JPS61102817A - 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】 １技術分野１ 本発明はパーキングメータなどに使用される距離検知型
の光電スイッチに関するものである。

［背景技術１ この種の光電スイッチは、第３図（、）に示すように、
投光器１１と投光光学系１２によって被検知物体Ｘに光
ビームＰを照射し、その反射光Ｒを受光光学系１によっ
て集光し、集光面に配設された受光素子２ａあるいは２
ｂの受光レベルを基準電圧と比較することによって、被
検知物体×までの距ＡＩＬが所定範囲内にあることを検
知するものであり、受光素子２ａまたは２ｂの出力は（
ｂ）図に示すように、集光又ボッ）Ｓが移動するにつれ
て連続的に変化するので、受光信号電圧を検知！ＩＩ！
離設定電圧と比較することによって被検知物体Ｘが検知
エリア内に入ったがどうかを判別するものである。実際
には外光の変化や被検知物体の反射率の違いなどを相殺
するために、２個の受光素子２ａ＋２ｂの差信号を比較
回路の入力として、（ｂ）図のどの段階で検知１３号を
出力するかを施工現場で設定できるように構成している
。

第４図は従来の光電スイッチの回路構成を示したちので
あり、受光素子２の出力型２鬼を受光回路３１こで電圧
信号に変換し、その出力をオペアンプＧ０とフィードバ
ックダイオードＤ、よりなる対数増幅回路４を用いて対
数変換することにより、グイナミノクレンノを拡大して
近距離から遠距離までの検出を可能にしている。この信
号を第１の比較回路５に入力し、検知レベル設定回路６
から出力される検知距離設定電圧Ｖａと比較する。信号
処理回路９では発振回路１４がらの同期信号によＩ）、
ドライブ回路１３で投光素子１１がら光ビームＰを発生
させているタイミングで比較回路５の出力をサンプリン
グして外光ノイズを除去しており、この信号処理回路９
の出力をリレーなどよりなる出力回路１５と動作表示８
Ｓ１６とに加えている。余裕表示部１７は受光信号電圧
と検知距離設定電圧との間に余裕があるかどうか、換言
すれはレンズの清掃などを必要としているがどうかを表
示するためのらのであり、余裕レベル設定回路７がら上
述の検知距離設定電圧＼＋ａよりら若干高い余裕表示膜
定電ｌＴ１．〜ｂが出力され、第２の比較回路８によっ
て受光信号電圧をこの余裕表示設定電圧＼・ｂと比較し
、比較回路８の出力によって１ミ裕表示部１７を点灯制
御している。

しかしなから上記の従来構成ｉこは次のような問題点が
あった。すなわち検知レベル設定回路６と余裕レベル設
定回路７を個々に設けているのは、検知距離設定電圧Ｖ
ａと余裕表示設定電圧〜゛ｂとを互いに独立に設定する
ためであるが、両設定回路６および７はいずれら対数増
幅回路４の温度補償を行なうために、同図（ｃ）に示す
ように、定電流源Ｊ、Ｊ、で発生した信号をオペアンプ
Ｃ、、Ｃ，、お上び／リフングイオードＤ、、Ｄ、より
なる対数増幅器で対！ｔｆ：換しており、その出力電圧
Ｖａおよび＼＋ｂをそ八ぞれの比較回路５お上り８に入
力している。これは対数増幅回路４がシリフンダイオー
ドの対数特性を利用しており、その温度特性はＰＮ接合
の温度変化に伴なうキヤ’ｊ　Ｔ　１８度の変化など１
こ依存しているので、基準レベル設定用にサーミスタな
どの感温素子を用いても対数増幅回路４と同等の温度特
性を持たせることは不可能であり、レベル設定回路６お
よＶ　７　ｉ二対数増幅回路４と同一の回路を（受用し
ない限り適切な温度補償方法がないからであるが、この
ように各レベル設定回路毎に対数増幅器を設けることは
、高精度のオペアンプを必要とするのできわめて不経済
