JPH0293998A - 反射式物体検出器 - 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、光信号を監視領域を介して壁等で反射させ、
この反射光の変化から通過物体を検知する反射式物体検
出器に関する。

［従来の技術］ 従来の反射式物体検出器としては、例えば第４図に示す
ものがある。

第４図において、１は例えばＬＥＤ等でなる発光部であ
り、パルス駆動回路２、変調回路３により所定周期で変
調された変調光を監視領域１２を介して壁９に向けて発
光する。４は例えばフォトダイオードよりなる受光部で
あり、壁９で反射された発光部１からの変調光を受光し
て電気信号に変換する。受光部４からの受光信号はフィ
ルタ回路５で変調周波数帯域を抽出した後、同期回路６
で同期検波され、増幅回路７で増幅した後に整流回路８
で直流信号に変換されて比較回路１０に与えられる。

比較回路１０には、壁９からの定常的な反射光による検
出信号、即ち定常監視状態における整流回路８からの出
力電圧が基準値どして設定され、監視区域１２に例えば
人が侵入したときの反射光の変化による信号変化が基準
値に対し所定値以上であれば出力部１１に物体検出信号
を出力し、警報を行なわせる。

通常、比較回路１０での監視閾値の設定は、例えば基準
入力値を中心に上限監視閾値と下限監視閾値を上下に設
定する。

第５図は基準入力値に対し上下に監視閾値を設定した比
較回路１０の一例を示す。

第５図において、１３．１４は比較器、１５は遅延回路
である。

まず比較器１３．１４に対する入力電圧■ｉは抵抗ＲＩ
Ｏ，Ｒ１１の分圧により整流回路８からの出力電圧に基
づいて決められ、遅延回路１５を介して比較器１３．１
４に入力される。

比較器１３には抵抗Ｒ１２，Ｒ１３により上限監視閾値
Ｖｒｌが設定され、また比較器１４には抵抗Ｒ１４、Ｒ
１５によって下限監視閾値Ｖｒ２が設定される。

具体的には、例えば工場等からの出荷時に、例えば第６
図に示すように、所定の反射光ｆｆｉ　Ｌ　Ｏを受光部
４に入射し、そのとき得られる整流回路８の出力電圧に
基づいて基準人力Ｖｉを決め、この基準人力Ｖｉが略中
央となるように、上限監視閾値ｖｒ１及び下限監視間ｆ
ｉｉＩＶｒ２を設定する。

このような反射式物体検出器の検出動作は第７図に示す
ようになる。

いま監視領域１２に人が侵入して急激な反射光の変化、
例えば反射光が増加する変化が生じた場合、整流回路８
から比較回路１０に対する入力電圧■ｉはステップ的に
立上り、これに追従して比較器１３．１４に対する上限
及び下限監視閾値■ｒｌ、　■ｒ２も図示のようにステ
ップ的に立上る。

しかし、比較器１３．１４に対する入力電圧Ｖｉは遅延
回路１５により直ちに変化せず追従遅れをもつ。このた
め時刻１１〜ｔ２の期間に渡り入力電圧ｖｉが下限監視
閾値ｖｒ２を下回り、比較器１３がトルベル出力を生じ
、比較器１３のトルベル出力をラッチして物体検出信号
を出力することにより警報出力を行なう。

勿論、侵入した物体が監視領域から扱は出すと、反射光
が元に戻って比較回路１０に対する入力電圧がステップ
的に立下り、この場合には時刻１３〜ｔ４に示すように
入力電圧が上限監視閾値Ｖｒｌを上回ることで比較器１
３がトルベル出力を生ずる。

しかし、この時には既に警報出力が行なわれているので
、警報動作に関係しない。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の反射式物体検出器にあ
っては、監視領域に物体、例えば人が侵入して静止した
場合、一定時間を経過すると遅延された入力電圧が閾値
電圧に追従し、第７図に示したように、比較出力が断た
れてしまう。

