JPH02196915A - 光電スイッチ - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、投光手段から検知エリアに投光される光ビー
ムの被検知物体による反射光を受光手段にて受光し、受
光手段出力に基いて検知エリア内の被検知物体の有無を
検知するようにした光電スイッチに関するものである。

［従来の技術Ｊ 従来、この種の光電スイッチとして、投光手段から検知
エリアに投光した光の被検知物体による反射光を受光手
段にて受光し、被検知物体からの反射光量の大小によっ
て被検知物体の有無を判定するようにしたものがあり、
この上うな光電スイッチにあっては、被検知物体の後方
に高反射率の物体がある場合や被検知物体の反射串が異
なる場合などにおいて測距誤差が生じて誤動作が発生（
検知距離が変化）するという問題があった。そこで、こ
のような誤動作を防止するようにした光電スイッチとし
て三角側型方式のものがある。すなわち、この三角測量
方式による光電スイッチは、第５図に示すように、被検
知物体Ｘに対して光ビームを検知エリアに投光する発光
素子（ＬＥＤ）１２および投光用光学系１３よりなる投
光手段１と、投光手段１の側方に所定距離ＢＬをもって
配設され被検知物体Ｘによる光ビームの反射光を集光す
る受光用光学系２と、受光用光学系２の集光面に配設さ
れ被検知物体Ｘまでの距離Ｒ，，Ｒ２，Ｒ，に応じて集
光面内で駆動する光スポットＳの位置Ｘ１＋　Ｘｚ、Ｘ
ｚに対応した一対の相反した位置信号ＩＡ、１ｍを出力
する位置検出手段３とで形成されている。ここに、位置
検出手段４は、例えば半導体装置検出素子（以下ＰＳＤ
と称する）にて形成され、このＰＳＤは、第６ｒｆＡお
よび第７ｒｙｉに示すようにｐｉｎ構造のフォトダイオ
ードであって、検出面に光スポットＳが照射されると、
高抵抗９層が光スポットＳと両端電極Ｔ、、Ｔ、までの
距離に逆比例して起電力が分割され、各電極Ｔ　＋　、
　Ｔ　２から相反した出力電流１．．１．が出力される
。ここに、光スポットＳの位置ｘｉはＰＳＤの長さをＬ
とすると、 であり、ＩＡ、Ｉａの比率を演算することにより、受光
量に関係なく光スポットＳの位置を検出することができ
る０図中、Ｚｓは電極Ｔ、、Ｔ２間抵抗、Ｚ、、Ｚ！は
光スポットＳと電極Ｔ、、Ｔ、との間の抵抗、■は全電
流、ＺＬは負荷抵抗である。

また、被検知物体Ｘまでの距離Ｒｉは、Ｒｉ＝ＢＬ−Ｆ
／ｘｉ・・・・・・・旧・・・・・・・・（２）組上、
ＢＬ：基線長、 Ｆ：受光レンズとＰＳＤ間の距離 となり、上記（１）（２）式から、 したがって、ＰＳＤの出力電流（位置信号）の比Ｉ　Ａ
／Ｉ−を距離信号として用いることができる。

第８図は従来例の光電スイッチの概略構成を示すもので
、投光タイミングを設定するクロックパルスを発生する
発振回路１０、投光用発光素子１２を駆動するドライブ
回路１１および凸レンズよりなる投光用光学系１３にて
形成されており、発光素子１２から発せられる光を投光
用光学手段１３にて光ビームに成形して検知エリアに投
光するようになっている。

この投光手段１から所定距離ＢＬをもって側方に配設さ
れ被検知物体Ｘによる光ビームの反射光を集光する受光
用光学系２は凸レンズにて形成されている。この受光用
光学系２の集光面に配設され光スポットＳの位置（距離
Ｒ１に対応してＭ方向に移動する）に対応した位置信号
Ｉ、ｉ、Ｉｍを出力する位置検出手段３は、前述のよう
にＰＳＤにて形成されており、この位置信号は相反した
信号となっている。

この位置検出手段３から構成される装置信号！あ、ＩＩ
をそれぞれ増幅して電圧信号Ｖ　ａ　、　Ｖ　ａに変換
するＩ／Ｖ変換回路２１ａ、２１ｂと、Ｉ／Ｖ変換回路
２１ａ、２１ｂ出力を対数増幅する対数増幅回路２２ｍ
、２２ｂと、対数増幅回路２２ｍ、２２ｂ出力ＩＢＶＡ
、１ｎＶｍの差を演算して距離信号ｊ！ｎ（ＶＡ／Ｖ、
）を出力する減算回路２３と、減算回路２３から出力さ
れる距離信号Ｉｎ　（Ｖ　Ａ／　Ｖ　ａ　）と距離設定
用ボリュームＶＲにて設定される基準電圧■３とを比較
して、距離信号ｆｆ１ｎ（ＶＡ／Ｖｍ）　　が第９図に
示すように基準電圧Ｖｓ以下のとき（被検知物体Ｘが検
知エリア内に存在するとき）に出力が°Ｈ”レベルとな
る電圧コンパレータよりなる比較回路２４と、比較回路
２４出力を発振回路１０出力に基いてチエツク（クロッ
クパルスに同期してレベルを判定）することにより誤動
作を防止する論理処理回路２５とで形成されており、上
記論理処理回路２５から物体検知信号が出力されたとき
、出力回路２６が駆動されるようになっている。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来例にあっては、演算され
た距離信号Ｉｎ　（Ｖ　Ａ　／　Ｖ　＠　）が対数増幅
にて圧縮された信号であったので、距離信号Ｉｎ（Ｖ。

