光電スイッチ
【課題】光電スイッチを複数台連装して使用する場合に相互干渉があっても正常に入光状態か遮光状態かを判定する。
【解決手段】投光部１０は、投光周期と投光パルス幅がそれぞれ異なる３つの投光パターンＡ〜Ｃのうち、パターン選択部１１で選択された特定の投光パターンに従って投光する。受光部２０のパルス幅判定回路３０は、パターン選択部２１で選択された投光部１０と同じ投光パターンのパルス幅の情報に基づいて、投光パルス幅の投光パターンによる違いを受光信号のパルス幅の違いとして検出し、自発光か干渉光かを区別する。
【解決手段】投光部１０は、投光周期と投光パルス幅がそれぞれ異なる３つの投光パターンＡ〜Ｃのうち、パターン選択部１１で選択された特定の投光パターンに従って投光する。受光部２０のパルス幅判定回路３０は、パターン選択部２１で選択された投光部１０と同じ投光パターンのパルス幅の情報に基づいて、投光パルス幅の投光パターンによる違いを受光信号のパルス幅の違いとして検出し、自発光か干渉光かを区別する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受光量の変化に基づいて検出対象物を検出する光電スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過形の光電スイッチは、投光器と受光器を１組備え、その光路を通過する検出対象物による遮蔽の有無に応じた光量変化を検出する（例えば、特許文献１参照）。図５は、透過形光電スイッチを３台連装状態で使用する場合の設置例を示す図であり、検出対象物が通過する検出領域の一方側に投光器１００Ａ〜１００Ｃを配置し、他方側に受光器２００Ａ〜２００Ｃを配置している。この例では、投光器１００Ａと受光器２００Ａが対になり、投光器１００Ｂと受光器２００Ｂが対になり、投光器１００Ｃと受光器２００Ｃが対になっており、例えば受光器２００Ａは投光器１００Ａからの光信号のみに反応し、投光器１００Ｂ，１００Ｃからの光信号には反応してほしくない。しかしながら、対になった投光器と受光器の間で光信号以外の情報のやり取りはなく、従って受光器は受光した光信号がどの投光器からのものか区別できなかった。
【０００３】
そのため、従来は投光器と受光器を互い違いに配置（ちどり配置）したり、受光器に偏光フィルタを取り付けて隣接する投光器からの光をカットしたりしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１７５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光電スイッチは以上のように構成されているので、ちどり配置にした場合は、検出領域の両側に投光器と受光器がそれぞれ配置されるため、制御装置からの配線が長くなったり、検出対象物からの反射光による干渉が生じたりする課題があった。
偏光フィルタを用いる場合は、偏光する角度が直角になるよう偏光フィルタを取り付けることで隣の投光器からの光をカットできるが、受光量が半分以下に低下するので検出距離が短くなるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光電スイッチを複数台連装して使用する場合に相互干渉があっても正常に入光状態か遮光状態かを判定することが可能な光電スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の請求項１に係る光電スイッチは、投光周期および投光パルス幅がそれぞれ異なる複数の投光パターンのうちの特定の投光パターンに従って、検出領域に向けて当該パルス幅の投光を当該投光周期毎に行う投光部と、検出領域からの光を受光して受光パルスを生成する受光部と、受光部が生成した受光パルスのパルス幅が、特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定し、略同じであれば受光部で受光した光が投光部の投光した自発光であると判断するパルス幅判定部とを備えるものである。
【０００８】
この発明の請求項２に係る光電スイッチは、投光部が、特定の投光パターンに従ったパルス幅の投光の周波数を変調する変調部を有し、受光部は、受光した信号について、変調部で用いた変調周波数を中心周波数にした信号を抽出するバンドパスフィルタ部と、バンドパスフィルタ部が抽出した信号を整流する検波部と、検波部が整流した信号について、変調により当該信号に重畳した周波数成分を所定レベルまで低減した周波数特性にするローパスフィルタ部と、ローパスフィルタ部が抽出した信号を所定の閾値で弁別して受光パルスを出力する弁別部とを有するものである。
【０００９】
この発明の請求項３に係る光電スイッチは、パルス幅判定部で自発光と判定された場合に計数値に所定数を加算し、当該判定のされた時点から特定の投光パターンの投光周期が経過する間に次の判定がなければ計数値から所定値を減算して、計数値に基づいて検出領域における検出対象物の有無を判定する判定部を備えるものである。
【００１０】
この発明の請求項４に係る光電スイッチは、外部から指示を受け付け、複数の投光パターンのうちから特定の投光パターンを選択するパターン選択部を備えるものである。
【００１１】
この発明の請求項５に係る光電スイッチは、変調部が、ハイレベル期間が略１．０μｓ、ローレベル期間が略１．５μｓの変調周期で投光を変調するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の請求項１によれば、受光部が生成した受光パルスのパルス幅が、投光部が従う特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定することにより、自発光か否か判断するようにしたので、光電スイッチを複数台連装して使用する場合に相互干渉があっても正常に入光状態か遮光状態かを判定することができる。
【００１３】
この発明の請求項２によれば、投光パルスを変調し、受光部側で変調周波数を中心周波数にしてバンドパスフィルタ処理するようにしたので、特定の投光パターンに従って投光パルス幅を変更した場合でもバンドパスフィルタ処理した信号の振幅を略同じにすることができ、その信号に重畳した周波数成分を所定レベルまで低減させるローパスフィルタ処理をすることで、投光部側の投光パルス幅の違いを受光部側で受光パルス幅の違いとして検出することができる。
【００１４】
この発明の請求項３によれば、パルス幅判定部の判定結果に応じて昇降する計数値に基づいて検出対象物の有無を判定するようにしたので、相互干渉光か自発光かの判定ミスがあってもその頻度が低い場合には入光状態か遮光状態かの誤判定を防ぐことができる。そのため、自発光か否かの判定ミスの頻度が低くなるような投光周期を選択して投光パターンに設定することにより、入光／遮光状態の誤判定をさらに低減可能となる。
【００１５】
この発明の請求項４によれば、外部からの指示を受けて投光パターンを選択するようにしたので、ユーザが自由に光電スイッチを連装して使用することができるようになり、汎用性および拡張性を向上できる。
【００１６】
この発明の請求項５によれば、ハイレベルの期間を略１．０μｓ、ローレベルの期間を略１．５μｓで高周波変調するようにしたので、干渉光による影響を小さくしつつ、十分な信号レベルを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの３種類の投光パターンを説明するグラフである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの投光パターンに応じた受光信号の例を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの動作例を示すグラフである。
【図５】３台の透過形光電スイッチを連装状態で使用する場合の設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１に示す光電スイッチ１は、検出領域を間に挟んで向き合う状態に設置される投光部１０と受光部２０とを備えた透過形光電スイッチであり、受光部２０は検出領域から入光する光量の変化に基づいて検出領域に検出対象物体があるか否かを判定するものである。
【００１９】
本実施の形態１では、この光電スイッチ１を最大で３台まで連装して使用する場合を想定した構成を説明する。３台の光電スイッチ１（ここでは光電スイッチ１Ａ〜１Ｃと呼び分ける）は、投光パルスの周期およびパルス幅が異なる３つの投光部１０と、受光した周期およびパルス幅に基づいて自発光か干渉光かを区別する３つの受光部２０とから構成されることになる。
