JPH02168189A - 光センサ装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、光を用いるセンサ装置、特に被検知物の反射
光により被検知物を検知するのに好適な光センサ装置に
関する。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）従来、
反射型光センサ装置としては、光源と受光部とからなり
、光源からの光が被検知物で反射したときに、その反射
光を受光部で受光して被４検知物有りの信号を出力する
ものが知られている。

第２図に反射型の光センサ装置の最も基本的な従来例を
示す。この図において、光源は発光ダイオードＬＤと抵
抗Ｒ２０の直列回路であり、これに直流電圧（ｖ＋）が
印加されている。また、受光部はホ））ランノスタＰＴ
ｒと抵抗Ｒ２１の直列回路であり、これに直流電圧（Ｖ
＋）が印加されている。

なお、ＧＤはグランド（アース）である。

このＰＩＳ２図の従来例では被検知物１が存在しなけれ
ば発光ダイオードＬＤの光はホ））ランジスタＰＴｒに
入射せず、受光部の出力端子Ｏｕ目こは出力が現れない
が、被検知物１が存在したときは発光ダイオードＬＤの
光が被検知物１で反射されてホトトランジスタＰＴｒに
入射し、出力端子○ｕｔに被検知物有りの信号を出す。

この第２図の構成では、発光ダイオードＬＤに常時通電
して発光させているため、電力損失が大きくなる欠点が
あり、かつまた光源から出た尤以外のいわゆる外乱光に
よる誤動作を避けることができない欠点もあった。

さらに、第２図の基本的な従来例の欠点を除去するため
に、光源からの光をパルス変調し、受渡部で復調するも
のが知られているが、光源及び受光部の各回路が複雑に
なり高価になる欠点があった。

また、本発明者は、光源と受光回路とを含む発振回路を
構成することに上り外乱光の影響をうけないようにした
光センサ装置を先に提案している。

第３図はこの場合の光センサ装置を示す。この図におい
て、増幅器２（但し増幅度−八）の出力端より出力端子
ＯｕＬが導出され、かつ出力端の信号はトランジスタＴ
ｒ２のベースに抵抗Ｒ２６を介して加えられろ。そして
トランジスタＴｒ２のコレクタ側に抵抗Ｒ２Ｓと光源と
しての発光ダイオードＬＤの直列回路が接続され、抵抗
Ｒ２Ｓ、発光ダイオードＬＤ及びトランジスタＴｒ２の
直列回路に直流電圧ｖ十が供給されている。一方、受光
回路となるホトトランジスタＰＴｒ及び抵抗Ｒ２７の直
列回路にも直流電圧Ｖ十が供給されており、この受光回
路は増幅器２の入力側に設けられ、ホ））ランノスタＰ
Ｔｒのコレクタ側の信号がフンデンサＣＩ。を介して増
幅器２の入力端に加えられる。

この第３図の構成は、被検知物１が存在して発光ダイオ
ードＬＤの尤が被検知物１で反射されてホ））ランノス
タＰＴｒに入射する場合には、増幅器２の出力側の信号
を入力側に正帰還するループが形成される結果、第３図
の回路は発振し、出力端子Ｏｕ目こけ発振出力が現れ、
被検知物有りを知らせる。また、被検知物１が無い場合
には、発光ダイオードＬＤの光はホトトランジスタＰＴ
ｒに入射せず、正＋１１′ｉ１ループは形成されず、発
振は起きない。

ところで、この第３図の回路（（構成では、外６Ｌ光が
ホトトランジスタＰＴ＋・に入射しても発振は起きず、
外乱光の影響を除去できるが、発光ダイオードＬＤが常
に発光している必要性があり、？１′Ｉ費電力が大きい
嫌いがある。とくに電源が電池である場合には大きな問
題点となる。

本発明は、上記の従来技術及び先発明技術の欠点を除去
し、外乱光による影響を受けず、しがも消費電力の少な
い光センサ装置を提供することを目的とする。

（課運を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、デユーティ−比
可変の発振回路に、発光素子及び受光素子を含む光検知
回路を付加し、被検知物が無いときは、前記発振回路は
予め設定されたデユーティ−比の発振を行い、被検知物
の有るときはデユーティ−比が予め設定された値から変
化することにより被検知物の有無を検知する構成として
いる。

（作用） 本発明の光センサ装置においては、被検知物を待機して
いる状態の発光素子に通電するパルス電流のデユーティ
−比を１／１０乃至１／１００００に設定でさ、発光素
子の平均消費電力を極めて少なくすることができる。ま
た、日光のよう１こ変励しない外乱光に対しては受光素
子の出力を交流結合で取り出したりすることでその影響
を除去でき、パルス的な外乱光に対しζも外乱光の周期
が発振周期よりも十分に艮ければ、出力回路に積分ＦＵ
　（１８を持たせたりすることで誤動作を防止できる。

