JPS61198093A - 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】 産ユ上皇■且公旦 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、更に詳しく
は同期方式と周期検定方式のいずれの方式でも使用でき
る光電スイッチに関する。

従米夏肢孟 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、パルス状の断続光を用いその受光回
数によって受光か遮光かを判定す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ｆ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は、一般に投光素子の投光タイミン
グに同期して開くゲート回路によって受光素子の出力を
選択的に取り出している。

これは同期方式と呼ばれるもので、上記ゲート期間外に
入力された外乱光等によるノイズを受けつけない効果が
ある。

しかし設置場所等の制約により投光器と受光器とを離し
て設置しなければならず、投光素子の投光タイミングを
受光器側で知ることができない場合がある。この場合は
いわゆる周期検定方式の光電スイッチが使用される。こ
の周期検定方式の光電スイッチは一般に受光器に一定周
期の受光パルスのみを選択的に取り出す周期検定回路を
設け、これによって取り出された受光パルスを積分し、
その積分量が所定値に達するか否かによって、受光状態
であるか遮光状態にあるかを判定している。

の　　′　　　　゛　　　　　　　　占　　　　゛上述
したようにパルス変調方式の光電スイッチは、投受光の
タイミングを共通のタイミングクロックに同期させる同
期方式のものと、投受光のタイミングを完全に同期させ
ることができないため受光器側で周期検定を行う周期検
定方式のものに大別される。この使い分けは光電スイッ
チの設置状況に応じてなされるが、検出範囲や出力形式
に同等な機能を持つ！ｌａ種ごとに、上記二種の光電ス
イッチを製作するのは、製造、販売、使用等の全ての面
において不利益が生じる。これを解決するには一台で同
期方式と周期検定方式の使い分けができる共用型のもの
を製作すればよい。しかし従来の周期検定方式の光電ス
イッチの回路構成は、同期式光電スイッチの回路構成と
かなり異なっているので、共用化は回路構成の複雑化を
招き得策とはいえなかった。

ｌ　占　　゛　るための。

本発明は上記従来の問題点に鑑みなされたもので、同期
方式と周期検定方式の選択使用ができる光電スイッチを
、共用部分を多くした構成にて提供することを目的とす
る。

すなわち本発明は発振回路と、発振回路の出力を分周し
てタイミングクロックを発生する分周回路と、上記タイ
ミングクロックに同期してパルス発光するか、または上
記分周回路とは別個の投光用発振回路の出力によってパ
ルス発光する投光素子と、投光素子の光を受けて受光パ
ルスを発生する受光素子と、受光素子の発生する受光パ
ルスを上記タイミングクロック発生時に通過させるゲー
ト回路と、ゲート回路を通過した受光パルスを積分しこ
の積分量が設定値に達したとき受光判定信号を出力する
積分回路と、投光素子が上記投光用発振回路によってパ
ルス発光しているときに動作し、ゲート回路を通過した
受光パルスを用いて上記分周回路をクリアし、上記タイ
ミングクロックを投光タイミングに一致させる周期検定
回路とから構成される。

ス羞± 本発明の一実施例を図面を参照しながら説明する。

第１図において、（１）は鋸歯状波を発注する発振回路
、（２）は発振回路（１）の出力が一定しベールを超え
たときシフトし８発で一周期をなすタイミングクロック
Ｔｏ　％　’ｒ”　１−７７を順次に繰り返し発生する
分周回路、（３）はタイミングクロックＴ２に同期して
パルス発光するか、又は上記分周回路（２）とは別個の
投光用発振回路（４）によってパルス発光するＬＥＤ等
の投光素子、（５）は投光素子（３）を分周回路（２）
で駆動するか投光用発振回路（４）で駆動するかを選択
す曇切換スイッチ、（６）はフォトトランジスタ等の受
光素子、（７）はパルス増幅器、（８）は一定レベル以
上の正の振動成分を取り出し受光パルスＡとして出力す
る振幅弁別器、（９）はタイミングクロックＴ２によっ
て開くゲート回路、（１０）はタイミングクロックＴ　
ＯＳ’　Ｔ　１によって制御され、受光パルス八が所定
数連続して入力したか否かによって受光又は遮光の判定
出力Ｑ２を発生する積分回路、（１１）は受光側で投光
側の発光タイミングを知ることができない場合、すなわ
ち投光素子（３）が投光用発振回路（４）によってパル
ス発光しているとき動作し、タイミングクロックＴ２を
投光タイミングに一致させる周期検定回路である。

