JPS61198089A - 光電スイツチの検波回路 - 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】 主１上匹机且分立 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ッチに用いられる検
波回路に関する。

従米汝肢血 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ッチは、連続光を用いる
直流方式のものと、パルス状のｌｆｒ続光を用いるパル
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の光電スイッチは、投受光を所定周
期の短時間に限定して行って、太陽光、照明光或いは電
気的ノイズの混入を防止しノイズマージンを上げて誤検
出の可能性を少な（しているのである。

而して上記パルス変調方式の長所をさらに生かすために
は、受光器側で得られた受光信号が、受光時には一定周
期で連続して立ち上がりを繰り返すパルス列になり、遮
光時には無信号状態が一定時間ＩＩ！続していることを
確認する、所謂同期検波を行う必要があり、パルス変調
方式の光電スイッチで高精度を要求されるものでは、上
記同期検波回路を設けるのが一般的である。

発朋勿ＭＢ 本発明はパルス変調方式の光電スイッチにおいて、一定
周期の所定のタイミングで受光パルスの有無を検出し、
受光パルスの有又は無の状態が所定回数連続したとき受
光状態又は遮光状態にあると判定する同期検波回路を、
デジタル化されて確実な動作をすることを特徴とする新
方式の回路構成によって提供することを目的とする。

発１１ヰ１戊 本発明は、各投光周期毎に受光パルスの有無を一定時間
記憶して出力する第１の記憶回路と、受光と遮光の現在
の判定状態を記憶して出力する第２の記憶回路と、第１
及び第２の記憶回路の出力を受けその一致不７致を検出
して出力する一致検出回路と、各投光周期ごとに第１の
記憶回路の上記記憶時間内のタイミングで一致検出回路
の出力を通過させる第１のゲート回路と、第１のゲート
回路を通過した一致検出回路の不一致出力をカウントし
一致出力でリセットされて所定回数の不一致カウントを
するとカウントアンプ出力を発生する不一致回数カウン
タと、不一致回数カウンタのカウントアンプ出力によっ
て第１の記憶回路の記憶内容を第２の記憶回路に移す第
２のゲート回路とから構成される光電スイッチの検波回
路である。

皇見皿 本発明の同期検波回路は、共通のタイミングクロックに
投受光のタイミングを同期させる同期式の光電スイッチ
に用いる他、投光のタイミングと受光のタイミングを夫
々個別に設けたクロック発生器によって与える非同期式
の光電スイッチにも用いることができる。

初めに本発明の同期検波回路を同期式の充電スイッチに
通用した第１の実施例について説明する。

第１の実施例を示す第１図において、（１）はフォトト
ランジスタ等の受光素子、（２）はパルス増幅器、（３
）はパルス増幅器（２）の出力から一定レベル以上の正
の信号成分を取り出す振幅弁別器、（４）はＬＥＤ等の
投光素子、（５）は発振回路、（６）は発振回路（５）
の出力を分周して８発で一周期をなすタイミングクロッ
クＴＯ％　’ｒｔ　、・−・Ｔ７を順次に繰り返し発生
する分周回路、（７）は分周回路（６）の出力するタイ
ミングクロックＴ２によって開く第１のＡＮＤゲート、
（８）は分周回路（６）の出力するタイミングクロック
ＴＯ１Ｔ１によって制御される検波回路、（９）は第１
のＡＮＤゲート（７）からタイミングクロックＴ２の発
生タイミングで入力される“１”の論理レベルの受光信
号（以下単に受光パルスＡという）でセットされ、タイ
ミングクロックＴ１でリセットされる第１の記憶回路で
ある第１のフリップフロップ回路、（１０）は受光と遮
光の現在の判定状態を記憶して出力する第２の記憶回路
である第２のフリップフロップ回路、（１１）は第１及
び第２のフリップフロップ回路（９）　　（１０）の出
力Ｑｌ　、Ｑ２を受け、それが一致したとき“ｌ”の論
理レベルの一致出力を発生する一致検出回路、（１２）
は一致検出回路（１１）の出力を反転して不一致出力を
生成するインバータ、（１３）は第２及び第３のＡＮＤ
ゲー）（１３ａ）（１３ｂ）からなリタ・イミングクロ
ックＴｏの発生タイミングで不一致出力Ｂ及び−散出力
Ｃを通過させるカウンタ用ゲート、（１４）はカウンタ
用ゲート（１３）を通過した一致出力Ｃでリセットされ
不一致出力Ｂをカウントして、不一致出力を連続して７
発カウントしたときカウントアンプ出力Ｑ７を発生する
不一致回数カウンタ、（１５）は第４及び第５のＡＮＤ
ゲート（１５ａ）（１５ｂ　”）からなり不一致回数カ
ウンタ（１４）のカウントアツプ出力Ｑ７が発生したと
き開いて第１のフリップフロップ回路（９）の記憶内容
を第２のフリップフロップ回路（１０）に移すデータ転
送ゲートである。

