JPS591990B2 - 光電検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は透過型あるいは反射型の光電検出装置に関す
る。

透過型であれ反射型であれ光電検出装置では一般にパル
ス光を用いている。

そのため平均電力が少ないにもかかわらず瞬間的に大き
な光エネルギーが得られ、また太陽光などの直流分との
分離が容易であり更に処理すべき信号は交流信号である
から交流増幅器が使用できるので直流信号に較べて安定
で増幅度が高く動作感度の向上が図れるという種々の利
点がある。

従来の光電検出装置の構成を第１図に従って説明する。

この第１図は透過型光電検出装置を示している。

第１図において投光部１は発振器１１と点灯回路１２と
発光ダイオードなどの発光素子１３とから構成されてい
る。

受光部３はフォトトランジスタなどの受光素子３１と交
流増幅器３２とレベル弁別回路３３と検波回路３４と積
分回路３８とシュミット回路３９と反転回路４０とによ
り構成されている。

常に発光素子３１からのパルス光を受光素子３１に入射
されるようにしておき検出物体２がこのパルス光を遮る
ことによりその検出を行うように構成している。

ところで第１図からもイつかるように最終的には直流出
力を生じる必要があり、そのため交流信号を直流信号に
変換する回路として検波回路３４が必要である。

この検波回路は通常第１図に示すようにトランジスタ３
５．３６とコンデンサ３７等により構成される。

小型化、高信頼化などを図るため現在様々の回路がＩＣ
化されているが、光電検出装置についてもその要望が強
い。

ところが一般にＩＣ内に内蔵できるコンデンサの容量は
高々数ＰＦが限度であるのに対し前記検波回路に要する
コンデンサの容量は０．１〜１μＦである。

そのため検波回路に用いるコンデンサはＩＣの外部に接
続しなければならない。

従ってＩＣ化によって生じる利点を十分に活かすことが
できない。

また検波回路の出力は一定電圧の直流電圧と成らずリプ
ル分を含みしかも人力の大小に応じてその出力電圧が変
化するので入力の大小によって応答速度が変わるという
欠点がある。

これを極力抑えるようにレベル弁別回路３３を設けてい
るのであるがそれでもまだ不完全である。

そこで本発明は上記に鑑みＩＣ化に適しておりかつ安定
にパスカル入力を直流電圧に変換する回路を備えた光電
検出装置を提供することを目的としている。

以下この発明の実焔例について第２図以後の図を参照し
ながら詳細に説明する。

第２図、は本発明を透過型光電検出装置に適用したもの
である。

第２図において第１図に対応する部分には対応する番号
を付して説明を省略する。

パルス入力を直流電圧に変換する回路５１は微分回路５
２とその微分出力でセットされるセット優先型フリップ
フロップ５３のＱ出力でセットされるマスタースレーブ
（ＪＫ）型フリップフロップ５４とを有している。

フリップフロップ５３は微分回路５６の出力によってリ
セットされこの微分回路５６には発振器５７の出力が遅
延回路５５を経て入力されている。

前記ＪＫフリップフロップ５４のリセット端子にはフリ
ップフロップ５３の回出力が送られＴ端子には発振器５
７の出力が送られている。

次に第２図の光電検出装置の動作について第３図を参照
しながら説明する。

第３図において時刻ＴａからＴｂの間は検出物体が゛無
″の状態すなわち入光状態、時刻ＴｂからＴｃの間は検
出物体が゛有″の状態すなわち遮光状、態を示している
。

交流増幅器３２の出力は第３１唱こ示すように時刻Ｔａ
からＴｂで生じ時刻ＴｂからＴｃで生じない。

交流増幅器３２の出力が第３図口および第４図口に示す
ような動作レベルＶＯＮを超えたときレベル弁別回路３
３の出力が生じ復帰レベルＶＯＰＦを下まわったときそ
の出力が停止する（第４図ハ参照）。

微分回路５２はレベル弁別回路３３の出力の立ち下がり
に応じて幅Ｔ３の微分パルスを発生する（第４に参照）
。

発振器５７の出力（第３図、第４図イ参照）は遅延回路
５５により時間ＴＤだけ遅れて第４図ホに示すような出
力を得る。

この遅延回路５５の出力の立ち下がり部分に応じて微分
回路５６から第４図へに示すような幅ＴＲのパルス出力
を得る。

フリップフロップ５３はＲ−Ｓ−Ｓ（セット優先Ｒ８型
）フリップフロップであり入力信号の”Ｌ′′で動作す
る。

この実症例で発振器５７は例えば５ＫＨｚの周波数（繰
り返し周期２００μｓｅす、パルス幅３０μｓｅｃ、と
しておき投光部１から発せられるパルス光の周波数を前
記の周波数と同じか多小高い方が好ましいので例えば１
．１倍の５．５ ＫＨｚとする。