このため比較出力をラッチして警報出力を継続させてい
るが、警報出力が行なわれた時に、誤報か否かを確認す
るために警報出力のラッチを解除した場合、比較出力が
既に断たれているために再度警報出力が出されず、監視
領域に侵入者が存在しているのも係わらず誤報と判断さ
れてしまう問題があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたも
ので、監視領域に物体が存在している間は物体検出信号
の出力状態を維持できるようにした信頼性の高い反射式
物体検出器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］ この目的を達成するため本考案にあっては、監視領域を
介して壁等に向けて光信号を出力する発光部と；該壁等
から反射された光信号を受光して電気信号に変換する受
光部と；該受光部が受光した受光信号を増幅する増幅部
と；該増幅部の増幅信号に所定電圧を加えた電圧を遅延
出力する第１の遅延制御部と；前記増幅器の増幅信号か
ら所定電圧を差し引いた電圧を遅延出力する第２の遅延
制御部と：前記第１の遅延制御部からの遅延出力を上限
監視閾値として前記増幅部からの増幅信号と比較し、増
幅信号が上限監視閾値以上となった時に比較出力を生ず
る第１の比較部と；前記第２の遅延制御部からの遅延出
力を下限監視閾値として前記増幅部の増幅信号と比較し
、該増幅信号が下限監視閾値以下となった時に比較出力
を生ずる第２の比較部と；前記第１又は第２の比較部か
らの比較出力が得られた際に物体検出信号を出力すると
共に、監視領域に物体が存在している間は常に前記物体
検出信号の出力を維持する出力制御部と；を設けるよう
にしたものである。

［作用］ このような構成を備えた本発明の反射式物体検出器にあ
っては、監視領域に物体、例えば人が侵入して静止する
等しても監視領域に物体が存在する間は物体検出信号の
出力を維持することができ、誤報確認のために警報リセ
ットが行なわれても監視領域に浸入物体が存在する限り
再度警報出力を行なうことができ、信頼性の高い物体検
知ができる。

勿論、レンズの汚れ等による受光出力の緩か変化に対し
ては比較回路の上下限監視閾値は受光出力に応じた入力
電圧に追従して変化するため、誤報を生ずることはない
。

［実施例］ 第１図は本発明の一実施例を示した回路ブロック図であ
る。

第１図において、１はＬＥＤ等の発光素子を備えた発光
部であり、パルス駆動回路２、変調回路３により所定周
期で変調された変調光を監視領域１２を介して壁９に向
けて発射する。４は例えばフォトダイオードを受光素子
として備えた受光部で必り、壁って反射された発光部１
からの変調反射光を受光して電気信号に変換する。受光
部４からの受光信号はフィルタ回路５で変調周波数帯域
が抽出され、続いて同期回路６で開明検波され、増幅回
路７で増幅した後に整流回路８で直流電圧信号に変換さ
れる。

このような発光部１から整流回路８までの構成は従来装
置と同じである。

整流回路８に続いてはバッフ７アンプ２６を介して第１
の遅延制御回路１６と第２の遅延制御回路１８が設けら
れる。

第１の遅延制御回路１６はバッフ７アンプ２６から得ら
れた信号電圧（増幅器＠）に所定電圧Δ■を加えた電圧
を遅延出力する。このため第１の遅延制御回路１６にあ
っては、電源＋■とバッフ７アンプ２６の出力端との間
にコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ２を直列接続している。

第２の遅延制御回路１８はバッファアンプ２６の出力電
圧（増幅信号〉から所定電圧ΔＶ８差し引いた電圧を遅
延出力するもので、バッフ７アンプ２６の出力端と接地
間に抵抗Ｒ３とコンデンサＣ２を直列接続している。２
０は第１の比較部であり、比較器３６を有し、比較器３
６のプラス入力端子にバッファアンプ２６の出力を抵抗
Ｒ７を介して接続し、一方、マイナス入力端子に対して
は第１の遅延制御回路１６の遅延出力、即ちコンデンサ
Ｃ１と抵抗Ｒ２の接続点の電圧をバッフ７アンプ２８、
ダイオードリミッタ３２を介して接続している。即ち、
第１の比較部２０はバッファアンプ２６からの信号電圧
と第１の遅延制御回路１６からの遅延出力を上限監視閾
値■ｒ１として比較し、バッフ７アンプ２６からの信号
電圧が上限監視閾値Ｖｒ１以上となったときにＨレベル
となる比較出力を生ずる。

一方、２２は第２の比較部であり、比較器３８のプラス
入力端子に対しバッフ７アンプ２６の出力を抵抗Ｒ８を
介して接続し、また、マイナス入力端子には第２の遅延
制御回路１８の遅延出力、即ち抵抗Ｒ３とコンデンサＣ
２の接続点の電圧をバッフ７アンプ３０及びダイオード
リミッタ３４を介して接続している。

即ち、第２の比較部２２は第２の遅延制御回路１８から
の遅延出力を下限監視閾値ｖｒ２としてバッファアンプ
２６からの信号電圧と比較し、バッファアンプ２６から
の信号電圧が下限監視閾値Ｖｒ２以下となったときにＬ
レベルとなる比較出力を生ずる。