であるという問題があった。

［発明の目的］ 本発明は上記の問題点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは、対数増幅回路に対して適正な温度
補償を行なうことができる上に、複数の比較回路に供給
するための互いに独立な基準レベルを単一の対数増幅器
によって発生し得るレベル設定部の回路構成を提供する
にある。

［発明の開示１ しかして本発明は、被検知物体からの反射光レベルを：
ｌ増幅回路で対数変換したのち比較回路で検知距離設定
電圧と比較することにより被検知物体までの距離を検知
すると共に、上記、１１数変換出力を＠２の比較回路で
検知距離設定電圧よりら若干高い余裕表示設定電圧と比
較することにより信号レベルと動作限界レベルの開の余
裕の有無を表示°ｒるようにしだ光電スイッチにおいて
、基璧電圧をＮ数変換する対数変換増幅器の出力端をそ
れぞれレベル設定用抵抗を介して上記両比較回路の！進
入万端に接続し、各抵抗にそれそ゛れ定電流源から電流
を供給するようにしたものであり、レベル設定部の対数
増幅器の出力端の電圧が各レベル設定用抵抗の値やその
抵抗に定電流源から供給される電流の値に影ｒＨされな
いようにした点に特徴を有するものて゛ある。

第１図は本発明光電スイッチの一実施例を示したしので
あり、同図（ａ）において、受光素子２の出力電流を受
光回路３にて電圧信号に変換し、さらに対数増幅回路４
を用いて対数変換して、その出力信号Ｖｉｎを第１の比
較回路５に入力し、検知距離設定電圧Ｖａと比較すると
共に、第２の比較回路８において受光信号電圧Ｖｉｎと
余裕設定レベル〜°ｂとを比較する１本発明では検知距
離設定電圧Ｖａと余裕表示設定電圧＼ｂとを単一のレベ
ル設走部１０がら供給しており、その池の回路構成は第
４図（ａ）と同じである。

第１図（ｌｌＩ）はレベル設定部１０の回路構成を示し
たもので、オペアンプＧ、およびシリコンダイオードＤ
１よＩ）なる対数増幅器Ａによって定電流源Ｊ０で発生
した基準電流１．を対ｆ１変換し、その出力端を抵抗Ｒ
１を介して第１の比較回路５に接続すると共に抵抗Ｒ２
を介して第２の比較回路８に接続し、各抵抗Ｒ，お上！
ＩＲ２の負荷側にそれぞれ定電ａ源ｊ、およＶａ２を接
続している。このように構成すれば、各抵抗値が変化し
ても対数増幅！５ＡＩ７′）出力端の電圧■。は変化せ
ず、各設定レベルＸ／！およびｖｂは、 Ｖａ＝Ｖｏ＋Ｉ、ＸＲ。

Ｖｂ＝Ｖｃ＋Ｉ）ＸＲｚ となって、抵抗値Ｒ，，Ｒ，または電流値１．、［、を
池の設定レベルに影響を与えることなく独立に調整する
ことが可能となる。抵抗値を調整する手段としては、複
数の抵抗器を切換スイッチで切り換える方法、施工現場
で不用の抵抗器を切断する方法、半固定１氏抗器１ｊこ
は本すュームを用いる方法などがあるが、抵抗値を変化
させる代わりに各定゛１い廐源の電流値？可′麦１こす
れば、インビーグ／プのきわめて高い比較回路の入力端
に、ボリュームなどからノイズか混入するのを避けるこ
とかて゛きる。

また光電スイッチをパーキングメータなどに利用する場
訃には、余裕表示ランプで受光信号レベルと余裕設定レ
ベルとを比較して余裕のなくなったときに警告を発する
ようにし、さらに受光信号レベルか低下しｒこときには
、誤動作を防止するために装置の稼動を停止する必要が
あり、検知距離設定電圧Ｖａより高く且つ余裕表示設定
電圧＼゛ｂよｊ）低い誤動作防止電圧Ｖｃを設定して、
第３の比較回路で受光信号電圧＼四〇を誤動作防止電圧
〜Ｃとを比較するようにしている。第２図（、）の実施
例は、上記のように比較回路が増加しｔこ場合に対応で
きるものであり、この場合にも定電流源Ｊ１７５至Ｊ、
