JP4957254B2

JP4957254B2 - 光電センサおよび光電センサの受光ユニット

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Publication number: JP4957254B2
Application number: JP2007001547A
Authority: JP
Inventors: 晋水原; 純一松原
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Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2012-06-20
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Description

本発明は、光電センサおよび光電センサの受光ユニット関し、特に汎用フォトＩＣを備えた光電センサおよび光電センサの受光ユニットに関する。

一般に、光電センサは、受光した光信号の受光量を所定の閾値と比較することによって、検出領域に対象物が存在するか否かの判定を行なうが、受光量は、周囲の環境などによって変動することがある。

図１０は、反射回帰型光電センサにおける受光量の変動を説明するための図である。反射回帰型光電センサとは、ＬＥＤ(Light Emitting Diode)から出力され反射板で反射されてもどってくる光を検出物体がさえぎることによって検出を行なうセンサである。

図１０に示すように、ＬＥＤから投光レンズを介して出力された光信号は、反射板で反射されて、受光レンズを介してフォトダイオードに入力される。光信号の経路上にある投光レンズ、受光レンズおよび反射板にごみが付着したり、傷が発生したりする場合には、ＬＥＤから出力された光の大きさＡがＡ′に減衰してフォトダイオードに入力されるため、フォトダイオードの受光量は変動する。また、反射板の光軸が変動する場合にも、同様にフォトダイオードの受光量が変動する。このような現象は、反射回帰型光電センサだけでなく、検出領域に光を照射し、検出物体からの反射光を受光することによって検出を行なう回帰型光電センサ、および対抗する投光器と受光器間の光を検出物体がさえぎることによって検出を行なう透過型光電センサについても同様に生じる。

このようにフォトダイオードの受光量が変動すると、検出領域での対象物の存在の有無の検出精度が劣化する。そこで、受光量の変動に対処する方法が、たとえば特許文献１に記載されている。

図１１は、特許文献１に記載された受光量の変動に対処する方法を説明するための図である。

図１１に示すように、受光量が減衰するにつれて、受光量との比較の対象である閾値を小さくすることによって、周囲環境の変動に影響されずに検出領域での対象物の有無を判定することができる。

ところで、光電センサにおけるフォトダイオードの受光量を閾値と比較する機能、およびその他の様々な機能（たとえば特許文献２に記載されているような相互干渉防止機能、特許文献３に記載されているようなノイズリダクション機能など）を１つのチップに搭載した汎用フォトＩＣが実用化されている（たとえば、特許文献４を参照）。このような汎用フォトＩＣを部品として用いることで、一から設計、製造するよりも低コスト、かつ低労力で光電センサを設計、製造することができる。
特許第３６８４５７３号公報特許第３３５８０８７号公報特許第３４５４３６０号公報特開２００５−３０３２６４号公報

しかしながら、受光量の変動に対処する機能は、未だ特殊用途であるため、汎用フォトＩＣ（Integrated Circuit)に組み込まれていない、また、汎用フォトＩＣは、受光量との比較の対象である閾値が固定のため、特許文献１に記載のような閾値を変更することによって受光量の変動に対処する機能を追加することもできない。

それゆえに、本発明の目的は、受光量の変動に対処する機能を有せず、かつ閾値が固定である汎用フォトＩＣを用いて、受光量が変動しても対象物の検出精度が劣化しない光電センサおよび光電センサの受光ユニットを提供することである。

上記課題を解決するために、本発明は、増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備え、投光ユニットから出力された光を受光して信号処理部により処理する光電センサの受光ユニットであって、受光ユニットは、汎用ＩＣの内部または外部に、検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、汎用ＩＣの増幅器は、受光素子から出力される信号を増幅し、閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、信号比較部は、増幅された信号と大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、信号処理部は、信号比較部により出力される比較結果に従って検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子を含み、増幅器は、増幅された信号を第１の出力端子を介して汎用ＩＣの外部に出力し、受光ユニットは、さらに、汎用ＩＣの外部に、第１の出力端子と接続され、増幅された信号を取込んで出力する取込部と、取込部から出力される増幅された信号に基いて、受光素子の受光量が所定の範囲となるように、投光素子の投光量を変化させる投光量制御信号を投光ユニットへ出力する投光量制御部とを備える。

好ましくは、汎用ＩＣは、さらに、外部に信号を出力するための第２の出力端子と、投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部とを含み、投光タイミング制御部は、投光タイミング信号を、第２の出力端子を介して投光ユニットおよび取込部に出力し、取込部は、第２の出力端子と接続され、出力された投光タイミング信号に同期して増幅された信号を取込む。

