200939628 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於根據投光於監視區域之光的透過量、或 因物體所造成的反射光量，來檢測上述監視區域中之物體 之有無的光電感測器。 【先前技術】 U 反射形的光電感測器（所謂的光電開關），槪略而言 如第3圖所示，係構成爲具備有：朝向預定的監視區域照 射光的投光系10'及接收前述監視區域中上述光因物體所 造成的反射光而對其受光量進行檢測的受光系20。其中， 透過形的光電感測器係包夾監視區域而使上述投光系10 與受光系20相對向配置，構成爲利用前述受光系20接收 由投光系10所投光且不會被存在於前述監視區域的物體 遮蔽的光。 Q 順帶一提，前述投光系1 〇係構成爲以發光元件（例 如發光二極體；LED) 11及其驅動電路12作爲主體。此 外，前述受光系20係例如日本特開2006-210974號公報 之詳細介紹所示，構成爲以：受光元件（例如光二極體； PD) 21;按照受光量，將上述受光元件21所輸出的電流 進行I/V轉換的I/V轉換器22 ;及將該I/V轉換器22的 輸出放大的放大器23作爲主體。接著，光電感測器係將 由上述受光系20所被輸出的訊號（電壓訊號）取入比較 器31，將其訊號位準與預定的臨限値Vref作比較，藉此 -4- 200939628 檢測存在於設定距離以內的物體。 其中，前述比較器31 —般而言係藉由微處理器所構 成。接著，前述受光系20的輸出係經由A/D轉換器32而 被取入上述微處理器。 但是，該類光電感測器（光電開關）中之物體檢測的 距離範圍爲由近距離至遠距離，以儘可能加寬爲宜。但是 隨著由反射形的光電感測器至物體的距離L愈長，由前述 0 投光系1〇(發光元件11)被照射而到達物體的光量愈降 低，此外其反射光對於前述受光系20的入光量（在受光 元件21的受光量）會愈少。此外，在透過形的光電感測 器中，隨著投光系1〇(發光元件11)與前述受光系20 ( 受光元件21)的分離距離L愈長，到達受光系20的光量 愈會大幅衰減。 因此，一般而言，係預估光電感測器所要求的最大檢 測距離Lmax，來設定由前述投光系10所照射之光的強度 Q (投光量）。但是，在反射形光電感測器中，係當檢測對 象物（物體）以近距離存在時，此外在透過形光電感測器 中’當縮窄發光元件11與受光元件21的分離距離L時， 對於前述受光系20的入光量會形成過剩，而會有如第4 圖所示受光元件21呈飽和的情形。在該飽和狀態下，即 使對於受光元件21的入光量（受光元件21的受光量）改 變’亦幾乎不會發生由前述受光元件21所得之輸出訊號 位準（受光系的輸出）的改變，而變得無法正確檢測入光 量的變化。 -5- 200939628 此外，當檢測對象物接近而更加增加入光量時，隨之 使在受光元件21的輸出電流增加，原本應在逆偏壓狀態 下被使用的前述受光元件（光二極體）會呈順向偏壓的狀 態。結果，如第4圖所示，會產生輸出訊號位準急遽變小 的不良情形。因此，依所被設定的臨限値大小的不同，會 有產生在近距離之物體檢測之錯誤判定之虞。 【發明內容】 本發明之目的在提供一種可防止近距離中的錯誤動作 ，且可將物體的檢測距離範圍設定爲十分寬廣的光電感測 器。 