移動体検知センサ
【課題】 空間における特定方向への物体の移動を検知できるとともに、空間における物体の有無の判定に利用可能な信号を出力できる、小型且つ低コストの移動体検知センサを提供する。
【解決手段】 ｎ個（ｎは２以上の整数）の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３、及び、各受光器ＰＤ１〜ＰＤ３の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する信号出力回路１４を半導体チップ上に実装する。各受光器の受光面は物体が移動する空間に面して一列に配置する。物体が受光面の近傍を順方向に通過すると、１番目からｎ番目まで受光面が順に遮光され、ｍ番目（２≦ｍ≦ｎ）の受光面が遮光された時点で出力端ＯＵＴにパルス信号が出力され始める。その後、物体の通過に従って各受光面に光が再び入射し始め、ｐ番目（２≦ｐ≦ｎ）の受光面に光が入射するようになった時点でパルス信号の出力が停止される。一方、物体が逆方向に通過してもパルス信号は出力されない。
【解決手段】 ｎ個（ｎは２以上の整数）の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３、及び、各受光器ＰＤ１〜ＰＤ３の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する信号出力回路１４を半導体チップ上に実装する。各受光器の受光面は物体が移動する空間に面して一列に配置する。物体が受光面の近傍を順方向に通過すると、１番目からｎ番目まで受光面が順に遮光され、ｍ番目（２≦ｍ≦ｎ）の受光面が遮光された時点で出力端ＯＵＴにパルス信号が出力され始める。その後、物体の通過に従って各受光面に光が再び入射し始め、ｐ番目（２≦ｐ≦ｎ）の受光面に光が入射するようになった時点でパルス信号の出力が停止される。一方、物体が逆方向に通過してもパルス信号は出力されない。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の空間における物体の有無を判定したりその移動方向を検知したりするための移動体検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定方向への物体の移動を検出可能なセンサの一例として、特許文献１に記載の定方向通過検出センサがある。このセンサは、受光素子を備え、物体が通過したときにできる光量の変化を検出する２個の光量検出回路と、各光量検出回路にそれぞれ接続され、光量の変化を検出すると異なるパルス幅の信号を出力するパルス出力回路と、各パルス出力回路からの信号を比較判定して、一方向への物体の移動を検出したときにのみ信号を供給する方向弁別回路と、該方向弁別回路の信号により、各回路へ電源を供給する電源供給線の電圧を高レベルと低レベルに切り換えて検出信号とする検出出力回路とから構成されている。
【０００３】
また、別の例として、特許文献２に記載の動き検出装置がある。この装置は、位置Ａの近傍の２箇所に於ける像の強度の違いに基づく２値信号１と、位置Ｂの近傍の２箇所に於ける像の強度の違いに基づく２値信号２とを用い、信号１と信号２の関係に基づいて、像の動きの方向と動きの速さの少なくとも１つを求めることを特徴としている。そして、このような構成によれば、２値信号の関係に基づいて動きの方向や速度を検出するので、半導体上に集積するのが容易であるとされている。
【０００４】
また、所定の空間における物体の有無を判定するためのセンサとして、前記空間に面して配置された受光面を有するフォトトランジスタ等の受光器を備え、前記受光面に入射する光の強度が閾値以上であるか閾値未満であるかに応じて２値信号を出力するフォトインタラプタを利用するものがある。このようなセンサにおいて、物体が前記空間を通過すると、フォトインタラプタが、物体の進入により受光強度が閾値を下回った時点（遮光開始時点）から、物体の退出により受光強度が閾値まで回復した時点（入光開始時点）までの時間に相当する幅のパルスを出力する。この出力信号のパルス幅は、物体の移動速度だけでなく、物体の大きさによっても変化する。
【０００５】
特許文献１に記載のセンサでは、同文献の第２図に示されているように、フォトトランジスタ、抵抗、コンデンサ、コンパレータ等の素子を用いて各回路が構成されている。このような構成では、最先端の電子機器でも利用可能な小型センサを作成することが困難な場合がある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の装置では、空間における物体の有無を判定することができない。理由は次の通りである。特許文献２の実施例１（特に［００２７］）の記載から分かるように、同文献に記載の装置は、位置Ａにおける遮光開始時点（又は入光開始時点）から位置Ｂにおける遮光開始時点（又は入光開始時点）までの時間に相当する幅のパルスを出力する。このパルスの幅は、物体の移動速度にのみ影響される。したがって、どんな大きさの物体が通過しても、速度が同じであれば同じ幅のパルスが出力される。一方、空間における物体の有無を判定するには、先に説明したフォトインタラプタの出力信号のように、遮光開始時点及び入光開始時点の両方を特定可能な信号が必要である。ところが、特許文献２に記載の装置はこのような信号を出力するように構成されていない。したがって、同装置は、空間における物体の有無の判定には利用することができない。
【０００７】
なお、空間における物体の有無は、特許文献１に記載のセンサを使っても判定することはできない。これは、同センサが実際には10ms程度のパルスしか出力することができないという事情による。この程度の幅のパルスでは、通過する物体のカウント程度の処理なら実行可能であるが、その物体が空間にまだ存在しているか、それとも完全に通過してしまっているかを判定することはできない。
【０００８】
【特許文献１】特開平3-84464号公報（第2図）
【特許文献２】特許第3546296号公報（第3頁17〜20行目、第4頁2〜13行目）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、所定の空間における特定方向への物体の移動を検知することができるとともに、従来のフォトインタラプタと同様に、前記空間における物体の有無の判定に利用可能な信号を出力することができ、しかも小型且つ低コストの移動体検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された第１発明に係る移動体検知センサは、所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには前記パルス信号を出力しないように構成されていること、
を特徴としている。
【００１１】
また上記課題を解決するために成された第２発明に係る移動体検知センサは、所定の空間における物体の所定方向及びその逆方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する、第１及び第２の出力端を有する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記ｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端へのパルス信号の出力を終了するように構成されていること、
を特徴としている。
【００１２】
