JPH068864B2 - 光電スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパルス変調光方式の光電スイッチ、即ちパルス
光を投射する手段と、そのパルス光を受光し、パルスに
同期した受光信号を発生する手段とを備え、その受光信
号を検出して動作する光電スイッチに関するものであ
る。

〔従来の技術〕

この種の光電スイッチとして、従来、同期検波によるパ
ルス変調光方式光電スイッチが知られている。

第３図はその従来の光電スイッチの一例であり、第４図
の信号ａに示すようなパルス発振回路１のパルス信号に
よりLED等の発光素子３を駆動するとともに、このパル
ス発生時にのみ受光信号を通過させるゲート８により受
光信号に含まれるノイズを成分を除去する。而して、ゲ
ート８の出力信号（第４図中の信号ｅ）を抵抗９−１、
コンデンサ９−２から成る積分回路により波形を平滑化
して、コンパレータ10によりレベル判定された出力を検
出出力するものである。また、一般に、受光素子４の出
力は非常に小さいので、コンデンサ６−１および６−２
の間に配設した増幅回路６にて交流分を増幅し、コンパ
レータ７により一定値以上のものを受光信号（第４図中
の信号ｄ）としている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、この増幅回路６は増幅率が高いので、誘
導性回路等の開閉に伴って発生するノイズの影響を受け
易く、不規則に出力が変動することがある。例えば、第
４図中の信号ｂの如く、常に受光信号が有る状態でノイ
ズが混入した場合増幅回路６の出力は大きく振られ、正
側で飽和してしまい、次に負側で再び飽和してしまうこ
とがある。このような場合、増幅回路６の出力（第４図
中の信号ｂ）はコンデサ６−２によって第４図中の信号
ｃの如くなり、従ってコンパレータ７の出力（第４図中
の信号ｄ）は本来受光状態であるにもかかわらず、しゃ
光状態と等しくなってしまうことになる。すなわち、従
来の光電スイッチではノイズのエネルギが大きい場合
は、第４図中の信号ｆのように、積分回路の定数に従い
一点鎖線で示すコンパレータ10のしきい値となってしま
うので、第４図中の信号ｇに示すように誤動作が生じ易
いという欠点があった。

〔発明の目的〕

本発明は、かかる従来の問題点に鑑みて、増幅回路が飽
和した場合にもその飽和に起因する誤動作が生じないよ
うにした信頼性の高い光電スイッチの提供を目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

かかる目的を達成するために、本発明は発振回路と、該
発振回路が発生する信号を分周し投受光のタイミングク
ロックを発生する分周回路と、当該発生したタイミング
クロックに応じてパルス発光する発光素子と、該発光素
子の光を受けて電気信号を出力する受光素子と、該受光
素子の出力を増幅する増幅回路と、該増幅回路の出力を
レベル判定し受光出力を発生する比較手段と、前記タイ
ミングクロックによって開き、受光出力を通過させるゲ
ート回路と、該ゲート回路を通過した受光出力を記憶す
る記憶回路と、該記憶回路に受光出力が記憶されている
受光状態および前記記憶回路に受光出力が記憶されてい
ない遮光状態が連続しているとき前記タイミングクロッ
クを計数し、その計数値が設定値に達したとき出力を発
生する計数回路と、前記タイミングクロックの期間中に
増幅回路の出力が前記受光素子の出力とは反対側に振れ
たことを検出し、前記計数回路をクリアする計数消去手
段とを具備したことを特徴とする。

〔作用〕

すなわち、投光パルスと同時に発生するゲート開の期間
内に増幅回路の出力が飽和又は飽和に近いレベルに達し
たとき、計数消去手段によりそれまで積分（計数）値が
クリアされるので、エネルギの大きなノイズが発生した
場合にもその影響が除去できることになる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の光電スイッチの一実施例を示し、図中
従来と同様に構成できる各部については対応箇所に同一
符号を付してある。また、第２図(A)および第２図(B)は
それぞれ第１図の各部の動作タイミングを示す。