上記光電スイッチ（１６）の動作について、第２図に示
すタイミング図を参照しながら次に説明する。

上記光電スイッチ（１６）は分周回路（６）が逐次出力
するタイミングクロックＴＯ１Ｔ１、Ｔ２に同期して動
作する。投光素子（４）はタイミングクロックＴ２に同
期してパルス発光し、パルス増幅器（２）及び振幅弁別
器（３）で処理された受光素子（１）の出力は、上記タ
イミングＴ２内に得られたもののみが第１のＡＮＤゲー
ト（７）によって取り出され、上記タイミングＴ２中に
受光していれば受光パルスＡが発生する。第１のフリッ
プフロップ回路（９）は、受光パルスＡによってセット
されタイミングクロックＴ！によってリセットされるの
で、受光素子（１）がタイミングＴ２で受光すると第１
のフリップフロップ（９）の出力Ｑ、はタイミングクロ
ックＴ２〜Ｔ７、Ｔｏ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（１４）及び第２のフリ
ップフロップ回路（１０）がリセットされた初期状態で
あったとする。

タイミングＴ２で受光パルスＡが発生すると、第１のフ
リップフロップ回路（９）は次のタイミングクロックＴ
１の発生までこれを記憶保持する。一方カウンタ用ゲー
ト（１３）はこの記憶保持期間内のタイミングクロック
Ｔｏで開く。このとき第１のフリップフロップ回路（９
）の出力Ｑ１は“ｌ”の論理レベルであり、第２のフリ
ップフロップ回路（１０）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（１４）は一つカウントする。各タイミングクロ
ックＴ２毎に連続して受光素子（１）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（１４）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ックＴｏで不一致回数
カウンタ（１４）はカウントアツプ出力Ｑ７を発生し、
データ転送ゲート（１５）を開いて第１のフリップフロ
ップ回路（９）の出力を第２のフリップフロップ回路（
１０）に移す。この結果第２フリップフロップ回路（１
０）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−散積出回路（１１）は第１及び第２のフ
リップフロップ回路（９）（１０）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（１４）はリセットされ、カウン
トアツプ出力Ｑ７も消滅する。上記カウントアンプ出力
Ｑ７の発生、第２のフリップフロップ回路（１０）の反
転及び不一致回数カウンタ（１４）のリセットはタイミ
ングクロックＴｏ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のフリップフロップ回路（１０）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（１４）がリセットされるので
、受光パルスＡが一定期間（タイミングクロックＴ２が
７個発生する期間）内に少な（とも−個発生すれば、不
一致回数カウンタ（１４）はカウントアツプ出力Ｑ７を
発生せず、第２のフリップフロップ回路（１０）の出力
Ｑ２は受光状態を示す“１”の論理レベルを保っている
。

しかし遮光状態になって、受光パルスＡがタイミングク
ロックＴ２の連続した７回の間継続して発生しないと、
第１のフリップフロップ回路（９）の０”の論理レベル
と第２のフリップフロップ回路（１０）の“１　“の論
理レベルとの不一致を、不一致回数カウンタ（１４）が
、カウンタ用ゲート（１３）の開くタイミングＴＯ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を発生するので、第２のフリップフロップ回路
（１０）は再び反転してその出力Ｑ２は遮光状態を示す
“Ｏ”の論理レベルに変化する。

上記第１の実施例は、同期式の光電スイッチ（１６）に
、本発明の検波回路（８）を通用したものであった。而
して光電スイッチは、投光側と受光側を離隔して取付け
るため、共通のタイミングクロックで両者を駆動できな
いことがあり、この場合に非同期式の光電スイッチが使
用される。この非同期式の光電スイッチは、予め投光周
期と受光周期に、一定の関連性を持たせておき、受光器
側で最初に受光したタイミングに合わせて、受光タイミ
ングを投光タイミングに一致させる周期検定を行うもの
である。

本発明を非同期式の光電スイッチに通用した場合を第２
の実施例として次に説明する。

第３図において第１図と同一符号を付したものは同一物
を示し説明を省略する。第２の実施例が第１の実施例と
異なるのは、投光素子（１７）を受光素子（１）制御用
の分周カウンタ（６）とは完全に独立した発振器（１８
）で駆動するようにしたこと、受光タイミングを投光タ
イミングに一致させる周期検定回路（１９）を設けたこ
と、及び第１のＯＲゲート（２０）を、第２のフリップ
フロップ回路（１０）と第５のＡＮＤゲート（１５ｂ）
との間に挿入接続し、分局カウンタ（６）の出力するタ
イミングクロックＴ７で、第２のフリップフロップ回路
（１０）を、強制的にリセットするようにしたことであ
る。なお投光素子（１７）の発光周期ｔは、分周カウン
タ（６）のタイミングクロック−発の周期Ｔの３倍の長
さ３Ｔと等しいか、又は少し小さく設定されている。