好ましくは、取込部は、投光ユニットから投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を受けて、投光タイミング信号に同期して増幅された信号を取込む。

また、本発明は、可変利得増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備え、投光ユニットから出力された光を受光して信号処理部により処理する光電センサの受光ユニットであって、受光ユニットは、汎用ＩＣの内部または外部に、検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、汎用ＩＣの可変利得増幅器は、受光素子から出力される信号を増幅し、かつ利得制御信号に従って利得を変化させ、閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、信号比較部は、増幅された信号と大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、信号処理部は、信号比較部により出力される比較結果に従って検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子と、外部からの信号の入力を受け付ける入力端子とを含み、可変利得増幅器は、増幅された信号を第１の出力端子を介して汎用ＩＣの外部に出力し、利得制御信号は、入力端子を介して入力されて可変利得増幅器に送られ、受光ユニットは、さらに、汎用ＩＣの外部に、第１の出力端子と接続され、増幅された信号を取込んで出力する取込部と、取込部から出力される増幅された信号の大きさが所定の範囲となるように、可変利得増幅器の利得を変化させる利得制御信号を入力端子へ出力する利得制御部とを備える。

また、本発明は、投光ユニットと、増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備えた受光ユニットとを含み、投光ユニットから出力された光を受光ユニットにより受光して信号処理部により処理する光電センサであって、投光ユニットは、検出領域に向けて光を出力する投光素子を備え、受光ユニットは、汎用ＩＣの内部または外部に、検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、汎用ＩＣの増幅器は、受光素子から出力される信号を増幅し、閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、信号比較部は、増幅された信号と大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、信号処理部は、信号比較部により出力される比較結果に従って検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子を含み、増幅器は、増幅された信号を第１の出力端子を介して汎用ＩＣの外部に出力し、受光ユニットは、さらに、汎用ＩＣの外部に、第１の出力端子と接続され、増幅された信号を取込んで出力する取込部と、取込部から出力される増幅された信号に基いて、受光素子の受光量が所定の範囲となるように、投光素子の投光量を変化させる投光量制御信号を投光ユニットへ出力する投光量制御部とを備える。

好ましくは、汎用ＩＣは、さらに、外部に信号を出力するための第２の出力端子と、投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部とを含み、投光タイミング制御部は、投光タイミング信号を、第２の出力端子を介して投光ユニットおよび取込部に出力し、投光ユニットは、第２の出力端子と接続され、投光素子は、出力された投光タイミング信号に同期して光を出力し、取込部は、第２の出力端子と接続され、出力された投光タイミング信号に同期して増幅された信号を取込む。

好ましくは、投光ユニットは、さらに、投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部を備え、投光素子は、投光タイミング信号に同期して光を出力し、取込部は、投光タイミング信号に同期して増幅された信号を取込む。

また、本発明は、投光ユニットと、可変利得増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備えた受光ユニットとを含み、投光ユニットから出力された光を受光ユニットにより受光して信号処理部により処理する光電センサであって、投光ユニットは、検出領域に向けて光を出力する投光素子を備え、受光ユニットは、汎用ＩＣの内部または外部に、検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、汎用ＩＣの可変利得増幅器は、受光素子から出力される信号を増幅し、かつ利得制御信号に従って利得を変化させ、閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、信号比較部は、増幅された信号と大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、信号処理部は、信号比較部により出力される比較結果に従って検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子と、外部からの信号の入力を受け付ける入力端子とを含み、可変利得増幅器は、増幅された信号を第１の出力端子を介して汎用ＩＣの外部に出力し、利得制御信号は、入力端子を介して入力されて可変利得増幅器に送られ、受光ユニットは、さらに、汎用ＩＣの外部に、第１の出力端子と接続され、増幅された信号を取込んで出力する取込部と、取込部から出力される増幅された信号の大きさが所定の範囲となるように、可変利得増幅器の利得を変化させる利得制御信号を入力端子へ出力する利得制御部とを備える。

本発明の光電センサおよび光電センサの受光ユニットによれば、受光量の変動に対処する機能を有せず、かつ閾値が固定である汎用フォトＩＣを用いて、受光量が変動しても対象物の検出精度が劣化しないようにすることができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、投光素子の投光量を自動調整する機能を備えた反射回帰型光電センサに関する。

回帰反射型光電センサとは、投光および受光の光学系と回路系とを備えたセンサ本体と回帰反射板（以降、リフレクタと呼ぶ）からなるセンサである。回帰反射（逆反射、再帰反射とも呼ばれる）とは、コーナーキューブのように、投光が来た方向と同じ方向に最終的な反射光が向かう光の反射をいう。