21〜23は分周手段としての例えばＴ型フリップフロップ
であり、発振回路１の出力1Aをフリップフロップ21のＴ
端子に導き、そのフリップフロップ21の出力の21を
フリップフロップ22のＴ端子に導き、さらにそのフリッ
プフロップ22の出力22をフリップフロップ23のＴ端
子に導くことにより、発振回路１の出力1Aを順次分周す
る。この分周手段の動作タイミングを第２図(A)に示
す。24〜26はアンドゲートであり、フリップフロップ21
〜23のＱ出力および出力が導かれている。フリップフ
ロップ21のＱ出力Ｑ21と、フリップフロップ22の出力
22と、フリップフロップ23の出力23とを入力とす
るアンドゲート24の出力（以下、投光パルスという）a1
（第２図(A)参照）は、投光素子としてのLED3と、受光
信号記憶用の例えばR-S型フリップフロップ40をセット
するためのアンドゲート41と、カウンタ50のクリア用の
アンドゲート13とに導がれている。フリップフロップ21
の出力21と、フリップフロップ22の出力22、フ
リップフロップ23の出力23とを入力とするアンドゲ
ート25の出力Ａ25（第２図(A)参照）は、フリップフロ
ップ40のリセット端子に、そしてフリップフロップ21の
出力21と、フリップフロップ22のＱ出力Ｑ22と、フ
リップフロップ23の出力23とを入力とするアンドゲ
ート26の出力Ａ26（第２図(A)参照）は、カウンタ50の
クリア用アンドゲート52ならびに計数入力用のアンドゲ
ート51に導かれている。アンドゲート24〜26の出力a1，
Ａ25，Ａ26は、第２図(A)から明らかなように、アンド
ゲート24からの投光パルスa1の直前にアンドゲート25の
出力Ａ25が、そしてアンドゲート24からの投光パルスa1
の直後にアンドゲート26の出力Ａ26が発生し、これらは
発振回路１の出力1Aに基づいて周期的に出力される。

LED3に投光パルスa1が与えられるのに先立ち、フリップ
フロップ40はアンドゲート25の出力Ａ25によりリセット
される。LED3の投射光がフォトトランジスタ等の受光素
子４入射すると、その出力は交流増幅回路６で増幅され
（信号b1）、その交流成分についてコンパレータ18は受
光信号c1の有無を判別する。この場合、受光素子４に光
が入射すると受光素子４には光電流が流れ負のパルスを
発生するので、増幅回路６が反転増幅を行い正のパルス
信号となる。アンドゲート41には投光パルスa1と共にコ
ンパレータ18の出力d1が導かれている。従って、アンド
ゲート41に投光パルスa1が入力した時、コンパレータ18
に受光出力信号c1が入力されるとフリップフロップ40が
セットされる。

増幅回路６の出力信号b1はさらに増幅回路６の無信号時
の電位より低いしきい値（第２図(B)b1に一点鎖線で示
す）を設定したコンパレータ12にも導かれている。コン
パレータ12は増幅回路６の出力b1が負側に振れ増幅回路
６が飽和に近づいたときに信号h1を発生し、アンドゲー
ト13，オアゲート53を介して投光パルスa1の発生と同じ
タイミングでカウンタ50をクリアする。

一方、フリップフロップ40のＱ出力および出力は、そ
れぞれ、アンドゲート91および92を介して検出出力信号
記憶用のフリップフロップ90のセット端子およびリセッ
ト端子に接続されている。また、フリップフロップ40お
よび90のＱ出力をそれぞれの入力とするエクスルーシブ
・オアゲート10（以下、EXORという）の出力はカウンタ
50の計数入力用アンドゲート51に接続されている。さら
にEXOR10の出力はインバータ101を介してカウンタ50の
クリア用アンドゲート52に供給されている。カウンタ50
は計数入力用のアンドゲート51から、例えば３個のパル
スが連続入力すると出力信号を送出する、すなわち設定
値が「３」に設定されている。

次に第１図に示す光電スイッチの動作について第２図
(B)を参照しながら説明する。第２図(B)において、発振
回路１の出力1Aに基づいて周期的に出力されるアンドゲ
ート24〜26の出力は、それぞれアンドゲート25の出力Ａ
25，アンドゲート24の投光パルスa1，アンドゲート26の
出力Ａ26の順に示している。

