JP4868779B2 - 光電センサ - Google Patents
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本発明の光電センサによれば、演算手段が、判別手段によって判別された経時変化に応じて自己ノイズの影響を軽減した受光量を算出し、検出手段が当該算出された受光量に基づいて被検出物の有無を検出することから、検出感度を高めつつ自己ノイズの影響を軽減させて被検出物の検出距離を長くすることができる。
また、受光手段での最大受光量及び最小受光量に応じて演算処理に用いる加算値及び減算値を設定することができ、検出手段が自己ノイズの特性に応じて影響を軽減した受光量に基づいて被検出物を検出し、当該被検出物の検出距離を長くすることができる。
本発明によれば、検出手段は、演算手段が最大受光量及び当該受光量の前後の受光量のみを用いて算出した値に基づいて被検出物を検出することから、当該検出手段が、閾値と当該閾値を超過する受光量を用いて算出した値とを対比することができ、被検出物を確実に検出することができる。
本発明によれば、検出手段は、投光手段の各パルス光の投光動作毎に定められたタイミングで演算手段が算出した値に基づいて被検出物を検出することから、検出手段が、前記投光動作毎に定められたタイミングで被検出物を検出するようにし、被検出物の検出処理の効率を高めることができる。
本発明によれば、少なくとも3つ以上の受光量を用いることにより、経時変化を判別する受光量を順次記憶することなく各経時変化(増加変化,減少変化,増減変化,減増変化)を検出する精度を向上させることができるとともに、算出される受光量の平均値の精度を向上させることができる。
本発明の実施形態を、図1ないし図5を参照しつつ反射型光電センサを例に挙げて説明する。
1.光電センサの構成
光電センサ1は、図1に図示するように、LED等からなる投光素子11と、投光素子11を投光させる投光回路12と、PD(フォトダイオード)等からなり投光素子11が投光して被検出物に反射した光を受光して当該受光量に応じた受光信号を出力する受光素子13と、受光素子13が出力した受光信号を受信する受光回路14と、受光回路14が出力した信号を受信して増幅する増幅回路15と、投光回路12の作動等を制御する制御回路20とを有する。
本実施形態の光電センサ1は、図2(a)に図示するように、投光素子11が、パルス光P1〜P4を投光する。受光素子13の受光信号は、同図(b)に図示するように、自己ノイズNの信号が増幅回路15によって増幅されて重ねられる。自己ノイズNの信号は、図示するように、制御回路20が自己ノイズの最大受光量Mをサンプリングすると、受光素子13の受光信号Sの受光量が、閾値Hを超過して被検出物を検出したにもかかわらず、前記制御回路20が当該閾値Hを超過していないと判断し、被検出物を検出したことを報知させないようにするおそれがある。この光電センサ1は、誤報知を防止するため、以下の処理を行う。
図3(a)は、受光素子13の受光信号S(図2(b)参照。)に重ねられた自己ノイズNの部分拡大図である。ここでは、制御回路20が、自己ノイズの半周期(T/2)内に3つの受光量(AないしC)をサンプリングする。この制御回路20は、受光量がA<B<Cの関係を有すると判断することにより、当該受光量が時間が経過するにつれて増加する増加変化を示すことを判別する。そして、制御回路20は、受光量が前記増加変化を示すことを判別したことにより、平均処理を行う。この平均処理では、受光量の平均値([A+B+C]/3)を算出する。図中の符号Tは自己ノイズの周期、αは自己ノイズの振幅である。
制御回路20は、図3(b)に図示するように、自己ノイズの半周期(T/2)内にサンプリングした受光量がA>B>Cの関係を有すると判断することにより、当該受光量が時間が経過するにつれて減少する減少変化を示すことを判別する。そして、制御回路20は、受光量が前記減少変化を示すことを判別したことにより、平均処理を行う。この平均処理では、受光量の平均値([A+B+C]/3)を算出する。