さらにまた上記課題を解決するために成された第３発明に係る移動体検知センサは、所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じて出力端にパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには、外部よりリセット信号が与えられる又はそれに相当するリセットが実行されるまで前記出力端の信号レベルを固定するように構成されていること、
を特徴としている。
【００１３】
第１乃至第３発明に係る移動体検知センサはいずれも、受光面における受光強度が所定の閾値以上のときは第１のレベルの信号を出力し、該閾値未満のときは第２のレベルの信号を出力する受光器をｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）備えている。これらの受光器は、物体の通過方向に沿って配列されており、その受光面は物体が通過する空間（以下、検知空間と呼ぶ）に面している。
【００１４】
この移動体検知センサにおいて、物体が検知空間を通過すると、各受光器の受光面への入射光がその物体により次々に遮られる。入射光が遮られると、受光器の受光強度が閾値未満となり、その出力信号が第１のレベルから第２のレベルに変化する。このような出力信号の変化が、物体の通過に従って、１番目の受光器からｎ番目の受光器まで順に発生する。そして、その中でｍ番目の受光器の出力信号の変化が生じると、信号出力回路がパルス信号の出力を開始する。ｍはｎと等しくてもよいが、２以上であればｎより小さくてもよい。
【００１５】
また、前記のような出力信号の変化が生じた後、物体が受光器の受光面の近傍を完全に通過すると、受光器の受光強度が閾値以上となり、その出力信号が第２のレベルから第１のレベルに復帰する。このような出力信号の復帰が、物体の通過に従って、１番目の受光器からｎ番目の受光器まで順に発生する。その中でｐ番目の受光器の出力信号の復帰が生じると、信号出力回路がパルス信号の出力を終了する。ｐはｍ又はｎと等しくてもよいが、２以上であればｎより小さくてもよい。こうした動作は第１乃至第３発明に係る移動体検知センサに共通の動作である。一方、物体が検知空間を逆方向に通過したときの動作は第１乃至第３発明に係る移動体検知センサでそれぞれ相違する。
【００１６】
第１発明に係る移動体検知センサでは、物体が検知空間を逆方向に通過したとき、受光器の出力信号の変化は逆順（すなわち、ｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かう順）に生じる。この場合、信号出力回路はパルス信号を出力しない。
【００１７】
第２発明に係る移動体検知センサでは、信号出力回路は、上述の如く物体が検知空間を所定方向に通過した際にパルス信号を発生させるのと同様の回路を、物体が検知空間を逆方向に通過する（つまり受光器の出力信号の変化が逆順に生じる）際にもパルス信号を発生させるために有している。物体が検知空間を所定方向に通過する際に発生されたパルス信号は第１の出力端から出力されるが、物体が検知空間を逆方向に通過する際に発生されたパルス信号は第１の出力端とは別の第２の出力端から出力される。
【００１８】
また第３発明に係る移動体検知センサでは、信号出力回路は、物体が検知空間を逆方向に通過したとき、受光器の出力信号の変化が逆順に生じたことを検知すると出力端の信号レベルを論理０又は１に固定する。そして、外部よりリセット信号が与えられるか、或いは例えば電源が再投入される等、リセット信号の供給に相当するリセットが実行されるまでその状態を保持する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、第１発明に係る移動体検知センサは、物体が所定の空間を特定の方向に通過した場合にのみパルス信号を出力し、逆の方向に通過した場合には信号を出力しない。また第２発明に係る移動体検知センサは、物体が所定の空間を特定の方向に通過した場合にパルス信号を第１の出力端に出力し、逆の方向に通過した場合にはパルス信号を別の第２の出力端に出力する。さらにまた第３発明に係る移動体検知センサは、物体が所定の空間を特定の方向に通過した場合にパルス信号を出力端に出力し、逆の方向に通過した場合にはその出力端の信号レベルを固定してしまいリセットされるまで解除しない。したがって、このようなセンサは、特定方向への物体の移動を選択的に検知したい場合に好適に利用できる。
【００２０】
また、上記第１乃至第３発明に係る移動体検知センサでは、前記信号出力回路が出力するパルスの幅は、１番目からｍ番目までの全ての受光器に対して入射光の遮断が発生した時点（遮光開始時点）より、１番目からｐ番目全ての受光器に対して光が再び入射するようになった時点（入光開始時点）までの時間に対応する。即ち、物体が到来したときの遮光開始時点及び物体が通過したときの入光開始時点の両方が特定されているから、上記パルス信号に基づいて、検知空間における物体の有無を判定することが可能である。
【００２１】
また、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサは、ｍ個又はｐ個の受光器の出力信号が所定の順序で変化／復帰しなければ前記パルス信号を出力しない。したがって、例えば、全ての受光器への入射光が同時に遮られたり、あるいは全ての受光器への光の入射が同時に再開されたりしても、パルス信号は出力されない。これは、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサが外乱光に対する高い耐性を有することを意味するとともに、物体の特定方向への移動の態様が異常であることを検知できることを意味する。
【００２２】
また、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサは、受光器及び信号出力回路を半導体チップ上に実装する構成を採用しているため、センサの小型化及び低コスト化が可能である。また、特定方向の物体の移動の検知及び所定空間における物体の有無の判定に必要な信号がチップ１個だけで得られるようになる。
【００２３】
また、第２発明に係る移動体検知センサによれば、物体が特定方向と逆方向に移動したことも検知できるので、例えば、本来特定方向へのみ移動する筈の物体がそれに反した動きをしていることを検知することができる。また、往復運動するような物体の移動をそれぞれ検知できるので、第１発明に係る移動体検知センサよりもさらに幅広い用途に利用できる。
【００２４】
また、第３発明に係る移動体検知センサによれば、物体が特定方向と逆方向に移動したときにそれ以降のセンサとしての動作が禁止されるので、例えば、本来特定方向へのみ移動する筈の物体がそれに反した動きをしたとき、次に物体が特定方向へと移動してもこれに応答しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔実施例１〕
まず第１発明に係る移動体検知センサの一実施例（実施例１）について、図面を参照して説明する。図１は実施例１による移動体検知センサを示す外観図である。この実施例１の移動体検知センサ１（以下、単にセンサ１と呼ぶ）は、３個の受光面１０Ａ〜１０Ｃが一列に配列された受光領域１０を有する半導体チップ１２を備えている。半導体チップ１２上には、受光領域１０の近傍を受光面１０Ａから受光面１０Ｃに向かう方向（以下、これを順方向と言い、それと反対方向を逆方向と言う）に物体が通過したときにパルス信号を出力する信号出力回路１４が実装されている。
【００２６】