回帰反射型光電センサは、センサ本体とリフレクタとを含む。センサ本体の投光部より投光された光がリフレクタにより反射され、その反射光がセンサ本体の受光部により受光される。

そして、回帰反射型光電センサは、たとえば工場の製造ラインにおいてベルトコンベヤで運ばれる被検出物体を検出するのに用いられる。センサ本体とリフレクタとの間に被検出物体があるとき、センサ本体からリフレクタへの光が被検出物体により遮られ、センサ受光部に光が到達できないことで、物体が検出される。

図１は、本発明の第１の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。
図１を参照して、この光電センサは、投光ユニット３０と、受光ユニット４０とを備える。

投光ユニット３０は、投光レンズ７１、Ｄ／Ａ変換部２３、駆動回路２、および投光素子１を備える。

投光素子１は、ＬＥＤで構成され、投光タイミング信号に同期して、パルス光を出力する。

投光レンズ７１は、投光素子１から出力された光を検出領域に向けて照射する。
Ｄ／Ａ変換部２３は、投光量制御部２２から送られる投光量制御信号（デジタル信号）をアナログ信号に変換して、駆動回路２に与える。

駆動回路２は、投光タイミング信号に同期して、投光素子１を駆動する。駆動回路２は、Ｄ／Ａ変換部２３から出力される投光量制御信号に従って、投光素子の投光量を変化させる。より具体的には、駆動回路２は、投光量制御信号が投光量の増加を指定する場合には、投光素子の投光量を一定値だけ増加させ、投光量制御信号が投光量の減少を指定する場合には、投光素子の投光量を一定値だけ減少させる。

受光ユニット４０は、受光素子５、増幅器６、閾値出力部４、信号比較部７、信号処理部８、投光タイミング制御部３、および出力処理部９を含む汎用フォトＩＣ１１と、受光レンズ７２と、Ａ／Ｄ変換部２１と、投光量制御部２２とを備える。

受光素子５は、フォトダイオードで構成され、検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する。

増幅器６は、受光素子５から出力される信号を増幅して、増幅された信号（電圧）を信号比較部７に出力するとともに、第１の出力端子１２を通じて汎用フォトＩＣ１１の外部に出力する。

閾値出力部４は、図示しない汎用フォトＩＣ１１の電源の電圧からレベルを１段階落とした固定の大きさの閾値信号（電圧）を出力する。

信号比較部７は、増幅器６で増幅された信号と、閾値出力部４から供給される閾値信号の大きさを比較して、比較結果を出力する。

信号処理部８は、投光タイミング制御部３を指示して、投光ユニット３０の投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力させる。信号処理部８は、投光ユニット３０の投光のタイミングの直後において、信号比較部７から出力される比較結果に従って対象物体の存在の有無を判定し、判定信号を出力処理部９に送る。すなわち、信号処理部８は、増幅された信号の大きさが閾値信号の大きさを超えるときには、検出領域に対象物体が存在しないと判定し、増幅された信号の大きさが閾値信号の大きさ以下のときには、検出領域に対象物体が存在すると判定する。

また、信号処理部８は、隣接する光電センサとの相互干渉を防止するための処理を実行し、蛍光灯などの外乱光による誤動作を防止するための処理を実行する。

投光タイミング制御部３は、信号処理部８からの指示に従って、投光タイミング信号を第２の出力端子１４を通じて、汎用フォトＩＣ１１の外部に出力する。投光タイミング信号は、受光ユニット４０のＡ／Ｄ変換部２１と、投光ユニット３０の駆動回路２に送られる。

出力処理部９は、モード入力端子１５と接続され、モード入力端子１５を通じて外部からＬ／Ｄ信号を受ける。出力処理部９は、入力されたＬ／Ｄ信号がライトモードを表わすときには、対象物体が存在するときにオンとなり、対象物体が存在しないときにオフとなる信号を第３の出力端子１６を通じて出力回路１０へ出力する。出力処理部９は、入力されたＬ／Ｄ信号がダークモードを表わすときには、対象物体が存在するときにオフとなり、対象物体が存在しないときにオンとなる信号を第３の出力端子１６を通じて出力回路１０へ出力する。