第１及び第２の比較部２０．２２に続いては出力制御部
２４が設けられる。

出力制御部２４にはＯＲゲート４４が設【プられ、ＯＲ
ゲート４４には第１の比較部２０に設けた比較器３６の
出力が直接入力接続され、また、第２の比較部２２に設
けた比較器３８の出力がインバータ４２を介して入力接
続される。

更に、比較器３６の出力はインバータ４０に入力され、
インバータ４０の出力は抵抗Ｒ１を介して第１の遅延制
御回路１６の遅延出力端に帰還接続され、同時にインバ
ータ４０の出力に対し第２の遅延制御回路１８の遅延出
力が抵抗Ｒ６とダイオードＤ１の直列回路を介して接続
される。

また、比較器３８の出力を入力したインバータ４２の出
力は抵抗Ｒ４を介して第２の遅延制御回路１８の遅延出
力端に帰還接続され、同時に抵抗Ｒ５とダイオードＤ２
の直列回路を介して第１の遅延制御回路１６の遅延出力
端に接続している。

このような回路構成をもつ出力制御部２４は、第１又は
第２の比較部２０．２２から比較出力が得られた際にＯ
Ｒゲート４４より物体検出信号を出力すると共に、監視
領域１２に物体が存在している間はＯＲゲート４４から
の物体検出信号の出力を維持するようになる。

次に第１図の実施例の動作を説明する。

第２図は定常監視状態で監視領域１２に物体が侵入して
受光部４に対する反射光量が増加したときのタイミング
チャート及び等価回路を示した説明図である。即ち、第
２図（ａ）に監視領域１２に物体が侵入して反射光量が
増加したときの比較部及び出力制御部の動作タイミング
チャートを示し、また、同図（ｂ）に定常監視状態にお
ける第１及び第２の遅延制御回路１６．１８と第１及び
第２の比較部２０．２２の等価回路を示し、更に同図（
Ｃ）に監視区ｈｉ！１２内に物体が存在しているときの
第１及び第２の遅延制御回路’１６．１８と第１及び第
２の比較部２０．２２の等価回路をボす。

まず、第２図（ａ）に示す時刻ｔ１以前の状態にあって
は、監視区域１２に対する物体の侵入がないことから、
受光部４に対しては壁９で反射された発光部１からの定
常的な変調反射光が入射し、受光部４、フィルタ回路５
、同期回路６、増幅回路７及び整流回路８を介してバッ
ファアンプ２６により反射受光量に応じた信号電圧が得
られる。

ここでバッフ７アンプ２６から１ｑられる信号電圧を入
力電圧■ｉとする。このようなバッファアンプ２６から
の信号電圧Ｖｉに対し、第１の遅延制御回路１６は入力
電圧■ｉに所定電圧Δ■を加算した遅延出力、即ち比較
器３６に対する上限監視閾値ｖｒ１を発生し、また第２
の遅延制御回路１８は入力電圧Ｖｉから所定電圧へＶを
差し引いた遅延出力、即ち比較器３８に対する下限監視
閾値■ｒ２を発生する。

このため、比較器３６において入力電圧Ｖ１は上限監視
閾値■ｒ１より小さく、従って比較器３６はトルベル出
力を生じている。

一方、比較器３８におっては、入力電圧■ｉは下限監視
閾値より大きいことから比較器３８はトルベル出力を生
じている。

比較器３６がトルベル出力を生ずると出力制御部２４に
設けたインバータ４０の出力はＨレベルとなり、その結
果、インバータ４０の出力端に一端を接続した抵抗Ｒ１
は電源＋■に接続したと等価になる。

一方、比較器３８のトルベル出力は出力制御部２４に設
けたインバータ４２でトルベル出力に反転され、インバ
ータ４２の出力に一端を接続した抵抗Ｒ４はインバータ
４２の出力側で接地接続されたと等価になる。

その結果、定常監視状態にあっては、第２図（ｂ）に示
す等価回路が形成される。

勿論、定常監視状態にあって出力制御部２４に設けたＯ
Ｒゲート４４に対する２つの入力はＬレベルにあるため
、物体検出信号は出力されない。

次に、第２図（ａ）の時刻ｔ１で監視区域１２に物体、
例えば人が浸入し、この人の浸入により例えば受光部４
に対する反射光量が急激に増加したとする。このように
監視区域１２に対する人の侵入で受光部４に対する反射
光量が増加すると、バッファアンプ２６からの入力信号
Ｖｉはステップ的に上昇し、一方、第１の遅延制御回路
１６はコンデンサＣ１による遅延機能を有することから
入力信号■ｉの立ち上がりに追従遅れをもって変化する
ようになる。従って、時刻ｔ１の入力信号ｖｉのステッ
プ上昇時において、比較器３６は入力信号Ｖｉが上限監
視閾値Ｖｒｌを上回った時にトルベル出力を生じ、ＯＲ
ゲート４４を介して物体検出信号が出力される。