爲了達成上述目的，本發明之光電感測器之特徵爲具 備有：朝向監視區域照射光的投光系；具備接收由前述監 視區域所來到的光的受光元件，且輸出相當於該受光元件 之受光量的訊號的受光系；判定該受光系之輸出訊號的位 φ 準，檢測前述監視區域中有無物體的檢測手段；可將計測 範圍由遠距離•中距離•近距離之中選擇任一者而進行設 定的設定手段；以及按照所被選擇的計測範圍，將前述投 光系的投光量及前述受光系的受光增益自動設定成分別預 先設定的値的控制手段， 尤其在前述控制手段中，當前述計測範圍被設定爲遠 距離時，係將前述投光量設定爲第1値，當前述計測範圍 被設定爲近距離時，係將前述投光量設定爲低於第1値的 第2値，當前述計測範圍被設定爲中距離時，係將前述投 -6 - 200939628 光量設定爲低於前述第1値且不低於前述第2値的値，並 且 當前述計測範圍被設定爲遠距離時，係將前述受光增 益設定爲第3値，當前述計測範圍被設定爲近距離時，係 將前述受光增益設定爲低於第3値的第4値，當前述計測 範圍被設定爲中距離時，係將前述受光增益設定爲高於前 述第4値且不高於前述第3値的値。 最好前述控制手段係構成爲：當前述計測範圍被設定 爲中距離時，將前述投光量設定爲前述第2値，並且將前 述受光增益設定爲前述第3値。 其中，最好構成爲：前述設定手段在另外可將響應速 度選擇高速·低速之任一者而加以設定時，在前述控制手 段中，係僅在當響應速度被設定爲低速時，將中距離中的 投光量設定爲高於前述第2値且不高於前述第1値的値， 並且將中距離中的受光增益設定爲低於前述第3値且不高 於前述第4値的値。 或者亦可構成爲：前述控制手段係僅在當響應速度被 設定爲低速時，將中距離中的投光量設定爲前述第1値， 並且將中距離中的受光增益設定爲前述第4値。 最好前述投光系係構成爲：具備有例如以所被選擇設 定的周期予以驅動而發出脈衝光的發光元件，藉由改變該 發光元件的驅動電壓，使上述脈衝光的發光強度改變而將 投光量進行可變設定者，此外前述受光系係構成爲具備有 :用以輸出例如與受光量相對應的受光訊號的受光元件； 200939628 及將上述受光訊號放大的放大器，藉由改變該 大率，將受光增益進行可變設定者。 根據上述構成的光電感測器，當計測範圍 距離時，係將前述投光量設定爲較低，並且將 益設定爲較高，因此可抑制因過大的輸入光量 元件飽和，而且可預防該受光元件呈順向偏壓 ，隨著將投光量設定爲較低而使在受光系的受 因而將放大器的放大率設定爲較高，因此可提 的位準而精度佳地進行其位準判定。因此，不 光元件的順向偏壓而引起受光訊號位準降低的 可在設定爲中距離之計測範圍的全距離範圍中 進行物體檢測。 【實施方式】 以下參照圖示，說明本發明之一實施形態 ❹ 器。 第1圖係顯示該實施形態之光電感測器之 該光電感測器基本上係具備有：朝向監視區域 光系ίο;及具備有用以接收由前述監視區域所 受光元件而將相當於該受光元件之受光量的訊 的受光系20。接著，構成爲以運算器（CPU) 光系20的輸出訊號位準而檢測有無物體，另 照經手動設定的計測範圍，將前述投光系10 前述受光系20的受光增益分別作可變設定。 放大器的放 被設定爲中 前述受光增 而造成受光 狀態。接著 光量降低， 高受光訊號 會發生因受 情形，因此 ，高精度地 之光電感測 槪略構成。 照射光的投 到來的光的 號進行輸出 判定前述受 外構成爲按 的投光量及 -8- 200939628 其中，若爲反射形的光電感測器’即構成爲以受光系 20接收由投光系1〇所照射的光因物體所造成的反射光而 判定有無物體。此外’若爲透過形的光電感測器，即構成 爲藉由存在於相對向配置的投光系10與受光系20之間的 物體，由在受光系20的受光量進行檢測由投光系1〇所照 射的光是否被遮蔽而判定有無物體。因此物體檢測的判定 邏輯在反射形的情形下與透過形的情形下係呈相反’自不 ❹ 待言。 具體而言，前述之前述投光系10係具備有：發光元 件（例如發光二極體；LED ) 11;及按照後述之驅動電壓 ，將上述發光元件11之驅動電流進行控制，藉此對前述 發光元件11進行發光驅動的驅動電路（電晶體）12。