ここで、自発光とは、光電スイッチ１Ａの受光部２０が、同じ光電スイッチ１Ａの投光部１０から受ける光である。干渉光とは、光電スイッチ１Ａの受光部２０が、光電スイッチ１Ａ以外の光電スイッチ１Ｂ，１Ｃから受ける光である。
【００２０】
図２に、投光パターンＡ〜Ｃを示す。投光パルスは、投光パターンＡ〜Ｃに共通して変調周期ｔ＝２．５μｓ（変調周波数４００ｋＨｚ）で高周波変調されたパルス列からなる。この変調周期ｔは、ハイレベル（Ｈ）の期間が１．０μｓ、ローレベル（Ｌ）の期間が１．５μｓで構成される。
図２（ａ）に示す投光パターンＡは、投光周期ＴＡ＝９０μｓとし、パルス幅８．５μｓの投光パルスが高周波変調されて４列のパルスになる。
図２（ｂ）に示す投光パターンＢは、投光周期ＴＢ＝２８８μｓとし、パルス幅２８．５μｓの投光パルスが高周波変調されて１２列のパルスになる。
図２（ｃ）に示す投光パターンＣは、投光周期ＴＣ＝９７２μｓとし、パルス幅４８．５μｓの投光パルスが高周波変調されて２０列のパルスになる。
【００２１】
ここで、変調周期ｔのＨ期間とＬ期間は、相互干渉時の状態と受光信号の信号レベルを考慮して決定することが望ましい。本実施の形態１では、変調周期ｔを２．５μｓとした場合に、Ｈ期間を１．０μｓより長くすると干渉による影響が大きくなり、短くすると信号レベルが低下し信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪化することから、Ｈ期間を１．０μｓ（ある程度の範囲を持たせても可）、Ｌ期間を１．５μｓ（ある程度の範囲を持たせても可）と決定した。
【００２２】
投光部１０において、パターン選択部１１には予め上記投光パターンＡ〜Ｃを規定する投光周期と投光パルス幅の情報が登録されている。そして、外部から投光パターンＡ〜Ｃのいずれかを選択する入力を受け付けたパターン選択部１１が、選択された投光パターンを変調回路１３へ指示する。
本実施の形態１では、光電スイッチ１Ａには投光パターンＡが選択され、光電スイッチ１Ｂには投光パターンＢが選択され、光電スイッチ１Ｃには投光パターンＣが選択されたものとする。
【００２３】
変調回路１３は、発振回路１２の発振する一定周期のクロック信号を、パターン選択部１１から指示された投光パターンになるよう変調する。なお、変調周波数は、想定される外乱光およびノイズの周波数より十分高い周波数であればよく、４００ｋＨｚに限定されるものではない。駆動回路１４は、変調回路１３から出力される投光パターンのパルス電流を投光素子１５へ供給する。そして、ＬＥＤ（発光ダイオード）などで構成される投光素子１５が、検出領域に向けて投光する。
【００２４】
受光部２０において、パターン選択部２１にも予め上記投光パターンＡ〜Ｃに対応した投光周期、投光パルス幅、および受光パルス幅の判定条件に関する情報が登録されている。それぞれの情報の詳細は後述する。そして、外部から投光パターンＡ〜Ｃのいずれかを選択する入力を受け付けたパターン選択部２１が、選択された投光パターンに応じた受光パルス幅の判定条件と投光周期を判定回路２９へ指示する。自発光と干渉光とを区別するためには、対になった投光部１０と受光部２０とで同じ投光パターンを用いる必要があるので、光電スイッチ１Ａの受光部２０には投光パターンＡが、光電スイッチ１Ｂの受光部２０には投光パターンＢが、光電スイッチ１Ｃの受光部２０には投光パターンＣが選択される。
【００２５】
受光素子２２は、フォトダイオードなどで構成され、検出領域の方向からの光を受光し、受光量に応じたレベルの電流値を出力する。受光素子２２の出力電流は、ＩＶ変換回路２３で電流−電圧変換され、増幅回路２４で増幅される。
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２５には、投光部１０の変調回路１３と同じ変調周波数（ここでは４００ｋＨｚ）が予め設定されており、この変調周波数を通過域の中心周波数にして、増幅回路２４からの出力信号をフィルタ処理する。これにより、例えば１００ｋＨｚ程度の周波数で発光するインバータ式の蛍光灯などに由来する外乱光、およびノイズなどを取り除く。そして、ＢＰＦ回路２５の出力信号を検波回路２６で整流する。
ＬＰＦ回路２７は、検波回路２６からの出力信号を、投光部１０側の高周波変調により重畳した高周波成分を必要なレベルまで低減させるようにフィルタ処理する。これにより、高周波成分を取り除き、受光した信号を、自発光の投光パルス幅に応じた幅をもつ信号に復調できる。
【００２６】
弁別回路２８は、ＬＰＦ回路２７から出力される受光信号レベルを予め設定されている所定の閾値と比較し、閾値以上の成分のみを抽出したパルスを出力する。なお、この閾値は、投光パターンＡ〜Ｃによらず振幅が略等しいので同じ値にできる。もちろん、閾値は固定でなくともよく、適宜変更できるようにしてもよい。
以下、投光部１０で用いる投光パルス幅と区別するために、ＬＰＦ回路２７および弁別回路２８により復調した受光信号のパルス幅を受光パルス幅と称する。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）にＬＰＦ回路２７の出力する受光信号を示し、図３（ａ’）〜図３（ｃ’）に弁別回路２８の出力する受光パルスを示す。図３（ａ），（ａ’）は投光パターンＡが選択された光電スイッチ１Ａの場合、図３（ｂ），（ｂ’）は投光パターンＢが選択された光電スイッチ１Ｂの場合、図３（ｃ），（ｃ’）は投光パターンＣが選択された光電スイッチ１Ｃの場合のグラフである。また、いずれのグラフにも干渉光は含まれていないものとする。
投光パターンＡ〜Ｃで投光パルス幅が異なるので、これを復調した場合、図３（ａ’）〜図３（ｃ’）のように投光パターンに応じて受光パルス幅が異なる。よって、後述する判定回路２９において、受光パルス幅が自機に設定された投光パターンの投光パルス幅に相当するか否かを判定することにより自発光を区別可能になる。
【００２８】
判定回路２９は、パルス幅判定回路３０とアップダウンカウンタ３１とを備える。また、パターン選択部２１より受光パルス幅の判定条件と投光周期の情報を受け付ける。
パルス幅判定回路３０は、弁別回路２８から出力される受光信号の受光パルス幅が、パターン選択部２１から指示された判定条件に該当するか否かを判定し、該当すれば自発光と判定して「１」を出力する。この判定条件は、自発光のパルス幅と見なし得る上限値と下限値であり、受光パルス幅が下限値以上、かつ、上限値以下であれば自発光と判定し、この上下限値の範囲外であれば干渉光と判定する。図３（ａ’）〜図３（ｃ’）の例では、いずれの受光パルス幅も上下限値の範囲内であるから自発光と判定されることになる。
【００２９】
本実施の形態１では、閾値に対する受光量のレベルの変動により受光パルス幅も変動することになる。閾値より少し大きい受光量レベルであれば受光パルス幅は短くなり、閾値より十分大きい受光量レベルであれば受光パルス幅は広くなる。そのため、受光部２０において受光パルス幅が変動しても投光パターンＡ〜Ｃのいずれに該当するか区別できるように、予め、パターン間で投光パルス幅にある程度の差を持たせておく必要がある。そこで、図２に示したようにパターン間で２０μｓの差をつけ、投光パターンＡでは投光パルス幅を８．５μｓ、投光パターンＢでは２８．５μｓ、投光パターンＣでは４８．５μｓにしておくことにより、受光パルス幅を投光パターン毎に区別できるようになる。
【００３０】
アップダウンカウンタ３１は、パルス幅判定回路３０から「１」が出力されたときにカウントアップし、「１」が所定の期間出力されないときにはカウントダウンする。本実施の形態１では、アップダウンカウンタ３１を、１０段階のアップ／ダウンカウントを行うデジタル積分回路で構成する。
カウントに際し、所定の期間を、「１」が入力された直後は投光周期より少し長い期間（例えば投光周期の１．１倍）とし、それ以降は投光周期と同じ期間とする。「１」が入力された直後に期間を長くとるのは、投光部１０と受光部２０の間のクロック誤差によるミスカウントを排除するためである。
【００３１】
そして、判定回路２９は、アップダウンカウンタ３１のカウンタ値に応じて以下の動作を行う。
１．カウンタ値が０のとき、遮光状態（検出対象物がある状態）と判定する
２．カウンタ値が１０のとき、入光状態（検出対象物がない状態）と判定する
３．カウンタ値が１〜９のとき、前の判定を維持する
【００３２】
光電スイッチ１を３台連装して使用した場合、干渉状態では自発光に干渉光が混じって受光パルス幅が変わることがある。そうすると、パルス幅判定回路３０による自発光か否かの判定にミスが生じることがあるが、判定回路２９がアップダウンカウント方式により入光／遮光状態の判定処理を行っているため、パルス幅判定回路３０による多少の判定ミスの影響を排除することができる。なお、１０段階のアップダウンカウントの場合、平均で５回以下の判定ミスであれば、理論上は入光／遮光状態の誤判定が発生しないことになる。