の電ｚｉＬ値または各抵抗値Ｒ１乃至Ｒ１を可・変にし
てそれぞｈの設定レベルを互いに池に影響なく、１ｊｌ
整することができる。同図（１＋）は物体検知時の受光
信号〜ｉｎと各般定電圧■１乃至■、との関係を示した
ちのであＩ）、上述のＶａ、Ｖｂ、Ｖｃはたとえばｖ＋
＋Ｖｓ、■、；こ相当する。

［発明の効果１ 本発明光電スイッチは上述のように、被検知物体からの
反射光レベルを検知距離設定電圧と比較する第１の比較
回路と、検知距離設定電圧よりも若干高い余裕表示設定
電圧と比較する第２の比較回路とを有する光電スイッチ
にお警）て、基準電圧を対数変換する対数変換増幅器の
出力４をそれぞれレベル設定用抵抗を介して上記両比較
回路の基準入力端１：接続し、各抵抗１こそれぞｈ定電
流ｂ・ら電流を供給するようにしたものであるから、温
度補償のためにただ１個の対数増幅器な用−１て、複数
の比較回路に供給する基準電圧を発生させ、且つその基
準電圧を互いｌこ独立１こ罰蟻できると〜１う利点があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１１２１（ｉ）は本発明光電スイッチの一実施例のブ
ロック図、（ｂ）は同上の要部ブロンク図、第２図（、
）は本発明の池の実施例を示す要部ブロラク図、（ｂ）
は同上の動作説明図、第３図（ａＨｂ）は本発明に用い
た光電スイッチの原理説明図、第４図（ａ）は従来例の
全体ブロック図、（ｂ）（Ｃ）は同上の要部ブロック関
である。 ｌは受光光学系、２は受光素子、３は受光回路、４はユ
・１数増幅回路、５は第１の比較回路、６は検知レベル
設定回路、７は余裕レベル設定回路、８は第２の比較回
路、９は信号処理回路、１０はレベル設定部、１１は投
光素子、１２は投光光学系、１３はドライブ回路、１４
は発振回路、１５は出力回路、１６は動作表示部、１７
は余′！６表示邪、Ｇ　Ｏｌ　（ｌ　ｌ　Ｉ　Ｇ　：は
オペアンプ、Ｄ、、Ｄ、、Ｄ２はシリコンダイオード、
Ｊｌ乃至Ｊ、は定電流源、Ｒ１乃至Ｒ１は抵抗、Ｖａは
検知距離設定電圧、ｖｂは余裕表示設定電圧、Ａは光電
スイッチ、χは被検知物体、Ｐは光ビーム、Ｒは反射光
。 代理人　井埋士　石　１）長　七 第２図 （ｂ） 第４図 Ｌ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｊ手　続
　補　正　書（自発） 昭和５９年１２月２１日 唱和５９年特許順第２２４５５４号 ２、発　明　の名称 光電スイッチ ３、補正をする者 事件との関係　　　　　　　特許出願人任　　所　　大
阪府門真市大字門真１０４８番地名　称　（５８３）松
下電工株式会社 代表者小　林　　郁 ４、代理人 別紙の通り 訂正明細書 特願昭５９−２２４５５４号 １、発明の名称 光電スイッチ ２、特許請求の範囲 （１）被検知物体からの反射光Δｉ笈ｉｉを対数増幅回
路で対数変換し、・対　ケ換出方を第１の比較回路で第
」エリ」組準］−５２ヒ除ｊ【重ＪＨ上」１収−すると
共に、上記対数変換出力を第２の比較回路Ｕ２の基ゆレ
ベル設定電圧と比較す至ようにした光電スイッチにおい
て、基準電圧を対数変換する対」増幅器の出力端をそれ
ぞれレベル設定用抵抗を介して上記両比較回路の基糸入
万端に接続すると共に、各抵抗にそれぞれ定電流源から
電流を供給するようにして成ることを特徴とする光電ス
イッチ。 ３、発明の詳細な説明 ［技術分野］ 本児明は被検知物体からの反射光を利用した光電スイッ
チ１こ関するらのである。 ［背景技術１ この種の光電スイッチとしては、＠３図（、）に示すよ
うに反射光の有無によって物体の存在を検知する拡散反
射型と、第４図（ａ）および（ｂ）に示すように反射光