図２は、信号出力回路１４の構成例を示す論理回路図である。この例では、３個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３、３個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３、３個の比較器ＣＭＰ１〜ＣＭＰ３、２個のイクスクルーシブＯＲ（ＸＯＲ）ゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、１個のＮＯＲゲートＮＯＲ及び３個のＴ型フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ３が図２に示すように結線されている。そして、３個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３の受光面が図１の受光面１０Ａ〜１０Ｃとなっており、フリップフロップＦＦ３の正転（Ｑ）出力がこの信号出力回路１４の出力端（ＯＵＴ）となっている。
【００２７】
図３は、物体が受光面の前方近傍を順方向に通過したときに信号出力回路１４の内部で発生する各種信号及びセンサ１の出力信号を示すタイムチャート、図４は、物体が受光面の前方近傍を順方向に通過したときの受光面に対する物体の位置とセンサ１の出力との関係を示すタイムチャート、図５は、物体が受光面の前方近傍を逆方向に通過したときの受光面に対する物体の位置とセンサ１の出力との関係を示すタイムチャートである。
【００２８】
図４に示すように、物体が受光領域１０の前方近傍を順方向に通過すると、受光面１０Ａから受光面１０Ｃまで順に入射光が遮られる。そして、受光領域１０の中の半分以上の範囲で入射光が遮断されると（図４の時点t1）、パルス信号の出力が開始される（つまり出力端ＯＵＴの信号レベルは「０」から「１」に変化する）。その後、物体の移動に従い、再び受光面１０Ａから順に光が入射するようになる。そして、受光領域１０の中の半分以上の範囲で再び光が入射するようになると（図４の時点t2）、パルス信号の出力が停止される（つまり出力端ＯＵＴの信号レベルは「１」から「０」に変化する）。
【００２９】
逆に、図５に示すように、物体が各受光面の前方近傍を逆方向（即ち、受光面１０Ｃから受光面１０Ａに向かう方向）に通過したときには、パルス信号は出力されず、出力端ＯＵＴの信号レベルは「０」に維持される。また、受光面１０Ａ〜１０Ｃに同時に光が入射したり、あるいは同時に遮光されたりした場合にも、パルス信号は出力されない。
【００３０】
図３を参照して図２の信号出力回路１４の動作を説明すると、物体の移動に伴い３個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３の出力信号は順番に「１」になるから、同じ順番で「０」になる。したがって、２個のＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２の出力は物体の通過開始時と通過終了時との両方に出現する。フリップフロップＦＦ１、ＦＦ２及びＮＯＲゲートにより、ＸＯＲ１、ＸＯＲ２の出力が連続で且つ順番に発生したことを検知し、そしてその検知信号であるフリップフリップＦＦ２の正転（Ｑ）出力をフリップフロップＦＦ３を通すことにより、順方向に物体が通過した際に「１」となるような出力信号を得る。一方、物体が逆方向に通過した場合には、ＸＯＲ１、ＸＯＲ２の出力変化の順番が上記順方向時とは異なるため、フリップフリップＦＦ２の正転（Ｑ）出力が「１」とはならず、出力端よりパルス信号は出力されない。
【００３１】
このタイミングを詳しく見ると、パルス信号の出力は２番目の受光器ＰＤ２が遮光された時点で開始され、その後、再び受光器ＰＤ２に光が入射するようになった時点で停止される。このことから、この実施例１の構成は、第１発明において受光器の個数ｎを３とし、ｍ及びｐを２としたものである。もちろん、ｎは最低２にすることが可能である。また、回路構成を変更することにより、ｍ＝ｐ＝ｎとすることも容易に行える。その場合には、物体により受光領域のほぼ全面が遮光されたときに出力端よりパルス信号の出力が開始され、物体が通過して受光領域のほぼ全面に光が当たるようになったときにパルス信号が終了する。
【００３２】
以上のように、センサ１のパルス信号は順方向に物体が通過した場合にのみ出力されるため、同信号に基づいて物体の移動方向を検知することができる。また、出力されるパルス信号は、入射光が遮断された時点（遮光開始時点）より再び光が入射するようになった時点（入光開始時点）までの時間幅を以て出力される。したがって、この信号に基づいて、受光領域１０の近傍における物体の有無を判定することができる。
【００３３】
〔実施例２〕
次に第２発明に係る移動体検知センサの一実施例（実施例２）について、図面を参照して説明する。この実施例２の移動体検知センサの外観は図示しないが、基本的には図１に示した実施例１と同様であり、受光領域１０内に配列された受光面が４個、つまり受光面１０Ａ〜１０Ｄである点のみが異なる。
【００３４】
図６は実施例２のセンサにおける信号出力回路２４の構成例を示す論理回路図であり、図７は物体が受光面の前方近傍を順方向及び逆方向に通過したときに信号出力回路２４の内部で発生する各種信号及びセンサ１の出力信号を示すタイムチャートである。
【００３５】
この信号出力回路２４は、４個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ４、４個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４、４個の比較器ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４、２個のＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、１個のＮＯＲゲートＮＯＲ及び６個のＴ型フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ６が図６に示したように結線されており、フリップフロップＦＦ３の正転（Ｑ）出力が第１出力端ＯＵＴＡ、フリップフロップＦＦ６の正転（Ｑ）出力が第２出力端ＯＵＴＢとなっている。このうち、フリップフロップＦＦ４〜ＦＦ６を除く論理回路は、受光器、増幅器、比較器がそれぞれ３個から４個に増加しているという相違はあるものの、基本的な動作は実施例１と同様であり、物体が順方向に通過する際に第１出力端ＯＵＴＡにパルス信号が出力され、物体が逆方向に通過する際にはパルス信号は出されず「０」を維持する。
【００３６】
この実施例２の構成は、ＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、ＮＯＲゲートＮＯＲ、フリップフロップＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３から構成される順方向移動検知回路のほかに、フリップフロップＦＦ４、ＦＦ５、ＦＦ６から構成される逆方向移動検知回路を備える点が特徴である。図６で明らかなように、逆方向移動検知回路は順方向移動検知回路における３個のフリップフロップＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３による回路構成と同じであり、フリップフロップＦＦ４、ＦＦ５の入力パルス（Ｃ）がフリップフロップＦＦ１、ＦＦ２とは入れ替えられている点のみが異なる。それにより、この逆方向移動検知回路は順方向移動検知回路とは逆の動作、即ち、物体が逆方向に通過する際に第２出力端ＯＵＴＢにパルス信号を出力し、物体が順方向に通過する際にはパルス信号を出さずに「０」を維持する。
【００３７】
