JP2002333487A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投光期間中或いは投光終了直後であっても干
渉光の有無を判断することができる光電センサを提供す
る。 【解決手段】 設定動作時は干渉光の影響を受けない環
境における被検出物体５の検出状態で、投光期間を含む
所定期間における複数のサンプリングタイミングでＡ／
Ｄコンバータ７からのサンプリングデータを基準データ
として記憶手段９に記憶する。検出動作時は、同一のサ
ンプリングタイミングでＡ／Ｄコンバータ７からのサン
プリングデータを一時記憶し、コンパレータ７からオン
信号が出力されたときはサンプリングデータと基準デー
タとを比較し、両者が一致したときは検出であると判定
し、一致しなかったときは非検出であると判断する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パルス光を投光す
る投光手段と、この投光手段から投光されたパルス光を
受光して受光信号を出力する受光手段とを備え、この受
光手段からの受光信号に基づいて被検出物体の有無を判
断する光電センサに関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】この種の光電センサ
は、投光手段が投光した光を受光信号が受光することに
より被検出物体の有無を判断していることから、受光信
号に干渉光（ノイズ光）が入光する環境では、被検出物
体を検出していない状態であっても、受光手段から干渉
光の入光に応じた受光信号が出力されてしまうので、被
検出物体をあたかも検出している状態となり、被検出物
体を正しく検出することができない。

【０００３】そこで、特公昭６２−７７３３号公報のも
のでは、投光直前のタイミングで受光レベルを検出し、
受光レベルに基づいて入光状態か否かを判断している。
このとき、入光状態であると判断したときは、干渉光が
入光していると判断して投光タイミングをずらすことに
より干渉防止を図るようにしている。

【０００４】しかしながら、この特公昭６２−７７３３
号公報のものは、投光直前のタイミングでのみ干渉光の
判断を行う構成であるので、投光直後に入光する干渉光
を検出することはできない。この場合、投光直後におい
ては通常の受光信号が生じているので、投光直後の受光
レベルに基づいて干渉光の有無を判断することはできな
いのが実情である。また、投光中においては通常の受光
信号が生じているので、受光信号の信号レベルに基づい
て干渉光の有無を判断することができないのは勿論であ
る。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、投光期間中或いは投光終了直後であっ
ても干渉光の有無を判断することができる光電センサを
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、パルス光を投
光する投光手段と、この投光手段から投光されたパルス
光を受光して受光信号を出力する受光手段とを備え、こ
の受光手段からの受光信号に基づいて被検出物体の有無
を判断する光電センサにおいて、前記投光手段の投光期
間を含む所定期間における複数のサンプリングタイミン
グで前記受光手段から出力される受光信号の信号レベル
をサンプリングするサンプリング手段を設け、干渉光が
存在しない環境における被検出物体の検出状態で前記サ
ンプリング手段によるサンプリングデータを基準データ
として記憶する記憶手段を設け、所定の判定タイミング
で前記受光手段からの受光信号の信号レベルと所定の基
準レベルとを比較する比較手段を設け、この比較手段が
前記受光手段からの受光信号の信号レベルは所定の基準
レベルを上回ったと判定した場合は、前記サンプリング
手段によるサンプリングデータと当該サンプリングデー
タのサンプリングタイミングに対応して前記記憶手段に
記憶されている基準データとを比較し、両者の比較差の
うち少なくとも１つが設定値を上回ったときは干渉光を
受光したと判断する判断手段を設けたものである（請求
項１）。

【０００７】このような構成によれば、サンプリング手
段は、干渉光が存在しない環境における被検出物体の検
出状態で投光手段の投光期間を含む所定期間における複
数のサンプリングタイミングで受光手段から出力される
受光信号の信号レベルをサンプリングする。そして、記
憶手段は、サンプリング手段がサンプリングしたサンプ
リングデータを基準データとして記憶手段に記憶する。
これにより、記憶手段には、サンプリングタイミングに
対応して基準データが順に記憶されるようになる。

【０００８】さて、比較手段は、所定の判定タイミング
で受光手段からの受光信号の信号レベルが所定の基準レ
ベルを上回ったかを比較する。このとき、比較手段が受
光手段からの受光信号の信号レベルは所定の基準レベル
を上回ったと判定した場合は、被検出物体を正しく検出
している場合と、干渉光を受光している場合とがあるこ
とから、判断手段は、サンプリング手段によるサンプリ
ングデータが当該サンプリングデータのサンプリングタ
イミングに対応して記憶手段に記憶されている基準デー
タとを比較する。このとき、サンプリングデータと基準
データとの比較差のうち少なくとも１つが設定値を上回
ったときは干渉光を受光したと判断する。これにより、
投光期間中或いは投光終了直後であっても干渉光の有無
を判断することができる。