例えば、アップダウンカウンタ３１のカウンタ値が「１０」で、パルス幅判定回路３０による判定ミスが２回連続して発生した場合（即ち、投光周期２回分の期間「１」の出力がない場合）、その後に判定ミスがなければ入光／遮光状態の誤判定は生じない。このとき、カウンタ値の遷移は「１０（入光状態）」→（判定ミス）→「９（入光状態）」→（判定ミス）→「８（入光状態）」→（正常判定）→「９（入光状態）」→（正常判定）→「１０（入光状態）」となるので、判定回路２９は入光状態の判定を維持することになる。従って、光電スイッチ１が誤動作しない。
【００３３】
このように、例えばカウンタ値が「１０」の場合に、ノイズまたは干渉光によりパルス幅判定回路３０の受光パルス幅判定が正しく行えなくなったとしても、判定ミスが連続しなければ入光状態の判定を維持できる。反対にカウンタ値が「０」の場合に、ノイズまたは干渉光によりパルス幅判定回路３０の受光パルス幅判定が正しく行えなくなったとしても、判定ミスが連続しなければ遮光状態の判定を維持できる。
即ち、干渉により判定ミスが発生してもカウンタ値が「１０」→「０」、または「０」→「１０」とならなければ正常動作とみなせるため、相互干渉によるパルス幅判定回路３０の判定ミスの発生頻度をある程度以下に抑えることで干渉による影響を受けなくできる。
投光周期ＴＡ〜ＴＣは、その周期の比が大きい方が投光タイミングが一致する頻度が下がる。またその比が整数倍だと遅い周期のものは必ず早い周期のものとタイミングが一致してしまうため、整数倍から少しずらした値とする必要がある。そこで、本実施の形態１では、投光周期ＴＡ〜ＴＣ間の差（比）をある程度大きい値である３倍より少し大きい値に設定する。
ただし、投光周期同士の比を大きくすると、投光パターンＡより投光パターンＢの応答速度が遅くなり、さらに投光パターンＢより投光パターンＣの応答速度が遅くなるので、干渉による判定ミス発生頻度と応答速度との兼ね合いに応じて投光周期を設定することが好ましい。
【００３４】
また、投光パターンＡより投光パターンＢ、投光パターンＢより投光パターンＣで応答速度が遅くなる特性があるので、光電スイッチ１を単独で使用する場合には投光パターンＡを選択することが好ましい。同様の理由により、光電スイッチ１を２台連装状態で使用する場合には投光パターンＡ，Ｂを選択することが好ましい。
さらに、上記説明では最大３台の連装を想定したが、これに限定されるものではなく、４つの異なる投光パターンを用意して４台以上の光電スイッチ１を連装状態で使用することも可能である。
【００３５】
ここで、図４を用いて、本実施の形態１に係る光電スイッチ１Ａ，１Ｂの２台を連装状態で使用した場合の動作例を説明する。
図４（ａ）は光電スイッチ１Ａの投光素子１５の発する光信号、図４（ｂ）は光電スイッチ１Ｂの投光素子１４の発する光信号である。それぞれの投光パルスは高周波変調されているが、図示すると見にくくなるため、グラフ上では高周波変調前の波形として示す。図４（ｃ）は、光電スイッチ１Ａ，１Ｂの各受光素子２２が受光する光信号であり、投光パターンＡ，Ｂの投光が相互干渉状態になっているので同一波形となる。図４（ｄ）は、光電スイッチ１Ａのアップダウンカウンタ３１のカウンタ値、図４（ｅ）は光電スイッチ１Ｂのアップダウンカウンタ３１のカウンタ値である。また、これら図４（ａ）〜図４（ｄ）の横軸は時間［ｍｓ］であり、各グラフの時間は同期している。
【００３６】
先ず、光電スイッチ１Ａの動作を説明する。
図４（ｃ）の受光パルスＰ１は、投光パターンＢの投光パルスに投光パターンＡの投光パルスが含まれた干渉状態であるため、投光パターンＡの判定条件の上限値以上のパルス幅となる。従って、光電スイッチ１Ａのパルス幅判定回路３０はこの受光パルスＰ１を干渉光と判定し（判定ミス）、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力しない。ここで、投光パターンＡの投光周期と同じ長さの期間をＴ１とすると、アップダウンカウンタ３１はこの期間Ｔ１より少し長い期間Ｔ２（例えばＴ２＝Ｔ１×１．１）に「１」が入力されなければカウンタ値を「１０」から「９」（図４（ｄ）のＣ１Ａ）にカウントダウンする。判定回路２９は、カウンタ値が「９」のときは前回の判定を維持する動作設定のため、入光状態と判定する。
受光パルスＰ２，Ｐ４も受光パルスＰ１と同様に処理する
【００３７】
これら受光パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ４の次の受光パルスは、投光パターンＡの投光パルス幅に近いので判定条件を満たして自発光と判定され、アップダウンカウンタ３１へ「１」が入力される。よって、カウンタ値が「１０」になって引き続き入光状態と判定される。
【００３８】
次に、光電スイッチ１Ｂの動作を説明する。
図４（ｃ）の受光パルスＰ１，Ｐ２は、投光パターンＢの投光パルスに投光パターンＡの投光パルスが含まれた干渉状態であるが、受光パルス幅は投光パターンＢの投光パルス幅に近いので、光電スイッチ１Ｂのパルス幅判定回路３０はこれら受光パルスＰ１，Ｐ２を自発光と判定し、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力する。ただし、すでにカウンタ値が上限「１０」になっているのでカウンタ値に変化はない。判定回路２９は、カウンタ値が「１０」であるので、入光状態と判定する。
【００３９】
受光パルスＰ３は、投光パターンＡ，Ｂの投光パルスが一部重なった干渉状態であり、より具体的には、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の立ち上がり近傍および立ち下がり近傍においては投光パターンＡとの干渉が生じておらず、これに属しない、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の中央部近傍において投光パターンＡとの干渉が生じている状態である。換言すれば、投光パターンＢは、非干渉→干渉→非干渉、と推移する。このとき、ＢＰＦ回路２５は、受光パルスＰ３のうち、干渉が生じていない部分を通過させるよう作用するものであり、投光パターンＢのうち、投光パターンＡと重なる部分のみがＢＰＦ回路２５にて減衰される。ここで、光電スイッチ１Ａにおいては、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の立ち上がり近傍および立ち下がり近傍の２箇所（非干渉部分）はそれぞれ判定条件の下限値を下回らない（同時に、上限値を上回らない）ため、アップダウンカウンタ３１には２回「１」が入力される。これに対し、光電スイッチ１Ｂにおいては、受光パルス幅が判定条件の下限値以下となるため、光電スイッチ１Ｂのパルス幅判定回路３０は受光パルスＰ３を干渉光と判定し（判定ミス）、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力しない。ここで、投光パターンＢの投光周期と同じ長さの期間をＴ３とすると、アップダウンカウンタ３１はこの期間Ｔ３より少し長い期間Ｔ４（例えばＴ４＝Ｔ３×１．１）に「１」が入力されなければカウンタ値を「１０」から「９」（図４（ｅ）のＣ３Ｂ）にカウントダウンする。このとき、判定回路２９は入光状態の判定を維持する。なお、光電スイッチ１Ｂにおいては投光パターンＢの投光パルス周期毎にしか受光パルス幅の判定を行わないため、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の立ち上がり近傍および立ち下がり近傍の２箇所（非干渉部分）がそれぞれ判定条件の下限値を下回るものであったとしても、相互の間隔が投光パターンＢの投光パルス周期より十分短いため、２回カウンタ値をカウントダウンするような動作は生じていない。
【００４０】
受光パルスＰ４は、投光パターンＡ，Ｂの投光パルスが連なった干渉状態であるため、受光パルス幅が投光パターンＢの判定条件の上限値以上となる。そのため、光電スイッチ１Ｂのパルス幅判定回路３０は受光パルスＰ４を干渉光と判定し（判定ミス）、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力しない。ただし、上述したように、アップダウンカウンタ３１は「１」が入力された次の回は投光周期より少し長い期間Ｔ４待ってカウントダウン（即ちＣ３Ｂへのカウントダウン）して、クロック誤差によるミスカウントを排除する。この回でクロック誤差によるずれを吸収できるので、それ以降の回は通常動作に戻し、投光周期と同じ期間Ｔ３待ってカウントダウン（即ちＣ３ＢからＣ４Ｂへのカウントダウン）すればよい。