の受光部への入射角によって物体までの距離を検知する
距離検知型とがある。 まず拡散反射型は第３図（ａ）に示すように、物体表面
からの拡散反射光を受光素子２で受光し、受光回路３で
電圧信号に変換したのち、対数増幅回路４で対数変換し
、この出力Ｖｉｎを物体検知用比較回路５に入力して、
感度を調整するための検知レベル設定電圧Ｖａと比較し
、Ｖｉｎの方が大きいときには検知信号を出力する。信
号処理回路９では発振回路１４からの同期信号により、
ドライブ回路１３で投光素子１１から光ビームＰを発生
させているタイミングで比較回路５の出力をサンプリン
グして外光ノイズを除去しており、この信号処理回路９
の出力をリレーなどよりなる出力回路１５と検知表示部
１６とに加えている。また余裕表示部１７は受光信号レ
ベルと動咋限界レベルとの間に余裕があるかどうか、換
ａすればレンズの清掃などを必要としているかどうかを
表示するためのものであり、余裕レベル設定回路７から
上述の検知レベル設定電圧Ｖａよりも若干余裕のある敬
裕表示設定電圧ｖｂがａカされ、余裕表示用比較回路８
によって受光信号電圧をこの余裕表示設定電圧ｖｂと比
較し、比較回路８の出力１こよって余裕表示部１７を点
灯制御している。 同図（ｂ）は対数増幅回路４の構成を示したもので、オ
ペアンプＧ、とフィードバックダイオードＤ、を用いて
受光信号出力を対数変換することによ１）、物体までの
距離と検出信号レベルとを比例させてダイナミックレン
ツを拡大し、精度の高い検出を可能にするものである。 しかしながら上記の従来構成には次のような問題点があ
った。すなわち検知レベル設定回路６と余裕レベル設定
回路７を個々に設けているのは、検知レベル設定電圧Ｖ
λと余裕表示設定電圧ｖｂとを互いに独立に設定するた
めであるが、両設定回路６および７はいずれも上記の対
数増幅回路４の温度補償を行なうために、同図（ｃｌに
示すようｉこ、定電ｉｌｔ源ｊ１あるいはＪ２で発生し
た信号をオペアンプＧ、、Ｇ、およびシリフンダイオー
ドＤ、、Ｄ、よりなる対数増幅器で対数変換しており、
その出力電圧Ｖａおよびｖｂをそれぞれの比較回路５お
よゾ８に入力している。すなわち対数増幅回路４はシリ
コンダイオードの対数特性を利用しており、その温度特
性はＰＮ接合の温度変化に伴なうキャリア濃度の変化な
どに依存しているために、この出力信号と比較するため
の基準レベル設定回路をサーミスタなどを用いｒこ安価
な温度補償回路で構成しても対数増幅回路４と同等の温
度特性を持たせることは不可能であり、両レベル設定回
路６お上び７に対数増幅回路４と同一の回路を使用しな
い限り適切な温度補償方法がないからである。しかしこ
のようにして各レベル設定回路毎に対数増幅器を用いる
ことは、それぞれに高精度のオペアンプを必要とするの
できわめて不経済であると〜・う問題があった。 次に距離検知型は′＄４図（、）に示すように、投受光
器を側方に互いに所定間隔を隔てて併置し、投を素子１
１から投光光学系１２を経て照射される光ビームＰが被
検知物体Ｘの表面で拡散反射され、その反射光Ｒが受光
光学系１で集光される際に、集光点Ｓが被検知物体Ｘま
での距離りに応じて１１１１１方へ変位することを利用
して、被検知物体Ｘが検知エリアに存在するかどうかを
検出するものであり、その回路構成は同図（ｂ）に示す
ように、集光面内にＯＩ置さ八ｒこ２個の受光素子２ａ
、２ｂあるいは半導体装置検出素子（ＰＳＤ）の出力電
流をそｈぞれ受光回路３ｍ、３ｂで信号電圧に変換し、
さらに対数増幅回路４ａ、４ｂで討ｆｌＬ変換したのち
差動増幅回路１８に入力し、その差出力を距離検知用比
較回路１９の信号人力Ｖｃｌとして、検知圧１Ｉｌｌ設