出力回路１０は、光電センサの外部とのインタフェースを司る回路である。
受光レンズ７２は、検出領域からの光を集光して、受光素子５に出力する。

Ａ／Ｄ変換部２１は、第１の出力端子１２と接続され、投光タイミング信号に同期して、増幅器６で増幅された信号をサンプリングして、投光量制御部２２に出力する。

投光量制御部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１でサンプリングされた増幅された信号に基いて、受光素子５の受光量が所定の範囲となるように、投光素子１の投光量を変化させる投光量制御信号（デジタル信号）を投光ユニット３０へ送る。より具体的には、投光量制御部２２は、Ａ／Ｄ変換部２１でサンプリングされた増幅信号に基いて受光素子５の受光量を求めて、受光素子５の受光量が所定の範囲の下限（規定値）よりも小さいときに、受光量が所定の範囲の下限（規定値）以上となるまで、投光素子１の投光量を増加させる投光量制御信号（デジタル信号）を投光ユニット３０へ送る。また、投光量制御部２２は、受光素子５の受光量が所定の範囲の上限（規定値）よりも大きいときに、受光量が所定の範囲の上限（規定値）以上となるまで、投光素子１の投光量を減少させる投光量制御信号（デジタル信号）を投光ユニット３０へ送る。

（光電センサの構造）
次に、上述の反射回帰型光電センサの構造を説明する。

図２は、本発明の第１の実施形態の反射回帰型光電センサの外観斜視図である。
図２を参照して、反射回帰型光電センサは、投光ユニットと受光ユニットが共通のハウジングに収容された送受一体型の構成をとる。センサ本体は、ケース２０６の前面に受光用兼および投光用の窓２０３が設けられている。窓２０３は、脱落しないように保護部材２０２によって保持されている。ケース２０６の上面には、表示灯２０５が設けられており、検出結果がわかるようになっている。

（投光量の追従動作）
図３は、本発明の第１の実施形態の光電センサによる投光量の追従を説明するための図である。

図３を参照して、従来は、Ｓ１に示すように投光量が一定であるため、受光量Ｒ１の減少に対処できない。これに対して、本発明の実施形態では、閾値を一定にしたまま、Ｓ２に示すように投光量を増加することによって、受光量Ｒ２を一定に保つことができる。

以上のように、第１の実施形態の反射回帰型光電センサは、受光量の変動に対処する機能を有せず、かつ閾値が固定である汎用フォトＩＣを用いて、受光量の減少に対して投光量を増加させるように制御するので、対象物の検出精度が劣化しないようにすることができる。汎用フォトＩＣとして、ノイズリダクション機能、相互干渉防止機能などを有するものを用いれば、これらの機能と受光量の変動に対処する機能の両方を有する光電センサを低コストかつ低労力で設計、製造することができる。

［第２の実施形態］
第２の実施形態は、増幅器の利得を自動調整する機能を備えた反射回帰型光電センサに関する。

図４は、本発明の第２の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。
図４を参照して、この光電センサは、投光ユニット５０と、受光ユニット６０とを備える。

投光ユニット５０は、投光レンズ７１、駆動回路２、および投光素子１を備える。
投光素子１は、ＬＥＤで構成され、投光タイミング信号に同期して、パルス光を出力する。

投光レンズ７１は、投光素子１から出力された光を検出領域に向けて照射する。
駆動回路２は、投光タイミング信号に同期して、投光素子１を駆動する。

受光ユニット６０は、受光素子５、可変利得増幅器５６、閾値出力部４、信号比較部７、信号処理部８、投光タイミング制御部３、および出力処理部９を含む汎用フォトＩＣ２９と、Ａ/Ｄ変換部２１と、利得制御部２４とを備える。

可変利得増幅器５６は、受光素子５から出力される信号を増幅して、増幅された信号（電圧）を信号比較部７に出力するとともに、第１の出力端子１２を通じて汎用フォトＩＣ２９の外部に出力する。可変利得増幅器５６は、利得入力端子１３から送られる利得制御信号に従って利得を変化させる。より具体的には、可変利得増幅器５６は、利得制御信号が利得の増加を指定する場合には、利得を一定値だけ増加させ、利得制御信号が利得の減少を指定する場合には、利得を一定値だけ減少させる。

閾値出力部４は、図示しない汎用フォトＩＣ２９の電源の電圧からレベルを１段階落とした固定の大きさの閾値信号（電圧）を出力する。

信号比較部７は、増幅器で増幅された信号と、閾値出力部４から供給される閾値信号の大きさを比較して、比較結果を出力する。

信号処理部８は、投光タイミング制御部３を指示して、投光ユニット５０の投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力させる。信号処理部８は、投光ユニット５０の投光のタイミングの直後において、信号比較部７から出力される比較結果に従って対象物体の存在の有無を判定し、判定信号を出力処理部９に送る。すなわち、信号処理部８は、増幅された信号の大きさが閾値信号の大きさを超えるときには、検出領域に対象物体が存在しないと判定し、増幅された信号の大きさが閾値信号の大きさ以下のときには、検出領域に対象物体が存在すると判定する。