【００４１】
受光パルスＰ４の次の受光パルス、さらに次の受光パルスは、投光パターンＢの投光パルス幅と等しいので自発光と判定され、アップダウンカウンタ３１へ「１」が入力される。よって、カウンタ値が「９」、「１０」とカウントアップされ、引き続き入光状態と判定される。
【００４２】
このように、光電スイッチ１Ａでは受光パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ４について自発光／干渉光の判定ミスが生じ、光電スイッチ１Ｂでは受光パルスＰ３，Ｐ４について自発光／干渉光の判定ミスが生じるが、カウンタ値が「０」にならなければ入光状態が維持される。
よって、２台の光電スイッチ１Ａ，１Ｂの間で相互干渉による判定ミスが発生するのは、１０回の判定中２〜３回となり、この程度の回数であればミス判定があっても入光／遮光状態の誤判定は起こらない。
【００４３】
以上より、実施の形態１によれば、光電スイッチ１は、投光周期および投光パルス幅がそれぞれ異なる３つの投光パターンＡ〜Ｃのうち、パターン選択部１１，２１で選択された特定の投光パターンに従って、当該パルス幅の投光を高周波変調する変調回路１３と、高周波変調した当該パルス幅の投光を検出領域に向けて当該投光周期毎に行う投光部１０と、検出領域からの光を受光して変調回路１３で用いた変調周波数を中心周波数にした信号を抽出するＢＰＦ回路２５と、ＢＰＦ回路２５が抽出した信号を整流する検波回路２６と、検波回路２６が整流した信号に重畳した高周波成分を所定レベルまで低減させるＬＰＦ回路２７と、ＬＰＦ回路２７が抽出した受光信号を所定の閾値で分別して受光パルスを出力する弁別回路２８と、弁別回路２８が出力する受光パルスのパルス幅が特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定し、略同じであれば受光部２０で受光した光が投光部１０の投光した自発光であると判断するパルス幅判定回路３０とを備えるように構成した。このため、光電スイッチ１を最大３台連装して使用する場合に、相互干渉があっても自発光を区別できるので、正常に入光状態か遮光状態かを判定することが可能となる。
【００４４】
なお、実施の形態１では変調回路１３により投光パルスを４００ｋＨｚで高周波変調したが、これに限定されるものではなく、従来の光電スイッチのように高周波変調を行わなくてもよい。例えば投光パターンＡなら、投光周期９０μｓ毎に８．５μｓの投光を行う。
高周波変調を行わない場合、従来の光電スイッチの多くは、ＢＰＦ回路２５を投光周期の周波数を通過させるような周波数特性にしている。従って、投光パターンＡ〜Ｃに応じて投光パルス幅を変えると、ＢＰＦ回路２５の出力信号の振幅が投光パターンＡ〜Ｃに応じて大きく変化することになる。
そのため、ＢＰＦ回路２５の出力信号の振幅が投光パターンＡ〜Ｃに応じて大きく変化しないように、ＢＰＦの通過域を広くするような周波数特性にすることが好ましい。ただし、受光信号に混じったノイズも通過しやすくなるため、Ｓ／Ｎ比は悪化する。
【００４５】
これに対し、上記説明のように高周波変調を行った場合は、ＢＰＦ回路２５を高周波変調の周波数を通過させるような周波数特性にするので、投光パルス幅を投光パターンＡ〜Ｃに応じて８．５、２８．５、４８．５μｓに変えてもＢＰＦ回路２５の出力信号が略等しい振幅になる。従って、ＬＰＦ回路２７を、高周波変調により重畳した高周波成分を所定レベルまで低減させる周波数特性にすることで、投光パルス幅の投光パターンによる違いをＬＰＦ処理した受光信号のパルス幅の違いとして検出することができるようになる。
【００４６】
また、実施の形態１では、判定回路２９が、パルス幅判定回路３０で自発光と判定した場合にカウンタ値をカウントアップし、当該判定のされた時点から特定の投光パターンの投光周期が略経過する間に次の判定がなければカウンタ値をカウントダウンするアップダウンカウンタ３１を有して、アップダウンカウンタ３１のカウンタ値に基づいて検出領域における検出対象物の有無を判定するように構成した。このため、パルス幅判定回路３０で相互干渉光か自発光かの判定ミスがあっても、その判定ミス頻度が低い場合には入光状態か遮光状態かの誤判定を防ぐことができる。そこで実施の形態１では、アップダウンカウンタ３１のこの特性を利用して、自発光か否かの判定ミスの頻度が低くなるような投光周期ＴＡ〜ＴＣを選択して投光パターンＡ〜Ｃとして用いることにより、入光／遮光状態の誤判定をさらに低減可能となる。
【００４７】
また、実施の形態１では、パターン選択部１１，２１を設けて投光パターンＡ〜Ｃを光電スイッチ１毎に選択できるように構成したので、ユーザが自由に光電スイッチを連装して使用することができるようになり、汎用性および拡張性を向上できる。
ただし、ユーザが投光パターンを選択して光電スイッチ１に設定するのではなく、ユーザが投光周期と投光パルス幅を入力することにより光電スイッチ１に投光パターンを設定する構成にしてもよいし、または、特定の投光パターンが光電スイッチ１に予め設定されていてもよい。予め設定されている場合にはパターン選択部１１，２１は不要である。
【００４８】
なお、図１の構成例では受光部２０のＩＶ変換回路２３〜弁別回路２８まで、投光パターンＡ〜Ｃによらず同一の回路構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば投光パターンＡ〜Ｃに応じてＬＰＦ回路２７の周波数特性を切り替える構成にしてもよい。具体的には、パターン選択部２１が選択された投光パターンＡ〜Ｃに対応する投光パルス幅の情報をＬＰＦ回路２７へ出力し、ＬＰＦ回路２７が投光パルス幅の周波数成分を通過させつつ高周波変調により重畳した高周波成分を除去するフィルタ処理を行って光電スイッチ１の性能向上を図る。
【００４９】
また、上記説明では、実施の形態１の構成を透過形の光電スイッチに適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、反射形など他のタイプの光電スイッチに適用することも可能である。
これ以外にも、具体的な構成は、上述した実施の形態１の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１ 光電スイッチ
１０ 投光部
１１，２１ パターン選択部
１２ 発振回路
１３ 変調回路
１４ 駆動回路
２０ 受光部
２２ 受光素子
２３ ＩＶ変換回路
２４ 増幅回路
２５ ＢＰＦ回路
２６ 検波回路
２７ ＬＰＦ回路
２８ 弁別回路
２９ 判定回路
３０ パルス幅判定回路
３１ アップダウンカウンタ
１００Ａ〜１００Ｃ 投光器
２００Ａ〜２００Ｃ 受光器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、受光量の変化に基づいて検出対象物を検出する光電スイッチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
透過形の光電スイッチは、投光器と受光器を１組備え、その光路を通過する検出対象物による遮蔽の有無に応じた光量変化を検出する（例えば、特許文献１参照）。図５は、透過形光電スイッチを３台連装状態で使用する場合の設置例を示す図であり、検出対象物が通過する検出領域の一方側に投光器１００Ａ〜１００Ｃを配置し、他方側に受光器２００Ａ〜２００Ｃを配置している。この例では、投光器１００Ａと受光器２００Ａが対になり、投光器１００Ｂと受光器２００Ｂが対になり、投光器１００Ｃと受光器２００Ｃが対になっており、例えば受光器２００Ａは投光器１００Ａからの光信号のみに反応し、投光器１００Ｂ，１００Ｃからの光信号には反応してほしくない。しかしながら、対になった投光器と受光器の間で光信号以外の情報のやり取りはなく、従って受光器は受光した光信号がどの投光器からのものか区別できなかった。
【０００３】
そのため、従来は投光器と受光器を互い違いに配置（ちどり配置）したり、受光器に偏光フィルタを取り付けて隣接する投光器からの光をカットしたりしていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１７５８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の光電スイッチは以上のように構成されているので、ちどり配置にした場合は、検出領域の両側に投光器と受光器がそれぞれ配置されるため、制御装置からの配線が長くなったり、検出対象物からの反射光による干渉が生じたりする課題があった。