この様にフリップフロップ５３のセット人力とリセット
入力の周波数が接近しているためフリップフロップ５３
は通常のＲＳフリップフロップでは不都合である。

すなわち一般のＲＳフリップフロップはセット信号とリ
セット信号が同時に人力された場合にはその出力がいず
れになるか不定である。

ところでこの場合にはセット信号とリセット信号の周波
数が接近しているため同時に入力される頻度が高い。

そのため同時に入力された場合には必らずセット信号が
優先されるようにＲ−８−Ｓフリップフロップが用いら
れているのである。

フリップフロップ５３の出力はこうして第３図トに示す
ように生じこれがＪＫフリップフロップ５４に送られる
。

このＪＫフリップフロップ５４はそのＴ端子の入力がＬ
″からＨ″に変化するときのみ動作しその出力を保持す
るものであり、発振器５７の出力がＬ″からＨ″に立ち
上がるときのみフリップフロップ５３の出力を記・［意
する。

従ってその出力は第３図チに示すような連続した電圧波
形（直流電圧）となる。

このフリップフロップ５４の出力はそのまま出力信号と
して使用することもできるが、雑音等による誤動作の防
止のため積分回路３８及びシュミット回路３９を経て波
形整形したのち第３図ヌに示すような出力信号を得る。

なお積分回路３８の出力は第３図りに示されている。

この出力信号は反転回路４０を経てレベル弁別回路３３
に送られレベル弁別回路３３の弁別レベルを変えるよう
にしている。

こうして回路系全体に一定のヒステリシスを設けるよう
にしている。

ヒステリシスはレベル弁別回路３３の動作レベルＶＯＮ
と復帰レベルＶＯＦＦの差で決まりこの差がＶＯＮに対
して１０〜１５％程度となるように設定するのが適当で
あることが実、験から確認できている。

このようにしてヒステリシスを付与することにより検出
物体２が微少速度で移動ししかも振動している場合など
でも出力がチャタリングするのを防ぐことができる。

次に雑音の除去について説明する。

雑音には光の雑音と電源雑音とがある。

まず光の雑音について述べると、太陽光や白熱電球光等
の直流外乱光があるが、これは交流増幅器３２の周波数
特性を適当に選ぶことにより除去できる。

一般照明用の螢光対からは交流外乱光が生゛じる。

螢光対は周知のように商用周波数の２倍の周波数の成分
を含んだ光を照射しているのであるがこの成分は高々１
２０Ｈｚであるので前述の直流外乱光と同様に交流増幅
器の低域カット特性を配慮することにより簡単に除去さ
れるものである。

ところがこれとは別に内部の電子の衝突により生じる固
有の振動に起因する高い周波数の交流光が生じている。

この周波数は実測によると約３．３ ＫＨｚである。

従って投光部１より発せられるパルス光の周波数に近い
ので交流増幅器では除去できない。

第２図の実施例では変換回路５１によりこれを除去する
ようにしている。

すなわち第５図の時刻ＴｄからＴｅで前記螢光灯の高周
波光が受光素子３１に入力されているものとする。

すると第５図口に示すように交流増幅器３２の出力が生
じる。

この交流増幅器３２の出力は、３．３ ＫＨｚであるか
ら発振器５７の出力（第５図イ）に比してその周期が約
１．５倍となっている。

そのためＪＫフリップフロップ５４ｏつ出力は第５図チ
に示すように連続的な直流信号とならずに矩形波となり
その結集積分回路３８の出力（第５図り）はシュミット
回路３９の動作電圧ＶＯＮに達せず、シュミット回路３
９は出力信号を生じない（第５図ヌ参照）。

なお発振器５７の周波数を５ ＫＨｚより高くすること
により高い周波数の雑音光を除去できることは容易に理
解できるであろう。

次に電源雑音について説明する。

第５図の時刻ＴｆからＴｇの間に電源雑音が混入したと
する。

すると交流増幅器３２の出力は第５図口に示すようにな
る。

しかしながらこの場合もＪＫフリップフロンプ５４の出
力は第５図チに示すように連続した直流出力とは成らず
矩形波となるため、積分回路３８の出力（第５図り）は
シュミット回路３９の動作レベルＶＯＮに達せず、その
ためシュミット回路３９は出力を生じない（第５図ヌ参
照）。

第２図の変換回路５１は具体的には例えは第６図に示す
ように構成することができる。

すなわちレベル弁別回路３３はトランジスタ３３１〜３
３４の４個のトランジスタを差動接続してその出力をト
ランジスタ３３５を介して取り出すように構成される。

抵抗３３６，３３７，３３８の抵抗値をそれぞれＲ２，
Ｒ３，Ｒ４とすると動作レベルＶＯＮは で表される。

微分回路５２はダイオード５２１及び１ヘランジスク５
２２，５２３から構成され、微分回路５６はダイオード
５６１及びトランジスタ５６２゜５６３により構成され
ている。