順 帶一提，對該驅動電路12係經由藉由開關驅動器13而受 到導通（ON ) •關斷（OFF )控制的發光周期控制開關1 4 而施加有驅動電壓。此外，以上述驅動電壓而言，比用以 Q 使前述發光元件Π以高亮度發光（強烈發光）的第1驅 動電壓vH、或使前述發光元件11以低亮度發光（微弱發 光）的前述第1驅動電壓νΗ爲低的第2驅動電壓Vl係經 由發光量控制開關15而被選擇性地供予。藉由該發光元 件11之驅動電壓的控制，將前述投光系10的投光量選擇 設定爲〔高〕或〔低〕。 其中，前述開關驅動器13係藉由將經由前述發光量 控制開關15而被選擇且被施加至前述驅動電路（電晶體 )12的驅動電壓進行導通（on) ·關斷（off)控制，而 -9- 200939628 對前述發光元件11進行脈衝驅動，藉此具有使脈衝光發 光的作用。藉由該開關驅動器13而使前述發光元件11發 出之脈衝光的發光周期T得以選擇設定爲例如20 vs (高 速）、50ps (中速）、1〇〇μ3 (低速）之3階段。 另一方面，前述受光系20係以：經由電阻而予以逆 偏壓而連接於電源Vcc的受光元件（例如光二極體；PD) 21 ;將該受光元件21按照其受光量而輸出的電流進行I/V U 轉換的I/V轉換器22 ;經由耦合電容器而連接於上述I/V 轉換器22而將前述I/V轉換器22的輸出（受光訊號）進 行放大的放大器23爲主體所構成。 該放大器23係具備有：經由例如輸入電阻而輸入上 述受光訊號的反轉輸入端子（-端子）及被施加有基準電 壓Vref的非反轉輸入端子（+端子），由在輸出端子與 前述反轉輸入端子之間設由回授電路的運算放大器所構成 。接著構成爲以被施加至前述反轉輸入端子的前述受光訊 Q 號的位準（電壓）Vin與前述基準電壓Vref爲相等的方式 施加負回授，藉此將前述受光訊號放大。此外該放大器23 的放大率係可藉由改變前述回授電路的回授量而可設定爲 可變，在此如後所述，構成爲可在高放大率與低放大率之 2階段作選擇設定。藉由該放大器23之放大率的可變設定 ，將前述受光系20的受光增益設定爲〔高〕或〔低〕之2 階段。 接著由該受光系20所被輸出的訊號（電壓訊號）係 在經由A/D轉換器32而被數位轉換之後，被取入於運算 -10- 200939628 器（例如微處理器；CPU ) 3 1，而判定其訊號位準。該訊 號位準的判定係藉由判定該訊號的位準是否大於相當於預 先設定的物體檢測距離的臨限値而進行。接著，當例如訊 號位準超過上述臨限値時，係判定因物體所造成的反射光 的受光量較大，且物體接近其檢測距離以上。 其中，被連接於運算器（例如微處理器；CPU) 31的 設定器34係予以手動操作的介面，藉由操作該設定器34 φ ，分別設定使用前述光電感測器的物體檢測的響應速度、 及計測範圍。上述物體檢測的響應速度係用以選擇：響應 性佳且確實地檢測以高速進行移動位移的物體、或當物體 的移動速度不是那麼快時，即在未增加在前述CPU31的 處理負擔的情形下進行物體檢測的控制參數，相當於前述 之選擇脈衝光的發光周期T。 此外前述計測範圍係用以設定作爲物體檢測對象的距 離範圍者，被設定爲例如遠距離、中距離、近距離之3階 Q 段。具體而言，例如遠距離範圍係以距離光電感測器之前 端爲100mm至3 00mm的距離範圍，此外中距離範圍係以 30mm至100mm的距離範圍，接著近距離範圍係以〇mm 至3 Omm的距離範圍分別作爲檢測對象加以設定。 