投光タイミング制御部３は、信号処理部８からの指示に従って、投光タイミング信号を第２の出力端子１４を通じて、汎用フォトＩＣ２９の外部に出力する。投光タイミング信号は、受光ユニット６０のＡ/Ｄ変換部２１と、投光ユニット５０の駆動回路２に送られる。

Ａ/Ｄ変換部２１は、第１の出力端子１２と接続され、投光タイミング信号に同期して、増幅器で増幅された信号をサンプリングして、利得制御部２４に出力する。

利得制御部２４は、Ａ/Ｄ変換部２１でサンプリングされた増幅された信号の大きさが所定の範囲となるように、可変利得増幅器５６の利得を変化させる利得制御信号を利得入力端子１３に送る。より具体的には、利得制御部２４は、Ａ/Ｄ変換部２１でサンプリングされた増幅された信号の大きさが所定の範囲の下限（規定値）よりも小さいときに、増幅された信号が所定の範囲の下限（規定値）以上となるまで、可変利得増幅器５６の利得を増加させる利得制御信号を利得入力端子１３へ送る。また、利得制御部２４は、サンプリングされた増幅された信号の大きさが所定の範囲の上限（規定値）よりも大きいときに、増幅された信号が所定の範囲の上限（規定値）以下となるまで、可変利得増幅器５６の利得を減少させる利得制御信号を利得入力端子１３へ送る。

以上のように、第２の実施形態の反射回帰型光電センサは、受光量の変動に対処する機能を有せず、かつ閾値が固定である汎用フォトＩＣを用いて、可変利得増幅器の出力が減少すると、可変利得増幅器の利得を増加するように制御するので、対象物の検出精度が劣化しないようにすることができる。また、汎用フォトＩＣとして、ノイズリダクション機能、相互干渉防止機能などを有するものを用いれば、これらの機能と受光量の変動に対処する機能の両方を有する光電センサを低コストかつ低労力で設計、製造することができる。

［第３の実施形態］
第３の実施形態は、投光量を自動調整する機能を備えた透過型光電センサに関する。

図５は、本発明の第３の実施形態の光電センサの概略を説明するための図である。
図５を参照して、透過型の光電センサは、投光ユニットと受光ユニットとが対抗して配置される。検出物体が存在しないときには、投光ユニットから出力された光が受光ユニットに入力される。検出物体が存在するときには、投光ユニットから出力された光が検出物体に遮られるため、受光ユニットに入力される光の量が減少する。投光ユニットと受光ユニットの間は、同期信号線Ａと同期信号線Ｂで接続される。

図６は、本発明の第３の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。
図６を参照して、この光電センサが、図１の第１の実施形態の光電センサと相違する点は、投光タイミング制御部９３が投光ユニット１３０に含まれる点である。

以下、第１の実施形態の光電センサと相違する点について説明する。
投光タイミング制御部９３は、受光ユニット１４０の信号処理部９８の制御を受けることなく、自発的に投光タイミング信号を投光ユニット１３０内の駆動回路２に出力する。また、投光タイミング制御部９３とＡ／Ｄ変換部２１の間は、同期信号線Ａで接続され、同期信号線Ａを通じて投光タイミング信号が投光タイミング制御部９３からＡ／Ｄ変換部２１に送られる。

また、投光量制御部２２とＤ／Ａ変換部２３との間は、同期信号線Ｂで接続される。同期信号線Ｂを通じて投光量制御信号が投光量制御部２２からＤ／Ａ変換部２３に送られる。

以上のように、第３の実施形態の透過型光電センサによれば、第１の実施形態の反射回帰型光電センサと同様に、受光量の変動に対処する機能を有せず、かつ閾値が固定である汎用フォトＩＣを用いて、受光量の減少に対して投光量を増加させるように制御するので、対象物の検出精度が劣化しないようにすることができる。また、汎用フォトＩＣとして、ノイズリダクション機能、相互干渉防止機能などを有するものを用いれば、これらの機能と受光量の変動に対処する機能の両方を有する光電センサを低コストかつ低労力で設計、製造することができる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態は、増幅器の利得を自動調整する機能を備えた透過型光電センサに関する。

図７は、本発明の第４の実施形態の光電センサの概略を説明するための図である。
図７を参照して、この透過型の光電センサは、第３の実施形態と同様に、投光ユニットと受光ユニットとが対抗して配置される。また、投光ユニットと受光ユニットの間は、同期信号線Ａで接続される。