制御回路20は、図3(c)に図示するように、自己ノイズの半周期(T/2)内にサンプリングした受光量がA<B>Cの関係を有すると判断することにより、当該受光量が時間が経過するにつれて増加した後に減少に転じる増減変化を示すことを判別する。そして、制御回路20は、受光量が前記増減変化を示すことを判別したことにより、減算処理を行う。この減算処理では、受光量の平均値から自己ノイズの振幅αの半分の値(α/2,前記減算値)を減算した値({[A+B+C]/3}−α/2)を算出する。なお、自己ノイズの振幅αの半分の値(α/2,前記減算値)は、前記減算処理をするときに、制御回路20によって、メモリ19から読み出される。
制御回路20は、図3(d)に図示するように、自己ノイズの半周期(T/2)内にサンプリングした受光量がA>B<Cの関係を有すると判断することにより、当該受光量が時間が経過するにつれて減少した後に増加に転じる減増変化を示すことを判別する。そして、制御回路20は、受光量が前記減増変化を示すことを判別したことにより、加算処理を行う。この加算処理では、受光量の平均値に自己ノイズの振幅αの半分の値(α/2,前記加算値)を加算した値({[A+B+C]/3}+α/2)を算出する。自己ノイズの振幅αの半分の値(α/2,前記加算値)は、上述した増減変化と同様に、前記加算処理をするときに、制御回路20によって、メモリ19から読み出される。
光電センサ1は、制御回路20が、当該センサ1の電源を投入してから投光素子11が投光しないときに自己ノイズを検出する自己ノイズ検出処理と、被検出物を検出する検出処理とを行う。
自己ノイズ検出処理では、光電センサ1の電源を投入してから投光素子11が投光しないときに受光素子13が受けた自己ノイズの受光信号に基づいて、前記加算処理に用いられる加算値(α/2)及び前記減算処理に用いられる減算値(α/2)を算出する。この自己ノイズ算出処理では、最初に、制御回路20が、入力部16によって設定された検出開始指示信号を受信した否かを判断する(S1)。
検出処理では、受光素子13が受光した各パルス光P1〜P4の受光信号Sに重ねられた自己ノイズNの信号の影響を軽減させて被検出物を検出する処理を行う。この検出処理では、最初に、制御回路20が、入力部16によって設定された動作開始指示信号を受信したか否かを判断する(S11)。
実施形態の光電センサ1は、制御回路20が、受光素子13の受光量の経時変化を各パルスP1〜P4毎に判別し、経時変化が前記増加変化又は前記減少変化であると判別すると前記受光量平均値算出処理(S15)、経時変化が前記増減変化であると判別すると前記受光量減算処理(S22)、経時変化が前記減増変化であると判別すると前記受光量加算処理(S23)を行う。この光電センサ1は、各処理(S15,S22,S23)によって、自己ノイズNの受光量を受光素子13の受光量に近づけるようにして、増幅回路15が出力した受光信号から自己ノイズNの信号を軽減することができ、各経時変化に応じて当該自己ノイズNの影響を軽減した受光量を算出することができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において構成の一部を適宜変更して実施することができる。
(1)光電センサ1は、実施形態の反射型光電センサに限らず、透過型光電センサであってもよい。
(2)この光電センサ1は、制御回路20が、4つ以上の受光量情報の大小関係を判断して各経時変化(増加変化,減少変化,増減変化,減増変化)を判別したり、4つ以上の受光量情報を用いて前記受光量平均値算出処置(S15)を行うようにしてもよい。
(3)この光電センサ1は、制御回路20が、受光回路14のスイッチング素子を、スイッチング素子操作信号によって自己のノイズNの半周期(T/2)の時間だけON状態にし、受光信号情報を前記各投光時間T2に亘ってメモリ19に記憶することなく、自己ノイズNの半周期(T/2)内の3つの受光量情報をサンプリングしながら各経時変化の判別を行うようにしてもよい。
(4)この光電センサ1は、前記各投光時間T2毎に定められた時間T5を、閾値を超過する受光量をメモリ19から読み出すことができる適宜の位置に設定するようにしてもよい。また、この光電センサ1は、各投光時間T2毎に定められた時間T5を、閾値を超過する受光量をメモリ19から読み出すことができる複数の位置に設定するようにしてもよい。