【０００９】上記構成において、前記判断手段は、前記
比較手段が前記受光手段からの受光信号の信号レベルは
所定の基準レベルを上回らなかったと判定した場合及び
上回ったと判定した場合において干渉光を受光したと判
断したときは非検出であると判断し、上回ったと判断し
た場合において干渉光を受光していないと判断したとき
は検出であると判断するのが望ましい（請求項２）。

【００１０】このような構成によれば、所定の判定タイ
ミングにおいて受光手段が受光していない場合は、非検
出状態であることから、判断手段は、比較手段が受光手
段からの受光信号の信号レベルは所定の基準レベルを上
回らなかったと判定した場合は非検出と判断することが
できる。また、比較手段が受光手段からの受光信号の信
号レベルは所定の基準レベルを上回ったと判定した場合
は、被検出物体を正しく検出している場合と、干渉光を
受光している場合とがあることから、判断手段は、上述
したように干渉光を受光したと判断したときは非検出で
あると判断し、干渉光を受光していないと判断したとき
は検出であると判断することができる。これにより、干
渉光の影響を受けることなく被検出物体を正しく検出す
ることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明を反射型の光電セン
サに適用した一実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は光電センサの構成を概略的に示すブロック図であ
る。この図１において、光電センサ１は、ＣＰＵ（サン
プリング手段、判断手段に相当）２を主体としてなる。
ＣＰＵ２は、投光手段３に対して所定周期で駆動指令を
与える。この投光手段３は、図示しないＬＥＤと駆動回
路とからなり、駆動回路がＣＰＵ２からの駆動指令を受
けてＬＥＤに通電することによりＬＥＤから例えば赤外
線のパルス光を投光するようになっている。受光手段４
は、投光手段３から投光されて被検出物体５で反射した
パルス光を受光し受光信号として出力するように設けら
れている。この受光手段４は、図示しないフォトトラン
ジスタと受光回路とからなり、受光回路がフォトトラン
ジスタからの受光信号から交流成分を弁別して増幅する
ことにより受光信号を出力するようになっている。この
受光手段４にはＡ／Ｄコンバータ６が接続されており、
受光手段４から出力される受光信号の信号レベルをデジ
タルデータに変換してＣＰＵ２に出力する。

【００１２】一方、受光手段４にはコンパレータ（比較
手段に相当）７が接続されている。このコンパレータ７
は、受光手段４からの受光信号レベルと所定の基準レベ
ルとを比較し、受光信号レベルが基準レベルを上回った
ときにＣＰＵ２にオン信号を出力する。この場合、基準
レベルとしては、被検出物体５が所定の検出位置に存在
している状態で受光信号レベルが十分に上回るレベルに
設定されている。

【００１３】設定スイッチ８はスライドスイッチであ
り、ＲＵＮ（検出状態）とＳＥＴ（設定状態）の切換え
のために設けられている。この設定スイッチ８の切換位
置（ＲＵＮ／ＳＥＴ）により、ＣＰＵ２に対して初期設
定を行う設定状態と通常の検出動作を行う検出状態の切
換えが行われる。

【００１４】ＣＰＵ２は、設定スイッチ８がＳＥＴ位置
に切換えられた状態では、設定動作であると判断し、投
光手段３から所定周期でパルス光を投光すると共に、投
光期間を含む所定期間においてＡ／Ｄコンバータ６から
のデジタルデータを所定のサンプリングタイミングで基
準データとして記憶手段９に順に記憶するようになって
いる。

【００１５】また、ＣＰＵ２は、設定スイッチ８がＲＵ
Ｎ位置に切換えられた状態では、検出動作であると判断
し、投光手段３から所定周期でパルス光を投光すると共
に、後述するように所定のサンプリングタイムでＡ／Ｄ
コンバータ６から入力したデジタルデータと記憶手段９
に記憶されている基準データとの比較結果に基づいて干
渉光の存在を判断するようになっており、このような判
断動作による被検出物体５の有無を最終的に判断するこ
とが本発明の特徴となっている。

【００１６】次に上記構成の作用について説明する。図
２は各信号を示すタイミングチャートである。この図２
において、ＣＰＵ２は、クロックを基準にして投光手段
３に対して投光指令を与える。これにより、同図に示す
ように投光手段３からは所定周期のパルス光が投光され
る。