比較器３６の出力がＨレベルに反転するとインバータ４
０の出力はＬレベルとなり、抵抗Ｒ１を介して第１の遅
延制御部１６の遅延出力を接地接続したことと等価にな
る。また、インバータ４０のトルベル出力で第２の遅延
制御回路１８の遅延出力も抵抗Ｒ６及びダイオードＤ１
を介して接地接続されたと等価になる。

勿論、比較器３８の出力はＨレベルのままであるため、
インバータ４０の出力はＬレベルにあり、これは定常監
視状態と同じである。

その結果、第２図（ａ＞の時刻ｔ１以降については同図
（Ｃ）に示す等価回路が形成されることになる。

即ち、第２図（Ｃ）の等価回路から明らかなように、比
較器３６に対する上限監視閾値■ｒ１は入力電圧Ｖｉを
抵抗Ｒ２とＲ１で分圧した電圧となり、その結果、上限
監視閾値Ｖｒｌは必ず入力電圧ｖｉより低い値となり、
入力電圧Ｖｉが低下しない限り、比較器３６の出力はＨ
レベルに保持される。

一方、比較器３８の下限監視閾値Ｖｒ２は第２図（ｂ）
に示した定常監視状態に対し、抵抗Ｒ４と並列に抵抗Ｒ
６が接続されるため、抵抗Ｒ４の値に対し、抵抗Ｒ４と
Ｒ６の並列抵抗値弁だけ下がった値となる。

このような第２図（Ｃ）に示す等価回路の形成により監
視領域１２に人が浸入した状態にあっても、比較器３６
のトルベル出力を維持することでＯＲゲート４４により
物体検出信号を継続して出力することができる。

次に、第２図（ａ）の時刻ｔ２で監視領域１２から人が
汰は出したとすると、受光部４に対する反射光量が減少
して定常監視状態に戻り、バッフ７アンプ２６から出力
される電圧、即ち入力電圧ｖｌはステップ的に立ち下が
って定常監視状態のレベルに戻る。

この時刻ｔ２にあっては、入力電圧Ｖｉが第２図（Ｃ）
の等価回路で与えられる比較器３６の上限監視閾値ｖｒ
１以下となったとぎに比較器３６の出力がｌ」レベルか
らＬレベルに反転し、再び第２図（ｂ）の等価回路に示
す定常監視状態に戻る。

第３図は第１図の実施例において監視領域１２に物体が
侵入した際に受光部４に対する反射光量が減少したとき
の動作タイミングチャートと等価回路を示した説明図で
ある。

第３図（ａ）のタイミングチャートにおいて、時刻ｔ１
までは、監視領域１２に対する物体の侵入のない定常監
視状態であり、このときは第２図（ｂ）に示したと同じ
等価回路が形成される。

時刻ｔ１で監視領域１２に物体、例えば人が侵入して受
光部４に対する反則光量が急激に減少したとすると、バ
ッファアンプ２６の出力、即ち入力電圧Ｖｉがステップ
的に立ち下がり、これに対し、第２の遅延制御回路１８
からの遅延出力として与えられる下限監視閾値Ｖｒ２は
入力電圧ｖｉに対し追従遅れを持つため、時刻ｔ１の時
点で入力電圧Ｖｉが下限監視閾値Ｖｒ２を下回り、比較
器３８の出力がそれまでのＨレベル出力からＬレベル出
力に反転する。

比較器３８の出力がＬレベルに反転すると、インバータ
４２の出力はＬレベルからＨレベルに立ち上がり、ＯＲ
ゲート４４を介して物体検出信号を出力すると共に、イ
ンバータ４２の出力に接続している抵抗Ｒ４の一端及び
抵抗Ｒ５の一端を電源子Ｖに接続したと等価な回路状態
を作り出す。

尚、比較器３６の出力は定常監視状態と同じＬレベル出
力を生じている。

従って、第３図（ａ）の時刻↑１以降にあっては、同図
（ｂ）に示す等価回路が形成される。

第３図（ｂ）の等価回路において、比較器３８に対する
下限監視閾値ｒ２は入力電圧Ｖｉを基準にして電源電圧
子■を抵抗Ｒ４とＲ３で入力した電圧弁だけ高くなり、
従って、比較器３８は常にＬレベル出力状態に固定され
る。