定回路２０から供給される基準電圧Ｖｃと比較するもの
である。この場合にも２つの対数変換回路出力のうちの
一方Ｖｉｎを余裕表示用比較回路８へ人力して受光信号
レベルと動作限界レベルとの間に充分な余裕があるかど
うかを表示し、さらに余裕表示ランプが消えｒこのちは
、受光信号レベルが動作限界レベル以上あるかどうかを
検出することにより、誤動作せずに動作可能であるかど
うかを表示する必要があり、そのための動作表示用比較
回路２１と動作表示部２２が必要である。 上記の構成において、距離検知用比較回路１９の入力信
号Ｖｄは両対数増幅回路４ａ、４ｂの出力の差をとるこ
とによって、七の温度誤差は互いに相殺されており、し
たがって検知圧Ｂ設定回路２０には対数増幅器を必要と
しないが、動作表示用比較回路２１および余裕表示用比
較回路８にそれぞへ基準電圧を供給するための動作レベ
ル設定回路２３およゾ余裕レベル設定回路７には、Ｎ数
変換出力Ｖｉｎの温度誤差を補償するための対数増幅器
を必要とし、やはり第３図の拡散反射型の場合と同様、
各設定回路毎に高価な対数増幅器を必要とするという問
題があった。 ［発明の目的１ 本発明は上記の問題点に鑑み為されたものであり、その
目的とするところは、′Ｎ数増幅回路に対して適正な温
度補償を行ならことができる上に、複数の比較回路に供
給するための互いに独立な基べ帆レベルを単一の対数増
幅器によって発生し得るレベル設定部の回路構成を提供
するにある。 ［発明の開示１゛ しかして本発明は、被検知物体からの反射光の受光（ご
号を対数増幅回路で対数′＆：換し、該対数変換出力を
第１の比較回路で第１の基準レベル設定電圧と比較する
と共に上記対数変換出力を第２の比較回路で第２の基準
レベル設定電圧と比較するようにした光電スイッチにお
いて、基Ｉ電圧を対！！Ｌ変換する対数増幅器の出力端
をそれぞｈレベル設定用抵抗を介して上記両比較回路の
基準入力端に接続すると共に、各抵抗にそれぞれ定電流
源から電流を供給するようにした点にｖｆ徴を有するも
のであり、レベル設定部の対数増幅器の出力端の電圧が
各レベル設定用抵抗の値やその抵抗に定電流源から供給
される電流の値に影響さｈないようにして、単一のＮ数
層幅器による複数の基準レベルの設定を可能１こしたち
のである。 第１図は本発明光電スイッチの一実施例を示したらので
ある。同図（、）において、受光素子２の出力電流を受
光回路３にて電圧信号に変換し、さらに対数増幅回路４
を用いて対！変換して、その出力信号Ｖｉｎを第１の比
較回路５に入力し、第１の基準レベル設定電圧Ｖａと比
較すると共に、第２の比較回路８において受光信号電圧
ν１ｎと第２の基準レベル設定電圧ｖｂとを比較する。 これらの第１および第２の比較回路５お上り８は、第３
図（ａ）の波数反射型の実施例にあっては、それぞれ物
体検知用比較回路５および余裕表示用表示用比較回路８
に相当し、第４図（ｂ）の距離検知型実施例にあっては
、それぞれ動作表示用比較回路２１および余裕表示用比
較面！８に相当しており、本発明はこれらの比較回路に
印加する２種類の基準レベル設定電圧Ｖａおよびｖｂを
箪−のレベル設定部１０から供給するようにしたもので
ある。 第１図（ｂ）はレベル設定部１０の回路構成を示したら
ので、オペアンプＧ、およびシリコンダイオードＤ１よ
りなる対数増幅器Ａによって定電流源Ｊ０で発生した基
準電流１゜を対数変換し、その出力端を抵抗Ｒ１を介し
て第１の比較回路５に接続すると共に、抵抗Ｒ２を介し
て第２の比較回路８に接続し、各抵抗Ｒ１およびＲ２の
出力側にそれぞれ定電流源Ｊ１およびＪ２を接続してい
る。このように構成すれば、各基準レベル設定電圧Ｖａ