上記実施例１による移動体検知センサでは、物体が順方向に通過したことを検知することは可能であるものの、物体が逆方向に通過したこと自体は検知できないが、この実施例２による移動体検知センサによれば、物体が順方向に通過したことと物体が逆方向に通過したこととを、それぞれ独立に検知することができる。それにより、例えば物体が逆方向に通過することが異常事態であるような場合に、その異常を検知して適切な対処を行うことができる。
【００３８】
〔実施例３〕
次に第３発明に係る移動体検知センサの一実施例（実施例３）について、図面を参照して説明する。図８は実施例３のセンサにおける信号出力回路３４の構成例を示す論理回路図であり、図９及び図１０は物体が受光面の前方近傍を順方向及び逆方向に通過したときに信号出力回路３４の内部で発生する各種信号及びセンサ１の出力信号を示すタイムチャートである。なお、図１０のタイムチャートは図９のタイムチャートに時間的に連続するものと考えることができる。
【００３９】
この信号出力回路３４は、４個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ４、４個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４、４個の比較器ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４、２個のＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、１個のＮＯＲゲートＮＯＲ、２個のＡＮＤゲートＡＮＤ１、ＡＮＤ２、１個のＯＲゲートＯＲ、１個のＮＡＮＤゲートＮＡＮＤ、及び５個のＴ型フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５が図８に示したように結線されており、ＮＡＮＤゲートＮＡＮＤの出力が出力端ＯＵＴとなっている。また、外部からリセット信号を供給するリセット端子ＲＳＴが設けられている。
【００４０】
この実施例３において、ＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、ＮＯＲゲートＮＯＲ、フリップフロップＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３から構成される順方向移動検知回路の動作は実施例２における順方向移動検知回路と全く同一である。この実施例３の構成では、上記順方向移動検知回路に加えて、ＡＮＤゲートＡＮＤ１、ＡＮＤ２、ＯＲゲートＯＲ、ＮＡＮＤゲートＮＡＮＤ、フリップフロップＦＦ４、ＦＦ５から成る異常（逆方向移動）検知回路が設けられている。図９に示すように、物体が順方向に移動する際に、異常検知回路においてフリップフロップＦＦ５の正転（Ｑ）出力は「０」に維持される。したがって、出力端ＯＵＴにはフリップフロップＦＦ３の反転（Ｑバー）出力の反転が出力され、それによってパルス信号が現れる。
【００４１】
それと反対に物体が逆方向に移動する際には、異常検知回路においてフリップフロップＦＦ５の正転（Ｑ）出力は「１」に変化し、物体が通過し終えても「１」が維持される。そのため、ＮＡＮＤゲートＮＡＮＤにより出力端ＯＵＴの信号レベルは「１」に固定され、図１０に示すように、それ以降、物体が順方向に通過しても出力端ＯＵＴの信号レベルは「１」に固定されたままで先に説明したようなパルス信号は出力されない。したがって、出力端ＯＵＴの信号レベルを監視することにより、一度でも物体が逆方向に通過したことがあるか否かを判断することができる。この状態を解除するには、リセット端子ＲＳＴにパルス信号を供給する。それにより、フリップフロップＦＦ３、ＦＦ５がリセットされるため、図１０に示すように、物体が順方向に通過したときにパルス信号を出力することができるように復帰する。
【００４２】
このように実施例３による移動体検知センサによれば、物体が逆方向に通過したことを一旦検知すると、それ以降、リセットが為されるまで出力を固定し、物体が順方向に通過したことに対して応答しないようにすることができる。
【００４３】
以上、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサの一実施例について説明したが、上記実施例はあくまで一例に過ぎず、他にも本発明の精神及び範囲内で様々な実施例が考えられる。例えば、上記実施例では３個又は４個の受光器を使用したが、信号出力回路の構成を適宜変更することにより、５個以上の受光器を用いて上記のようなパルス信号を出力するセンサや、２個の受光器のみで上記のようなパルス信号を出力するセンサを構成することも可能である。即ち、第１乃至第３発明におけるｎは２以上の整数でありさえすればよく、ｍ、ｐは２以上でｎ以下の整数でありさえすればよい。また、信号出力回路の構成も一例であって、同様の機能を達成するために適宜論理回路を変形できることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１発明に係る移動体検知センサの一実施例を示す外観図。
【図２】図１に示した移動体検知センサの信号出力回路の構成例を示す論理回路図。
【図３】図２に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【図４】物体が受光面の近傍を順方向に通過したときの物体の位置とセンサの出力との関係を示すタイムチャート。
【図５】物体が受光面の近傍を逆方向に通過したときの物体の位置とセンサの出力との関係を示すタイムチャート。
【図６】第２発明の一実施例による移動体検知センサの信号出力回路の構成例を示す論理回路図。
【図７】図６に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【図８】第３発明の一実施例による移動体検知センサの信号出力回路の構成例を示す論理回路図。
【図９】図８に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【図１０】図８に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４５】
１…移動体検知センサ
１０…受光領域
１０Ａ〜１０Ｃ…受光面
１２…半導体チップ
１４、２４、３４…信号出力回路
ＰＤ１〜ＰＤ４…受光器
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４…増幅器
ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４…比較器
ＦＦ１〜ＦＦ６…Ｔ型フリップフロップ
ＸＯＲ１、ＸＯＲ２…イクスクルーシブＯＲゲート
ＡＮＤ１、ＡＮＤ２…ＡＮＤゲート
ＮＡＮＤ…ＮＡＮＤゲート
ＮＯＲ…ＮＯＲゲート
ＯＲ…ＯＲゲート
ＯＵＴ、ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ…出力端
ＲＳＴ…リセット端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の空間における物体の有無を判定したりその移動方向を検知したりするための移動体検知センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
特定方向への物体の移動を検出可能なセンサの一例として、特許文献１に記載の定方向通過検出センサがある。このセンサは、受光素子を備え、物体が通過したときにできる光量の変化を検出する２個の光量検出回路と、各光量検出回路にそれぞれ接続され、光量の変化を検出すると異なるパルス幅の信号を出力するパルス出力回路と、各パルス出力回路からの信号を比較判定して、一方向への物体の移動を検出したときにのみ信号を供給する方向弁別回路と、該方向弁別回路の信号により、各回路へ電源を供給する電源供給線の電圧を高レベルと低レベルに切り換えて検出信号とする検出出力回路とから構成されている。
