JPS59202731A - 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】 〔技術分野〕 本発明は光電スイッチに関するものである。

〔背景技術〕

従来、第１図に示すように被検知物体による受光レベル
変化を検出する受光回路１２１１出力を対数増巾回路−
にて対数増巾し、比較回路□□□にて対故増御するよう
にしたこの種の光電スイ・ンチにおいて、比較回路（至
）の動作レベルを設定する基準電圧Ｖ８は電源電圧ＶＣ
Ｏｆ抵抗（Ｒａ）（Ｒｂ）にて分圧して形成していた。

ところで、このような従来例において、対数増中回１９
　！２２１の温度ドリフトを補正するために抵抗（Ｒａ
）（Ｒｂ）として感温抵抗体を用いて基準電圧ｖｓを対
敗増中回＠ツの温度ドリフトに対応して変化させてやる
必要があつ次が、抵抗（Ｒａ）（Ｒｂ）に対数増巾回路
−四と同等の温度特性？もたせることは難しく、ま迄、
感熱抵抗体の応答速度が遅い（通常２０　ｓｅｃ以上）
ので、対数項中回路ツの温度ドリフト七袖止を適正に行
なうことができな〃・つた。このように対数増巾回路ツ
の温度ドリフトが補正できない場合、この種の比較回Ｖ
６ｔＺａ＋出力にて制御される出力回路、誤動作防止手
段、余裕表示手段などが安定に動作しないという問題が
おった。なお、対欽項中回路固はオペアンプ（Ｇ６）と
接合型のタイオード（Ｄ）とで形成されており、タイオ
ード（Ｄ）の電圧−電流特性を利用して対数増巾特性を
得ている。この場合タイオード（ＤＪの拡散電流Ｉは１
　＝　Ｉ　ｏ　　ＣｅＸｐ（’ｔ　Ｖ　／　ｋ　Ｔ　）
　−１］似し、ｑ　：電気素量、ｋ　：ボルッマン定数
となり、順方向では指数関数の項が−１に比べて充分大
きくなるので、 １＝Ｉｏ　ｅｘｐ（９Ｖ／ｋＴ）　　　　　　・”ｔｌ
）となり、順方向電圧■と電流Ｉとの間に■■ｉｎ　１ の関係が成立する。こｎｆ第２図に示す０次に（１）式
を書きなおすと、 Ｖ＝＝ｋＴ／ｑ［：　ｉｎ　（１／ｌｏ　　）　〕とナ
リ、Ｔ＝３０００Ｋ（、ｌ！７℃）ＶＣオイてｋＴ／ｑ
は２６ｍＶであυ、１℃当当駒約０３％（１／凸ＯＯ）
の温度ドリフトがある。第５図はシリコンタイオートの
ｊ偵電圧ＶＦ−周囲温度Ｔａの特性を示している。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みて為さｎたものであジ、対改増
「１］回路の温度ドリフトｆ　）ｌｆｆｌ正に補止でき
段′ど０動作が安定な光電スイッチ全提供することを目
的とするものである。