図８は、本発明の第４の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。
図８を参照して、この光電センサが、図４の第２の実施形態の光電センサと相違する点は、投光タイミング制御部９３が投光ユニット１５０に含まれる点である。

以下、第２の実施形態の光電センサと相違する点について説明する。
投光タイミング制御部９３は、受光ユニット１６０の信号処理部９８の制御を受けることなく、自発的に投光タイミング信号を投光ユニット１５０内の駆動回路２に出力する。また、投光タイミング制御部９３とＡ／Ｄ変換部２１の間は、同期信号線Ａで接続され、同期信号線Ａを通じて投光タイミング信号が投光タイミング制御部９３からＡ／Ｄ変換部２１に送られる。

以上のように、第４の実施形態の透過型光電センサによれば、第２の実施形態の反射回帰型光電センサと同様に、受光量の変動に対処する機能を有せず、かつ閾値が固定である汎用フォトＩＣを用いて、増幅器の出力が減少すると、増幅器の利得を増加するように制御するので、対象物の検出精度が劣化しないようにすることができる。また、汎用フォトＩＣとして、ノイズリダクション機能、相互干渉防止機能などを有するものを用いれば、これらの機能と受光量の変動に対処する機能の両方を有する光電センサを低コストかつ低労力で設計、製造することができる。

（変形例）
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、たとえば以下のような変形例を含む。

（１）直流光の場合
本発明の実施形態では、投光タイミング制御部が投光タイミング信号を出力し、投光タイミング信号に同期して投光素子がパルス光を出力し、投光タイミング信号に同期してＡ／Ｄ変換部が増幅器または可変利得増幅器の出力をサンプリングしたが、これに限定するものではない。投光素子が直流光を出力するような場合には、光電センサは、投光タイミング制御部を備えないものとしてもよい。そして、投光素子、Ａ／Ｄ変換部は、投光タイミング制御部の制御を受けることなく、自ら適当なタイミングで光の出力、サンプリングを行なうものとしてもよい。

（２）汎用フォトＩＣの内部
本発明の実施形態で説明した受光素子、信号処理部および出力処理部は、必ずしも汎用フォトＩＣの内部にある必要はなく、汎用フォトＩＣの外部にあるものとしてもよい。一方、汎用フォトＩＣは、増幅器（または可変利得増幅器）、閾値出力部、および信号処理部を必ず含むものでなければならない。

（３）光電センサの構造
本発明の第１および第２の実施形態では、検出方式が反射回帰型の光電センサを例について説明したが、これに限定するものではなく、検出方式が反射型であってもよい。反射回帰型および反射型の光電センサは、ファイバ型の構造であってもよい。

図９は、ファイバ光電センサの上部カバーを開いた状態における外観斜視図である。
同図に示されるように、光電センサは多連装型のプラスチック製筐体１０１を有する。筐体１０１の前部には、投光用ファイバ３０２と受光用ファイバ３０３とが挿入され、クランプレバー１０３の操作によって抜け止め固定される。筐体１０１の後部からは電気コード４が引き出されている。図示の電気コード３０４は、アース用の芯線１４１と、正電源用の芯線１４２と、検出出力用の芯線１４３と、診断出力用の芯線１４４とを有する。筐体１０１は、制御盤等の取付面に対して、図示しないＤＩＮレールを介して固定される。符号１０４で示されるものはＤＩＮレール嵌合溝である。筐体１０１の上部には、透明な上部カバー１０２が開閉可能に取り付けられている。上部カバー１０２を開いた状態で露出する筐体１０１の上面には、第１の表示器１０５と、第２の表示器１０６と、第１の操作ボタン１０７と、第２の操作ボタン１０８と、第３の操作ボタン１０９と、第１のスライド操作子１１０と、第２のスライド操作子１１１とが設けられている。また、投光用ファイバ２および受光用ファイバ３の先端には、レンズなどを含みファイバに着脱可能なヘッド部１２０が設けられている。また、図示しないが、このファイバ光電センサには、ファイバをクランプし、かつ投光素子および受光素子を内蔵するアンプが備えられている。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の第１の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。本発明の第１の実施形態の反射回帰型光電センサの外観斜視図である。本発明の第１の実施形態の光電センサによる投光量の追従を説明するための図である。本発明の第２の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。本発明の第３の実施形態の光電センサの概略を説明するための図である。本発明の第３の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。本発明の第４の実施形態の光電センサの概略を説明するための図である。本発明の第４の実施形態の光電センサの構成を表わす図である。ファイバ光電センサの上部カバーを開いた状態における外観斜視図である。反射回帰型光電センサにおける受光量の変動を説明するための図である。特許文献１に記載された受光量の変動に対応する方法を説明するための図である。

