JPH081363B2 - 光学的入力検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、発光素子から受光素子へ出光される光ビ
ームの遮断の有無を検出する光学的入力装置に関する。

（ロ）従来技術 従来、第５図に示すように、一対の発光素子１と受光
素子２を所定距離離間して複数対配置して検出パネル３
を構成し、一対の素子を順次作動させることにより該パ
ネル上の物体４の位置を検出する装置が知られている。

第６図は上記パネル上の一対の発光素子１と受光素子
２に係る受光信号の処理回路の概略構成を示している。
該６図において、マイクロプロセッサ５により発光素子
マルチプレクサを介して駆動制御される発光素子１から
出力された光は対応する対の受光素子２において受光さ
れて電気信号に変換され、受光素子マルチプレクサを介
して増幅回路６に与えられ、ここで増幅されて一定レベ
ルの信号が出力され、比較器７に入力されて基準レベル
と比較され、その比較出力はマイクロプロセッサ５に与
えられる。即ち、第７図（Ａ）に示すように、発光素子
１が一定の周期で駆動されると、対をなす受光素子２、
増幅回路６を経て同図（Ｂ）に示す受光出力が比較器７
に入力されるものの、物体４により光ビームが遮断され
ている場合には受光出力は無い。比較器７は増幅器６の
出力を基準レベルVfと比較し、第７図（Ｃ）に示すよう
に該出力が基準レベル以上の場合はロウ信号を、基準レ
ベル以下の場合はハイ信号を出力する。マイクロプロセ
ッサ５は第７図（Ｄ）に示すように発光素子１の駆動出
力中の一定のタイミングで比較器の出力を取込み、ロウ
信号の場合は物体無し、ハイ信号の場合は物体有りの判
断をおこなう。

（ハ）この発明が解決しようとする課題 上記装置における第７図に示す物体有無の検出動作
は、周囲環境からの光、即ち外乱光が強い場合には誤検
出が発生する問題がある。

第８図は誤検出が発生する場合の動作説明を示し、同
図（Ｂ）において、物体の遮断が無い場合は比較器７の
入力は発光素子１からの出光と外乱光が加算された受光
量に対応し、比較される基準レベルVf（第８図（Ｂ）中
に点線で示す）を遥かに越えるため、比較器７の出力は
ロウ信号となり、物体無しと検出されて問題は無い。し
かし、発光素子１の光ビームが物体により遮断されてい
る場合は比較器７には外乱光に相当する入力があり、そ
の値が基準レベルより高くなると比較器７の出力はロウ
となって、物体が有るにもかかわらず物体無しと誤検出
される問題があった。

この発明の目的は、外乱光の影響を受けずに正確に物
体の有無を検出できる光学的入力装置を提供することで
ある。

（ニ）課題を解決するための手段 この発明は発光素子駆動中に前記受光素子により受光
された受光量を表す受光信号を積分して積分信号を得る
手段と、前記発光素子の駆動後に続く一定の非駆動期間
に前記受光素子に受光される外乱光の受光量を表す外乱
信号を前記積分された積分信号から除去して補償積分信
号を得る手段と、前記補償積分信号を基準信号と比較す
る比較手段と、備え、一対の発光素子と受光素子に対す
る光ビームの遮断の有無を検出するひとつの検出期間中
に、前記発光素子は複数回同一時間の駆動および非駆動
が繰り返され、前記除去された積分信号は各駆動時間中
の受光信号の積分値から各非駆動時間中の外乱信号を除
去した値となるように構成されている。

（ホ）作用 本発明は、発光素子駆動中に受光素子より受光された
発光出力および外乱光の和に相当する受光量を積分し、
続く発光素子の非駆動期間に受光素子に受光される外乱
光に相当する受光量を前記積分された値から除去して該
積分値を発光出力にのみ相当する信号に補償してから比
較器へ比較出力する。このため、外乱光の影響を除いて
光ビームの遮断の有無の検出が行われる。

さらに本発明は、複数回の発光素子駆動中の受光量の
積分値から各駆動後に続く複数回の非駆動期間の外乱光
の受光量の積分値を除去して複数回の発光出力にのみ相
当する信号に補償してから比較出力している。このため
正確さが保証され、積分しているために、ノイズに対し
て非常に強いものとなる。

（ヘ）実施例 第１図はこの発明の一実施例の概略構成を示し、第６
図と同一部分は同一符号を付して示し、その説明は省略
する。第６図と相異するところは増幅器６の出力は比較
器７に入力される前に、積分増幅器８により充電及び放
電がおこなわれ、外乱光が除去された、発光出力に対応
する受光出力のみが取り出されて比較器７に与えられ、
基準レベルVfと比較される。積分器８の充電及び放電は
マイクロプロセッサ５により制御されている。