〔発明の開示〕

実施例 第４図乃至第６図は領域反射型光重スイッチの一例を示
すもので、被検知物体ＣＸ）に対して光ビーム（Ｐ）？
投光する投光手段１１）と、投光手段＋１）がら所定間
隔△Ｌをもって配設されａ＠知物体囚）による光ビーム
（Ｐ）の反射光（Ｒ）　ｋ集光する受光用光学系＋２１
と、受光用光学系（２）の集光面に配設され集光スポッ
ト（Ｓ）の位置に対応した位置信号倉出カする位置検出
手段（４）と、′位は検出手段（４）出力に基いて被検
知物体（Ｘ）が所定の検知エリア（ＤＥ）内に存在する
かどうかを判別して出力回路（６）を制御する測距制御
手段（５）と塗具備し、三角測量方式によって被検知物
体囚までの距離ｆ’ｚ判別して検知エリア（ＤＥ）内に
被検知物体閃が存在すｎは出力回路（６）を作動させて
物体検知佃号會出力するようにしたものである。ここに
被検知物体（Ｘ）に対してパルス＊調光よりなる光ビー
ム（Ｐ）　ｋ投光する投光手段１１ンは投光タイミンク
を設定する同期信’ｊＪｒ発生する発振回路（ｌＯ）と
、ドライブ回路（１１）と、発光タイオードあるいはレ
ーザータイオードなどの投光素子（喝と、光ビーム（Ｐ
）？形成するコンデンサレ、７ズよりなる投光用光学系
贈とで形成されている。投光手段（１）から所定間隔Δ
Ｌをもって何方に並置さｎた受光手段（２）は、投光手
段ｒｔｌおよび被検知物体（ｘ）に対して三角測量的に
配置さ扛ており、この受光手段（２）は被検知物体（Ｘ
）による反射光（Ｒ）’ａ−集光するための凸レンズよ
りなる受光用光学系（３）と、受光用光学系（３）の集
光面に配設され、集光スポット（Ｓ）の位置に対応した
位置信号を出力する位置検出手段（４）とで構成されて
いる。この位置検出手段（４）は、受光用光学系（３）
の来光面内に配設され集光スポット（Ｓ）の移動方向に
連設された２個の受光素子（２０ａ）（２０ｂ）にて形
成されている。この受光素子（２０ａ）（２０ｂ）とし
てはホトトランジスタ、ホトタイオード、太陽′市電、
ｃｄｓなどが用いられる。々お、位置検知手段（４）と
して位置検出手段いわゆるＰＳＤｉ用いても良い。測距
制御手段＋５１　ｕ、受光素子（２ｏａ）（２ｏｂ）か
らの出力電流ＩＡ、ＩＢｉ信号電圧Ｖよ、ＶＢに増巾変
換する受光回路（２１ａ　）（２１ｂ　）と、オペアン
プ（Ｇ３　）およびタイオート（１）１）よりなる対故
増中回路（２２ａ）（２２ｂ）と、対奴増中回路（２２
ａ）出力１　ｎ　Ｖ　Ａから対数増ｒｆ３回路（２２ｂ
）出力１　ｎ　Ｖ　Ｂ全減算する減算回路１２３＋と、
減算回路啜出力！　ｎ　Ｖ　Ａ／　Ｖ　Ｂと検知エリア
設定ポリウム（ＶＲ）にて設定さｎ　ン’ｉ：ｔＪ））
作レベルＶＳと？比較して減算回路因）出力ｌ　ｎ　Ｖ
　Ａ　／　Ｖ　Ｂが基準レベルｖｓ以下のときＨレベル
を出力するコンパレータ（Ｇ、）よりなる比軟回路（２
４Ｉと、投光素子（喝からの光ビームｔＰ）の投光タイ
ミンク（発振回路（ｌＯ）から出力される同期信号）に
同期して比較回路嘱出力ｔサンブリーＪり（四部検波）
することにより、被検知物体（ｘ）が検知エリア（ＬＩ
Ｅ）内に存在するかどうが？確夫に判別するようにした
佑号処理回路例と、信号処理回路Ｑ０から所定期間以上
連続してイ日号が出力された場合あるいは出力されない
場合にのみ出力回路（６）の制御信号？出す積分回路（
２６）とで形成され、負荷制御用のリレー、負荷制御用
の半導体スイッチ素子などよりなる出力あるいはしゃげ
１時の電源電圧が予め設定さｎた電圧以下のときに出力
回路（６）の誤納作？防止する誤動作防止回路である。

なお、受光回路（２１ａ）（２１ｂ）は反転アップ（Ｇ
１　）および非反転アンｊ（Ｇｇ）ｒ用いて形成され、
パルス光信号のみ全通し直流光信号をカットしたり、特
定の周波数のみを通すバンドパスフィルタ回路全台むも
のである。また、減算回路１２３）は差動、アンプ（Ｇ
４　）にて形成さｎている。（７）は受光回路（２１ａ
）出力を基準電圧Ｖｓ１に基いて比軟判別するコンパレ
ータ（Ｇ６　）よりなる光量制御手段であり、反射光（
Ｒ）の光量レベルに基いて被検知物体医）が萩知エリア
（ＤＥ）内に存在するかどうか？判別して物体検知信号
Ｖｘ’ｉ出力するようにし、皮検知＠体（Ｘ、ｌが鏡面
体である場合であっても誤動作？防止できるようになっ
ている。（８）はオペアンプ（Ｇ７　）およびタイオー
ド（Ｄ２　）よりなる対数増巾回路（８０）？用いて形
成される＆Ｉ＄電圧発生手段と・コシパレータ（Ｃｚ）
よジなる比軟回ｌ５ｌｌと、アンド回路（ＡＮＤ）とで
構成されノイズによる誤動作を防止する誤動作防止手段
であジ、対数増巾回路（２２ｂ）から基準電圧７８以上
の伯づ′が得らｎているかどうかによって、外部ノイズ
あるいは受光回路（２１ｂ）に発生する内部ノイズによ
り誤動作しない受光信号Ｉ！ｎ■が得らｎているかどう
か？判別し、オア回路（（ＪＲ）ｋ介して伯号処理回路
外に入力される物体検知佃づＶＸ、ｖＸ′をアンド回路
（ＡＮＤ　）にて阻止自社にしている。