基本上在如上所述所構成的光電感測器中，本發明所 作爲特徵之內容在於：按照在前述設定器34中經手動設 定的計測範圍，另外按照前述之脈衝光的發光周期T (響 應速度），將在前述CPU31之下由投光系10所照射之光 的投光量進行可變設定，並且將在前述受光系20之受光 -11 - 200939628 增益（放大增益）進行可變設定。例如按照第2圖所示之 處理順序，按照在前述設定器34中所被選擇設定的計測 範圍，另外設定有中距離範圍時，係按照在此時所設定的 響應速度，將前述之投光量與受光增益分別進行可變設定 爲其特徵。 亦即，該動作控制係首先判定是否已設定遠距離範圍 〈步驟Sl> ，若已設定遠距離範圍，則將前述投光系10 Q 的投光量設定爲屬於第1値的〔高〕，並且將前述受光系 20的受光增益設定爲屬於第3値的〔高〕〈步驟S2〉。 亦即，物體檢測的對象區域爲遠距離，由於伴隨光之較大 的傳播衰減，爲了彌補由投光系10照射在該對象區域之 光的衰減而將前述投光系10的投光量設定地較多（提高 投光強度），此外爲了彌補由該對象區域所到來之光之對 於前述受光系20的入光量的衰減而將前述受光系20的受 光增益設定爲較高。順帶一提，前述第1値〔高〕係被設 φ 定爲在遠距離範圍中得以充分確保在受光元件11之受光 量的値。此外，前述第3値〔高〕係在遠距離範圍中，設 定爲可確實地識別因物體之有無所造成之受光量之變化的 値。 此外當未設定有遠距離範圍時〈步驟S1〉，接著判 定是否已設定近距離範圍〈步驟S3〉。接著，當已設定 近距離範圍時，係將前述投光系10的投光量設定爲低於 前述第1値的第2値〔低〕，並且將前述受光系20的受 光增益設定爲低於前述第3値的第4値〔低〕〈步驟S4 -12- 200939628 > 。亦即，在物體檢測的對象區域爲近距離時，由投 1 〇所照射的光量至少可接收比較多的光量，因此將前 光系10的投光量設定爲較少（降低投光強度），此 前述受光系20的受光增益設定爲較低。順帶一提， 第2値〔低〕係被設定爲在近距離範圍中得以確保不 受光元件1 1呈飽和之情形的受光量的値。此外前述 値〔低〕係被設定爲在近距離範圍中在不會使A/D轉 3 2呈飽和的情形下得以確實地識別因物體之有無所造 受光量的變化的値。 當對此所設定的計測範圍非爲遠距離範圍〈步磨 > ，而且亦非爲近距離範圍時〈步驟S3〉，係由該 定結果中判定已設定所剩餘的中距離範圍。接著此時 定前述之發光周期T(響應速度）是否已被設定爲高 步驟S5〉。接著當已設定高速響應模式（例如20〆 50#s)時，將前述投光系1〇的投光量設定爲〔低〕 且將前述受光系20的受光增益設定爲〔高〕〈步驟 。相反地，當已設定一般的低速模式時’ 前述投光系10的投光量設定爲〔高〕’並且將前述 系20的受光增益設定爲〔低〕〈步驟S7〉。 亦即，伴隨著前述受光元件11之飽和所帶來的 訊號的位準降低’係如前所述’起因於前述受光元f 呈順向偏壓狀態之故。因此’當將脈衝光進行投光的 較長時，由於其反射光入光至受光元件21的周期亦 ，因此假設前述受光元件11呈順向偏壓狀態’在接 光系 述投 外將 前述 會有 第4 換器 成之 ^ S1 等判 ，判 速〈 s或 ，並 S6 > 係將 受光 受光 "1 周期 變長 下來 -13- 200939628 的受光時，受光元件21亦恢復成逆偏壓狀態。因此則述 受光元件1 1的順向偏壓狀態成爲問題的是在物體檢測周 期T爲較短的20/zs或50；czs的高速響應模式的設定時。 因此在已設定高速響應模式時’爲了防止對於受光系 20過大的入光而將前述投光系10的投光量設定爲〔低〕 。接著，降低由前述投光元件11所照射的脈衝光的投光 量（光強度），藉此將來到受光系20的光量抑制爲較低 而防止受光元件21呈飽和狀態。