第２図は、第１図において受光素子２がホトトランジ
スタの場合の具体的回路構成を示すものである。第２図
において受光素子２から出力される電流出力は、増幅器
６に相当する電流／電圧変換用抵抗器９によって電圧信
号に変換されて積分器８に入力される。積分器８は演算
増幅器801、コンデンサ802と803、スイッチ804〜807を
含んで構成されている。スイッチ804は演算増幅器801の
マイナス側を入力信号の受信端子、零電圧レベルの共通
電圧端子または解放端子のいずれかへの切換接続をす
る。スイッチ805は演算増幅器801のプラス側を前記受信
端子、共通電圧端子または解放端子のいずれかに切換え
る。スイッチ806と807はそれぞれコンデンサ802と803に
並列に接続されてその蓄積された電荷を放電する機能を
行う。

第３図は第１図、具体的には第２図の動作を説明する
動作説明図である。第３図（Ａ）に示すように一対の発
光素子１と受光素子２間の物体の有無の一回分の検出の
ために、発光素子１は複数回、この例では３回分、非駆
動期間T₂と等しい駆動期間T₁を有して発光駆動される。
一方、対をなす受光素子２は前記３回分の時間、動作状
態に駆動されており、第３図（Ｂ）に示すように、物体
の遮光が無い場合においては発光駆動中には発光出力と
外乱光との和に相当する信号（V₁＋V₂）を、非発光駆動
中には外乱光にのみ相当する信号V₂を、それぞれ出力
し、該信号は積分器８へと供給される。物体の遮光があ
る場合においては、受光素子２からは発光素子１の発光
駆動中にも外乱光にのみ相当する信号V₂が出力される。
積分器８の各スイッチはマイクロプロセッサ５により切
換制御されており、受光素子２が駆動されている間、ス
イッチ806と807とは開放され、受光素子２の非駆動と同
時に閉成され、それに並列接続されたコンデンサ802と8
03の電荷を放電する。発光素子１が駆動されている期間
T₁においては、スイッチ804は共通電圧端子に、スイッ
チ805は受信端子に接続制御されており、この期間T₁に
入力された遮光無しの信号（V₁＋V₂）または遮光有りの
信号V₂は演算増幅器801のプラス側入力端に導かれて、
第３図（Ｃ）に示すように積分されて一定の傾斜で増加
する。発光素子１の発光駆動に続く、非駆動期間T₂にお
いては、スイッチ804は受信端子に、スイッチ805は共通
電圧端子にそれぞれ切換制御され、この結果、外乱光に
相当する信号V₂は演算増幅器801のマイナス側入力端に
導かれて反転して積分され、前記積分により蓄積された
電荷は一定の傾斜で放電され、外乱光に相当する信号V₂
の積分値が除去される。このような電荷の蓄積（期間
T₁）、放電（期間T₂）の動作が一つの発光素子１の１走
査期間に３回繰り返される。この３回目の非駆動期間T₂
が終了すると、スイッチ804と805は開放端子側へと切換
制御され、現時点の積分器８の出力が保持される。即
ち、物体の遮光が無い場合には外乱光が除去された電圧
V₁の３倍が保持され、また物体の遮光がある場合には電
圧（V₂−V₂）＝０の出力が保持される。

前記保持された積分器８の出力は比較器７に入力され
基準レベルと比較される。この比較器７の出力は第３図
（Ｄ）に示すように、基準レベルを越えた入力の場合は
ロウ信号、基準レベル以下の場合はハイ信号となる。し
かして、物体の遮光が無い場合は少なくとも３回目の期
間T₁においてはロウ信号が出力され、一方、物体の遮光
がある場合は少なくとも３回目の期間T₂の終了時点では
ハイ信号が出力されることになる。この比較器７の出力
はマイクロプロセッサ５に供給される。マイクロプロセ
ッサ５は３回目の期間T₂が終了して積分器８の出力が保
持されている期間に、第３図（Ｅ）に示すタイミングで
比較器７からの出力を取り込む。マイクロプロセッサ５
は取り込まれた信号がロウである場合は物体の遮光無し
を、ハイである場合は物体の遮光有りを判断する。