偏光フィルタを用いる場合は、偏光する角度が直角になるよう偏光フィルタを取り付けることで隣の投光器からの光をカットできるが、受光量が半分以下に低下するので検出距離が短くなるという課題があった。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、光電スイッチを複数台連装して使用する場合に相互干渉があっても正常に入光状態か遮光状態かを判定することが可能な光電スイッチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明の請求項１に係る光電スイッチは、投光周期および投光パルス幅がそれぞれ異なる複数の投光パターンのうちの特定の投光パターンに従って、検出領域に向けて当該パルス幅の投光を当該投光周期毎に行う投光部と、検出領域からの光を受光して受光パルスを生成する受光部と、受光部が生成した受光パルスのパルス幅が、特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定し、略同じであれば受光部で受光した光が投光部の投光した自発光であると判断するパルス幅判定部とを備えるものである。
【０００８】
この発明の請求項２に係る光電スイッチは、投光部が、特定の投光パターンに従ったパルス幅の投光の周波数を変調する変調部を有し、受光部は、受光した信号について、変調部で用いた変調周波数を中心周波数にした信号を抽出するバンドパスフィルタ部と、バンドパスフィルタ部が抽出した信号を整流する検波部と、検波部が整流した信号について、変調により当該信号に重畳した周波数成分を所定レベルまで低減した周波数特性にするローパスフィルタ部と、ローパスフィルタ部が抽出した信号を所定の閾値で弁別して受光パルスを出力する弁別部とを有するものである。
【０００９】
この発明の請求項３に係る光電スイッチは、パルス幅判定部で自発光と判定された場合に計数値に所定数を加算し、当該判定のされた時点から特定の投光パターンの投光周期が経過する間に次の判定がなければ計数値から所定値を減算して、計数値に基づいて検出領域における検出対象物の有無を判定する判定部を備えるものである。
【００１０】
この発明の請求項４に係る光電スイッチは、外部から指示を受け付け、複数の投光パターンのうちから特定の投光パターンを選択するパターン選択部を備えるものである。
【００１１】
この発明の請求項５に係る光電スイッチは、変調部が、ハイレベル期間が略１．０μｓ、ローレベル期間が略１．５μｓの変調周期で投光を変調するものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明の請求項１によれば、受光部が生成した受光パルスのパルス幅が、投光部が従う特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定することにより、自発光か否か判断するようにしたので、光電スイッチを複数台連装して使用する場合に相互干渉があっても正常に入光状態か遮光状態かを判定することができる。
【００１３】
この発明の請求項２によれば、投光パルスを変調し、受光部側で変調周波数を中心周波数にしてバンドパスフィルタ処理するようにしたので、特定の投光パターンに従って投光パルス幅を変更した場合でもバンドパスフィルタ処理した信号の振幅を略同じにすることができ、その信号に重畳した周波数成分を所定レベルまで低減させるローパスフィルタ処理をすることで、投光部側の投光パルス幅の違いを受光部側で受光パルス幅の違いとして検出することができる。
【００１４】
この発明の請求項３によれば、パルス幅判定部の判定結果に応じて昇降する計数値に基づいて検出対象物の有無を判定するようにしたので、相互干渉光か自発光かの判定ミスがあってもその頻度が低い場合には入光状態か遮光状態かの誤判定を防ぐことができる。そのため、自発光か否かの判定ミスの頻度が低くなるような投光周期を選択して投光パターンに設定することにより、入光／遮光状態の誤判定をさらに低減可能となる。
【００１５】
この発明の請求項４によれば、外部からの指示を受けて投光パターンを選択するようにしたので、ユーザが自由に光電スイッチを連装して使用することができるようになり、汎用性および拡張性を向上できる。
【００１６】
この発明の請求項５によれば、ハイレベルの期間を略１．０μｓ、ローレベルの期間を略１．５μｓで高周波変調するようにしたので、干渉光による影響を小さくしつつ、十分な信号レベルを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの３種類の投光パターンを説明するグラフである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの投光パターンに応じた受光信号の例を示すグラフである。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光電スイッチの動作例を示すグラフである。
【図５】３台の透過形光電スイッチを連装状態で使用する場合の設置例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
図１に示す光電スイッチ１は、検出領域を間に挟んで向き合う状態に設置される投光部１０と受光部２０とを備えた透過形光電スイッチであり、受光部２０は検出領域から入光する光量の変化に基づいて検出領域に検出対象物体があるか否かを判定するものである。
【００１９】
本実施の形態１では、この光電スイッチ１を最大で３台まで連装して使用する場合を想定した構成を説明する。３台の光電スイッチ１（ここでは光電スイッチ１Ａ〜１Ｃと呼び分ける）は、投光パルスの周期およびパルス幅が異なる３つの投光部１０と、受光した周期およびパルス幅に基づいて自発光か干渉光かを区別する３つの受光部２０とから構成されることになる。
ここで、自発光とは、光電スイッチ１Ａの受光部２０が、同じ光電スイッチ１Ａの投光部１０から受ける光である。干渉光とは、光電スイッチ１Ａの受光部２０が、光電スイッチ１Ａ以外の光電スイッチ１Ｂ，１Ｃから受ける光である。
【００２０】
図２に、投光パターンＡ〜Ｃを示す。投光パルスは、投光パターンＡ〜Ｃに共通して変調周期ｔ＝２．５μｓ（変調周波数４００ｋＨｚ）で高周波変調されたパルス列からなる。この変調周期ｔは、ハイレベル（Ｈ）の期間が１．０μｓ、ローレベル（Ｌ）の期間が１．５μｓで構成される。
図２（ａ）に示す投光パターンＡは、投光周期ＴＡ＝９０μｓとし、パルス幅８．５μｓの投光パルスが高周波変調されて４列のパルスになる。
図２（ｂ）に示す投光パターンＢは、投光周期ＴＢ＝２８８μｓとし、パルス幅２８．５μｓの投光パルスが高周波変調されて１２列のパルスになる。
図２（ｃ）に示す投光パターンＣは、投光周期ＴＣ＝９７２μｓとし、パルス幅４８．５μｓの投光パルスが高周波変調されて２０列のパルスになる。
【００２１】
ここで、変調周期ｔのＨ期間とＬ期間は、相互干渉時の状態と受光信号の信号レベルを考慮して決定することが望ましい。本実施の形態１では、変調周期ｔを２．５μｓとした場合に、Ｈ期間を１．０μｓより長くすると干渉による影響が大きくなり、短くすると信号レベルが低下し信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）が悪化することから、Ｈ期間を１．０μｓ（ある程度の範囲を持たせても可）、Ｌ期間を１．５μｓ（ある程度の範囲を持たせても可）と決定した。
【００２２】
投光部１０において、パターン選択部１１には予め上記投光パターンＡ〜Ｃを規定する投光周期と投光パルス幅の情報が登録されている。そして、外部から投光パターンＡ〜Ｃのいずれかを選択する入力を受け付けたパターン選択部１１が、選択された投光パターンを変調回路１３へ指示する。
本実施の形態１では、光電スイッチ１Ａには投光パターンＡが選択され、光電スイッチ１Ｂには投光パターンＢが選択され、光電スイッチ１Ｃには投光パターンＣが選択されたものとする。
【００２３】
変調回路１３は、発振回路１２の発振する一定周期のクロック信号を、パターン選択部１１から指示された投光パターンになるよう変調する。なお、変調周波数は、想定される外乱光およびノイズの周波数より十分高い周波数であればよく、４００ｋＨｚに限定されるものではない。駆動回路１４は、変調回路１３から出力される投光パターンのパルス電流を投光素子１５へ供給する。そして、ＬＥＤ（発光ダイオード）などで構成される投光素子１５が、検出領域に向けて投光する。
【００２４】