上記回路の構成要素について、さらに詳しく説明する。

投光用発振回路（４）の発振周期ｔは分周回路（２）の
タイミングクロック−発の周期の二倍と等しいか又はわ
ずかに小さく設定されている。

切換スイッチ（５）は投光素子（３）を同期方式と周期
検定方式の両方に使用するためのもので、投光素子（３
）のみで同期方式専用として用いる場合、及び投光素子
（３）と投光用発振回路（４）とを組合わせて周期検定
方式専用として用いる場合は不要である。

積分回路（１０）は、ゲート回路（９）を通過した受光
パルスＡでセントされ、タイミングクロックＴＩでリセ
ットされる第１のフリップフロップ回路（１２）と、現
在の受光と遮光の判定状態を記憶して出力する第２のフ
リップフロップ回路（１３）と、第１及び第２のフリッ
プフロップ回路（１２）　　（１３）の出力Ｑ、Ｑ２を
受け、それらが一致したとき“１”の論理レベルの一致
出力を発生する一致検出回路（１４）と、−数校出回路
（１４）の出力を反転して不一致出力を生成するインバ
ータ（１５）と、第１及び第２のＡＮＤゲート（１６ａ
　）　　＜１６ｂ　）からなり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及び一致出力Ｃを通過
させるカウンタ用ゲ−）（１６）と、カウンタ用ゲート
（１６）を通過した一致出力Ｃでリセットされ、不一致
出力Ｂをカウンタして、不一致出力Ｂが連続して７発入
力されたときカウントアツプ出力Ｑ７を発生する不一致
回数カウンタ（１７）と、第３及び第４のＡＮＤゲート
（１８ａ　）　　（１８ｂ　）からなり不一致回数カウ
ンタ（１７）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（１２）の記憶内容
を第２のフリップフロップ回路（１３）に移すデータ転
送ゲート（１８）と、タイミングクロックＴ７を第２の
フリップフロップ回路（１３）のリセット端子Ｒに入力
するために、第４のＡＮＤゲート（１８ｂ　）と第２の
フリップフロップ回路（１３）の間に挿入接続、。

された第１のＯＲゲート（２０）とから構成されている
。

周期検定回路（１１）は、周期検定信号ｆが“１”の論
理レベルとなったとき動作するもので、分周回路（２）
のタイミングクロックＴｏ　、　ＴＩ、Ｔ２の入力を受
はタイミングクロックＴ３〜Ｔ７の期間だけ“１′の論
理レベル出力をするＮＯＲゲート（２０）と、振幅弁別
器（８）の出力する受光パルスＡ、ＮＯＲゲー）　（２
０）の出力及び周期検定信号ｆの論理積をとって出力す
る第５のＡＮＤゲート（２１）と、周期検定信号ｆが“
１″の論理レベルのときタイミングクロックＴ３の発生
タイミングで第１のフリップフロップ回路（１２）の出
力Ｑ菫を通過させる第６のＡＮＤゲート（２２）と、第
５及び第６のＡＮＤゲー）　（２１）　　（２２）の論
理和をとって分周回路（２）のクリア端子ＣＲに入力す
る第２のＯＲゲート（２３）から構成さ−れている。な
お、この周期検定回路（１１）の機能を有効に働かせる
ためにゲート回路（９）の出力を発振回路（１）に与え
、タイミングクロックＴ２の期間に受光パルスＡが発生
したとき鋸歯状波出力をするクロック発生′ａ（６）の
出力を急速に立ち上がらせ、この立ち上がりによって分
周回路（２）をシフトしタイミングクロックＴ３にただ
ちに移行させるという、出力周期の一時的な短棒を行わ
せている。