【００１７】また、受光手段４は、投光手段３から投光
されて被検出物体５で反射したパルス光を受光し、その
受光レベルに応じた受光信号を出力する。この場合、受
光手段４は受光信号のうちから交流成分のみを弁別して
増幅するように構成されているので、受光手段４から出
力される受光信号は投光信号を微分した波形となると共
に、投光終了時は零レベルよりもアンダーシュートす
る。このような光電センサ１の動作に基づいて初期設定
動作と通常の検出動作とが行われることになる。

【００１８】さて、被検出物体５の通常の検出動作を行
うには、それに先立って、まず、初期設定を行う必要が
ある。この初期設定とは干渉光の存在を判断するために
必要となるもので、干渉光の影響を全く受けない環境に
おいて所定の検出位置に被検出物体５を位置させ、設定
スイッチ８をＳＥＴ位置に切換えた状態で光電センサ１
を動作させる。このような環境条件においては、受光手
段４が受光する光は、投光手段３から投光されてから被
検出物体５で反射した光のみであり、受光手段４が干渉
光を受光することはない。

【００１９】図３はＣＰＵ２の初期設定動作を示すフロ
ーチャートである。この図３において、ＣＰＵ２は、タ
イミングＴ１〜Ｔ５の何れかのタイミングとなったかを
判断しており（Ｓ１０１）、タイミングＴ１となったと
きは（Ｓ１０１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄコンバータ６からの
入力データをサンプリングして基準データＭ１として記
憶手段９に記憶する（Ｓ１０２）。このタイミングＴ１
は、図２に示すように投光タイミングよりも１クロック
分だけ進んだタイミングに設定されている。この場合、
タイミングＴ１においては受光手段４には投光手段３か
らのパルス光及び干渉光の何れも入光することはないの
で、基準データＭ１は零レベルとなる。また、ＣＰＵ２
は、タイミングＴ２となったときは（Ｓ１０３：ＹＥ
Ｓ）、投光パルスの送信を開始すると共に（Ｓ１０
４）、Ａ／Ｄコンバータ６からの入力データをサンプリ
ングして基準データＭ２として記憶手段９に記憶する
（Ｓ１０５）。つまり、タイミングＴ２は、図２に示す
ように投光開始タイミングに設定されているのである。
この場合、タイミングＴ２においては受光手段４には投
光手段３からのパルス光及び干渉光の何れも入光しない
のが一般的であるので、基準データＭ２は零レベルとな
っている。

【００２０】また、ＣＰＵ２は、タイミングＴ３となっ
たときは（Ｓ１０６：ＹＥＳ）、投光パルスの送信を終
了すると共に（Ｓ１０７）、Ａ／Ｄコンバータ６からの
入力データをサンプリングして基準データＭ３として記
憶手段９に記憶する（Ｓ１０８）。つまり、タイミング
Ｔ３は、図２に示すように投光終了タイミングに設定さ
れているのである。この場合、タイミングＴ３において
は投光手段３からの投光が終了するタイミングであるも
のの、受光手段４の電気的構成、特に微分回路の動作に
より受光信号の略ピークレベルとなっているので、基準
データＭ３は受光信号の信号レベルの略最大値となって
いる。

【００２１】また、ＣＰＵ２は、タイミングＴ４となっ
たときは（Ｓ１０９：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄコンバータ６か
らの入力データをサンプリングして基準データＭ４とし
て記憶手段９に記憶する（Ｓ１１０）。このタイミング
Ｔ４は、図２に示すように投光終了タイミングよりも１
クロック分だけ遅れたタイミングとなるように設定され
ている。この場合、タイミングＴ４においては投光手段
３からの投光が終了しているタイミングであるものの、
受光手段４の電気的構成、特に微分回路の動作のために
受光信号は零レベルをアンダーシュートしており、基準
データＭ４は負レベルのデータとなっている。

【００２２】そして、ＣＰＵ２は、タイミングＴ５とな
ったときは（Ｓ１１１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄコンバータ６
からの入力データをサンプリングして基準データＭ５と
して記憶手段９に記憶する。このタイミングＴ５は、図
２に示すように投光終了タイミングよりも２クロック分
だけ遅れたタイミングとなるように設定されている。こ
の場合、タイミングＴ５においては受光手段４の電気的
特性の影響は解消されているので、基準データＭ５は零
レベルとなっている。以上のようにして、初期設定を行
うことにより、タイミングＴ１〜Ｔ５における基準デー
タＭ１〜Ｍ５を記憶手段９に順に記憶することができ
る。