符号の説明

１投光素子、２駆動回路、３，９３投光タイミング制御部、４閾値出力部、５受光素子、６増幅器、７信号比較部、８，９８信号処理部、９出力処理部、１０出力回路、１１，２９，１２１，１２９汎用フォトＩＣ、１２第１の出力端子、１３利得入力端子、１４第２の出力端子、１５モード入力端子、１６第３の出力端子、２１Ａ／Ｄ変換部、２２投光量制御部、２３Ｄ／Ａ変換部、２４利得制御部、３０，５０，１３０，１５０投光ユニット、４０，６０，１４０，１６０受光ユニット、５６可変利得増幅器、７１投光レンズ、７２受光レンズ、１０１プラスチック製筐体、１０２上部カバー、１０３クランプレバー、１０４ＤＩＮレール嵌合溝、１０５第１の表示器、１０６第２の表示器、１０７第１の操作ボタン、１０８第２の操作ボタン、１０９第３の操作ボタン、１１０第１のスライド操作子、１１１第２のスライド操作子、１２０ヘッド部、１４１アース用の芯線、１４２正電源用の芯線、１４３検出出力用の芯線、１４４診断出力用の芯線、２０２保護部材、２０３受光窓、２０５表示灯、２０６ケース、３０２投光用ファイバ、３０３受光用ファイバ、３０４電源コード。