／Ｖ―）の一定量の変化に対応する距離変化が被検知物
体Ｘまでの距離Ｒ１によって大幅に変化（近距離→小、
遠距離→大）し、距離設定用ボリュームＶＲによる検知
エリア設定（基準電圧シロの設定）が難しくなるという
問題があった。

また、距離信号ｆｎ（ＶＡ／Ｖ−）は、温度特性を有し
ており、正確には、 （ｋＴ／ｑ）ｆｎ（ＶＡ／Ｖａ） 但し、ｋはボルツマン定数 Ｔは絶対温度 ｑは電子の電荷 となっている、したがって、外気温の影響で距離信号Ｚ
ｎ（ｖａ／ｖａ）が変化して、結果的に検知エリアが変
化してしまうので、温度補償回路が必要になり、回路構
成が複雑になりコストが高くなるという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、検知エリアの設定が遠距離において
も容易に行え、しかも回路構成が簡単でコストが安い光
電スイッチを提供することにある。

［ａ題を解決するための手段］ 本発明の光電スイッチは、投光用光源から発する光を投
光用光学系にて光ビームに成形して検知エリアに投光す
る投光手段と、投光手段の側方に所定距離をもって配設
され被検知物体による光ビームの反射光を集光する受光
用光学系と、受光用光学系の集光面に配設され被検知物
体までの距離に応じて集光面内で移動する光スポットの
位置に対応した一対の相反した位置信号を出力する位置
検出手段と、両位置信号をそれぞれ対数増幅して一方か
ら他方を減算して距離信号を演算する演算処理回路と、
演算処理回路にて演算された距離信号と基準電圧とを比
較することにより被検知物体が検知エリア内に存在する
かどうかを判定する比較回路とよりなる光電スイッチに
おいて、演算処理回路から出力される距離信号を逆対数
変換する逆対数変換回路を設け、比較回路にて逆対数変
換出力と基準電圧とを比較するようにしたものである。

［作　用］ 本発明は上述のように構成されており、被検知物体まで
の距離に応じて集光面内で移動する光スポットの位置に
対応した一対の相反した位置信号を出力する位置検出手
段出力をそれぞれ対数増幅して一方から他方を減算して
距離信号を演算し、この距離信号と基準電圧とを比較回
路で比較することにより被検知物体が検知エリア内に存
在するかどうかを判定するようにした光電スイッチにお
いて、演算処理回路から出力される距離信号を逆対数変
換する逆対数変換回路を設け、比較回路にて逆対数変換
出力と基準電圧とを比較するようにし、距離に比例した
距離信号を基準電圧と比較するようになっているので、
検知エリアの設定が遠距離においても容易に行え、しか
も回路構成が簡単でコストが安い光電スイッチを提供す
ることができるようになっている。

［実施例］ 第１因は本発明一実施例を示すもので、光ビームを検知
エリアに投光する投光手段１と、光ビームの反射光を受
光する受光手段２とを所定距離ＢＬをもって配設し、被
検知物体Ｘによる光ビームの反射光の光スポットＳをＰ
ＳＤよりなる位置検出手段４にて検出して距離Ｒｉを検
出するようにした三角測量方式の光電スイッチにおいて
、位置検出手段４から出力される光スポットＳの位置に
対応した一対の相反した位置信号１．．１．を■／■変
換回路２１ａ、２１ｂにて電圧信号Ｖ−，Ｖｍに変換し
、それぞれ対数増幅回路２２ａ、２２ｂにて対数増幅す
るとともに、減算回路２３にて、一方から他方を減算し
て距離信号Ｚｎ（Ｖａ／Ｖａ）を演算するようにした従
来例と同様の演算処理回路の後段に、逆対数変換回路２
７を設けたものであり、この逆対数変換された距離信号
Ｖ　Ａ　／　Ｖ　ａを比較回路２４にて基準電圧Ｖｓと
比較して被検知物体Ｘが検知エリア内に存在するかどう
かを判定するようになっている。第２図は、逆対数変換
回路２７の一具体例を示すもので、逆対数変換用のトラ
ンジスタＱ、と演算増幅器ＯＰｌとで構成されている。