（９）はオペアンプ（Ｇ９）とタイオート（ＤＡ）より
なる対数増巾回路（９Ｑ）を用いて形１スさｎ；）基準
電圧発生手段と、コンパレータ（Ｇ、、０）よりなる比
奴回路いり、と、余裕表示部（９２）とで形成される余
裕表示手段であり、基に＄電比Ｖ、は誤動作防止手段（
８）の基′Ｉ＄電圧ｖ８よりも若干高く設定され、対数
増巾回路（２２ｂ）出力１ｄ■が基準電圧Ｖ、よりも犬
のとき、余裕表示部（９２）が前作して対数増巾回路（
２２ｂ）出力！、ｎ　ｖＢのレベルが正常動作範囲に対
して余裕のあること？表示する以下、夫施例の１作につ
いて具体的に説明する。いま、被検知物体（Ｘ）が第７
図（ａ）に示すように反射型光電スイッチ（Ｙ）　７＞
）ら距ｐＨｌａ、ｌｂ、ｌｃの位［ａ、ｂ、ｃに存在す
る場合において、集光面内に配設さｎた受光系子（２０
ａ）（２０ｂ）に対する集光スポット（Ｓ）の位置は第
７図（ｂ）のようにな９、被検知物体（Ｘ）か光ビーム
（Ｐ）の投光方向に移動すると、受光素子（２０ａ）（
２０ｂ）に入射する光量の比率が変化することになり、
受光系子（２０ａ）（２０ｂ）の出力電流Ｉ、、ＩＢは
集光スポット（Ｓ）の位置に対応した位置信号となる。

測距制御手段（５）では、受光回路（２１ａ）（２１ｂ
）にてこの出力電流ＩＡ、１Ｂに比例した電圧ＶＡ　、
Ｖｂ’ｉ形成し、対数増巾回路（２２ａ）（２２ｂ）に
て対奴増［ＩＪシた電圧１ｎＶＡ、ｆｎＶＢｋ減算回路
（洛にて減算することにより減算回路嗅から受光素子（
２０ａ）（２ｏｂ）に入射する光量の比率の対数値１　
ｎ　Ｖ　Ａ／　Ｖ　Ｂが出力されることになる。この減
算回路鰐ｊ出力１ｎＶア／Ｖ。