【０００３】
また、別の例として、特許文献２に記載の動き検出装置がある。この装置は、位置Ａの近傍の２箇所に於ける像の強度の違いに基づく２値信号１と、位置Ｂの近傍の２箇所に於ける像の強度の違いに基づく２値信号２とを用い、信号１と信号２の関係に基づいて、像の動きの方向と動きの速さの少なくとも１つを求めることを特徴としている。そして、このような構成によれば、２値信号の関係に基づいて動きの方向や速度を検出するので、半導体上に集積するのが容易であるとされている。
【０００４】
また、所定の空間における物体の有無を判定するためのセンサとして、前記空間に面して配置された受光面を有するフォトトランジスタ等の受光器を備え、前記受光面に入射する光の強度が閾値以上であるか閾値未満であるかに応じて２値信号を出力するフォトインタラプタを利用するものがある。このようなセンサにおいて、物体が前記空間を通過すると、フォトインタラプタが、物体の進入により受光強度が閾値を下回った時点（遮光開始時点）から、物体の退出により受光強度が閾値まで回復した時点（入光開始時点）までの時間に相当する幅のパルスを出力する。この出力信号のパルス幅は、物体の移動速度だけでなく、物体の大きさによっても変化する。
【０００５】
特許文献１に記載のセンサでは、同文献の第２図に示されているように、フォトトランジスタ、抵抗、コンデンサ、コンパレータ等の素子を用いて各回路が構成されている。このような構成では、最先端の電子機器でも利用可能な小型センサを作成することが困難な場合がある。
【０００６】
一方、特許文献２に記載の装置では、空間における物体の有無を判定することができない。理由は次の通りである。特許文献２の実施例１（特に［００２７］）の記載から分かるように、同文献に記載の装置は、位置Ａにおける遮光開始時点（又は入光開始時点）から位置Ｂにおける遮光開始時点（又は入光開始時点）までの時間に相当する幅のパルスを出力する。このパルスの幅は、物体の移動速度にのみ影響される。したがって、どんな大きさの物体が通過しても、速度が同じであれば同じ幅のパルスが出力される。一方、空間における物体の有無を判定するには、先に説明したフォトインタラプタの出力信号のように、遮光開始時点及び入光開始時点の両方を特定可能な信号が必要である。ところが、特許文献２に記載の装置はこのような信号を出力するように構成されていない。したがって、同装置は、空間における物体の有無の判定には利用することができない。
【０００７】
なお、空間における物体の有無は、特許文献１に記載のセンサを使っても判定することはできない。これは、同センサが実際には10ms程度のパルスしか出力することができないという事情による。この程度の幅のパルスでは、通過する物体のカウント程度の処理なら実行可能であるが、その物体が空間にまだ存在しているか、それとも完全に通過してしまっているかを判定することはできない。
【０００８】
【特許文献１】特開平3-84464号公報（第2図）
【特許文献２】特許第3546296号公報（第3頁17〜20行目、第4頁2〜13行目）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような課題を解決するために成されたものであり、その目的とするところは、所定の空間における特定方向への物体の移動を検知することができるとともに、従来のフォトインタラプタと同様に、前記空間における物体の有無の判定に利用可能な信号を出力することができ、しかも小型且つ低コストの移動体検知センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために成された第１発明に係る移動体検知センサは、所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには前記パルス信号を出力しないように構成されていること、
を特徴としている。
【００１１】
また上記課題を解決するために成された第２発明に係る移動体検知センサは、所定の空間における物体の所定方向及びその逆方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する、第１及び第２の出力端を有する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記ｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端へのパルス信号の出力を終了するように構成されていること、
を特徴としている。
【００１２】
さらにまた上記課題を解決するために成された第３発明に係る移動体検知センサは、所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じて出力端にパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには、外部よりリセット信号が与えられる又はそれに相当するリセットが実行されるまで前記出力端の信号レベルを固定するように構成されていること、
を特徴としている。
【００１３】
第１乃至第３発明に係る移動体検知センサはいずれも、受光面における受光強度が所定の閾値以上のときは第１のレベルの信号を出力し、該閾値未満のときは第２のレベルの信号を出力する受光器をｎ個（ただし、ｎは２以上の整数）備えている。これらの受光器は、物体の通過方向に沿って配列されており、その受光面は物体が通過する空間（以下、検知空間と呼ぶ）に面している。
【００１４】
この移動体検知センサにおいて、物体が検知空間を通過すると、各受光器の受光面への入射光がその物体により次々に遮られる。入射光が遮られると、受光器の受光強度が閾値未満となり、その出力信号が第１のレベルから第２のレベルに変化する。このような出力信号の変化が、物体の通過に従って、１番目の受光器からｎ番目の受光器まで順に発生する。そして、その中でｍ番目の受光器の出力信号の変化が生じると、信号出力回路がパルス信号の出力を開始する。ｍはｎと等しくてもよいが、２以上であればｎより小さくてもよい。
【００１５】
また、前記のような出力信号の変化が生じた後、物体が受光器の受光面の近傍を完全に通過すると、受光器の受光強度が閾値以上となり、その出力信号が第２のレベルから第１のレベルに復帰する。このような出力信号の復帰が、物体の通過に従って、１番目の受光器からｎ番目の受光器まで順に発生する。その中でｐ番目の受光器の出力信号の復帰が生じると、信号出力回路がパルス信号の出力を終了する。ｐはｍ又はｎと等しくてもよいが、２以上であればｎより小さくてもよい。こうした動作は第１乃至第３発明に係る移動体検知センサに共通の動作である。一方、物体が検知空間を逆方向に通過したときの動作は第１乃至第３発明に係る移動体検知センサでそれぞれ相違する。
【００１６】
第１発明に係る移動体検知センサでは、物体が検知空間を逆方向に通過したとき、受光器の出力信号の変化は逆順（すなわち、ｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かう順）に生じる。この場合、信号出力回路はパルス信号を出力しない。
【００１７】
第２発明に係る移動体検知センサでは、信号出力回路は、上述の如く物体が検知空間を所定方向に通過した際にパルス信号を発生させるのと同様の回路を、物体が検知空間を逆方向に通過する（つまり受光器の出力信号の変化が逆順に生じる）際にもパルス信号を発生させるために有している。物体が検知空間を所定方向に通過する際に発生されたパルス信号は第１の出力端から出力されるが、物体が検知空間を逆方向に通過する際に発生されたパルス信号は第１の出力端とは別の第２の出力端から出力される。