上記周期検定回路（１９）は、分周カウンタ（６）の出
力するタイミングクロックＴ　ｏ　ｓ　Ｔ　１、Ｔ２以
外の期間、すなわちタイミングクロックＴ３〜Ｔ７の期
間だけ“１”の論理レベルとなるＮＯＲゲート（２１）
と、ＮＯＲゲート（２１）の“ｌ”の論理レベル期間中
だけ開き振幅弁別器（３）の出力を通過させる第６のＡ
ＮＤゲート（２２）と、タイミングクロックＴ３によっ
て開き第１のフリップフロップ回路（９）の出力Ｑ、を
通過させる第７のＡＮＤゲー）　　（２３）と、第６及
び第７のＡＮＤゲート（２２）　　（２３）の出力を分
周カウンタ（６）のリセット端子ＣＲに入力する第２の
ＯＲゲート（２４）と、鋸歯状の発振波を出力する発振
回路（５゛）とから構成されている。

第３図に示した非同期式の光電スイッチ（２５）の動作
について、第４図に示すタイミング図を参照して説明す
る。なお、第３図中の同期検波回路（８″）の基本動作
は第１図で既に説明しているので以下の説明では詳しく
は述べない。

この光電スイッチ（２５）は、受光素子（１）が受光し
ていないときは分周カウンタ（６）の発生する８発を一
周期とするタイミングクロ７りＴｏ　、　Ｔ　Ｉ　、−
Ｔ７によって制御されている。すなわち第４図の左側部
分に示すように、受光パルスＡが発生していないときに
は、−散積出回路（１１）が出力する“１”の論理レベ
ルの一致出力Ｃが、タイミングクロックＴｏの発生タイ
ミングで不一致回数カウンタ（１４）をリセットし続け
、また第１のＯＲゲー）　（２０）を通ったタイミング
クロックＴ７が第２のフリップフロップ回路（１０）を
リセットし続けるので、第２の７９７１７０７１回路（
１０）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。このとき周期検定回路（１９）のＮ
、ＯＲゲー）　（２１）は、タイミングクロックＴ３、
Ｔ４〜Ｔ７の期間のみ１１”の論理レベルとなり第６の
ＡＮＤゲート（２２）を開いて、この期間内に投光素子
（１７）からの光が受光素子（１）に入力されていれば
、受光信号を第２のＯＲ回路（２４）を通して分周カウ
ンタ（６）のリセット端子ＣＲに入力する。このためタ
イミングクロックＴ３〜Ｔ７のどの全往時点で受光した
としても、分周カウンタ（６）は上記受光信号にタイミ
ングクロックＴｏが同期した形でこの後続いてタイミン
グクロックＴｏＳＴ１、−を出力する。受光パルスＡが
この直後のタイミングクロックＴ２の発生時にも入力さ
れると、第１のフリップフロップ回路（９）の出力Ｑ１
は“ｌ”の論理レベルになる。またこの受光パルスＡは
発振回路（５゛）に入力されて、鋸歯状波出力をする発
振回路（６）の出力を急速に立ち上がらせ、分周カウン
タ（６）を急速にシフトさせタイミングクロックＴ３の
発生状態に移行させるという、分周カウンタ（６）の出
力周期の一時的な短縮を行わせている。このように発振
回路（５゛）の出力周期を一時的に短縮しタイミングク
ロックＴ２の残り時間を短くする理由は、投光素子（１
７）の発振器（１８）が製造上のバラつき或いは周囲温
度や駆動電圧の変動の影響を受けて、投光周期を分周カ
ウンタ（６）のタイミングクロック発生周期に完全には
適合させられないためである。すなわちこの不適合によ
って生じるずれを解消して、同期引き込みを確実に行わ
せるためである。そして第１のフリップフロップ回路（
９）の出力Ｑ１がタイミングクロックＴ３の発生によっ
て開く第７のＡＮＤゲート（２３）と第２のＯＲゲート
（２４）を通って、分周カウンタ（６）をクリアする。