上記回路構成の光電スイッチ（２５）の動作を以下に説
明する。

初めに同期式の動作をさせる場合について、第２図のタ
イミング図を参照しながら説明する。

周期検定信号ｆが“Ｏ”の論理レベルのとき周期検定回
路（１１）は動作しないので、分周回路（２）は常に分
周比１／８で動作しタイミングクロックＴｏ　、ＴＩ・
−・ＴＩを順次繰り返し出力している。光電スイッチ（
２５）はこのタイミングクロックに同期して動作する。

この場合切換スイッチ（５）はタイミングクロックＴ２
を通過させる側に投入され、投光素子（３）はタイミン
グクロックＴ２に同期してパルス発光する。このパルス
光を受けた受光素子（６）の出力は、パルス増幅器（７
）及び振幅弁別器（８）で処理され、受光パルスＡが発
生する。受光パルスＡは上記タイミングクロ内に得られ
たもののみがゲート回路（９）を通過する。ゲート回路
（９）を通過した受光パルスＡは発振回路（１）に入力
され、その出力波を急速に立ち上がらせるので、これが
入力される分周回路（２）は急速にシフトし、タイミン
グクロックＴ２を短い幅で終わらせタイミングクロック
Ｔ３に移行する。この周期短縮は後述する周期検定方式
の動作に必要なもので、同期方式の動作には直接関係し
ない。一方第１のフリップフロップ回路（１２）は、ゲ
ート回路（９）を通過した受光パルス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（６）がタイミングＴ２で受光すると第１
のフリップフロップ回路（１２）の自刃Ｑ１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（１７）及び第２のフリ
ップフロップ回路（１３）がリセットされた初期状態で
あったとする。

タイミングクロックＴ２の期間に受光パルスＡが発生す
ると、第１のフリップフロップ回路（１２）は次のタイ
ミングクロックＴ１までこれを記憶保持する。一方カウ
ンタ用ゲー１−　（１６）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（１２）の出力Ｑ、は“１”の論理レベル
であり、第２のフリップフロツブ回路（１３）の出力Ｑ
２はＯ”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（１７）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（６）
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（１７）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７り
Ｔｏで不一致回数カウンタ（１７）はカウントアツプ出
力Ｑ７を発生し、データ転送ゲート（１８）を開いて第
１のフリップフロップ回路（１２）の記憶内容を第２の
フリップフロップ回路（１３）に移す。この結果第２フ
リップフロップ回路（１３）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−数校出回路（
１４）は第１及び第２のフリップフロップ回路（１２）
　　（１３）の出力Ｑ、　、Ｑ、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
（１７）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（１３）の反転、及び不一致回数カ
ウンタ（１７）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（１３）の出力Ｑ２が受光状
態を示す１１″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（１７）をリセットするので、受光パルスＡが一
定期間（タイミングクロックＴ２が７個発注する期間）
内に少なくとも一個発生すれば、不一致回数カウンタ（
１７）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（１３）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（１２）の出力Ｑ１の“０
”の論理レベルと第２のフリップフロップ回路（１３）
の出力Ｑ２の“１”の論理レベルとの不一致を、不一致
回数カウンタ（１７）がカウンタ用ゲート（１６）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（１３）は再び反転して、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。

次に本発明の光電スイッチ（２５）に、周期検定方式の
動作をさせた場合について、第３図のタイミング図を参
照しながら説明する。

周期検定方式の動作は周期検定信号ｆを“１”の論理レ
ベルに固定し、第５、第６、第７のＡＮＤゲート（２１
，）　　（２２）　　（２４）を能動状態にして周期検
定回路（１１）を動作させ、且つ切換スイッチ（５）を
投光用発振回路（４）側に投入して行われる。

最初光電スイッチ（２５）は不一致回数カウンタ（１７
）及び第２のフリップフロップ回路（１３）がリセット
された初期状態で、且つその後遮光状態にあったとする
。受光素子（６）は受光していないので、分周回路（２
）は８発を一周期とするタイミングクロックＴＯ１Ｔ１
、・−Ｔ７を順に発生している。第３図の左側部分を示
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（１４）から“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、第７のＡＮＤ
ゲート（２４）　と第１のＯＲゲート（１９）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
（１３）をリセットし続け、第２のフリップフロップ回
路（１３）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。