これらの微分回路はダイオード及びトランジスタの分布
容量を利用したものである。

両微分回路の動作は同一であるから微分回路５２につい
て説明する。

微分回路５２の点ハにレベル弁別回路３３の出力が第７
図／＼に示すように印加されるとトランジスタ５２２の
エミッタに現れる電圧は第７図ルに示すように立ち上が
りが急峻で立ち下がりは緩やかな波形となる。

これはダイオード５２１のアノード・カソード間の分布
容量及びトランジスタ５２２のベース・エミッタ間、ベ
ース・コレツク間の分布容量の影響によるものである。

トランジスタ５２３のエミッタにレベル弁別回路３３の
出力を送るようにしておけばトランジスタ５２２のエミ
ッタ電圧がトランジスタ５２３の導通電位ＶＯＮを超え
ておりかつレベル弁別回路３３の出力がＬ″のときのみ
トランジスタ５２３のコレクタに出力が生じる。

そのため第７にに示す′ようにレベル弁別回路３３の出
力の立ち下がりで幅Ｔ３の微分出力が生じる。

時間Ｔ３はトランジスタ５２２及びダイオード５２１の
分布容量によって変化するが抵抗５２４゜５２５の値に
よって可変できる。

前述したようにＴ３〉ＴＲの関係を満足するように設定
しなければならないが、微分回路５２．５６で同一のダ
イオード、トランジスタを用いることとすれば、抵抗５
２４．５２５の抵抗値の和が抵抗５６４゜５６５の和よ
りも大きくなるようにすれは上の条件を満足させること
ができる。

セット優先型ＲＳフリップフロップ５３はトランジスタ
５３１，５３２．ダイオード５３３〜５３６とで構成さ
れておりセット信号とリセット信号が同時に入力された
場合にセット信号を優先させるようにしている。

すなわち同時に入力した場合にはトランジスタ５３２の
コレクタはダイオード５３３．５３４を経てＬ″になる
がトランジスタ５３１のコレクタは抵抗５３７とダイオ
ード５３５を経ているのでＬ′′にならずｌ Ｈｌ”を
維持する。

本発明を反射型光電検出装置に適用する場合には第８図
のように構成する。

この場合発振器１１は投光部１と受光部３とで兼用され
ている。

更にこの発振器１１の出力でレベル弁別回路３３の前段
に置かれたゲート回路８１を動作させるようにすれは雑
音特性を一層向上させることが可能である。

以上説明したように、本発明によれば２つのフリップフ
ロップを用いて受光パルスを直流信号に変換するように
したので、変換回路は大容量のコンデンサを必要とせず
、したがってＩＣ化に適しておりかつ安定した動作を行
なう光電検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示すブロック図、第２図は本発明の１
実施例を示すブロック図、第３図〜第５図は第２図を説
明するためのタイムチャートで第４図は第３図のＴＸ部
を拡大して示し、第６図は第２図の要部を具体的な回路
で示した回路図、第７図は第６図を説明するためのタイ
ムチャート、第８図は変形例を示すブロック図である。 １・・・・・・投光部、２・・・・・・検出物体、３・
・・・・・受光部、１１・・・・・・発振器、１２・・
・・・・点灯回路、１３・・・・・・発光素子、３１・
・・・・・受光素子、３２・・・・・・交流増幅器、３
３・・・・・・レベル弁別回路、３８・・・・・・積分
回路、３９・・・・・・シュミット回路、４０・・・・
・・反転回路、５１・・・・・・パルス信号を直流信号
に変換する回路、５２．５６・・・・・・微分回路、５
３・・・・・・セット優先型フリップフロップ、５４・
・・・・・ＪＫフリップフロップ、５５・・・・・・遅
延回路、５７・・・・・・発振器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 受光パルスに応じて優先的にセットされる第１のフ
   リップフロップとこの第１のフリップフロップの出力を
   受けるマスタースレーブ型の第２のフリップフロップと
   からなり前記受光パルスを直流信号に変換する変換回路
   と、前記第１のフリップフロップをリセットするための
   出力を生じる発振器とを有する光電検出装置。 ２ 前記変換回路からの直流信号を積分する積分回路を
   有する特許請求の範囲第１項記載の光電検出装置。 ３ 前記第１のフリップフロップのセット端子に接続さ
   れ、受光パルスの出力レベルを弁別するレベル弁別回路
   を有し、前記積分回路の出力に応じて前記レベル弁別回
   路の弁別レベルを変更しヒステリシスを持たせるように
   した特許請求の範囲第２項記載の光電検出装置。