JPS59139521A - 反射型光電スイツチ - 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】 〔技術分野〕 本発明は投光手段から投光された光ビームの被検知物体
による反射光を受光手段にて受光し、被検知物体の有無
全判別するようにした反射型光電スイッチに関するもの
である。

〔背景技術〕

従来、第１図に示すように投光手段（１）から被検知物
ｔＪＦ、（Ｘ）に対して光ビーム（Ｐ）を投光し、受光
手段（２）にて被検知物体（Ｘ）による光ビーム（Ｐ）
の反射光（Ｒ）を受光するとともに、受光手段（２）か
ら反射光（Ｒ）の受光量に応じた電気信号を出力するよ
うにし、判別選択手段（５）にて受光手段（２）出力に
基いて被検知物体（Ｘ）の有無を判別して出力回路（６
）を制御するようにした反射型光電スイッチがあった。

この種の反射型光電、スイッチとしては、投光手段ｆｌ
）から拡散光を投光して反射光（Ｒ）のレベルを判別し
て被検知物体（Ｘ）が所定の検知エリアに存在するかど
うかを識別する拡散式のものと、投光手段（１）からの
投光ビームと受光手段（２）の受光ビームを交叉させ、
両光ビームの交叉部分を検知エリアとする領域限定式の
ものと、投光手段＋１）　ｆ２＋を三角測量的に配置し
た三角測量式のもの（後述する）とがあつた。ところで
、このような従来例において、反射光（Ｒ）の受光量ハ
被検知物体（Ｘ）の光反射率に比例し、反射型光電スイ
ッチ（Ｙ）から被被検知物体（Ｘ）までの距離ｔの２乗
に逆比例するように変化し、光量変化範囲は１０５以上
になる場合がある。しか（７ながら、このように反射光
（Ｒ）の受光僅か大巾に変１ヒすると、判別制御手段（
５）内の増巾回路のタイナ三ツタレンジをかなり大きく
する必要があり、コストが高くなる上、所望のクイナ三
ツクレンジを有する増巾回路を簡単に実現できない場合
があるという問題があった。