しかし受光状態になり、周期検定回路（１１）のＮＯＲ
ゲート（２０）の出力が“ｌ”の論理レベルになるタイ
ミングクロックＴ３　、Ｔ４〜ＴＩの期間に、投光素子
（３）からの光が受光素子（６）に入射されると、受光
によって得られた受光パルスＡが、この期間中開く第５
のＡＮＤゲート（２１）と第２のＯＲゲート（２３）を
通って分周回路（２）のクリア端子ＣＲに入力され、こ
れをクリアする。分周回路（２）はその直後タイミング
クロックＴｏを発生し、Ｔ、　、Ｔ２−・と順に出力す
る８次にタイミングクロックＴ１１が発生したとき受光
素子（６）が受光していると受光パルスＡが再び発生し
、タイミングクロックＴ２を受けて開いているゲート回
路（９）を通して第１のフリップフロップ回路（１２）
をセントし、その出力Ｑ１を１１″の論理レベルにする
。なおこのときＮＯＲゲート（２０）の出力は“Ｏ”の
論理レベルであるので第５のＡＮＤゲート（２１）は閉
じたままであり、分周回路（２）のクリア動作はされな
い、この受光パルスＡはゲート回路（９）を通過し、発
振回路（１）にも入力される。従ってその出力波形は急
速に立ち上がり、この入力を受けた分周回路（２）がシ
フトされ、次のタイミングクロックＴ３を続いて発生す
る。このように発振回路（１）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（３）のパルス発光の周波数と分周回路（
２）のタイミングクロック周波数とに一定の関係を持た
せてはいるものの、製造時のバラツキ、周囲温度変化等
の諸原因により、その関係が設定値通りに落ちつかない
ため、これによるずれ量を補正するためである。タイミ
ングクロックＴ３が発生すると第６のＡＮＤゲート（２
２）が開（ので、“１”の論理レベルにある第１のフリ
ップフロップ回路（１２）の０１出力が、第６のＡＮＤ
ゲート（２２）と第２のＯＲゲート（２３）を通って、
分周回路（２）をクリアする、つまりタイミングクロッ
クＴ３は瞬間的に出て、直ちに、タイミングクロックＴ
Ｏが発生する。要するに受光パルスＡの発生直後にタイ
ミングクロックＴｏに移行することになる。このタイミ
ングクロックＴｏによってカウンタ用ゲート（１６）が
開くので、“１°の論理レベルの第１のフリッププロッ
プ回路（１２）の出力Ｑ１と“０１の論理レベルの第２
のフリップフロップ回路（１３）の出力Ｑ２の不一致に
より発生している不一致出力Ｂがカウンタ用ゲー１−　
（１６）を通って、不一致回数カウンタ（１７）を１つ
カウントさせる。

この後受光素子（６）がタイミングクロックＴ２の発生
タイミングで、連続して受光すると、前述の動作により
不一致回数カウンタ（１７）は、そのカウント数を１つ
ずつ増加する。最初から数えて７発目をカウントすると
不一致回数カウンタ（１７）はカウントアンプ出力Ｑ７
を発生し、この出力Ｑ７はデータ転送ゲー）　（１８）
を開いて、第１のフリップフロップ回路（１２）の記憶
内容を第２のフリップフロップ回路（１３）に移す。そ
して第２のフリップフロップ回路（１３）の出力Ｑ２は
、受光状態を示す“１”の論理レベルとなる。この出力
Ｑ２は、−数構出回路（１４）おいて、第１のフリップ
フロップ回路（１２）の出力Ｑ、と比較され一致出力Ｃ
を発′生させるので、不一致回数カウンタ（１７）はり
セソ１−され、カウントアツプ出力Ｑ７を消滅させる。

以上に述べた７発目の受光パルスＡ発生から不一致回数
カウンタ（１７）のリセットに致るまでの動作はタイミ
ングクロックＴｏの発生直後に全てなされる。

この後、受光素子（１）がタイミングクロックＴ２の発
生タイミングで受光していると、第１のフリップフロッ
プ回路（１２）の“１”の論理レベルの出力はＱｌと、
第２のフリップフロップ回路（１３）の“１”の論理レ
ベルの出力Ｑ２とが一致していることを一致検出器（１
４）が検出して一致出力Ｃを発生し、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（１７）
をリセットするので、第２のフリップフロップ回路（１
３）の出力Ｑ２は受光状態を示す“１”の論理レベルを
保ち続ける。