【００１８】
また第３発明に係る移動体検知センサでは、信号出力回路は、物体が検知空間を逆方向に通過したとき、受光器の出力信号の変化が逆順に生じたことを検知すると出力端の信号レベルを論理０又は１に固定する。そして、外部よりリセット信号が与えられるか、或いは例えば電源が再投入される等、リセット信号の供給に相当するリセットが実行されるまでその状態を保持する。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、第１発明に係る移動体検知センサは、物体が所定の空間を特定の方向に通過した場合にのみパルス信号を出力し、逆の方向に通過した場合には信号を出力しない。また第２発明に係る移動体検知センサは、物体が所定の空間を特定の方向に通過した場合にパルス信号を第１の出力端に出力し、逆の方向に通過した場合にはパルス信号を別の第２の出力端に出力する。さらにまた第３発明に係る移動体検知センサは、物体が所定の空間を特定の方向に通過した場合にパルス信号を出力端に出力し、逆の方向に通過した場合にはその出力端の信号レベルを固定してしまいリセットされるまで解除しない。したがって、このようなセンサは、特定方向への物体の移動を選択的に検知したい場合に好適に利用できる。
【００２０】
また、上記第１乃至第３発明に係る移動体検知センサでは、前記信号出力回路が出力するパルスの幅は、１番目からｍ番目までの全ての受光器に対して入射光の遮断が発生した時点（遮光開始時点）より、１番目からｐ番目全ての受光器に対して光が再び入射するようになった時点（入光開始時点）までの時間に対応する。即ち、物体が到来したときの遮光開始時点及び物体が通過したときの入光開始時点の両方が特定されているから、上記パルス信号に基づいて、検知空間における物体の有無を判定することが可能である。
【００２１】
また、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサは、ｍ個又はｐ個の受光器の出力信号が所定の順序で変化／復帰しなければ前記パルス信号を出力しない。したがって、例えば、全ての受光器への入射光が同時に遮られたり、あるいは全ての受光器への光の入射が同時に再開されたりしても、パルス信号は出力されない。これは、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサが外乱光に対する高い耐性を有することを意味するとともに、物体の特定方向への移動の態様が異常であることを検知できることを意味する。
【００２２】
また、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサは、受光器及び信号出力回路を半導体チップ上に実装する構成を採用しているため、センサの小型化及び低コスト化が可能である。また、特定方向の物体の移動の検知及び所定空間における物体の有無の判定に必要な信号がチップ１個だけで得られるようになる。
【００２３】
また、第２発明に係る移動体検知センサによれば、物体が特定方向と逆方向に移動したことも検知できるので、例えば、本来特定方向へのみ移動する筈の物体がそれに反した動きをしていることを検知することができる。また、往復運動するような物体の移動をそれぞれ検知できるので、第１発明に係る移動体検知センサよりもさらに幅広い用途に利用できる。
【００２４】
また、第３発明に係る移動体検知センサによれば、物体が特定方向と逆方向に移動したときにそれ以降のセンサとしての動作が禁止されるので、例えば、本来特定方向へのみ移動する筈の物体がそれに反した動きをしたとき、次に物体が特定方向へと移動してもこれに応答しないようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
〔実施例１〕
まず第１発明に係る移動体検知センサの一実施例（実施例１）について、図面を参照して説明する。図１は実施例１による移動体検知センサを示す外観図である。この実施例１の移動体検知センサ１（以下、単にセンサ１と呼ぶ）は、３個の受光面１０Ａ〜１０Ｃが一列に配列された受光領域１０を有する半導体チップ１２を備えている。半導体チップ１２上には、受光領域１０の近傍を受光面１０Ａから受光面１０Ｃに向かう方向（以下、これを順方向と言い、それと反対方向を逆方向と言う）に物体が通過したときにパルス信号を出力する信号出力回路１４が実装されている。
【００２６】
図２は、信号出力回路１４の構成例を示す論理回路図である。この例では、３個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３、３個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ３、３個の比較器ＣＭＰ１〜ＣＭＰ３、２個のイクスクルーシブＯＲ（ＸＯＲ）ゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、１個のＮＯＲゲートＮＯＲ及び３個のＴ型フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ３が図２に示すように結線されている。そして、３個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３の受光面が図１の受光面１０Ａ〜１０Ｃとなっており、フリップフロップＦＦ３の正転（Ｑ）出力がこの信号出力回路１４の出力端（ＯＵＴ）となっている。
【００２７】
図３は、物体が受光面の前方近傍を順方向に通過したときに信号出力回路１４の内部で発生する各種信号及びセンサ１の出力信号を示すタイムチャート、図４は、物体が受光面の前方近傍を順方向に通過したときの受光面に対する物体の位置とセンサ１の出力との関係を示すタイムチャート、図５は、物体が受光面の前方近傍を逆方向に通過したときの受光面に対する物体の位置とセンサ１の出力との関係を示すタイムチャートである。
【００２８】
図４に示すように、物体が受光領域１０の前方近傍を順方向に通過すると、受光面１０Ａから受光面１０Ｃまで順に入射光が遮られる。そして、受光領域１０の中の半分以上の範囲で入射光が遮断されると（図４の時点t1）、パルス信号の出力が開始される（つまり出力端ＯＵＴの信号レベルは「０」から「１」に変化する）。その後、物体の移動に従い、再び受光面１０Ａから順に光が入射するようになる。そして、受光領域１０の中の半分以上の範囲で再び光が入射するようになると（図４の時点t2）、パルス信号の出力が停止される（つまり出力端ＯＵＴの信号レベルは「１」から「０」に変化する）。
【００２９】
逆に、図５に示すように、物体が各受光面の前方近傍を逆方向（即ち、受光面１０Ｃから受光面１０Ａに向かう方向）に通過したときには、パルス信号は出力されず、出力端ＯＵＴの信号レベルは「０」に維持される。また、受光面１０Ａ〜１０Ｃに同時に光が入射したり、あるいは同時に遮光されたりした場合にも、パルス信号は出力されない。
【００３０】
図３を参照して図２の信号出力回路１４の動作を説明すると、物体の移動に伴い３個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ３の出力信号は順番に「１」になるから、同じ順番で「０」になる。したがって、２個のＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２の出力は物体の通過開始時と通過終了時との両方に出現する。フリップフロップＦＦ１、ＦＦ２及びＮＯＲゲートにより、ＸＯＲ１、ＸＯＲ２の出力が連続で且つ順番に発生したことを検知し、そしてその検知信号であるフリップフリップＦＦ２の正転（Ｑ）出力をフリップフロップＦＦ３を通すことにより、順方向に物体が通過した際に「１」となるような出力信号を得る。一方、物体が逆方向に通過した場合には、ＸＯＲ１、ＸＯＲ２の出力変化の順番が上記順方向時とは異なるため、フリップフリップＦＦ２の正転（Ｑ）出力が「１」とはならず、出力端よりパルス信号は出力されない。