受光部２０において、パターン選択部２１にも予め上記投光パターンＡ〜Ｃに対応した投光周期、投光パルス幅、および受光パルス幅の判定条件に関する情報が登録されている。それぞれの情報の詳細は後述する。そして、外部から投光パターンＡ〜Ｃのいずれかを選択する入力を受け付けたパターン選択部２１が、選択された投光パターンに応じた受光パルス幅の判定条件と投光周期を判定回路２９へ指示する。自発光と干渉光とを区別するためには、対になった投光部１０と受光部２０とで同じ投光パターンを用いる必要があるので、光電スイッチ１Ａの受光部２０には投光パターンＡが、光電スイッチ１Ｂの受光部２０には投光パターンＢが、光電スイッチ１Ｃの受光部２０には投光パターンＣが選択される。
【００２５】
受光素子２２は、フォトダイオードなどで構成され、検出領域の方向からの光を受光し、受光量に応じたレベルの電流値を出力する。受光素子２２の出力電流は、ＩＶ変換回路２３で電流−電圧変換され、増幅回路２４で増幅される。
ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）回路２５には、投光部１０の変調回路１３と同じ変調周波数（ここでは４００ｋＨｚ）が予め設定されており、この変調周波数を通過域の中心周波数にして、増幅回路２４からの出力信号をフィルタ処理する。これにより、例えば１００ｋＨｚ程度の周波数で発光するインバータ式の蛍光灯などに由来する外乱光、およびノイズなどを取り除く。そして、ＢＰＦ回路２５の出力信号を検波回路２６で整流する。
ＬＰＦ回路２７は、検波回路２６からの出力信号を、投光部１０側の高周波変調により重畳した高周波成分を必要なレベルまで低減させるようにフィルタ処理する。これにより、高周波成分を取り除き、受光した信号を、自発光の投光パルス幅に応じた幅をもつ信号に復調できる。
【００２６】
弁別回路２８は、ＬＰＦ回路２７から出力される受光信号レベルを予め設定されている所定の閾値と比較し、閾値以上の成分のみを抽出したパルスを出力する。なお、この閾値は、投光パターンＡ〜Ｃによらず振幅が略等しいので同じ値にできる。もちろん、閾値は固定でなくともよく、適宜変更できるようにしてもよい。
以下、投光部１０で用いる投光パルス幅と区別するために、ＬＰＦ回路２７および弁別回路２８により復調した受光信号のパルス幅を受光パルス幅と称する。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｃ）にＬＰＦ回路２７の出力する受光信号を示し、図３（ａ’）〜図３（ｃ’）に弁別回路２８の出力する受光パルスを示す。図３（ａ），（ａ’）は投光パターンＡが選択された光電スイッチ１Ａの場合、図３（ｂ），（ｂ’）は投光パターンＢが選択された光電スイッチ１Ｂの場合、図３（ｃ），（ｃ’）は投光パターンＣが選択された光電スイッチ１Ｃの場合のグラフである。また、いずれのグラフにも干渉光は含まれていないものとする。
投光パターンＡ〜Ｃで投光パルス幅が異なるので、これを復調した場合、図３（ａ’）〜図３（ｃ’）のように投光パターンに応じて受光パルス幅が異なる。よって、後述する判定回路２９において、受光パルス幅が自機に設定された投光パターンの投光パルス幅に相当するか否かを判定することにより自発光を区別可能になる。
【００２８】
判定回路２９は、パルス幅判定回路３０とアップダウンカウンタ３１とを備える。また、パターン選択部２１より受光パルス幅の判定条件と投光周期の情報を受け付ける。
パルス幅判定回路３０は、弁別回路２８から出力される受光信号の受光パルス幅が、パターン選択部２１から指示された判定条件に該当するか否かを判定し、該当すれば自発光と判定して「１」を出力する。この判定条件は、自発光のパルス幅と見なし得る上限値と下限値であり、受光パルス幅が下限値以上、かつ、上限値以下であれば自発光と判定し、この上下限値の範囲外であれば干渉光と判定する。図３（ａ’）〜図３（ｃ’）の例では、いずれの受光パルス幅も上下限値の範囲内であるから自発光と判定されることになる。
【００２９】
本実施の形態１では、閾値に対する受光量のレベルの変動により受光パルス幅も変動することになる。閾値より少し大きい受光量レベルであれば受光パルス幅は短くなり、閾値より十分大きい受光量レベルであれば受光パルス幅は広くなる。そのため、受光部２０において受光パルス幅が変動しても投光パターンＡ〜Ｃのいずれに該当するか区別できるように、予め、パターン間で投光パルス幅にある程度の差を持たせておく必要がある。そこで、図２に示したようにパターン間で２０μｓの差をつけ、投光パターンＡでは投光パルス幅を８．５μｓ、投光パターンＢでは２８．５μｓ、投光パターンＣでは４８．５μｓにしておくことにより、受光パルス幅を投光パターン毎に区別できるようになる。
【００３０】
アップダウンカウンタ３１は、パルス幅判定回路３０から「１」が出力されたときにカウントアップし、「１」が所定の期間出力されないときにはカウントダウンする。本実施の形態１では、アップダウンカウンタ３１を、１０段階のアップ／ダウンカウントを行うデジタル積分回路で構成する。
カウントに際し、所定の期間を、「１」が入力された直後は投光周期より少し長い期間（例えば投光周期の１．１倍）とし、それ以降は投光周期と同じ期間とする。「１」が入力された直後に期間を長くとるのは、投光部１０と受光部２０の間のクロック誤差によるミスカウントを排除するためである。
【００３１】
そして、判定回路２９は、アップダウンカウンタ３１のカウンタ値に応じて以下の動作を行う。
１．カウンタ値が０のとき、遮光状態（検出対象物がある状態）と判定する
２．カウンタ値が１０のとき、入光状態（検出対象物がない状態）と判定する
３．カウンタ値が１〜９のとき、前の判定を維持する
【００３２】
光電スイッチ１を３台連装して使用した場合、干渉状態では自発光に干渉光が混じって受光パルス幅が変わることがある。そうすると、パルス幅判定回路３０による自発光か否かの判定にミスが生じることがあるが、判定回路２９がアップダウンカウント方式により入光／遮光状態の判定処理を行っているため、パルス幅判定回路３０による多少の判定ミスの影響を排除することができる。なお、１０段階のアップダウンカウントの場合、平均で５回以下の判定ミスであれば、理論上は入光／遮光状態の誤判定が発生しないことになる。
例えば、アップダウンカウンタ３１のカウンタ値が「１０」で、パルス幅判定回路３０による判定ミスが２回連続して発生した場合（即ち、投光周期２回分の期間「１」の出力がない場合）、その後に判定ミスがなければ入光／遮光状態の誤判定は生じない。このとき、カウンタ値の遷移は「１０（入光状態）」→（判定ミス）→「９（入光状態）」→（判定ミス）→「８（入光状態）」→（正常判定）→「９（入光状態）」→（正常判定）→「１０（入光状態）」となるので、判定回路２９は入光状態の判定を維持することになる。従って、光電スイッチ１が誤動作しない。
【００３３】
このように、例えばカウンタ値が「１０」の場合に、ノイズまたは干渉光によりパルス幅判定回路３０の受光パルス幅判定が正しく行えなくなったとしても、判定ミスが連続しなければ入光状態の判定を維持できる。反対にカウンタ値が「０」の場合に、ノイズまたは干渉光によりパルス幅判定回路３０の受光パルス幅判定が正しく行えなくなったとしても、判定ミスが連続しなければ遮光状態の判定を維持できる。
即ち、干渉により判定ミスが発生してもカウンタ値が「１０」→「０」、または「０」→「１０」とならなければ正常動作とみなせるため、相互干渉によるパルス幅判定回路３０の判定ミスの発生頻度をある程度以下に抑えることで干渉による影響を受けなくできる。
投光周期ＴＡ〜ＴＣは、その周期の比が大きい方が投光タイミングが一致する頻度が下がる。またその比が整数倍だと遅い周期のものは必ず早い周期のものとタイミングが一致してしまうため、整数倍から少しずらした値とする必要がある。そこで、本実施の形態１では、投光周期ＴＡ〜ＴＣ間の差（比）をある程度大きい値である３倍より少し大きい値に設定する。
ただし、投光周期同士の比を大きくすると、投光パターンＡより投光パターンＢの応答速度が遅くなり、さらに投光パターンＢより投光パターンＣの応答速度が遅くなるので、干渉による判定ミス発生頻度と応答速度との兼ね合いに応じて投光周期を設定することが好ましい。
【００３４】
また、投光パターンＡより投光パターンＢ、投光パターンＢより投光パターンＣで応答速度が遅くなる特性があるので、光電スイッチ１を単独で使用する場合には投光パターンＡを選択することが好ましい。同様の理由により、光電スイッチ１を２台連装状態で使用する場合には投光パターンＡ，Ｂを選択することが好ましい。
さらに、上記説明では最大３台の連装を想定したが、これに限定されるものではなく、４つの異なる投光パターンを用意して４台以上の光電スイッチ１を連装状態で使用することも可能である。