しかし受光素子（６）がタイミングクロックＴ２の発生
タイミングで受光しないと、第１のフリップフロップ回
路（１２）はセントされず、その出力Ｑ、は０″の論理
レベルとなるので、タイミングクロックＴ３の発生時に
分周回路（２）のリセ７）動作はなされない。そして分
周回路（２）はタイミングクロックＴ３に続いてタイミ
ングクロックＴ４　、’ｒｓ〜Ｔ７を順に出力する。タ
イミングクロックＴ７が発生すると、これは第７のＡＮ
Ｄゲート（２４）と第１のＯＲゲート（１９）を通して
第２のフリップフロップ回路（１３）をリセットする。

そして、その出力Ｑ２は遮光状態を示す“０゛の論理レ
ベルになる。この後遮光状態が続き受光素子（６）が受
光しないと、受光パルスＡが発生しないので第１のフリ
ップフロップ回路（１２）の出力Ｑ１と第２のフリップ
フロップ回路（１３）の出力Ｑ２は共に“０”の論理レ
ベルとなり、−数構出回路（１４）が一致出力Ｃを発生
し続け、不一致回数カウンタ（１７）をリセットし続け
るので、第２のフリップフロップ回路（１３）の出力Ｑ
２は“０”の論理レベルを維持する。

要するに光電スイッチ（２５）の周期検定方式の動作は
、受光素子（６）が受光すると周期検定回路（１１）の
動作によって分周回路（２）の分周比を変化させて、受
光タイミングＴ２を投光素子（３）の投光タイミングに
一致させ、積分回路（１０）によって受光パルスＡが７
回連続して発生したとき受光状態に入ったと判定して出
力するものである。

以上本発明の一実施例の同期方式並びに周期検定方式の
動作について説明したが、本発明は上記回路例に限定さ
れないことは勿論である。

例えば積分回路（１０）は、ゲート回路を通過した受光
パルスＡをアナログ的に積分し、タイミングクロックＴ
７の発生によって蓄積電荷を瞬時放電するＣＲ積分回路
を使用することもできる。この場合はＣＲ積分回路の出
力が一定の電圧レベルに達したとき受光状態と判定する
のである。

主皿夏処果 本発明は同期方式の光電スイッチをベースとし、それに
、所定のタイミングで発生した受光パルスを利用してタ
イミングクロック発生用の分周回路をクリアするという
簡単な回路を付加することによって、周期検定方式の光
電スイッチとしての使用をも可能としたから、回路をあ
まり複雑にすることなく一種類の光電スイッチでノイズ
に対して安定動作をする同期方式と周期検定方式のどち
らの方式でも使用可能なものを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は同期
式の動作をさせた場合のタイミング図、第３図は周期検
定方式の動作をさせた場合のタイミング図である。 （１）・−発振回路、（２’）−分周回路、（３）・−
投光素子、（６）−受光素子、（９）　−ゲート回路、
（１０）　−積分回路、（１１）−周期検定回路、（Ａ
）−・受光パルス、（Ｔ２）−タイミングクロック、（
ｆ　）−周期検定信号、（Ｑ２）−受光判定信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）発振回路と、発振回路の出力を分周してタイミン
   グクロックを発生する分周回路と、上記タイミングクロ
   ックに同期してパルス発光するか、または上記分周回路
   とは別個の投光用発振回路の出力によってパルス発光す
   る投光素子と、投光素子の光を受けて受光パルスを発生
   する受光素子と、受光素子の発生する受光パルスを上記
   タイミングクロック発生時に通過させるゲート回路と、
   ゲート回路を通過した受光パルスを積分しこの積分量が
   設定値に達したとき受光判定信号を出力する積分回路と
   、投光素子が上記投光用発振回路によってパルス発光し
   ているときに動作し、ゲート回路を通過した受光パルス
   を用いて上記分周回路をクリアし、上記タイミングクロ
   ックを投光タイミングに一致させる周期検定回路とを具
   備したことを特徴とする光電スイッチ。