さらに、発光素子の光を変調し、受光回路側で変調光を
復調することで外乱光を除去する従来（育成の場合に比
べて安価である。

（実施例） 以下、本発明に係る光センサ装置の実施例を図面に従っ
て説明する。

第１図において、５はデート回路Ｇ１、反転デート回路
Ｇ２、及びコンデンサＣ４と抵抗Ｒ，，Ｒ２どの時定数
回路を組み合わせた小チューティーパルス発振回路であ
り、反転ゲート回路Ｇ２の入力端と出力端との間１こコ
ンデンサＣＩ及び抵抗Ｒ３の直列回路が接続され、該抵
抗Ｒ１に並列にダイオードＤ１及び抵抗Ｒ２の直列回路
が接続され、前記コンデンサＣ１と抵抗Ｒ１の接続点と
前記デート回路Ｇ、の入力端との開に抵抗Ｒ１が接続さ
れている。

この小チューティーパルス発振回路５のパルス発振出力
のデユーティ−比は、略Ｒ２／Ｒ，で決定され、Ｒ２に
比べてＲ１の値をがなり大さ（することにより、デユー
ティ−比を１／１０乃至１／１００００程度に設定でき
る。

また、この小デユーティ−パルス発振回路５には、反転
デート回路Ｇ３、抵抗Ｒ４及びダイオードＤ２が付加さ
れており、反転デート回路Ｇ、の入力がローレベルの場
合には該反転デート回路Ｇ３の出力がハイレベルとなり
、コンデンサＣ６を抵抗Ｒ１を通して光電するようにな
っている。この結果、Ｒ，＜＜Ｒ，であれば、発振のデ
ユーティ−比は略Ｒ２／　Ｒ、からＲ２／Ｒ，に変化す
る。すなわち、反転デート回路Ｇ、の入力がハイレベル
であれば、反転ゲート回路Ｇ３の出力はローレベルとな
り、小デユーティ−パルス発振回路５は略Ｒ２／Ｒ，で
決まる本来の小さなデユーティ−比の発振出力であるが
、反転デート回路Ｇ、の入力がローレベルの場合には略
Ｒ２／　Ｒ、で決まる比較的大きなデユーティ−比の発
振出力に変わり、これらの回路構成によりデエーティー
比可変の発振回路が構成されることになる。

光検知回路６は、抵抗Ｒ１゜、発光素子としての発光ダ
イオードＬＤ及びトランゾスタＴｒ＋の直列回路と、抵
抗Ｒ１１とからなる光源を有している。

発光ダイオードＬＤを含む直列回路には直流電圧Ｖ十が
供給されている。また、光検知回路６は、抵抗Ｒ５及び
受光素子としてのホ））ランシスタＰＴｒの直列回路と
、交流結合用コンデンサＣ１と、反転デート回路Ｇ、及
び抵抗Ｒ８の増幅器とを有している。ここで、被検知物
１が存在する場合には発光ダイオードＬＤの光がホトト
ランノスタＰＴｒに入射するような配置となっている。

そして、前記小チューティーパルス発振回路５のデユー
ティ−比の小さなパルス発振出力は抵抗Ｒ１１を介して
トランゾスタＴｒｌのベースに印加されている。

レベルシフト回路７は、直流阻止用コンデンサＣ２と、
クランプ用ダイオードＤ、及び抵抗Ｒ５１Ｒ６，Ｒ，の
クランプ回路とからなり、抵抗Ｒ６，Ｒ７の直列回路に
直流電圧ＶＩ＋十が供給されている。

このレベルシフト回路７では、コンデンサＣ２で直流分
が除去された信号の波高値が抵抗Ｒ６，Ｒ。

の接続点の電圧値１こクランプされる。

出力回路８は、積分用のコンデンサＣ４及び抵抗、□と
、ｆ−）回路Ｇ４とを有し、デート回路Ｇ。

入力端に接続された抵抗Ｒ１１に直流電圧ｖｂ＋が供給
されている。

以上の実施例の構成において、小チューティーパルス発
振回路５のデート回路Ｇ、の出力でトランクスりＴｒ、
を駆動し、発光ダイオードＬＤを周期的に点灯する。被
検知物１が存在しなければ、ホトトランノスタＰＴｒは
オフ状態で、レベルシフト回路７には交流成分は加わら
ない。従って、レベルシフト回路７の反転デート回路Ｇ
、の入力端には抵抗Ｒ５を介して直流電圧Ｖｂ十を抵抗
Ｒ５゜Ｒ７で分圧した電圧値が加わり、該電圧値は反転
デート回路Ｇ、のスレッシュホールド電圧よりも高くな
るように予め設定されているので、反転デート回路Ｇ、
の入力端がハイレベル、出力端がローレベルとなり、ダ
イオードＤ２がオフとなる。

しかして、小デユーティ−パルス発振回路５は略Ｉｔ　
、／　Ｒ、で決定された本来のデエーティー比１／１０
乃至１／１００００程度のパルス発振をａ続する。この
結果、出力回路８の積分用コンデンサＣ４の端子電圧は
デート回路Ｇ、のスレッシュホールド電圧を下回り、出
力回路８の出力端子○ｕＬはローレベルを維持し、披検
知物無しを知らせる。