今、フリップフロップ21〜23からなる分周手段による分
周動作が開始すると、先ずアンドゲート25からのハイレ
ベルの出力Ａ25（以下、ハイレベルの出力をＨ、ローレ
ベルの出力をＬという）によりフリップフロップ40がリ
セットされる。アンドゲート24から出力される第１番目
の投光パルスがLED3に与えられたとき、LED3と受光素子
４との間に被検出体が存在しないとすると、LED3からの
投射光が受光素子４で受光される。受光素子４からの出
力は交流増幅回路６により増幅され、増幅回路６からパ
ルス（信号b1）が送出される。コンパレータ18は交流増
幅回路６の出力信号b1のうち交流成分である受光素子c1
を波形成形した信号d1を出力する。投光パルスa1を一方
の入力とし、コンパレータ18の出力d1を他方の入力とす
るアンドゲート41は、投光パルスa1の入力時にコンパレ
ータ18からＨの信号d1が与えられるとゲートを開いてＨ
の信号e1を出力し、これにより受光信号記憶用のフリッ
プフロップ40がセットされる。フリップフロップ40のＱ
出力とフリップフロップ90のＱ出力を入力とするEXOR10
は、この時点ではフリップフロップ90のＱ出力がＬであ
ることからＨの信号を出力する。EXOR10の出力を一方の
入力とし、アンドゲート26からのパルス（信号Ａ26）を
他方の入力とするアンドゲート51は、アンドゲート26か
ら第１番目の信号Ａ26が入力した時点でEXOR10からＨの
信号が入力されていることからゲートを開いてカウンタ
50に計数信号を与えてカウンタ50を＋１歩進させる（第
２図(B)f1参照）。このような動作が３回連続して行わ
れると、カウンタ50の計数値が「３」になる。カウンタ
50は設定値が「３」に設定されているので計数値が
「３」になるとＨの出力信号をアンドゲート91,92の一
方の入力に与える。この場合、カウンタ50からのＨ出力
信号が出力された状態は、投光パルスa1によるLED3から
の投射光が受光素子４に安定して受光されている受光状
態を表している。

前記カウンタ50からＨの出力信号が出力された時点で
は、フリップフロップ40がアンドゲート25からの第４番
目の出力Ａ25によってリセットされる以前であることか
ら、フリップフロップ40はセット状態である。従って、
カウンタ50からＨの出力信号が出力されるとアンドゲー
ト91のゲートが開いてフリップフロップ90がセットさ
れ、そのＱ端子から受光状態を表す信号が出力される。
この後アンドゲート24から第４番目の投光パルスa1が出
力されて前述と同様にフリップフロップ40がセットされ
ると、EXOR10の出力はフリップフロップ40および90のＱ
出力がいずれもＨであることからＬとなる。EXOR10の出
力がＬとなると、EXOR10の出力をインバータ101で反転
した信号を一方の入力とするカウンタ50のクリア入力用
のアンドゲート52は、アンドゲート26からの第４番目の
出力Ａ26が入力した時点でゲートを開き、オアゲート53
を介してカウンタ50クリア信号を供給してカウンタ50を
クリアする。このように受光状態が安定している期間中
はカウンタ50がクリアされ続ける。

次に、第２図(B)に示すように、アンドゲート26から第
６番目の出力Ａ26が出力された直後に、増幅回路６が正
側に飽和してしまうような大きなエネルギを持つノイズ
が受光素子４に入力した場合、増幅回路６が正側に飽和
状態となって投光パルスa1が発せられてもコンパレータ
18から投光パルスa1の対応する信号d1が得られず、アン
ドゲート41は投光パルスa1が入力されてもゲートが閉じ
た状態にあるのでフリップフロップ40はリセット状態の
ままである。この時、フリップフロップ90は前述したよ
うにセット状態にあることから、EXOR10の出力がＨとな
り、アンドゲート51がアンドゲート26の第７番目の出力
Ａ26によってゲートを開いてカウンタ50に計数信号を与
えカウンタ50が＋１歩進する。このようにカウンタ50が
再び計数を開始する状態は受光素子４が投光パルスa1に
よるLED3からの投射光を受光している状態から、受光素
子４に入射するLED3の投射光が被検出体により遮光され
た状態に入ったことを示している。受光素子４に入射し
たエネルギの大きなノイズにより増幅回路６の飽和が正
側から負側に振れてコンパレータ12のしきい値（第２図
(B)b1に一点鎖線で示す）を下回るとコンパレータ12の
信号h1が出力される。コンパレータ12から信号h1が出力
されているときアンドゲート13は投光パルスa1の入力時
点でゲートを開き、オアゲート53をを介してカウンタ50
にクリア信号を入力してカウンタ50をクリアする。コン
パレータ12からＨの信号h1が出力され続けている期間中
カウンタ50は投光パルスa1に基づいてクリアされ続け
る。増幅回路６の負側への飽和状態が終了してコンパレ
ータ18から受光素子c1に対応するＨの信号d1が出力され
ると、アンドゲート41が投光パルスa1の入力時点でゲー
トを開いてフリップフロップ40がセットされる。フリッ
プフロップ40がセットされたときフリップフロップ90が
セット状態にあるので、EXOR10の出力がＬとなり、イン
バータ101を介してEXOR10のＬの出力の反転したＨの信
号が入力されるアンドゲート52がアンドゲート26の出力
Ａ26が入力された時点でゲートを開き、オアゲート53を
介してカウンタ50にクリア信号を入力する。