また、第３因は逆対数変換回路２７の他の具体例を示す
もので、温度誤差をキャンセルするために演算増幅器Ｏ
Ｐ、およびトランジスタＱ２を設けたものである６図中
、Ｖｉｎは入力電圧、■ｏｕｔは出力電圧、ＺＤはツェ
ナダイオードである。

イオードである。

以下、実施例の動作について説明する。いま、逆対数変
換回路２７の出力電圧■□ｕｔは、入力電圧をＶｉｎと
して、 Ｖｏｕｔ＝　Ｉ　ｓ−ｅ　ｘｐ　（（ｑ／　ｉｃ’ｒ）
　　・Ｖｉｎ）但し、ＩｓはトランジスタＱ１の エミッタ飽和電流 となる。

ここに、入力電圧Ｖｉｎとして距離信号（ｋＴ／ｑ）１
０（ＶＡ／ＶＢ）を入力すると５、Ｖｏｕｔ＝　Ｉ　ｓ
　−ｅ　ｘ　ｐ　（（ｑ／ｋＴ）（ｋＴ／ｑ）Ｉｎ（Ｖ
＾／ＶＢ）　）＝　Ｉ　ｓ　（Ｖ　Ａ／　Ｖ　ａ　）・
・・・・・・・・・・・・・・（５）（５）式から明ら
かなように、逆対数変換された距離信号はＶ　Ａ　／　
Ｖ　Ｂとなり、温度特性がキャンセルされることになる
。第４図は、距離Ｒ１に対する距離信号ＶＡ／Ｖ、の変
化を示すもので、距離Ｒ１に正比例した信号が得られる
ようになっている。

したがって、比較回路２４では、この距離Ｒｉに比例し
た距離信号Ｖ　Ａ　／　Ｖ　ｆｉを基準電圧Ｖｓと比較
することになり、距Ｍ設定用のボリュームＶＲで検知エ
リアを設定する場合において、距離設定が遠距離におい
ても近距離の場合と同様に容易に行えることになる。ま
た、逆対数変換口ｉ／８２７のトランジスタＱ、によっ
て距離信号ｔ’ｎ（ＶＡ／Ｖ、）の温度補償が行えるの
で、外気温の変化に対応するための回路構成が簡単にな
ってコストを安くすることができる。

また、第３図実施例のように、逆対数変換用のトラ、ン
ジスタＱ１のエミッタ飽和電流Ｉｓの温度特性をキャン
セルするためのトランジスタＱ２を設けることにより、
エミッタ飽和電流Ｉｓの温度特性による検知エリアの変
動を防止することができ、より正確な物体検知が行える
ことになる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように構成されており、被検知物体まで
の距離に応じて集光面内で移動する光スポットの位置に
対応した一対の相反した位置信号を出力する位置検出手
段出力をそれぞれ対数増幅して一方から他方を減算して
距離信号を演算し、かどうかを判定するようにした光電
スイッチにおいて、演算処理回路から出力される距離信
号を逆対数変換する逆対数変換回路を設け、比較回路に
て逆対数変換出力と基準電圧とを比較するようにし、距
離に比例した距離信号を基準電圧と比較するようになっ
ているので、検知エリアの設定が遠距離においても容易
に行え、しかも回路構成が醋゛単でコストが安い光電ス
イッチを提供することができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図は同上の
要部回路図、第３図は他の実施例の要部回路図、第４図
は同上の動作説明図、第５図は三角測量方式による光電
スイッチの原理説明図、第６図および第７図は同上に用
いられる半導体装置検出素子（ＰＳＤ）の原理説明図、
第８図は従来例の概略構成図、第９図は同上の動作説明
図である。 １は投光手段、２は受光用光学系、３は位置検出手段、
２２ａ、２２ｂは対数増幅回路、２３は減算回路、２４
は比較回路、２７は逆対数変換回路である。 代理人　弁理士　石　１）長　七 第１ 図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）投光用光源から発する光を投光用光学系にて光ビ
   ームに成形して検知エリアに投光する投光手段と、投光
   手段の側方に所定距離をもって配設され被検知物体によ
   る光ビームの反射光を集光する受光用光学系と、受光用
   光学系の集光面に配設され被検知物体までの距離に応じ
   て集光面内で移動する光スポットの位置に対応した一対
   の相反した位置信号を出力する位置検出手段と、両位置
   信号をそれぞれ対数増幅して一方から他方を減算して距
   離信号を演算する演算処理回路と、演算処理回路にて演
   算された距離信号と基準電圧とを比較することにより被
   検知物体が検知エリア内に存在するかどうかを判定する
   比較回路とよりなる光電スイッチにおいて、演算処理回
   路から出力される距離信号を逆対数変換する逆対数変換
   回路を設け、比較回路にて逆対数変換出力と基準電圧と
   を比較するようにしたことを特徴とする光電スイッチ。