は被検知物体（Ｘ）の移動に応じて友化し、反射型光電
スイッチ（Ｙ）から４Ｎ検知物体（ｘ）１での距％ｌに
対する減算回路（ハ）出力１　ｎ　Ｖ　Ａ　／　Ｖ　Ｂ
は第８図に示すようになる。したがって、比奴回路（麹
の検知エリア設定ボリウム（ＶＲ）にて前作レベル（Ｖ
Ｂ）を適当に設定することにより、正確な検知エリア（
ＤＥ）が容易に設定でき、減算回路（ム）出力Ｉ！ｎＶ
Ａ／■Ｂが動作レベル以下となったとき比軟回路１２４
１出力がＨレベルとなり％　（ｉｌｌｉ号処理回路１２
５＋　ｉ弁して出力回路（６）が作切さｎる。この場合
、測距制御手段（５）は、受光素子（２０ａ　）（２０
１））出力のレベル比？演算し、そのレベル比が予め設
定された前作レベルＶＳのとき出力回路（６）を作切さ
ゼるようになっておｐ、被検知物体ＩＸ）による反射光
ｔＲ）のレベルと関係なく検知エリア（ＤＥ）か設定さ
れるようになっているので、検知エリア（ＤＥ）の後方
に存在する光反射率の大きい物体による誤前作が防止で
きるとともに、被検知物体（Ｘ）の光反射率に関係なく
検知エリア（ＤＥ）’ｚ段設定き、さらに投、受光用光
学系０４１３＋の汚ｎの影響を受けることがない。また
、去施例にあっては誤動作防止手段（８）と余裕表示手
段（９）の基準電圧発生手段？形成する対数増巾回路（
８１））（９α）は測距制御手段（５）の対数増巾回路
（２２ｂ）と同等のものが用いらｎでおり、こｎらの対
数増巾回路（２２Ｉｓ　）　（８０）　（９０）の温度
ドリフトは等しくなっている。したがって、対数増巾回
路（２２ｂ）の温度ドリフトが大きい場合にあっても、
基準電圧発生手段の対数増巾回路（８０）（９０’）に
も同様の温度ドリフトが発生するので、壽チ呻か′〜コ
ンＪ３レータ（Ｇｌ）（Ｇｌ。）よりなる比較回路の面
入力端子に印加さｎる電圧レベルの相対値が変化せず、
誤動作防止手段（８）および余裕表示手段（９）のス質
的な動作しベルが温度によって変化することがなく、安
定な動作が行なわｎる。ま尺、コンパレータ（Ｇａ　　
）（Ｇｌ（１）の入力端子から児た入力信号源インピー
タンスも等しくなり、］コンパレータＧ、）（Ｇ１゜）
の入カッへイアスミ流による影９になくすことができる
。すなわち、コン力信号源のインピータンスが等しくな
い場合（従来例の場合）において、入力バイアス′ＩＩ
ｉ流が温度ドリフトすると、このオフセット電圧の変化
亀が異なることになってコンパレータ（ｃｙｓ）Ｃａｘ
。

）の動作レベルが変動するという悪影替があった０なお
、コシパレータ（ＧＳ）（Ｇい。）としてＮＥＣ社製の
μＰＣ２７１Ｃｋ用いた場合、入力バイアス電流は５０
ｎＡであり、その温度ドリフトＩ／ｉ０〜８０℃の間に
おいて４０ｎＡ程度となる。

実施例 ４９図は池の秀施例會示すもので、ＦＪｉＪ記大施例と
同様の光電スイッチにおいて、余裕表示手段（９）の基
準電圧発成手段を形成する対数増巾回路を誤動作防止手
段（８）の対数増巾回路（８Ｇ）ｔ−用いて形成したも
のであり、抵抗（Ｒｓ　　）（Ｒｓ　　）の値を適当に
設定することにより、基準電圧Ｖ、、Ｖ。

の関係を所定の関係に設定するようになっている。図中
（Ｒ３）〜（Ｒ６）は抵抗である。

いま、誤動作防止手段（８）では、対数増巾回路（２２
ｂ）から出力さｎる受光信号レベルがノイズレベルに比
べである程度大きく、最低弁別レベルよりも大きい場合
にのみ面制御手段（５）（７）から出力さｎる物体検知
信ｅＶｘ、Ｖｘ’にて出力回路（６）音制御するように
して、外部ノイズおよび内部ノイズによるｆＡ前作全防
止し、さらに余裕表示手段（９）では、対数増巾回路（
２２ｂ）から出力さｎる受光信号レベルが誤動作防止手
段（８）の動作しベルよりも予め設定さｎた余裕量だけ
大きい場合に余袖表示郡（９２）全削作させて光軸の調
整誤差、レンズの汚ｎなどによる受光量の減少ｔある程
度（約２０％）吸収０］龜であることを表示するように
なっており、この誤動作防止手段（８）および余裕表示
手段（９）の動作レベル（すなわち基準電圧Ｖ８、Ｖ９
）は別々に設定するときわめて曲伸］な作業となるが、
犬施例２にあっては動作レベル設定用ボリウムにて可変
さｎる可変電流源Ｕ）によって連動して設定できるので
、動作レベルの設定作業が容易になる。