以下、具体例に基いて説明する。第２図および＄３図に
本発明に係る反射型光電スイッチの基本例を示すもので
、三角測量式のものである。図中（１）は被検知物体（
Ｘ）に対してノｓルス変調光よりなる光ビーム（Ｐ）を
投光する投光手段であり、投光タイ三ンジを設定する同
期信号を発生する発振回路（１０）と、ドうイづ回路ｊ
ｌｌと、発光タイオード、レーザーダイオードなどの投
光素子０のと、光ビーム（Ｐ）を形成するコシヂンサレ
ンズよりなる投光用光学系（１３）とで形成されている
。ｆ２ｉ　ｔｒｉ投光手段［ｔｌから所定間隔Ｌ６をも
って並置さｈた受光手段であり１、投、受光手段ｉｔ）
　ｔ２１は被検知物体（Ｘ）に対して三角測量的に配置
されている。この受光手段（２）ハ被検知物体（Ｘ）に
よる反射光を集光するための凸レンズよりなる受光用光
学系）３）と、受光用光学系（３）の集光面に配設され
、集光スポット（Ｓ）の位置に対応した位置信号を出力
する位置検出手段（４）とで構成されており、この位置
検出手段（４）は、受光用光学系（３）の集光面内に配
設され集光スポット（Ｓ）の移動方向に連設された２個
の受光素子（２０ａ）　（２０ｂ　）にて形成されてい
る。この受光素子（２０ａＸ２０ｂ）としては受光量に
応じた電気信号が出力さｈるホトトランジスタ、ホトタ
イオード、太陽電池、ＣＩ（ｉＳなどが弔いらｈる。＋
５１１’！判別制御手段であり、位置検出手段（４）出
力に基いて被検知物体（Ｘ）が所定の検知エリア（ＤＥ
）内に存在するかどうかを判別して出力回路（６）を制
御するようになっている。この判別制御手段（５）は、
受光素子（２０ａ　）（２０ｏ　）からの出力電流ＩＡ
　、　ＩＢを信号電圧ＶＡ、ＶＢに増巾変換する受光回
路（２１ａ）（２１ｂ）と、対数増巾回路（２２ａ）（
２２ｂ）と、対数増巾回路（２２ａ）出力１ｏ？　ＶＡ
から対数増巾回路（２２ｂ）出力ｔＯｆＶＢを減算する
減算回路（２３Ｉと、減算回路（２３Ｊ出力ｔｏ　ｙ　
ＶＡ　／　ＶＢと検知エリア設定ポリ・）ム（ＶＲ）Ｋ
で設定された動作しベルＶｓとを比較して減算回路（２
３）出力ｔｏｙｖＡ７ｖｂが動作レベルＶｓ以下のとき
Ｈレベルを出力する比較回路！２４１と、投光素子＋２
］からの光ビームＣＰ）の投光タイ三−Ｊ／）（発振回
路ｔｌＯ＋から出力される同期信号）に同期して比較回
路Ｉ２４）出力？サンづり：７りすることにより、被検
知物体（Ｘ）が検知エリア（ＤＥ　）内に存在するかど
うかを確実に判別するようにした信号処理回路１側とで
形成され、信号処理回路（脇出力にて負荷制御用のリレ
ー、負荷制御用の半導体スイッチ素子などよりなる出力
回路（６）を制御するようになっている。なお、受光回
路（２］ａ）（２１ｂ）Ｈパルス光信号のみを通し直流
光信号をカットしたり、特定の同波数のみを通すバシド
パスフィルタ回路を含むものである。いま、被検知物体
（Ｘ）が第４図（ａ）に示すように反射型光電スイッチ
（Ｙ）から距離’ａ　＋　ｔｂ　、ｔＣＯ位Ｊａ、ｂ、
仁に存在する場合において、集光面内に配設された受光
素子（２０ａ　）（２ｏｂ）に対する集光スポット（Ｓ
）の位置は第４図（ｂ）のようになり、被検知物体（Ｘ
）が光ビーム（Ｐ）の投光方向に移動すると、集光ス２
オへ、　３．　（Ｓ）が矢印Ｍ方向に移動して受光素子
（２０ａ）（２０ｂ）に入射する光量の比率が変化する
ことになり、受光素子（２０ａ）（２Ｑｂ）の出力電流
ｘＡ、１．＋ｉ集光スポット（Ｓ）の位置に対応した位
置信号となる。判別制御手段（６）では、受信回路（２
ｉａ）（２１ｂ）にてこの電流に比例した電圧”Ａ　Ｉ
　”Ｂ　ｋ形成し、対数増巾回路（２２ａ）（２２ｂ）
にて対数増巾した電圧ｌｏｔ　ＶＡ　、　ｔｏ？　ＶＢ
を減算回路にて減算することにより、減算回路内から受
光素子（２０ａ）（２０ｂ）に入射する光量の比率の対
数値ｔｏｆＶＡ／　ＶＢが出力されることになる。この
減算回路（２３１出力Ｌｏｔ　ＶＡ　／　Ｖｎ　Ｔｒｉ
被検被検体物体）の移動に応じて変化し、反射型光電ス
イッチ（Ｙ）から被検知物体（Ｘ）までの距＠ｔに対す
る減算回路内出力ｔａｔ　ＶＡ／ＶＢ灯第５図に示すよ
うになる。し７七がって、比較回路（２）の検知エリア
設定ボリウム（ＶＲ）にて動作しベル　ｖｓ　　を適当
に設定することにより、正確な検知エリア（ＤＥ）が容
易に設定でき、減算回路（２３）出力ｔｏ？　ＶＡ／Ｖ
Ｂが動作しベルＶｓ以下となったとき比較回路副出力が
Ｈレベルとなり、信号処理回路２５１’を介して出力回
路（６）が作動される。この場合、判別制御手段（６）
ニ、受光素子（２０ａ）（２０ｂ）出力のレベル比を演
算し、そのレベ１し比が予め設定された動作レベルｖｓ
のとき出力回路（６）を作動させるようになっており、
被検知物体（Ｘ）による反射光（Ｒ）のレベルと関係な
く検知エリア（ＤＥ）が設定されるようになってｈるの
で、検知エリア（ＤＥ）の後方に存在する光反射率の大
きい物体による誤動作が防止できるとともに、被検知物
体（Ｘ）の光反射率に関係なく検知エリア（ＤＥ）を設
定でき、さらに投、受光用光学系＋１３）：３１の汚れ
の影響を受けることがないようになっている。