およびｖｂは、 Ｖａ＝Ｖ。＋　１．ＸＲ。 Ｖｂ＝Ｖ、＋　Ｉ　２ＸＲ２ となって、対数変換された基準電圧■。をそれぞれ任意
の値だけレベルシフ）して得ることができる。また抵抗
値Ｒ，，Ｒ，あるいは電流値１．．１２を可変にすれば
、それぞれ池の設定レベルに影響を与んることなく調整
することが可能である。 また上記の実施例は単一の対数増幅器を用いて２種の基
準レベルを供給するものであるが、例えば拐４．牧反射
型において、検知レベルと余裕レベルの池に動作可能か
どうかを表示するための動作限界レベルを必要とする場
合がある。第２図（＆）の実施例は、比較回路が３個以
上に増加した場合を示したものであり、この場合にも定
電流ｆＡＪ　＋乃至Ｊ、の電流値または各抵抗値Ｒ１乃
至Ｒ３を可変にしてそれぞれの設定レベルを互いに影響
なく調整することができる。同図（ｂ）は物体検知時の
受光信号Ｖｉｎと各段定電圧■１乃至Ｖ、との関係を示
したものである。 Ｅ発明の効果１ 本発明は上述のように、被検知物体からの反射光レベル
を複数の基準レベルと比較するための複数の比較回路を
備えた光電スイッチにおいて、単一の対数増幅器から複
数の基準レベルを互いに独立に供給することができるの
で、受光信号のダイナミックレンジを拡大するために設
けた対数増幅回路の温度補償を各比較回路毎に行なう必
要がなく、個々に対数増幅器を設けていた従来例に比し
高価なオペアンプの使用個数を筋減し得るという利点が
ある。 ４、図面の簡単な説明 第１図（＆）は本発明光電スイッチの一実施例のブロッ
ク図、（１，）は同上の要部回路図、第２図（ａ）は本
発明光電スイッチの池の実施例を示す要■４回路図、（
１＋）は同上の動作説明図、第３図（ａ）は従来のＴＳ
心スイッチのブロック回路図、（ｂ）および（ｃ）は同
上の要部回路図、第４図（）は池の従来例の原理説明図
、（ｂ）は同上のブロック図である。 １は受光光学系、２は受光素子、３は受光回路、４は対
数増幅回路、５は第１の比較回路または物体検知用比較
回路、６は検知レベル設定回路、７は余裕レベル設定回
路、８は第２の比較回路または余裕表示用比較回路、９
は信号処理回路、１０はレベル設定部、１１は投光素子
、１２は投光党学系、１３はドライブ回路、１４は発振
回路、１５は出力回路、１６は検知表示部、１７は余裕
表示部、１８は差動増幅回路、１９は距離検知用比較回
路、２０は検知距離設定回路、２１は第１の比較回路ま
たは動作表示用比較回路、２２は動作表示部、２３は動
作レベル設定回路、Ａは対数増＠器、Ｇ、、Ｇ、、Ｇ、
はオペアンプ、Ｄ、、Ｄ、、Ｄ、はンリフンダイオード
、Ｊ１〜Ｊ、は定電ｉ！轟、Ｒ７−Ｒ３は抵抗、Ｖｉｎ
は対数変換出力、Ｖａは第１の基べ軛レベル設定電圧、
ｖｂは第２の基準レベル設定゛、ＩＱ圧。 代理人　弁理士　石　１）長　七 尚、添付図面の第３図および第４図を別紙のように訂正
します。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検知物体からの反射光レベルを対数増幅回路で
   対数変換したのち比較回路で検知距離設定電圧と比較す
   ることにより被検知物体までの距離を検知すると共に、
   上記対数変換出力を第２の比較回路で検知距離設定電圧
   よりも若干高い余裕表示設定電圧と比較することにより
   信号レベルと動作限界レベルの間の余裕の有無を表示す
   るようにした光電スイッチにおいて、基準電圧を対数変
   換する対数変換増幅器の出力端をそれぞれレベル設定用
   抵抗を介して上記両比較回路の基準入力端に接続すると
   共に、各抵抗にそれぞれ定電流源から電流を供給するよ
   うにして成ることを特徴とする光電スイッチ。