実施例 第１０図はさらに池の犬施例會示すもので、投光手段＋
１１“から投光さｎた拡散光ヂ）の被検知物体医ンによ
る反射光（Ｒ）’ｚ受光手段（２）“にて受光し、受光
手段（２）１の受光素子岡出力金受光回路（２１）にて
電圧信号に変換するとともに対数増巾回路（２）にて対
数圧縮し、比較回路（至）にて対数増巾回路；２４から
出力さｎる受光出力ＶＲが予め設定された基＃−電圧ｖ
ｓｌよりも大きいかどうかを比較判別して出力回路（６
）音制御するようにした拡散反射型の光電スイッチであ
り、被検知物体■）が検知エリア（ＤＥ）内に存在する
かどうか七反射光翰）の光量レベルによって判別するよ
うになっており、比軟回路（至）の基準電圧ｖ　ｓ＃を
対数増巾回路φ０）　ｋ用いた基準電圧発生手段にて形
成し、可変電流源Ｕ）ｋ変化させることによって検知エ
リア（ＤＥ）ｋ設定するようになっている。

以下、医施例５の動作について説明する。この種の拡散
型の光電スイッチは反射光＠）の受光出力ＶＲが距離ｌ
に対して第１１図に変化することを利用し、受光出力■
Ｒが比較回路例の基準電圧■Ｓ′よりも大きくなったと
きに出力回路（６）全動作させるようになっており、一
般に基準電圧■ｓ′が固定化さｎていた。したがって、
投光手段ｆｉｌ’から投光される光ビーム（Ｐ）の光ｔ
ｒ変化させるか、あるいは受光回路ｔ２１＋の電流電圧
変換インピータンスを変化させるかによって検知エリア
（ＤＥ）’ｒ変えるようになっていた。しかしながら、
前者の方法にあっては検知エリア（ＤＥ）Ｔ、遠くに設
定した場合において外乱光の影響が大きくなってＳ／Ｎ
が低下するという問題があり、後者にあっても受光回路
シυの変換率を大きくした場合において荻換インヒータ
ンスを呵責するボリウムによる内部ノイズが大さくなっ
てＳ／Ｎ比が低下するという問題があった。夫施例凸に
あっては比較回路例の基準電圧ｖｓ′全第１１図中点線
で示すように変化させることによって検知エリア（ＤＥ
　）’を設定するようになっているので、上述のような
問題点が発生することがない。さらに、前記夫施例１．
２の場合と同様基準電圧発生手段七対奴増中回路喰を用
いて形成することにより、対数増巾回路□□□の湿度ド
リフトを補正することができるようになっているので、
温度変化によって出力回路（６）の前作レベルすなわち
検知エリア（ＤＥ）が変動することがなく、動作が安定
な光電スイッチが得らｎることになる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように仮検知物体による支光量変化を検
出する受光回路と、受光回路出力を対数増巾する対数増
巾回路と、対数増巾回路出力の基準電圧に対する大小を
比較判別して出力回路、誤動作防止手段、余裕表示手段
などｔ制御する比軟回路とｔ具備した光電スイッチにお
いて、該基準電圧？発生する基準電圧発生手段を上記対
数増巾回路と同等の対数増巾回路を用いて形成したもの
であり、受光回路出力を対故増中する対数増巾回路が温
度ドリフトし７Ｃ場合に、比較回路の基準電圧も同様に
温度ドリフトするので、対数増巾回路の温度ドリフトを
適正に補正できて比較回路の動作レベルを一定にでき、
比較回路出力にて制御さｎる出力回路、誤動作防止手段
、余裕表示手段などの動作が安定な光電スイッチを提供
することができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例の要６１Ｓ回路図、第２凶および第５図
は同上の前作説明図、第４図は本発明−夫施例の構成を
示す図、第５凶は同上の要部ブロック回路図、第６図は
同上の要部共体回路例？示す図、第７図および第８図は
同上の動作説明図、第９図は池の夫施例の要部回路図、
第１０図はさらに池の去施例の要部回路図、第１１凶は
同上の動作説すＪ凶である。 １２１１（２１ａ）（２１ｂ）は受光回路、ツ（２２ａ
）（２２ｂ）は対数増巾回路、１２４＋　１８υＩｌｌ
は比べ回路、！０）■）叩）は対数増巾回路である。 第（図 第３図 第４凶

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）被検知物体による受光量変化を検出する受光回路
   と、受光回路出力全対数項中する対数増中回どｔ制御す
   る比較回路と全具備した光電スイッチにおいて、該基準
   電圧を発生する基準電圧発生手段を上記対数増巾回路と
   同等の対数増巾回路を用いて形成して成る光電スイッチ
   。