Claims

増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備え、投光ユニットから出力された光を受光して信号処理部により処理する光電センサの受光ユニットであって、
前記受光ユニットは、前記汎用ＩＣの内部または外部に、
検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、
前記汎用ＩＣの前記増幅器は、前記受光素子から出力される信号を増幅し、
前記閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、
前記信号比較部は、前記増幅された信号と前記大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、
前記信号処理部は、前記信号比較部により出力される比較結果に従って前記検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、
前記汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子を含み、
前記増幅器は、増幅された信号を前記第１の出力端子を介して前記汎用ＩＣの外部に出力し、
前記受光ユニットは、さらに、前記汎用ＩＣの外部に、
前記第１の出力端子と接続され、前記増幅された信号を取込んで出力する取込部と、
前記取込部から出力される増幅された信号に基いて、前記受光素子の受光量が所定の範囲となるように、投光素子の投光量を変化させる投光量制御信号を前記投光ユニットへ出力する投光量制御部とを備えた光電センサの受光ユニット。
前記汎用ＩＣは、さらに、
外部に信号を出力するための第２の出力端子と、
投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部とを含み、
前記投光タイミング制御部は、前記投光タイミング信号を、前記第２の出力端子を介して前記投光ユニットおよび前記取込部に出力し、
前記取込部は、前記第２の出力端子と接続され、前記出力された投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項１記載の光電センサの受光ユニット。
前記取込部は、前記投光ユニットから投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を受けて、前記投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項１記載の光電センサの受光ユニット。
可変利得増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備え、投光ユニットから出力された光を受光して信号処理部により処理する光電センサの受光ユニットであって、
前記受光ユニットは、前記汎用ＩＣの内部または外部に、
検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、
前記汎用ＩＣの可変利得増幅器は、前記受光素子から出力される信号を増幅し、かつ利得制御信号に従って利得を変化させ、
前記閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、
前記信号比較部は、前記増幅された信号と前記大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、
前記信号処理部は、前記信号比較部により出力される比較結果に従って前記検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、
前記汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子と、
外部からの信号の入力を受け付ける入力端子とを含み、
前記可変利得増幅器は、増幅された信号を前記第１の出力端子を介して前記汎用ＩＣの外部に出力し、
前記利得制御信号は、前記入力端子を介して入力されて前記可変利得増幅器に送られ、
前記受光ユニットは、さらに、前記汎用ＩＣの外部に、
前記第１の出力端子と接続され、前記増幅された信号を取込んで出力する取込部と、
前記取込部から出力される増幅された信号の大きさが所定の範囲となるように、前記可変利得増幅器の利得を変化させる利得制御信号を前記入力端子へ出力する利得制御部とを備えた光電センサの受光ユニット。
前記汎用ＩＣは、さらに、
外部に信号を出力するための第２の出力端子と、
投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部とを含み、
前記投光タイミング制御部は、前記投光タイミング信号を、前記第２の出力端子を介して前記投光ユニットおよび前記取込部に出力し、
前記取込部は、前記第２の出力端子と接続され、前記出力された投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項４記載の光電センサの受光ユニット。
前記取込部は、前記投光ユニットから投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を受けて、前記投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項４記載の光電センサの受光ユニット。
投光ユニットと、増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備えた受光ユニットとを含み、前記投光ユニットから出力された光を前記受光ユニットにより受光して信号処理部により処理する光電センサであって、
前記投光ユニットは、
検出領域に向けて光を出力する投光素子を備え、
前記受光ユニットは、前記汎用ＩＣの内部または外部に、
検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、
前記汎用ＩＣの前記増幅器は、前記受光素子から出力される信号を増幅し、
前記閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、
前記信号比較部は、前記増幅された信号と前記大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、
前記信号処理部は、前記信号比較部により出力される比較結果に従って前記検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、
前記汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子を含み、
前記増幅器は、増幅された信号を前記第１の出力端子を介して前記汎用ＩＣの外部に出力し、
前記受光ユニットは、さらに、前記汎用ＩＣの外部に、
前記第１の出力端子と接続され、前記増幅された信号を取込んで出力する取込部と、
前記取込部から出力される増幅された信号に基いて、前記受光素子の受光量が所定の範囲となるように、投光素子の投光量を変化させる投光量制御信号を前記投光ユニットへ出力する投光量制御部とを備えた光電センサ。
前記汎用ＩＣは、さらに、
外部に信号を出力するための第２の出力端子と、
投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部とを含み、
前記投光タイミング制御部は、前記投光タイミング信号を、前記第２の出力端子を介して前記投光ユニットおよび前記取込部に出力し、
前記投光ユニットは、前記第２の出力端子と接続され、前記投光素子は、前記出力された投光タイミング信号に同期して光を出力し、
前記取込部は、前記第２の出力端子と接続され、前記出力された投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項７記載の光電センサ。
前記投光ユニットは、さらに、
投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部を備え、
前記投光素子は、前記投光タイミング信号に同期して光を出力し、
前記取込部は、前記投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項７記載の光電センサ。
投光ユニットと、可変利得増幅器と閾値出力部と信号比較部を少なくとも含む汎用ＩＣを備えた受光ユニットとを含み、前記投光ユニットから出力された光を前記受光ユニットにより受光して信号処理部により処理する光電センサであって、
前記投光ユニットは、
検出領域に向けて光を出力する投光素子を備え、
前記受光ユニットは、前記汎用ＩＣの内部または外部に、
検出領域から入射される光を受光して、受光量に応じた大きさの信号を出力する受光素子を備え、
前記汎用ＩＣの可変利得増幅器は、前記受光素子から出力される信号を増幅し、かつ利得制御信号に従って利得を変化させ、
前記閾値出力部は、大きさが固定の閾値信号を出力し、
前記信号比較部は、前記増幅された信号と前記大きさが固定の閾値信号とを比較して比較結果を出力し、
前記信号処理部は、前記信号比較部により出力される比較結果に従って前記検出領域における対象物体の存在有無を判定して判定結果を出力し、
前記汎用ＩＣは、外部に信号を出力するための第１の出力端子と、
外部からの信号の入力を受け付ける入力端子とを含み、
前記可変利得増幅器は、増幅された信号を前記第１の出力端子を介して前記汎用ＩＣの外部に出力し、
前記利得制御信号は、前記入力端子を介して入力されて前記可変利得増幅器に送られ、
前記受光ユニットは、さらに、前記汎用ＩＣの外部に、
前記第１の出力端子と接続され、前記増幅された信号を取込んで出力する取込部と、
前記取込部から出力される増幅された信号の大きさが所定の範囲となるように、前記可変利得増幅器の利得を変化させる利得制御信号を前記入力端子へ出力する利得制御部とを備えた光電センサ。
前記汎用ＩＣは、さらに、
外部に信号を出力するための第２の出力端子と、
投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部とを含み、
前記投光タイミング制御部は、前記投光タイミング信号を、前記第２の出力端子を介して前記投光ユニットおよび前記取込部に出力し、
前記投光ユニットは、前記第２の出力端子と接続され、前記投光素子は、前記出力された投光タイミング信号に同期して光を出力し、
前記取込部は、前記第２の出力端子と接続され、前記出力された前記投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項１０記載の光電センサ。
前記投光ユニットは、さらに、
投光のタイミングを表わす投光タイミング信号を出力する投光タイミング制御部を備え、
前記投光素子は、前記投光タイミング信号に同期して光を出力し、
前記取込部は、前記投光タイミング信号に同期して前記増幅された信号を取込む、請求項１０記載の光電センサ。