【００３５】
ここで、図４を用いて、本実施の形態１に係る光電スイッチ１Ａ，１Ｂの２台を連装状態で使用した場合の動作例を説明する。
図４（ａ）は光電スイッチ１Ａの投光素子１５の発する光信号、図４（ｂ）は光電スイッチ１Ｂの投光素子１４の発する光信号である。それぞれの投光パルスは高周波変調されているが、図示すると見にくくなるため、グラフ上では高周波変調前の波形として示す。図４（ｃ）は、光電スイッチ１Ａ，１Ｂの各受光素子２２が受光する光信号であり、投光パターンＡ，Ｂの投光が相互干渉状態になっているので同一波形となる。図４（ｄ）は、光電スイッチ１Ａのアップダウンカウンタ３１のカウンタ値、図４（ｅ）は光電スイッチ１Ｂのアップダウンカウンタ３１のカウンタ値である。また、これら図４（ａ）〜図４（ｄ）の横軸は時間［ｍｓ］であり、各グラフの時間は同期している。
【００３６】
先ず、光電スイッチ１Ａの動作を説明する。
図４（ｃ）の受光パルスＰ１は、投光パターンＢの投光パルスに投光パターンＡの投光パルスが含まれた干渉状態であるため、投光パターンＡの判定条件の上限値以上のパルス幅となる。従って、光電スイッチ１Ａのパルス幅判定回路３０はこの受光パルスＰ１を干渉光と判定し（判定ミス）、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力しない。ここで、投光パターンＡの投光周期と同じ長さの期間をＴ１とすると、アップダウンカウンタ３１はこの期間Ｔ１より少し長い期間Ｔ２（例えばＴ２＝Ｔ１×１．１）に「１」が入力されなければカウンタ値を「１０」から「９」（図４（ｄ）のＣ１Ａ）にカウントダウンする。判定回路２９は、カウンタ値が「９」のときは前回の判定を維持する動作設定のため、入光状態と判定する。
受光パルスＰ２，Ｐ４も受光パルスＰ１と同様に処理する
【００３７】
これら受光パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ４の次の受光パルスは、投光パターンＡの投光パルス幅に近いので判定条件を満たして自発光と判定され、アップダウンカウンタ３１へ「１」が入力される。よって、カウンタ値が「１０」になって引き続き入光状態と判定される。
【００３８】
次に、光電スイッチ１Ｂの動作を説明する。
図４（ｃ）の受光パルスＰ１，Ｐ２は、投光パターンＢの投光パルスに投光パターンＡの投光パルスが含まれた干渉状態であるが、受光パルス幅は投光パターンＢの投光パルス幅に近いので、光電スイッチ１Ｂのパルス幅判定回路３０はこれら受光パルスＰ１，Ｐ２を自発光と判定し、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力する。ただし、すでにカウンタ値が上限「１０」になっているのでカウンタ値に変化はない。判定回路２９は、カウンタ値が「１０」であるので、入光状態と判定する。
【００３９】
受光パルスＰ３は、投光パターンＡ，Ｂの投光パルスが一部重なった干渉状態であり、より具体的には、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の立ち上がり近傍および立ち下がり近傍においては投光パターンＡとの干渉が生じておらず、これに属しない、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の中央部近傍において投光パターンＡとの干渉が生じている状態である。換言すれば、投光パターンＢは、非干渉→干渉→非干渉、と推移する。このとき、ＢＰＦ回路２５は、受光パルスＰ３のうち、干渉が生じていない部分を通過させるよう作用するものであり、投光パターンＢのうち、投光パターンＡと重なる部分のみがＢＰＦ回路２５にて減衰される。ここで、光電スイッチ１Ａにおいては、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の立ち上がり近傍および立ち下がり近傍の２箇所（非干渉部分）はそれぞれ判定条件の下限値を下回らない（同時に、上限値を上回らない）ため、アップダウンカウンタ３１には２回「１」が入力される。これに対し、光電スイッチ１Ｂにおいては、受光パルス幅が判定条件の下限値以下となるため、光電スイッチ１Ｂのパルス幅判定回路３０は受光パルスＰ３を干渉光と判定し（判定ミス）、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力しない。ここで、投光パターンＢの投光周期と同じ長さの期間をＴ３とすると、アップダウンカウンタ３１はこの期間Ｔ３より少し長い期間Ｔ４（例えばＴ４＝Ｔ３×１．１）に「１」が入力されなければカウンタ値を「１０」から「９」（図４（ｅ）のＣ３Ｂ）にカウントダウンする。このとき、判定回路２９は入光状態の判定を維持する。なお、光電スイッチ１Ｂにおいては投光パターンＢの投光パルス周期毎にしか受光パルス幅の判定を行わないため、投光パターンＢにおける高周波変調された投光期間の立ち上がり近傍および立ち下がり近傍の２箇所（非干渉部分）がそれぞれ判定条件の下限値を下回るものであったとしても、相互の間隔が投光パターンＢの投光パルス周期より十分短いため、２回カウンタ値をカウントダウンするような動作は生じていない。
【００４０】
受光パルスＰ４は、投光パターンＡ，Ｂの投光パルスが連なった干渉状態であるため、受光パルス幅が投光パターンＢの判定条件の上限値以上となる。そのため、光電スイッチ１Ｂのパルス幅判定回路３０は受光パルスＰ４を干渉光と判定し（判定ミス）、アップダウンカウンタ３１へ「１」を入力しない。ただし、上述したように、アップダウンカウンタ３１は「１」が入力された次の回は投光周期より少し長い期間Ｔ４待ってカウントダウン（即ちＣ３Ｂへのカウントダウン）して、クロック誤差によるミスカウントを排除する。この回でクロック誤差によるずれを吸収できるので、それ以降の回は通常動作に戻し、投光周期と同じ期間Ｔ３待ってカウントダウン（即ちＣ３ＢからＣ４Ｂへのカウントダウン）すればよい。
【００４１】
受光パルスＰ４の次の受光パルス、さらに次の受光パルスは、投光パターンＢの投光パルス幅と等しいので自発光と判定され、アップダウンカウンタ３１へ「１」が入力される。よって、カウンタ値が「９」、「１０」とカウントアップされ、引き続き入光状態と判定される。
【００４２】
このように、光電スイッチ１Ａでは受光パルスＰ１，Ｐ２，Ｐ４について自発光／干渉光の判定ミスが生じ、光電スイッチ１Ｂでは受光パルスＰ３，Ｐ４について自発光／干渉光の判定ミスが生じるが、カウンタ値が「０」にならなければ入光状態が維持される。
よって、２台の光電スイッチ１Ａ，１Ｂの間で相互干渉による判定ミスが発生するのは、１０回の判定中２〜３回となり、この程度の回数であればミス判定があっても入光／遮光状態の誤判定は起こらない。
【００４３】
以上より、実施の形態１によれば、光電スイッチ１は、投光周期および投光パルス幅がそれぞれ異なる３つの投光パターンＡ〜Ｃのうち、パターン選択部１１，２１で選択された特定の投光パターンに従って、当該パルス幅の投光を高周波変調する変調回路１３と、高周波変調した当該パルス幅の投光を検出領域に向けて当該投光周期毎に行う投光部１０と、検出領域からの光を受光して変調回路１３で用いた変調周波数を中心周波数にした信号を抽出するＢＰＦ回路２５と、ＢＰＦ回路２５が抽出した信号を整流する検波回路２６と、検波回路２６が整流した信号に重畳した高周波成分を所定レベルまで低減させるＬＰＦ回路２７と、ＬＰＦ回路２７が抽出した受光信号を所定の閾値で分別して受光パルスを出力する弁別回路２８と、弁別回路２８が出力する受光パルスのパルス幅が特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定し、略同じであれば受光部２０で受光した光が投光部１０の投光した自発光であると判断するパルス幅判定回路３０とを備えるように構成した。このため、光電スイッチ１を最大３台連装して使用する場合に、相互干渉があっても自発光を区別できるので、正常に入光状態か遮光状態かを判定することが可能となる。
【００４４】
なお、実施の形態１では変調回路１３により投光パルスを４００ｋＨｚで高周波変調したが、これに限定されるものではなく、従来の光電スイッチのように高周波変調を行わなくてもよい。例えば投光パターンＡなら、投光周期９０μｓ毎に８．５μｓの投光を行う。
高周波変調を行わない場合、従来の光電スイッチの多くは、ＢＰＦ回路２５を投光周期の周波数を通過させるような周波数特性にしている。従って、投光パターンＡ〜Ｃに応じて投光パルス幅を変えると、ＢＰＦ回路２５の出力信号の振幅が投光パターンＡ〜Ｃに応じて大きく変化することになる。
