡが発生すると、一致出力Ｃが
発生して不一致回数カウンタ１７をリセツトする
ので、受光パルスＡが一定期間（タイミングクロ
ツクT₂が７個発生する期間）内に少なくとも一
個発生すれば、不一致回数カウンタ１７はカウン
トアツプ出力Q₇を発生せず、第２のフリツプフ
ロツプ回路１３の出力Q₂は受光状態を示す“１”
の論理レベルを保つている。

しかし遮光状態になつて受光パルスＡが、タイ
ミングクロツクT₂の連続した７回の間継続して
発生しないと、第１のフリツプフロツプ回路１２
の出力Q₁の“０”の論理レベルと第２のフリツ
プフロツプ回路１３の出力Q₂の“１”の論理レ
ベルとの不一致を、不一致回数カウンタ１７がカ
ウンタ用ゲート１６の開くタイミングT₀で、上
述のような動作により７回カウントして、カウン
トアツプ出力Q₇を発生するるので、第２のフリ
ツプフロツプ回路１３は再び反転して、その出力
Q₂は遮光状態を示す“０”の論理レベルに変化
する。

次に本発明の光電スイツチ２５に、周期検定方
式の動作をさせた場合について、第３図のタイミ
ング図を参照しながら説明する。

周期検定方式の動作は周期検定信号ｆを“１”
の論理レベルに固定し、第５、第６、第７の
ANDゲート２１，２２，２４を能動状態にして
周期検定回路１１を動作させ、且つ切換スイツチ
５を投光用発振回路４側に投入して行われる。

最初光電スイツチ２５は不一致回数カウンタ１
７及び第２のフリツプフロツプ回路１３がリセツ
トされた初期状態で、且つその後遮光状態にあつ
たとするる。受光素子６は受光していないので、
分周回路２は８発を一周期とするタイミングクロ
ツクT₀，T₁，…T₇を順に発生している。第３図
の左側部分を示すように、受光パルスＡが発生し
ていないときには、一致検出回路１４から“１”
の論理レベルの一致出力Ｃが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１４
をリセツトし続け、第７のANDゲート２４と第
１のORゲート１９を通つたタイミングクロツク
T₇が第２のフリツプフロツプ回路１３をリセツ
トし続け、第２のフリツプフロツプ回路１３の出
力Q₂は遮光状態を示す“０”の論理レベルに保
たれている。

しかし受光状態になり、周期検定回路１１の
NORゲート２０の出力が“１”の論理レベルに
なるタイミングクロツクT₃，T₄〜T₇の期間に、
投光素子３からの光が受光素子６に入射される
と、受光によつて得られた受光パルスＡが、この
期間中開く第５のANDゲート２１と第２のORゲ
ート２３を通つて分周回路２のクリア端子CRに
入力され、これをクリアする。分周回路２はその
直後タイミングクロツクT₀を発生し、T₁，₂…と
順に出力する。次にタイミングクロツクT₂が発
生したとき受光素子６が受光していると受光パル
スＡが再び発生し、タイミングクロツクT₂を受
けて開いているゲート回路９を通して第１のフリ
ツプフロツプ回路１２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２０の出力は“０”の論理レベルで
あるので第５のANDゲート２１は閉じたままで
あり、分周回路２のクリア動作はされない。この
受光パルスＡはゲート回路９を通過し、発振回路
１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、この入力を受けた分周回路２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１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３のパルス発光の周波
数と分周回路２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つかないため、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２２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１２のQ₁出力が、第６のANDゲー
ト２２と第２のORゲート２３を通つて、分周回
路２をクリアする。つまり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１６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１２の出力Q₁
と“０”の論理レベルの第２のフリツプフロツプ
回路１３の出力Q₂の不一致により発生している
不一致出力Ｂがカウンタ用ゲート１６を通つて、
不一致回数カウンタ１７を１つカウントさせる。