接著’在不會有受光元 件2 1呈飽和的情形，且輸出與其受光量相對應之位準的 受光訊號的狀態下，爲了相對地提高其訊號位準’而將由 受光系20所被輸出之訊號的動態範圍設定爲十分寬’故 將前述放大器23的放大率設定爲較高。結果’在A/D轉 換器32係被供予與其動態範圍（dynamic range)相應之 最大振幅的受光訊號，而可精度佳地檢測受光訊號的位準 並供予至CPU31。 尤其此時，例如藉由以近距離存在的物體，即使其反 射光的強度（在受光元件21的受光量）變高，亦不會有 受光元件21呈飽和的情形，因此不會有在近距離中受光 系20的輸出急遽變小的情形。因此，即使在將物體檢測 的臨限値設定在受光訊號之最大位準的附近而進行在近距 離的物體檢測的情形下，亦可達成可有效防止在該檢測距 離中之光電感測器的錯誤動作。 對此在一般之低速模式（100 ys)設定時，幾乎不會 發生因前述之受光元件2 1之飽和所引起的問題。亦即， -14- 200939628 即使受光元件21到達被順向偏壓的狀態，伴 脈衝光的消滅、進而來到受光系20之光的消滅 成前述受光元件21被逆偏壓的狀態。因此，在 檢測時序中’即使在受光元件21的受光量較大 得與其變化相對應的輸出。因此，此時，如前所 述投光系10的投光量設定爲〔高〕，並且將前 20的受光增益設定爲〔低〕。 若如上所示決定低速模式時的動作條件，由 檢測對象區域之脈衝光的強度較高，因此可S/N 反射光進行受光檢測。接著，由於受光量大、受 位準高，因此將放大器23的放大率設定爲較低 獲得與A/D轉換器32的動態範圍相應之最大振 。換言之，藉由受光系20的輸出，可有效防止 器3 2呈飽和。 如上所示在本發明之光電感測器中，由於可 達成受光元件21呈飽和而呈順向偏壓狀態且其 急遽變小的狀態的情形，一面進行物體檢測，因 地防止近距離中的錯誤動作。尤其減小（降低） 系1〇的投光量，以與其投光量相應的方式提高 20的受光增益，因此僅以簡單的控制，即可預防 ，其實用上的優點極大。 其中，本發明並非爲限定於上述實施形態者 於計測範圍的區分，係按照光電感測器的規格及 測器所要求的檢測特性來決定即可。此外關於Ϊ 著前述之 ，亦恢復 接下來的 ，亦可獲 述，將前 述受光系 於照射在 佳地對該 光訊號的 ，因而可 幅的輸出 A/D轉換 一面防止 輸出位準 此可確實 來自投光 在受光系 錯誤動作 。例如關 該光電感 t光系10 -15- 200939628 的發光量及受光系20的受光增益，若按照其規格來設定 即可，自不待言。此外在此係將投光系10的發光量及受 光系20的受光增益分別設定爲2階段，但是當然亦可構 成爲可以3階段以上進行可變設定。具體而言，當計測範 圍爲中距離範圍時，若設定爲取得低距離範圍中的發光量 及受光增益與遠距離範圍中的發光量及受光增益之間的値 ，即可達成本發明之目的。此外，本發明係可在未脫離其 @ 要旨的範圍內進行各種變形而予以實施。 【圖式簡單說明】 第1圖係顯示本發明之一實施形態之光電感測器的槪 略構成圖。 第2圖係顯示第1圖所示之光電感測器中之動作控制 之判斷演算法的例圖。 第3圖係顯示反射形光電感測器之一般構成例圖。 〇 第4圖係顯示受光元件之輸出特性之例圖。 【主要元件符號說明】 I 0 :投光系 II :投光元件 1 2 :驅動電路 1 3 :開關驅動器 1 4 :發光周期控制開關 1 5 :發光量控制開關 -16- 200939628 20 :受光系 2 1 :受光元件 22 : I/V轉換器 2 3 :放大器 31 :運算器（CPU) 32 : A/D轉換器
3 4 :設定器 L :距離