【００２３】さて、被検出物体５が所定の検出位置に存
在したことを検出するには、設定スイッチ８をＲＵＮ位
置に切換えた状態で光電センサ１を動作させる。図４は
ＣＰＵ２の検出動作を示している。この図４において、
光電センサ１は、タイミングＴ１〜Ｔ５の何れかのタイ
ミングとなったかを判断しており、タイミングＴ１とな
ったときは（Ｓ２０１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄコンバータ６
からの入力データをサンプリングすることによりサンプ
リングデータＤ１として記憶手段９に一時記憶する（Ｓ
２０２）。

【００２４】同様にして、タイミングＴ２〜Ｔ５となる
毎に（Ｓ２０３：ＹＥＳ、Ｓ２０６：ＹＥＳ、Ｓ２０
９：ＹＥＳ、Ｓ２１１：ＹＥＳ）、Ａ／Ｄコンバータ６
からの入力データをサンプリングすることによりサンプ
リングデータＤ２〜Ｄ５として記憶手段９に一時記憶す
る（Ｓ２０５、Ｓ２０８、Ｓ２１０、Ｓ２１２）。この
場合、タイミングＴ２では投光パルスの送信を開始し
（Ｓ２０４）、タイミングＴ３では投光パルスの送信を
終了する（Ｓ２０７）。

【００２５】一方、ＣＰＵ２は、コンパレータ７からの
出力状態を検出して一時記憶するようになっている（Ｓ
２１３）。この場合、被検出物体５が所定の検出位置に
存在しているときは、コンパレータ７からの出力はオン
状態となっている。また、被検出物体５が存在しない場
合であっても、タイミングＴ３で干渉光が入光するよう
なときはコンパレータ７からの出力はオン状態となって
いる。

【００２６】以上のようにして、ＣＰＵ２は、検出動作
時においては所定のタイミングＴ１〜Ｔ５において受光
信号をサンプリングしてサンプリングデータＤ１〜Ｄ５
として記憶手段９に一時記憶すると共に、コンパレータ
７からの出力状態を一時記憶している。

【００２７】そして、ＣＰＵ２は、タイミングＴ５にお
いてコンパレータ７からの出力がオン状態となったかを
判断し（Ｓ２１４）、オフ状態であったときは（Ｓ２１
４：ＮＯ）、被検出物体５は存在しない非検出であると
判断する（Ｓ２２０）。一方、コンパレータ７からの出
力状態がオン状態であったときは（Ｓ２１４：ＹＥ
Ｓ）、被検出物体５が存在するか、若しくは被検出物体
５が存在せず干渉光が入光しているかの何れかであると
判断し、比較処理を実行する（Ｓ２１５）。

【００２８】図５はＣＰＵ２の比較処理を示すフローチ
ャートである。この図５において、ＣＰＵ２は、まず、
サンプリングデータＤ１が基準データＭ１と一致してい
るかを判断する。つまり、記憶手段９からサンプリング
データＤ１と基準データＭ１とを呼出し、Ｄ１−Ｍ１を
実行することにより差分データＳ１を演算してから（Ｓ
３０１）、その差分データＳ１の絶対値と所定の誤差範
囲ＳＭとを比較する（Ｓ３０２）。このとき、差分デー
タＳ１の絶対値が所定の誤差範囲ＳＭよりも小さい場合
は、サンプリングデータＤ１は基準データＭ１に一致し
ていると判断する。

【００２９】このようにしてサンプリングデータＤ１は
基準データＭ１に一致していると判断したときは、同様
にして、サンプリングデータＤ２〜Ｄ５が基準データＭ
２〜Ｍ５とそれぞれ一致しているかを判定し（Ｓ３０４
〜Ｓ３１５）、全て一致していると判断したときは比較
結果をＯＫとし（Ｓ３１６）、１つでも一致していない
と判断したときは比較結果をＮＧとする（Ｓ３１７）。

【００３０】そして、ＣＰＵ２は、以上のような比較処
理の実行の結果、比較結果がＯＫと判断したときは（図
４のＳ２１６：ＹＥＳ）、最終的に検出であると判断す
る（Ｓ２１９）。これに対して、比較結果がＮＧである
と判断したときは（Ｓ２１６：ＮＯ）、干渉光を検出し
ていると判断し（Ｓ２１７）、最終的に非検出であると
判断する（Ｓ２１８）。