一方、比較器３６側についても比較器３６に対する上限
監視閾値Ｖｒ１は入力電圧ｖｉに抵抗Ｒ１゜Ｒ２及びＲ
５で定まる分圧電圧を加算した値となる。ここで定常監
視状態にあっては、第２図（ｂ）に示すように、入力電
圧Ｖｉに加算する電圧は抵抗Ｒ１とＲ２の分圧電圧であ
るが、第３図（ｂ）の場合には抵抗Ｒ１とＲ５の並列抵
抗値と抵抗Ｒ２の抵抗値との分圧電圧であり、第３図（
ｂ）の場合の方が入力電圧ｖｉに対し上限監視閾値Ｖｒ
ｔは高めに設定される。

その結果、警戒領１ｔｉ１２に物体が侵入して受光部４
に対する反射光ｍが減少した状態にあっても、警戒領域
１２に侵入物体が存在する限り、比較器３８のＬレベル
出力によってインバータ４２の出力をＨレベルに保つこ
とができ、これによってＯＲゲート４４より出力する物
体検出信号を維持することができる。

勿論、第３図（ａ）の時刻ｔ２で監視領域１２に侵入し
た物体が恢は出すと、受光部４に対する反射光量は定常
監視状態に回復し、比較器３８の出力がＨレベルに戻っ
て物体検出信号が断たれるようになる。

更に、受光部４に設けたレンズ等の汚れによる緩かな信
号電圧の変化に対しては、比較器３６゜３８に対する入
力電圧Ｖｉの変化に追従して第１及び第２の遅延制御回
路１６．１８より上限及び下限監視閾値ｖｒ１．Ｖｒ２
を与える遅延出力が出され、入力電圧と監視閾値との間
に追従遅れがないことから、誤った物体検出信号が出さ
れてしまうことはない。

更に、本発明にあっては、反則光量に応じて得られる信
号電圧を基準に相対的に上限及び下限監視閾値Ｖｒ１．
　Ｖｒ２を設定しているため、反射光量が増えても減っ
ても確実に侵入物体を検出することができる。

［発明の効果］ 以上説明してきたように本発明によれば、監視領域に侵
入物体が存在する限り、物体検出信号の出力を維持する
ことができ、信頼性の高い物体検知を実現することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示した回路ブロック図： 第２図は監視領域への物体侵入で反射光が増加した時の
動作タイミングと等何回路を示した説明図；第３図は監
視領域への物体侵入で反射光が減少した時の動作タイミ
ングと等何回路を示した説明図；第４図は従来例を示し
たブロック図； 第５図は従来の比較回路の回路ブロック図；第６図は従
来の基準値及び閾値の設定状態を示した特性説明図； 第７図は従来装置の動作タイミングチャートである。 １：発光部 ２：パルス駆動回路 ３：変調回路 ４：受光部 ５：フィルタ回路 ６：同期回路 ７：増幅回路 ８：整流回路 １６：第１の遅延制御回路 １８：第２の遅延制御回路 ２０：第１の比較部 ２２：第２の比較部 ２４：出力制御部 ２６．２８，３０：バッフ７アンプ ３２．３４：ダイオードリミッタ ３６．３８二比較器 ４０．４２：インバータ ４４：ＯＲゲート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、監視領域を介して壁等に向けて光信号を出力する発
   光部と； 該壁等から反射された反射光を受光して電気信号に変換
   する受光部と； 該受光部の受光信号を増幅する増幅部と； 該増幅部の増幅信号に所定電圧を加えた電圧を遅延出力
   する第１の遅延制御部と； 前記増幅器の増幅信号から所定電圧を差し引いた電圧を
   遅延出力する第２の遅延制御部と；前記第１の遅延制御
   部からの遅延出力を上限監視閾値として前記増幅部から
   出力された増幅信号と比較し、該増幅信号が上限監視閾
   値以上となったときに比較出力を生ずる第１の比較部と
   ；前記第２の遅延制御部からの遅延出力を下限監視閾値
   として前記増幅部からの増幅信号と比較し、該増幅信号
   が下限監視閾値以下となった時に比較出力を生ずる第２
   の比較部と； 前記第１又は第２の比較部から比較出力が得られた際に
   物体検出信号を出力すると共に、前記監視領域に物体が
   存在している間は前記物体検出信号の出力を維持する出
   力制御部と； を備えたことを特徴とする反射式物体検出器。