従って受光パルスへの発生後は、タイミングクロックＴ
２、Ｔ３は微小時間のみ発生し、実質上受光パルスＡの
入力直後にタイミングクロックＴＯが発生する。上記の
如く受光パルスＡが連続して入力されると、上記の如く
タイミングクロックＴ３の発生直後に分周カウンタ（６
）がクリアされることにより分周カウンタ（６）は投光
タイミングに同期して３発のタイミングクロックＴｏ、
Ｔ１、Ｔ２の発生を周期的に繰り返す。そして最初の受
光パルスＡの入力から数えて７発目の受光パルスＡが入
力されると、同期検波回路（８′）が既に述べた動作に
よって受光状態に入ったと判定し、第２のフリップフロ
ップ回路（１０）の出力Ｑ２が受光状態を示す“ｌ”ノ
論理しベルに変化する。この後受光パルスＡが継続して
入力されている限り、第２のフリップフロップ回路（１
０）の出力Ｑ２は１”の論理レベルを保っている。しか
し、投光素子（１７）からの光が遮光されると、タイミ
ングクロックＴ２の発生時に受光パルスＡが発生しなく
なるので、上記リセット動作はなされず、分周カウンタ
（６）は、タイミングクロックＴ２に続いてＴ３　、Ｔ
４、−−−−Ｔ７と順に出力して行く。そしてタイミン
グクロックＴ７が発生すると、これは第１のＯＲ回路（
２０）を通って第２のフリップフロップ回路（１０）を
リセットするので、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。これ以降は分周カウンタ（６
）はタイミングクロックＴＯ１Ｔ１１．−・Ｔ７を一周
期として、順に出力する。そしてタイミングクロックＴ
、　、Ｔ４〜Ｔ７の期間内に受光し、その後連続して７
回受光が繰り返されない限り、第２のフリップフロップ
回路（１０）の出力Ｑ２は、遮光状態を示す“０”の論
理レベルを保ったままである。すなわち第４図の右側部
分に示すように外乱光等により受光信号が、単発的に入
力しても第２のフリップフロップ回路（１０）の出力Ｑ
２は反転しない。

上記第２の実施例で説明した非同期式の光電スイッチ（
２５）では、投光と受光のタイミングが常時一致してい
ないので、本発明の検波回路（８”）は、受光パルスが
一定周期で所定数連続して入力されたか否かを判断する
周期検定に使われることになる。

本発明の第１及び第２の実施例の構成と動作は、以上に
述べた通りであるが、上記検波回路（８）　　（８”）
の各構成要素は、本発明思想において必要な機能を持つ
ものであればよく、他の部品又は回路によって置き換え
ることもできる、例えば第１のフリップフロップ回路（
９）を、受光パルスＡを受けると、その立ち上がりエツ
ジから所定時間幅のパルスを出力する単安定マルチバイ
ブレータに変更すること、或いは不一致回数カウンタ（
１４）のカウントアツプ数を上記７以外に変更すること
等が可能である。また検波回路（８）　　（８”）の制
御タイミングは上記実施例以外に設定することも可能で
、例えば分周カウンタ（６）の−周期のタイミング数を
上記’ｌ’　ｏ　、　Ｔ　Ｉ　、−７７の８発より増加
してパルス変調方式の利点であるノイズマージンの向上
をさらに高めることができる。

血尻皇処来 本発明は、パルス変調方式の光電スイッチにおける同期
式の場合の同期検波及び非同期式の場合の周期検定の両
者に使用できる検波回路を、デジタル化されて精度の高
い新方式の回路構成によって提供した。従ってこの種光
電スイッチの検出精度と信頼性を高めその利用価値を向
上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図は
その動作を説明するタイミング図である。第３図は本発
明の第２の実施例を示す回路図、第４図はその動作を説
明するタイミング図である。 （８）　　（８’）−−一検波回路、（９）−第１の記
憶回路（第１のフリップフロップ回路）、（１０）−第
２の記憶回路（第２のフリップフロップ回路）、（１１
）−・−散積出回路、（１２）　−・インバータ、（１
３）・−・第１のゲート回路、（１４）・−不一致回数
カウンタ、（１５）−・−第２のゲート回路、（１６）
　　（２５）−光電スイッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）パルス変調方式の光電スイッチにおいて、受光パ
   ルスが一定数一定周期で連続して入力したか又は一定時
   間継続して入力しなかったかによって受光と遮光の判定
   をする回路であって、各投光周期毎に受光パルスの有無
   を一定時間記憶して出力する第１の記憶回路と、受光と
   遮光の現在の判定状態を記憶して出力する第２の記憶回
   路と、第１及び第２の記憶回路の出力を受けその一致不
   一致を検出して出力する一致検出回路と、各投光周期ご
   とに第１の記憶回路の上記記憶時間内のタイミングで一
   致検出回路の出力を通過させる第１のゲート回路と、第
   １のゲート回路を通過した一致検出回路の不一致出力を
   カウントし一致出力でリセットされて所定回数の不一致
   カウントをするとカウントアップ出力を発生する不一致
   回数カウンタと、不一致回数カウンタのカウントアップ
   出力によって第１の記憶回路の記憶内容を第２の記憶回
   路に移す第２のゲート回路とを含む光電スイッチの検波
   回路。