【００３１】
このタイミングを詳しく見ると、パルス信号の出力は２番目の受光器ＰＤ２が遮光された時点で開始され、その後、再び受光器ＰＤ２に光が入射するようになった時点で停止される。このことから、この実施例１の構成は、第１発明において受光器の個数ｎを３とし、ｍ及びｐを２としたものである。もちろん、ｎは最低２にすることが可能である。また、回路構成を変更することにより、ｍ＝ｐ＝ｎとすることも容易に行える。その場合には、物体により受光領域のほぼ全面が遮光されたときに出力端よりパルス信号の出力が開始され、物体が通過して受光領域のほぼ全面に光が当たるようになったときにパルス信号が終了する。
【００３２】
以上のように、センサ１のパルス信号は順方向に物体が通過した場合にのみ出力されるため、同信号に基づいて物体の移動方向を検知することができる。また、出力されるパルス信号は、入射光が遮断された時点（遮光開始時点）より再び光が入射するようになった時点（入光開始時点）までの時間幅を以て出力される。したがって、この信号に基づいて、受光領域１０の近傍における物体の有無を判定することができる。
【００３３】
〔実施例２〕
次に第２発明に係る移動体検知センサの一実施例（実施例２）について、図面を参照して説明する。この実施例２の移動体検知センサの外観は図示しないが、基本的には図１に示した実施例１と同様であり、受光領域１０内に配列された受光面が４個、つまり受光面１０Ａ〜１０Ｄである点のみが異なる。
【００３４】
図６は実施例２のセンサにおける信号出力回路２４の構成例を示す論理回路図であり、図７は物体が受光面の前方近傍を順方向及び逆方向に通過したときに信号出力回路２４の内部で発生する各種信号及びセンサ１の出力信号を示すタイムチャートである。
【００３５】
この信号出力回路２４は、４個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ４、４個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４、４個の比較器ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４、２個のＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、１個のＮＯＲゲートＮＯＲ及び６個のＴ型フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ６が図６に示したように結線されており、フリップフロップＦＦ３の正転（Ｑ）出力が第１出力端ＯＵＴＡ、フリップフロップＦＦ６の正転（Ｑ）出力が第２出力端ＯＵＴＢとなっている。このうち、フリップフロップＦＦ４〜ＦＦ６を除く論理回路は、受光器、増幅器、比較器がそれぞれ３個から４個に増加しているという相違はあるものの、基本的な動作は実施例１と同様であり、物体が順方向に通過する際に第１出力端ＯＵＴＡにパルス信号が出力され、物体が逆方向に通過する際にはパルス信号は出されず「０」を維持する。
【００３６】
この実施例２の構成は、ＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、ＮＯＲゲートＮＯＲ、フリップフロップＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３から構成される順方向移動検知回路のほかに、フリップフロップＦＦ４、ＦＦ５、ＦＦ６から構成される逆方向移動検知回路を備える点が特徴である。図６で明らかなように、逆方向移動検知回路は順方向移動検知回路における３個のフリップフロップＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３による回路構成と同じであり、フリップフロップＦＦ４、ＦＦ５の入力パルス（Ｃ）がフリップフロップＦＦ１、ＦＦ２とは入れ替えられている点のみが異なる。それにより、この逆方向移動検知回路は順方向移動検知回路とは逆の動作、即ち、物体が逆方向に通過する際に第２出力端ＯＵＴＢにパルス信号を出力し、物体が順方向に通過する際にはパルス信号を出さずに「０」を維持する。
【００３７】
上記実施例１による移動体検知センサでは、物体が順方向に通過したことを検知することは可能であるものの、物体が逆方向に通過したこと自体は検知できないが、この実施例２による移動体検知センサによれば、物体が順方向に通過したことと物体が逆方向に通過したこととを、それぞれ独立に検知することができる。それにより、例えば物体が逆方向に通過することが異常事態であるような場合に、その異常を検知して適切な対処を行うことができる。
【００３８】
〔実施例３〕
次に第３発明に係る移動体検知センサの一実施例（実施例３）について、図面を参照して説明する。図８は実施例３のセンサにおける信号出力回路３４の構成例を示す論理回路図であり、図９及び図１０は物体が受光面の前方近傍を順方向及び逆方向に通過したときに信号出力回路３４の内部で発生する各種信号及びセンサ１の出力信号を示すタイムチャートである。なお、図１０のタイムチャートは図９のタイムチャートに時間的に連続するものと考えることができる。
【００３９】
この信号出力回路３４は、４個の受光器ＰＤ１〜ＰＤ４、４個の増幅器ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４、４個の比較器ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４、２個のＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、１個のＮＯＲゲートＮＯＲ、２個のＡＮＤゲートＡＮＤ１、ＡＮＤ２、１個のＯＲゲートＯＲ、１個のＮＡＮＤゲートＮＡＮＤ、及び５個のＴ型フリップフロップＦＦ１〜ＦＦ５が図８に示したように結線されており、ＮＡＮＤゲートＮＡＮＤの出力が出力端ＯＵＴとなっている。また、外部からリセット信号を供給するリセット端子ＲＳＴが設けられている。
【００４０】
この実施例３において、ＸＯＲゲートＸＯＲ１、ＸＯＲ２、ＮＯＲゲートＮＯＲ、フリップフロップＦＦ１、ＦＦ２、ＦＦ３から構成される順方向移動検知回路の動作は実施例２における順方向移動検知回路と全く同一である。この実施例３の構成では、上記順方向移動検知回路に加えて、ＡＮＤゲートＡＮＤ１、ＡＮＤ２、ＯＲゲートＯＲ、ＮＡＮＤゲートＮＡＮＤ、フリップフロップＦＦ４、ＦＦ５から成る異常（逆方向移動）検知回路が設けられている。図９に示すように、物体が順方向に移動する際に、異常検知回路においてフリップフロップＦＦ５の正転（Ｑ）出力は「０」に維持される。したがって、出力端ＯＵＴにはフリップフロップＦＦ３の反転（Ｑバー）出力の反転が出力され、それによってパルス信号が現れる。
【００４１】