このような待機状態では、発光ダイオードＬＤの平均消
費電流は、最大電流のデユーティ−比、すなわち１／１
０乃至１／１００００となり、極めて少なくなる。

一方、被検知物１が存在すると、発光ダイオードＬＤの
周期的な発光は被検知物１で反射されてホトトランジス
タＰＴｒに入射し、そのフレフタ側に周期的なパルス信
号が現れ、これが増幅器で増幅されてレベル２７１回路
７に加えられる。レベルシフト回路７では第４図（Ａ）
のようにパルス信号の正パルスの頭がダイオードＤ３で
電圧Ｖｃにクランプされたパルス信号を作成する。そし
て、このパルス信号の底は反転ゲート回路Ｇ、のスレッ
シュホールド電圧を下回るので、反転デート回路Ｇ、の
出力端には第４図（Ｂ）のようにハイレベルの期間が艮
い反転されたパルス信号が出力される。

この結果、抵抗ＲいダイオードＤ２を通して小デユーテ
ィ−パルス発振回路５のコンデンサＣ１が充電されるこ
とになり、発振回路５のパルス発振出力のデユーティ−
比は、略Ｒ２／Ｒ，で決まる値に大幅変化する。ここで
、Ｒ、／　Ｒ４を１程度となるようにしておけば、出力
回路８の積分用コンデンサＣ２の端子電圧はデート回路
Ｇ４のスレッシュホールド電圧よりも高くなり、出力回
路８の出力端子ＯｕＬはハイレベルとなり、被検知物有
りを知らせる。

このように、上記実施例では、反射物体となる被検知物
１の無いとき、すなわち、装置が待機状懇のとき、発光
ダイオードＬＤにはデユーティ−比の極めて小さなパル
ス電流が流れるだけで平均消費電力を極めて小さくする
ことができ、Ｖｉ、検知物１の検出期間中はデエーティ
ー比の大きなパルス電流が発光ダイオードＬＤに流れて
検出を確実に実行できるようにしている。また、日光等
の定常外乱光に対しては、回路が交流結合のために感応
せず、パルス的な外乱光に対しても外乱光の周期が発振
周期よりも充分長ければ、瞬間的に小デユーティ−パル
ス発振回路５のデユーティ−比が変化する時があっても
出力回路８の積分は能により出力回路８の出力端子Ｏｕ
ｔには誤った出力は現れない。

なお、実施例において、発光ダイオードＬＤの発光電流
を６０ｍＡとし、発振局ＭｌＯａ＋ｓ、デユーティ−比
１／１００とすると、待機時の発光ダイオードＬＤの平
均消費電流は０．ＧｍＡ、回路全体でも約ＩＩＩＩＡと
なり極めて消費電流が少ないことがわかる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、外乱光による影
響を受けず、しがも消費電力が少な（、安価に構成でき
る光センサ装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る尤センサ装置の実施例を示す回路
図、第２図は従来の光センサ装置の最も基本的な例を示
す回路図、第３図は本発明者が先に提案し゛た光センサ
装置を示す回路図、第４図は本発明の実施例の動作を説
明するための波形図である。 １・・・被検知物、５・・・小デユーティ−パルス発振
回路、６・・・光検知回路、７・・・レベルシフト回路
、８・・・出力回路、ＬＤ・・・発光ダイオード、ＰＴ
ｒ・・・ホトトランジスタ、ＴｒＩ、Ｔｒ２・・・トラ
ンジスタ、Ｇ１乃至Ｇ６．、、デート回路、Ｒ１乃至Ｒ
１）ｔＲ２１ｉ１Ｒｚ＋ｔＲｚｓｔＲｚｓ＋Ｒｚ７”’
抵抗、ｃ、乃ｚｃ、、ｃ、。、、。 フンテ゛ンサ、ＤＩ乃至Ｄ３・・・ダイオード。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）デューティー比可変の発振回路に、発光素子及び
   受光素子を含む光検知回路を付加し、被検知物が無いと
   きは、前記発振回路は予め設定されたデューティー比の
   発振を行い、被検知物の有るときはデューティー比が予
   め設定された値から変化することにより被検知物の有無
   を検知することを特徴とする光センサ装置。
2. （２）前記デューティー比可変の発振回路は、ゲート回
   路（Ｇ＿１）、反転デート回路（Ｇ＿２）、及びコンデ
   ンサ（Ｃ＿１）と抵抗との時定数回路を組み合わせた小
   デューティーパルス発振回路を具備し、さらに前記受光
   素子の出力によって作動される別の反転デート回路（Ｇ
   ＿３）の出力を抵抗を介して前記コンデンサ（Ｃ＿１）
   に加える回路構成を備えている請求項１記載の光センサ
   装置。
3. （３）直流阻止用コンデンサとクランプ回路とを有して
   いて、前記受光素子の出力より得た交流信号の波高値レ
   ベルを所定値にクランプするレベルシフト回路を設け、
   該レベルシフト回路の出力で前記デューティー比可変の
   発振回路のデューティー比を変化させる請求項１記載の
   光センサ装置。