しかしながら、反射光（Ｒ）のレベルに関係なく被検知
物体（Ｘ）を判別するようにしたこのような従来例にあ
っても、反射光（Ｒ）のレベルがｐｆＪ述のように被検
知物体（Ｘｉの反射率および被検知物体（Ｘ）！！での
距離ｔの変化によって大巾に変化すると、誤動作での距
離ｔが１０ｃｒｎ〜ｌ　ＯＱｔＭ、反射率０．１％〜１
００％の範囲の被検知物体（Ｘ）　’ｉ−検出できるよ
うにするＶＣ＃／″ｉ、投光手段ｉｌ＋から投光される
光ビーム（Ｐ）の光出力レベルを一定とすれば、反射光
（Ｒ＞の光量変化（／１０）”Ｘ”０ｏ１０．１＝１０
’　　を十分保証でき００ る広いタイナミツクレンジを有する判１ＡＩＪ　ｆｌｉ
ｌＪ　ｆ卸手段（６）全形成する必要がある。ところで
、この場合、受光素子（２０ａ）（２Ｕｂ）の最小出力
電流を１０ｎＡとすれば、受光素子（２０ａ）（２０ｂ
）の最大出力電流げ１・ｍＡに達することになる。ここ
に、受光回路（２１ａ）（２１ｂ）の回路宙、圧を５ｖ
とし信号を１泡和させないように増巾した場合、その出
力ｖＡ　、　ｖＢけ最大出力電流（１ｍＡ）に対して５
ｖ、最小出力電流（１０ｎＡ）ＶＣ対して５０μＶとな
る。このような微小信号電圧が対数増巾回路（２２ａ）
（２２ｂ）に入力される場合、対数増巾回路（２２ａ）
（２２ｂ）自身の温度ドリフト等によるノイズの影響が
無視できないＬ１両対数増巾回路（２２ａ）（２２ｂ）
の特性のばらつきも無視できなくなり、信号が正確に対
数増巾できず所定の検知エリア（ＤＥ）が変動するとい
う誤動作が起きるといつ問題があった。また、Ｌ記問題
点を考慮して咬イナミックレンジを広くする場合、回路
搗成が複雑になってコストが高くなるという不都合があ
った。

〔発明の目的〕

末完８Ａは上記の点に鑑みて為されたものであり、タイ
ナ三ツクレンジの狭い判別制御手段を用いて誤動作がな
く検出精度の高い反射型光電スイッチを提供することに
ある。

〔発明の開示〕

（実施例） 第６図および第７図は本発明−実施例を示すもので、第
３図の基本例に投光レベル切換手段（７）と、判別選択
手段（８）とを設けたものであり、投光レベル切換手段
（７）ハ投光手段１０から投光される光ビーム（Ｐ）の
光出力しベルを所定周期′ｒで複数段に切換えるように
ドライブ回路Ｉｌｌを制御するもので、実施例でａ第８
図（ａ）に示すように２段階の光出力レベルＬ＋　、　
１．ｖ　ｆ有する１対の光パルス（Ｐｌ）（Ｐ？）が所
定同期Ｔで投光手段（１）から投光されるようになって
いる。ここに、投光素子１１２１をＧａＡｓを用いた発
光タイオードとすれば、その順方向電流ＩＦと相対発光
出力Ｐｏ、！：ｄ第９図に示すように広い範囲に亘って
正比例関係が得られるので、実施で光出力レベル比Ｌ　
１／　Ｌ、　ｆＸ：１０３に設定しである。

また、判別選択手段（８）ケいずれの光出力しベルので
は比較回路（３０ａ）（３０ｂ）にて受光回路（２１ａ
）（２１ｂ）出力ＶＡＩＶＢが飽和しているかどうかを
判別してアンド回路（ＡＮＤ）よりなるゲート回路３２
ｉを制御し、飽和している場合に比較回路副出力が信号
処理（２０ａ）（２０ｂ）出力７人、ＶＢ　のいずれか
一方（先Ｋｉ和する方）のみの飽和を判別してゲート回
路（３１）を制御しても良いこと灯言うまでもない。

（実施例の動作） いま、光出力レベル比Ｌ２　／Ｌ、　ｔ　ｉ　ｏ　３に
設定して込る両光パルス（Ｐ＋）（Ｐｚ）の投光タイミ
ンクにおいて受光回路（２１ａ）（２１ｂ）の出力ＶＡ
、　ｖＢ　が基準電圧Ｖ　ｓ　（＝　４　Ｖ　）　　以
下であり、飽和していない場合、比較回路（３０ａ）（
３０ｂ）出力がＬレベルでイシバータ（８１ａ）（こｂ
）出力がＨレベルでゲート回路！３２１が開となり、比
較回路（２）出力にゲート回路（３２１を介して信号処
理回路１脇に取込まれるようになっており、信号処理回
路：２５）では高光出力レベルＬ２の光パルス（Ｐｚ）
の投光タイミン／）Ｉ／ｃ同期して被検知物体（Ｘ）の
有無が判別さハる。すなわち、被検知物１（ｘ）の光反
射率が低いかあるいに被検知物体（Ｘ）までの距離ｔが
遠くて反射光（Ｒ）の光量が少ない場合に灯高光出力レ
ベルし２の光パルス（Ｐｚ）に対応する反射光（Ｒ）　
Ｋ基論て被検知物体（Ｘ）の有無を判別している。