カウンタ50は安定した受光状態が継続しているとクリア
され続けて計数内容が「０」のままである。そして、図
示は省略したが、受光状態から遮光状態に入ると、フリ
ップフロップ40がリセット状態でフリップフロップ90が
セット状態であるので、EXOR10の出力がＨとなる。これ
によりアンドゲート51がアンドゲート26からの出力Ａ26
が入力した時点でカウンタ50に計数信号を入力してカウ
ンタ50を＋１歩進、遮光状態が連続して３回続くとカウ
ンタ50の計数値が「３」となり、アンドゲート92の一方
の入力がＨとなる。この時、フリップフロップ40がリセ
ット状態であるので、アンドゲート92のゲートが開いて
フリップフロップ90がリセットされ、このフリップフロ
ップ90のＱ端子から遮光状態を表す信号が出力される。
このような遮光状態が継続するとフリップフロップ40お
よび90がいずれもリセット状態であることからEXOR10の
出力がＬとなり、アンドゲート52がアンドゲート26の出
力Ａ26の出力でゲートを開いてカウンタ50がクリアされ
る。

このようにカウンタ50は、光電スイッチが受光状態から
遮光状態に、また遮光状態から受光状態に移行する際、
受光状態から遮光状態への移行または遮光状態から受光
状態への移行が連続しているか否かを監視し、ノイズに
よる誤動作をの防止する役目を有する。

前述したように、この実施例では、受光状態において、
エネルギの大きなノイズが混入して増幅回路出力b1に飽
和が起こり、第２図(B)ではアンドゲート41が出力する
受光信号が２パルス分失われている。しかしながら、カ
ウンタ50の計数値は２カウントした時点でコンパレータ
12の負の増幅出力h1によりクリアされているので、その
設定値には達せず、誤動作には到らないことになる。

すなわち、本例によれば、投光パルスの投射時に増幅回
路の出力が受光出力とは逆（負）に振れて飽和に近くな
ったことを検出し、それ以前の計数値（積分量）をクリ
アするようにしたので、増幅回路の飽和によって消滅し
た受光信号に相当する誤計数が防止され、大きなエネル
ギのノイズ混入に対しても誤動作することがない。

〔効果〕

以上説明したように、本発明によれば、大きなエネルギ
のノイズ混入に起因する受光信号の増幅回路出力が飽和
した場合にも誤動作が生じないので、信頼性の極めて高
い光電スイッチを実現できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電スイッチの一構成例を示すブロッ
ク図、 第２図(A)および第２図(B)はそれぞれその各部の動作タ
イミングを示すタイミングチャート、 第３図は従来の光電スイッチの一例を示すブロック図、 第４図はその各部の動作タイミングを示すタイミングチ
ャートである。 １…発振回路、 21,22,23…分周回路、 24,25,26…アンドゲート、 ３…LED、 ４…受光素子、 40…受光信号記憶用フリップフロップ、 41,51,52…アンドゲート、 50…カウンタ、 ６…増幅回路、 ８，12…コンパレータ、 90…出力信号記憶用フリップフロップ、 91,92…アンドゲート、 10…エクスクルーシブ・オアゲート、 101…インバータ、 53…オアゲート、 13…アンドゲート。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷川 喜▲吉▼ 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 小橋 力也 大阪府大阪市北区曽根崎２丁目１番12号 （国道ビル）北陽電機株式会社内 (72)発明者 宮内 忠徳 大阪府大阪市北区曽根崎２丁目１番12号 （国道ビル）北陽電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−27882（ＪＰ，Ａ) 実開 昭53−112780（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発振回路と、該発振回路が発生する信号を
   分周し投受光のタイミングクロックを発生する分周回路
   と、当該発生したタイミングクロックに応じてパルス発
   光する発光素子と、該発光素子の光を受けて電気信号を
   出力する受光素子と、該受光素子の出力を増幅する増幅
   回路と、該増幅回路の出力をレベル判定し受光出力を発
   生する比較回路と、前記タイミングクロックによって開
   き、受光出力を通過させるゲート回路と、該ゲート回路
   を通過した受光出力を記憶する記憶回路と、該記憶回路
   に受光出力が記憶されている受光状態および前記記憶回
   路に受光出力が記憶されていない遮光状態が連続してい
   るとき前記タイミングクロックを計数し、その計数値が
   設定値に達したとき出力を発生する計数回路と、前記タ
   イミングクロックの間に増幅回路の出力が前記受光素子
   の出力とは反対側に振れたことを検出し、前記計数回路
   をクリアする計数消去手段とを具備したことを特徴とす
   る光電スイッチ。