この後受光素子６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１７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１７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１８を開いて、第１のフリツプフ
ロツプ回路１２の記憶内容を第２のフリツプフロ
ツプ回路１３に移す。そして第２のフリツプフロ
ツプ回路１３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１４おいて、第１のフリツプフロツプ回路１
２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１７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発生から不一致回数カ
ウンタ１７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１２の“１”の論理レベルの出
力はQ₁と、第２のフリツプフロツプ回路１３の
“１”の論理レベルの出力Q₂とが一致しているこ
とを一致検出器１４が検出して一致出力Ｃを発生
し、タイミングクロツクT₀の発生タイミング不
一致回数カウンタ１７ををリセツトするので、第
２のフリツプフロツプ回路１３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６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１２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２のリセツト動作
はなされない。そして分周回路２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を順に出力する。タイミングクロツクT₇が発
生すると、これは第７のANDゲート２４と第１
のORゲート１９を通して第１のフリツプフロツ
プ回路１３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６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１２の出力Q₁と第２のフリツプ
フロツプ回路１３の出力Q₂は共に“０”の論理
レベルとなり、一致検出回路１４が一致出力Ｃを
発生し続け、不一致回数カウンタ１７をリセツト
し続けるので、第２のフリツプフロツプ回路１３
の出力Q₂は“０”の論理レベルを維持する。

要するに光電スイツチ２５の周期検定方式の動
作は、受光素子６が受光すると周期検定回路１１
の動作によつて分周回路２の分周比を変化させ
て、受光タイミングT₂を投光素子３の投光タイ
ミングに一致させ、積分回路１０によつて受光パ
ルスＡが７回連続して発生したとき受光状態に入
つたと判定して出力するものである。

以上本発明の一実施例の同期方式並びに周期検
定方式の動作について説明したが、本発明は上記
回路例に限定されないことは勿論である。例えば
積分回路１０は、ゲート回路を通過した受光パル
スＡをアナログ的に積分し、タイミングクロツク
T₇の発生によつて蓄積電荷を瞬時放電する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 本発明は同期方式の光電スイツチをベースと
し、それに、所定のタイミングで発生した受光パ
ルスを利用してタイミングクロツク発生用の分周
回路をクリアするという簡単な回路（周期検定回
路）を付加することによつて、投光パルスと一致
した受光パルスのみを通過させる周期検定方式の
光電スイツチとしての使用をも可能としたから、
回路をあまり複雑にすることなく一種類の光電ス
イツチでノイズに対して安定動作をする同期方式
と周期検定方式のどちらの方式でも使用可能なも
のを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２
図は同期式の動作をさせた場合のタイミング図、
第３図は周期検定方式の動作をさせた場合のタイ
ミング図である。 １…発振回路、２…分周回路、３…投光素子、
６…受光素子、９…ゲート回路、１０…積分回
路、１１…周期検定回路、Ａ…受光パルス、T₂
…タイミングクロツク、ｆ…周期検定信号、Q₂
…受光判定信号。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 発振回路の出力を分周して、タイミングクロ
   ツクT₀，…，Tm，…，Tnを順に繰り返し発生
   する分周回路と、 上記タイミングクロツクT₀とタイミングクロ
   ツクTmの発生間隔で投光用パルスを発生する、
   上記発振回路とは別個の投光用発振回路と、 同期検波時には上記タイミングクロツクTm、
   周期検定時には上記投光用発振回路の投光用パル
   スを投光素子に切換え供給して、投光素子をパル
   ス発光させる切換スイツチと、 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、 上記タイミングクロツクTmで開くゲート回路
   と、 この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、 周期検定信号が入力されている周期検定動作時
   のみ動作し、同期引き込み状態に入つていないと
   き受光パルスが発生すると、上記分周回路をクリ
   アーして、分周動作を１周期の開始時点であるタ
   イミングクロツクT₀の発生状態に移行させて、
   次に発生するタイミングクロツクTm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。