第４図は第１図において受光素子２がフォトトランジ
スタである場合において、第２図と別の実施例を示して
いる。第４図において受光素子２から出力される電流信
号は電流／電圧変換増幅器11に与えられ、ここで反転さ
れた負の電圧信号に変換されて積分器12の一方の入力端
子及びインバータ13に供給され、さらにインバータ13の
正の出力は積分器12の他方の入力端子に与えられる。積
分器12は演算増幅器121、マイクロプロセッサ14により
制御されるスイッチ122、123を備え、スイッチ122は前
記一方または他方の入力端子のいずれかの入力を演算増
幅器121のマイナス側に導く。またスイッチ123は前記ス
イッチ806と同様な動作をする。発光素子１が発光駆動
されている第３図に示す期間T₁においてはスイッチ122
は一方の入力端子に接続されて電流／電圧変換増幅器11
からの電圧信号が積分器12において積分される。また、
発光駆動に続く非駆動期間T₂にはスイッチ122は他方の
入力端子に切換接続され、インバータ13からの出力が積
分器12に導かれて蓄積された電荷が放電される。このよ
うにして、前述された第３図に示す動作と同様に物体の
有無の検出動作が行われる。

前述の実施例のように一対の発光素子および受光素子
の一回分の検出動作において複数回の発光出力、即ち複
数回の積分の充電及び放電動作をおこなうと、外乱光を
除く発光出力自体の信号を確実に取り出すことができ、
一層正確な検出が実行できる。即ち、前記一回分の検出
動作において一回の発光出力とこれに続く一回の非発光
駆動を行うことにより外乱光を除去する構成とした場合
には、積分器12に存在する飽和電圧のため、外乱光が強
い場合は一回の発光出力と途中に蓄積された電圧が飽和
電圧に達して本来の積分値よりも低い飽和電圧に制限さ
れるため、これに続く非発光駆動期間に外乱光が放電さ
れた電圧は本来の発光出力の積分値よりも低くなって基
準レベル以下になり、遮光がないにも拘わらず遮光あり
と誤検出されるおそれがある。しかし、本発明のように
一回分の検出動作において複数回、充電及び放電動作を
行うと積分器12が飽和電圧に達する前に放電動作が行わ
れるから、積分器12からは外乱光を除く発光出力自体の
信号を確実に取り出すことができる。

また、第１図において積分器の制御はマイクロプロセ
ッサ５のソフトウエアによることなく、論理回路の制御
によっても実現できる。

また、第１図において比較器７の換わりにアナログ／
デイジタル変換器を接続し、積分器８のアナログ出力を
デイジタル値に変換してマイクロプロセッサ５に入力
し、マイクロプロセッサ５のプログラムにより基準値と
比較しても良い。この場合、アナログ／デイジタル変換
器はマイクロプロセッサ５に備えられたものを使用して
も良い。

（ト）効果 この発明は、一回の検出につき複数回の積分の充電、
放電動作を行い、受光した信号から外乱光に相当する信
号を除去した発光出力のみに相当する信号を基準信号と
比較するように構成している。従って、積分器の飽和電
圧に達する前に充電動作を終えることができるから発光
出力を示す信号を顕著に検出でき、また積分を行ってい
るのでノイズにも強く、誤検出を確実に除去することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図は第１図
をさらに具体化した構成図、第３図はこの発明の動作を
示すタイミン図、第４図は第１図をさらに具体化した他
の構成図、第５図は従来から使用されている発光素子及
び受光素子の配置パネルを示す図、第６図は従来の光学
的入力検出装置の概略図、第７図は第６図の検出動作を
説明するタイミング図、第８図は第６図の装置の課題を
説明するタイミング図である。 １……発光素子、２……受光素子、５……マイクロプロ
セッサ、７……比較器、８、12……積分器、11……アナ
ログ／デイジタル変換器、13……インバータ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも一対の発光素子と受光素子とを
   所定距離離間し、該発光素子から受光素子へ出光される
   光ビームの遮断の有無を検出する光学的入力装置におい
   て、 前記発光素子駆動中に前記受光素子により受光された受
   光量を表す受光信号を積分して積分信号を得る手段と、 前記発光素子の駆動後に続く一定の非駆動期間に前記受
   光素子に受光される外乱光の受光量を表す外乱信号を前
   記積分された積分信号から除去して補償積分信号を得る
   手段と、 前記補償積分信号を基準信号と比較する比較手段と、を
   備え 前記一対の発光素子と受光素子に対する光ビームの遮断
   の有無を検出するひとつの検出期間中に、前記発光素子
   は複数回同一時間の駆動および非駆動が繰り返され、前
   記補償積分信号は各駆動時間中の受光信号の積分値から
   各非駆動時間中の外乱信号を除去した値となる、ことを
   特徴とする光学的入力検出装置。