(5)前記設定手段は、電源を投入してから前記投光素子が投光を開始するまでの間における前記受光手段での最大受光量及び最小受光量に応じて前記加算処理に用いる加算値及び前記減算処理に用いる減算値を設定することを特徴とする請求項2に記載の光電センサ。この構成によれば、光電センサの電源を投入してから投光素子が投光を開始するまでの間の受光手段での最大受光量及び最小受光量に応じてノイズの影響を軽減した受光量を算出する処理に用いる加算値及び減算値を設定することができるから、投光を開始しても受光回路14のスイッチング動作等によって規則的に生じる自己ノイズの影響を軽減した受光量を算出することができる。
(6)前記設定手段は、前記各パルス光の投光動作の内の非投光時間(例えば、図2中の符号T4。)における前記受光手段での最大受光量及び最小受光量に応じて前記加算処理に用いる加算値及び前記減算処理に用いる減算値を設定することを特徴とする請求項2に記載の光電センサ。この構成によれば、前記非投光時間内の受光手段での最大受光量及び最小受光量に応じてノイズの影響を軽減した受光量を算出する処理に用いる加算値及び減算値を設定することができるから、投光を開始してから不規則に生じる自己ノイズの影響を軽減した受光量を算出することができる。
11…投光素子(投光手段)
12…投光回路(駆動手段)
13…受光素子(受光手段)
14…受光回路(受光手段)
19…メモリ(検出手段、判別手段、設定手段)
20…制御回路(駆動手段、サンプリング手段、検出手段、判別手段、演算手段、設定手段)
A,B,C…受光量
P1〜P4…パルス光
Claims (4)
- 被検出物に光を投光する投光手段と、
前記投光手段がパルス光を投光するように駆動させる駆動手段と、
前記投光手段が投光したパルス光を受光する受光手段と、
前記投光手段の各パルス光の投光動作に同期して前記受光手段での受光量をサンプリングするサンプリング手段と、
前記投光手段が前記被検出物に投光しないときの前記受光手段での最大受光量及び最小受光量に応じて加算値及び減算値を設定する設定手段と、
前記被検出物を検出する検出手段とを備えた光電センサであって、
前記サンプリング手段は、前記各パルス光の投光動作に対応した前記受光手段の各サンプリング動作で、当該光電センサの自己ノイズの半周期に相当する期間内において、前記受光量を複数回サンプリングするように構成され、
前記各サンプリング動作でサンプリングされた複数の受光量が、経時的に増加する増加変化か、経時的に減少する減少変化か、経時的に増加から減少に転じる増減変化か、経時的に減少から増加に転じる減増変化か、を判別する判別手段と、
前記判別手段によって前記増加変化又は前記減少変化であると判別されたことを条件として前記複数の受光量の平均値を算出する平均処理と、前記判別手段によって前記減増変化であると判別されたことを条件として前記平均値を算出した後に当該平均値に前記加算値を加える加算処理と、前記判別手段によって前記増減変化が検出されたことを条件として前記平均値を算出した後に当該平均値から前記減算値を減ずる減算処理とを行う演算手段とを備え、
前記検出手段が、前記演算手段によって算出された値に基づいて前記被検出物を検出することを特徴とする光電センサ。 - 前記サンプリング手段は、前記受光手段での最大受光量及び当該受光量の前後の受光量のみをサンプリングし、前記検出手段は、前記演算手段が前記サンプリングされた最大受光量及び当該受光量の前後の受光量のみを用いて算出した値に基づいて前記被検出物を検出することを特徴とする請求項1に記載の光電センサ。
- 前記検出手段は、前記投光手段の各パルス光の投光動作毎に定められたタイミングで前記演算手段が算出した値に基づいて前記被検出物を検出することを特徴とする請求項2に記載の光電センサ。
- 前記判別手段は、前記サンプリング手段によってサンプリングされた少なくとも3つ以上の受光量に基づいて各変化を判別し、
前記演算手段は、前記サンプリングされた少なくとも3つ以上の受光量を用いて前記平均処理を行うことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の光電センサ。
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