一方、被検知物体（Ｘ）の光反射率が高くしかも被検知
物体（Ｘ）までの距離ｔが近くて反射光（Ｒ）の光量が
大巾に増加した場合、高光出力レベルＬｇの光パルス（
Ｐ、）に対応する受光回路（２１ａ８２１ｂ）出力”Ａ
　＋ＶＢｎ飽和することになり、比較回路（３Ｕａ）（
３０ｂ）出力の一力あるいは両方がＨレベルになり、イ
ンバー９９社ａ）（３１ｔｉ・）出力が■５レベルにな
ってグー１１回路３乃が閉じられ、光パルス（Ｐｚ）の
投光タイミンクにおける比較回路輛出カメ：侶号処理回
路１頌に入力されるのが阻止される。同時に信号処理回
路（層では、低光出力しベルＬ１の光パルス（Ｐｚ）の
投光タイミンクに同期して被検知物体（Ｘ）の有無が判
別される。ここに、受光回路（２１ａ）（２１す、対数
増巾回路（２２ａ　）　（２２ｂ　）のタイナミックレ
ンジは、被検知物体（Ｘ）の反射率および被検知物１１
　（Ｘ）までの距離ｔの変化による反射光（Ｒ）の光量
変化範囲よりも光パルス＜ｐ＋）（Ｐｚ）の光出力レベ
ル比Ｌ２／Ｌ１だけ狭くすることができ、反射光（Ｒ）
の光量変化範囲を１０５とした場合にあっても受光回路
（２１ａ）（２１ｂ）、対数増巾回路（２２ａ）（２２
ｂ）のタイナ三ツクレ、１７ジを１０！以ととすれは十
分であり、実施例にあっては対数増巾回路（２２ａ）（
２２ｂ）に入力される信号が４ｍＶ〜４ｖの範囲をクイ
ナ三ツクレーＪジとして保証しており、第３図基本例に
比べてダイナ三ツクレーＪジを狭く設定でき、回路構＋
Ｌが簡単にできることになる。なお、投光手段（１）か
ら投光される光ビーム（Ｐ）’を第８図（ｂ）に示すよ
うに高光出力しベルＬｓの光パルス（Ｐｓ）から順次低
光出力レベルＬｍ　、　Ｌｓの光パルス（Ｐｚ）　（Ｐ
　ｔ）の順に投光するようにしても良いが、このように
すると、高光出力レベルＬｌの光パルス（Ｐｓ）の反射
光（Ｒ）を受光して判別制御手段（５）の回路が飽和し
た場合における復帰する時間を確保する必要が生じると
いう不都合があるので、第８図（ａ）のように低光出力
レベルＬｔの光パルスＰ＋に先に投光する方が良い。

〔発明の効果〕

末完Ｅ’！ＡＶｉｈ述のように、被検知物体に対して光
ビームを投光する投光手段と、液検知物体ニよる光ビー
ムの反射光を受光して反射光の受光量に応じた電気信８
７に出力する受光手段と、受光量。

段出力に基いて被検知物体の有無を判別して出力回路を
制御する判別制御手段とよりなる反射型光電スイッチに
おいて、投光手段の光出力レベルを所定同期で複数段に
切換える投光レベル切換手段を設けるとともに、いずれ
の光出力レベルの光ビームに対応する受光手段出力に基
いて被検知物体の有無を判別するかを選択する判別選択
手段を設けたものであり、被検知物体の反射率および被
検知物体までの距離による反射光の光量変化範囲よりも
判別制御手段のタイナ三ツクレンジを光出力レベル比だ
け狭くすることができ、回路構成を簡単にでき、コスト
を高くすることができ、検出精度の高い反射型光電スイ
ッチを提供することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は未発明に係る反射型光電スイッチの概略構成図
、第２図は未発明の基本例の概略構成図、第３図は同と
のブロック回路図、第４図および第５図は同との動作説
明図、第６図は本発明−実施例のブロック回路図、第７
図は同との要部回路図、第８図および第９図は同上の動
作説明図である。 ＋１）　ｆｌ投光手段、（２）は受光手段、（５）は判
別制御手段、（６）け出力回路、（７）は投光レベル切
換手段、（８）は判別選択手段である。 第８図 第９図 ＩｌｆＩｉｍ＊ｔ　ＩＦ（ｍＡ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ｆｘｌ　　被検知物体例対して光ビームを投光する投光
   手段と、被検知物体による光ビームの反射光を受光して
   反射光の受光量に応じた電気信号を出方する受光手段と
   、受光手段出力に基いて被検知物体の有無を判別して出
   方回路を制御する判別別画１手段とよりなる反射型光電
   スイッチにおいて、投光手段の光出方レベルを所定同期
   で複数段に切換える投光レベル切換手段を設けるととも
   に、いずれの光出力レベルの光ビームに対応する受光手
   段出力に基いて被検知物体の有無を判別するかを選択す
   る判別選択手段を設けて成る反射型光電スイッチ。