それと反対に物体が逆方向に移動する際には、異常検知回路においてフリップフロップＦＦ５の正転（Ｑ）出力は「１」に変化し、物体が通過し終えても「１」が維持される。そのため、ＮＡＮＤゲートＮＡＮＤにより出力端ＯＵＴの信号レベルは「１」に固定され、図１０に示すように、それ以降、物体が順方向に通過しても出力端ＯＵＴの信号レベルは「１」に固定されたままで先に説明したようなパルス信号は出力されない。したがって、出力端ＯＵＴの信号レベルを監視することにより、一度でも物体が逆方向に通過したことがあるか否かを判断することができる。この状態を解除するには、リセット端子ＲＳＴにパルス信号を供給する。それにより、フリップフロップＦＦ３、ＦＦ５がリセットされるため、図１０に示すように、物体が順方向に通過したときにパルス信号を出力することができるように復帰する。
【００４２】
このように実施例３による移動体検知センサによれば、物体が逆方向に通過したことを一旦検知すると、それ以降、リセットが為されるまで出力を固定し、物体が順方向に通過したことに対して応答しないようにすることができる。
【００４３】
以上、第１乃至第３発明に係る移動体検知センサの一実施例について説明したが、上記実施例はあくまで一例に過ぎず、他にも本発明の精神及び範囲内で様々な実施例が考えられる。例えば、上記実施例では３個又は４個の受光器を使用したが、信号出力回路の構成を適宜変更することにより、５個以上の受光器を用いて上記のようなパルス信号を出力するセンサや、２個の受光器のみで上記のようなパルス信号を出力するセンサを構成することも可能である。即ち、第１乃至第３発明におけるｎは２以上の整数でありさえすればよく、ｍ、ｐは２以上でｎ以下の整数でありさえすればよい。また、信号出力回路の構成も一例であって、同様の機能を達成するために適宜論理回路を変形できることは当然である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１発明に係る移動体検知センサの一実施例を示す外観図。
【図２】図１に示した移動体検知センサの信号出力回路の構成例を示す論理回路図。
【図３】図２に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【図４】物体が受光面の近傍を順方向に通過したときの物体の位置とセンサの出力との関係を示すタイムチャート。
【図５】物体が受光面の近傍を逆方向に通過したときの物体の位置とセンサの出力との関係を示すタイムチャート。
【図６】第２発明の一実施例による移動体検知センサの信号出力回路の構成例を示す論理回路図。
【図７】図６に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【図８】第３発明の一実施例による移動体検知センサの信号出力回路の構成例を示す論理回路図。
【図９】図８に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【図１０】図８に示した信号出力回路の内部で発生する各種信号及びセンサの出力信号を示すタイムチャート。
【符号の説明】
【００４５】
１…移動体検知センサ
１０…受光領域
１０Ａ〜１０Ｃ…受光面
１２…半導体チップ
１４、２４、３４…信号出力回路
ＰＤ１〜ＰＤ４…受光器
ＡＭＰ１〜ＡＭＰ４…増幅器
ＣＭＰ１〜ＣＭＰ４…比較器
ＦＦ１〜ＦＦ６…Ｔ型フリップフロップ
ＸＯＲ１、ＸＯＲ２…イクスクルーシブＯＲゲート
ＡＮＤ１、ＡＮＤ２…ＡＮＤゲート
ＮＡＮＤ…ＮＡＮＤゲート
ＮＯＲ…ＮＯＲゲート
ＯＲ…ＯＲゲート
ＯＵＴ、ＯＵＴＡ、ＯＵＴＢ…出力端
ＲＳＴ…リセット端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには前記パルス信号を出力しないように構成されていること、
を特徴とする移動体検知センサ。
【請求項２】
所定の空間における物体の所定方向及びその逆方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する、第１及び第２の出力端を有する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記ｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端へのパルス信号の出力を終了するように構成されていること、
を特徴とする移動体検知センサ。
【請求項３】
所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じて出力端にパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには、外部よりリセット信号が与えられる又はそれに相当するリセットが実行されるまで前記出力端の信号レベルを固定するように構成されていること、
を特徴とする移動体検知センサ。
【請求項１】
所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記パルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには前記パルス信号を出力しないように構成されていること、
を特徴とする移動体検知センサ。
【請求項２】
所定の空間における物体の所定方向及びその逆方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じてパルス信号を出力する、第１及び第２の出力端を有する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記ｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときに、前記第２の出力端へのパルス信号の出力を終了するように構成されていること、
を特徴とする移動体検知センサ。
【請求項３】
所定の空間における物体の所定方向への移動を検知する移動体検知センサにおいて、
前記所定方向に沿って配列され、前記空間に面する受光面をそれぞれ有するｎ個の受光器（ただし、ｎは２以上の整数）、及び、各受光器の出力信号の変化に応じて出力端にパルス信号を出力する信号出力回路を備え、
前記受光器及び信号判定回路は半導体チップ上に実装されていること、及び、
前記信号出力回路は、
前記受光器の出力信号の第１のレベルから第２のレベルへの変化が、物体の入口側に最も近い１番目の受光器から物体の出口側のｍ番目（但し２≦ｍ≦ｎ）の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端にパルス信号の出力を開始し、その後、前記受光器の出力信号の第２のレベルから第１のレベルへの変化が、前記１番目の受光器からｐ（但し２≦ｐ≦ｎ）番目の受光器まで順に生じたときに、前記第１の出力端へのパルス信号の出力を終了する一方、
前記受光器の出力信号の変化が前記順序とは逆に、前記出口側のｎ番目の受光器から１番目の受光器に向かって順に生じたときには、外部よりリセット信号が与えられる又はそれに相当するリセットが実行されるまで前記出力端の信号レベルを固定するように構成されていること、
を特徴とする移動体検知センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−７１６２１（Ｐ２００６−７１６２１Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０００２（Ｐ２００５−５０００２）
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００１４３０３１）コーデンシ株式会社 (18)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年２月２５日（２００５．２．２５）
【出願人】（０００１４３０３１）コーデンシ株式会社 (18)
【Ｆターム（参考）】
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