【００３１】以上のようにして投光タイミングで干渉光
を受光していると判断したときは、投光パルスの周期を
変更したり、投光タイミングをずらしたりすることによ
り干渉光の影響を回避することができる。また、干渉光
を検出したことを外部出力することにより、干渉光を受
光していることを報知することができる。

【００３２】このような実施の形態によれば、ＣＰＵ２
は、投光期間を含む所定期間におけるサンプリングデー
タを基準データとして記憶手段９に記憶しておき、検出
動作時において受光信号の信号レベルが所定の基準レベ
ルを上回っていると判断した場合は、サンプリングデー
タと基準データとを比較することにより干渉光による影
響を判断し、干渉光の影響を受けていると判断したとき
は最終的に非検出であると判断するようにしたので、投
光直前のみに干渉光の判断を行う従来構成のものと違っ
て、投光期間中或いは投光終了直後であっても干渉光の
存在を判断でき、干渉光による影響を回避することが可
能となる。

【００３３】本発明は、上記実施の形態に限定されるも
のではなく、次のように変形または拡張できる。サンプ
リングデータと基準データとの比較処理の結果、最終的
に検出であると判定したときは、そのときのサンプリン
グデータを基準データとして更新記憶するようにしても
よい。設定動作及び検出動作の切換えを外部からの指令
に応じて自動的に実行するようにしてもよい。本発明を
透過型センサに適用するようにしてもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の光電センサによれば、干渉光が存在しない環境におけ
る被検出物体の検出状態で投光手段の投光期間を含む所
定期間における複数のサンプリングタイミングで受光手
段からの受光信号の信号レベルをサンプリングして基準
データとして記憶すると共に、所定の判定タイミングで
受光手段からの受光信号の信号レベルと所定の基準レベ
ルとを比較し、受光信号の信号レベルが所定の基準レベ
ルを上回った場合は、サンプリングデータと当該サンプ
リングデータのサンプリングタイミングに対応して記憶
されている基準データとを比較し、両者の比較差のうち
少なくとも１つが設定値を上回ったときは干渉光を受光
したと判断するようにしたので、投光期間中或いは投光
終了直後であっても干渉光の有無を判断することがで
き、干渉光の影響に確実に対応することが可能となると
いう優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態における全体構成を概略
的な示すブロック図

【図２】各信号の出力タイミングを示すタイミングチャ
ート

【図３】ＣＰＵの設定動作を示すフローチャート

【図４】ＣＰＵの検出動作を示すフローチャート

【図５】ＣＰＵの比較処理動作を示すフローチャート

【符号の説明】

１は光電センサ、２はＣＰＵ（サンプリング手段、判断
手段）、３は投光手段、４は受光手段、７はコンパレー
タ（比較手段）、９は記憶手段である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス光を投光する投光手段と、この投
   光手段から投光されたパルス光を受光して受光信号を出
   力する受光手段とを備え、この受光手段からの受光信号
   に基づいて被検出物体の有無を判断する光電センサにお
   いて、 前記投光手段の投光期間を含む所定期間における複数の
   サンプリングタイミングで前記受光手段から出力される
   受光信号の信号レベルをサンプリングするサンプリング
   手段と、 干渉光が存在しない環境における被検出物体の検出状態
   で前記サンプリング手段によるサンプリングデータを基
   準データとして記憶する記憶手段と、 所定の判定タイミングで前記受光手段からの受光信号の
   信号レベルと所定の基準レベルとを比較する比較手段
   と、 この比較手段が前記受光手段からの受光信号の信号レベ
   ルは所定の基準レベルを上回ったと判定した場合は、前
   記サンプリング手段によるサンプリングデータと当該サ
   ンプリングデータのサンプリングタイミングに対応して
   前記記憶手段に記憶されている基準データとを比較し、
   両者の比較差のうち少なくとも１つが設定値を上回った
   ときは干渉光を受光したと判断する判断手段とを備えた
   ことを特徴とする光電センサ。
2. 【請求項２】 前記判断手段は、前記比較手段が前記受
   光手段からの受光信号の信号レベルは所定の基準レベル
   を上回らなかったと判定した場合及び上回ったと判定し
   た場合において干渉光を受光したと判断したときは非検
   出であると判断し、上回ったと判断した場合において干
   渉光を受光していないと判断したときは検出であると判
   断することを特徴とする請求項１記載の光電センサ。