そのため、ＢＰＦ回路２５の出力信号の振幅が投光パターンＡ〜Ｃに応じて大きく変化しないように、ＢＰＦの通過域を広くするような周波数特性にすることが好ましい。ただし、受光信号に混じったノイズも通過しやすくなるため、Ｓ／Ｎ比は悪化する。
【００４５】
これに対し、上記説明のように高周波変調を行った場合は、ＢＰＦ回路２５を高周波変調の周波数を通過させるような周波数特性にするので、投光パルス幅を投光パターンＡ〜Ｃに応じて８．５、２８．５、４８．５μｓに変えてもＢＰＦ回路２５の出力信号が略等しい振幅になる。従って、ＬＰＦ回路２７を、高周波変調により重畳した高周波成分を所定レベルまで低減させる周波数特性にすることで、投光パルス幅の投光パターンによる違いをＬＰＦ処理した受光信号のパルス幅の違いとして検出することができるようになる。
【００４６】
また、実施の形態１では、判定回路２９が、パルス幅判定回路３０で自発光と判定した場合にカウンタ値をカウントアップし、当該判定のされた時点から特定の投光パターンの投光周期が略経過する間に次の判定がなければカウンタ値をカウントダウンするアップダウンカウンタ３１を有して、アップダウンカウンタ３１のカウンタ値に基づいて検出領域における検出対象物の有無を判定するように構成した。このため、パルス幅判定回路３０で相互干渉光か自発光かの判定ミスがあっても、その判定ミス頻度が低い場合には入光状態か遮光状態かの誤判定を防ぐことができる。そこで実施の形態１では、アップダウンカウンタ３１のこの特性を利用して、自発光か否かの判定ミスの頻度が低くなるような投光周期ＴＡ〜ＴＣを選択して投光パターンＡ〜Ｃとして用いることにより、入光／遮光状態の誤判定をさらに低減可能となる。
【００４７】
また、実施の形態１では、パターン選択部１１，２１を設けて投光パターンＡ〜Ｃを光電スイッチ１毎に選択できるように構成したので、ユーザが自由に光電スイッチを連装して使用することができるようになり、汎用性および拡張性を向上できる。
ただし、ユーザが投光パターンを選択して光電スイッチ１に設定するのではなく、ユーザが投光周期と投光パルス幅を入力することにより光電スイッチ１に投光パターンを設定する構成にしてもよいし、または、特定の投光パターンが光電スイッチ１に予め設定されていてもよい。予め設定されている場合にはパターン選択部１１，２１は不要である。
【００４８】
なお、図１の構成例では受光部２０のＩＶ変換回路２３〜弁別回路２８まで、投光パターンＡ〜Ｃによらず同一の回路構成としたが、これに限定されるものではなく、例えば投光パターンＡ〜Ｃに応じてＬＰＦ回路２７の周波数特性を切り替える構成にしてもよい。具体的には、パターン選択部２１が選択された投光パターンＡ〜Ｃに対応する投光パルス幅の情報をＬＰＦ回路２７へ出力し、ＬＰＦ回路２７が投光パルス幅の周波数成分を通過させつつ高周波変調により重畳した高周波成分を除去するフィルタ処理を行って光電スイッチ１の性能向上を図る。
【００４９】
また、上記説明では、実施の形態１の構成を透過形の光電スイッチに適用した場合を例に説明したが、これに限定されるものではなく、反射形など他のタイプの光電スイッチに適用することも可能である。
これ以外にも、具体的な構成は、上述した実施の形態１の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５０】
１ 光電スイッチ
１０ 投光部
１１，２１ パターン選択部
１２ 発振回路
１３ 変調回路
１４ 駆動回路
２０ 受光部
２２ 受光素子
２３ ＩＶ変換回路
２４ 増幅回路
２５ ＢＰＦ回路
２６ 検波回路
２７ ＬＰＦ回路
２８ 弁別回路
２９ 判定回路
３０ パルス幅判定回路
３１ アップダウンカウンタ
１００Ａ〜１００Ｃ 投光器
２００Ａ〜２００Ｃ 受光器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光周期および投光パルス幅がそれぞれ異なる複数の投光パターンのうちの特定の投光パターンに従って、検出領域に向けて当該パルス幅の投光を当該投光周期毎に行う投光部と、
前記検出領域からの光を受光して受光パルスを生成する受光部と、
前記受光部が生成した受光パルスのパルス幅が、前記特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定し、略同じであれば前記受光部で受光した光が前記投光部の投光した自発光であると判断するパルス幅判定部とを備える光電スイッチ。
【請求項２】
投光部は、特定の投光パターンに従ったパルス幅の投光の周波数を変調する変調部を有し、
受光部は、受光した信号について、前記変調部で用いた変調周波数を中心周波数にした信号を抽出するバンドパスフィルタ部と、
前記バンドパスフィルタ部が抽出した信号を整流する検波部と、
前記検波部が整流した信号について、前記変調により当該信号に重畳した周波数成分を所定レベルまで低減した周波数特性にするローパスフィルタ部と、
前記ローパスフィルタ部が抽出した信号を所定の閾値で弁別して受光パルスを出力する弁別部とを有することを特徴とする請求項１記載の光電スイッチ。
【請求項３】
パルス幅判定部で自発光と判定された場合に計数値に所定数を加算し、当該判定のされた時点から特定の投光パターンの投光周期が経過する間に次の判定がなければ前記計数値から所定値を減算して、前記計数値に基づいて検出領域における検出対象物の有無を判定する判定部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電スイッチ。
【請求項４】
外部から指示を受け付け、複数の投光パターンのうちから特定の投光パターンを選択するパターン選択部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光電スイッチ。
【請求項５】
変調部は、ハイレベル期間が略１．０μｓ、ローレベル期間が略１．５μｓの変調周期で投光を変調することを特徴とする請求項２記載の光電スイッチ。
【請求項１】
投光周期および投光パルス幅がそれぞれ異なる複数の投光パターンのうちの特定の投光パターンに従って、検出領域に向けて当該パルス幅の投光を当該投光周期毎に行う投光部と、
前記検出領域からの光を受光して受光パルスを生成する受光部と、
前記受光部が生成した受光パルスのパルス幅が、前記特定の投光パターンの投光パルス幅と略同じか否かを判定し、略同じであれば前記受光部で受光した光が前記投光部の投光した自発光であると判断するパルス幅判定部とを備える光電スイッチ。
【請求項２】
投光部は、特定の投光パターンに従ったパルス幅の投光の周波数を変調する変調部を有し、
受光部は、受光した信号について、前記変調部で用いた変調周波数を中心周波数にした信号を抽出するバンドパスフィルタ部と、
前記バンドパスフィルタ部が抽出した信号を整流する検波部と、
前記検波部が整流した信号について、前記変調により当該信号に重畳した周波数成分を所定レベルまで低減した周波数特性にするローパスフィルタ部と、
前記ローパスフィルタ部が抽出した信号を所定の閾値で弁別して受光パルスを出力する弁別部とを有することを特徴とする請求項１記載の光電スイッチ。
【請求項３】
パルス幅判定部で自発光と判定された場合に計数値に所定数を加算し、当該判定のされた時点から特定の投光パターンの投光周期が経過する間に次の判定がなければ前記計数値から所定値を減算して、前記計数値に基づいて検出領域における検出対象物の有無を判定する判定部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電スイッチ。
【請求項４】
外部から指示を受け付け、複数の投光パターンのうちから特定の投光パターンを選択するパターン選択部を備えることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光電スイッチ。
【請求項５】
変調部は、ハイレベル期間が略１．０μｓ、ローレベル期間が略１．５μｓの変調周期で投光を変調することを特徴とする請求項２記載の光電スイッチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−９０３０２（Ｐ２０１３−９０３０２Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３２２７２（Ｐ２０１１−２３２２７２）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００６６６６）アズビル株式会社 (1,808)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]