JPH05299999A - 受光回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】強い外乱光の影響を確実に除去しながらも受光
素子と信号処理部と間の配線用シールド線を長くして静
電容量が増大しても目的とする変調信号光のみを確実に
検知して出力することができ、またや周波数応答性の悪
化を防止できる受光回路をを提供する。 【構成】変調信号光を受光して電気信号に変換する受光
素子と、この受光素子の出力電流の電圧用且つ増幅用の
増幅器を備え、この増幅器の仮想接地点を受光素子に接
続する。従って、受光素子の負荷インピーダンスが極め
て低くなり、受光素子と信号処理部間の配線を長くして
配線の静電容量が増大しても、目的とする変調信号光の
みを確実に検知して出力できる。増幅器の出力信号を積
分する積分回路の積分値によりインピーダンス可変素子
のインピーダンスを小さくなるよう可変制御し、外乱光
による低周波の電流分をインピーダンス可変素子により
バイパスして除外する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動ドアの開閉
を制御する物体検知用光電スイッチに用いられる受光回
路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、人体等の物体を検知して防犯警報
装置の作動や自動開閉ドアの開閉を制御するための起動
用スイッチに利用されている物体検知装置として、背景
と移動物体との温度差に基づく放射赤外線光束の変動を
利用する受動型赤外線式のもの、マイクロ波のドップラ
ー効果を利用するもの、或いは赤外線を投射して物体か
らの反射光の光量変化を検知するもの等の非接触検知方
式のものが一般に採用されている。ところが、これらの
非接触検知型物体検知装置は、何れも物体が静止した場
合には赤外線光束の変動や光量の変化が無いこと等によ
り検知することができない欠点がある。そのため、例え
ば自動開閉ドアの開閉制御用の起動スイッチとして使用
した場合、人体が開いた自動ドアの付近で止まって立ち
話をしたような時には、閉動作を始める自動ドアにぶつ
かったり、或いは挟まれたりする危惧がある。そこで、
静止物体を検知できる安全センサとして光電スイッチが
前述の物体検知装置に併設されている。

【０００３】即ち、図５に示すように、例えば左右両開
き型の自動ドア（１）の中央真上位置に受動型赤外線式
移動物体検知装置（２）を配設するとともに、自動ドア
（１）の両側近傍箇所に、光電スイッチの投光部（３）
と受光部（４）とを対設し、この投光部（３）から受光
部（４）への光信号が遮断されることにより光電スイッ
チ用制御器（５）が人体等の物体を検知して自動ドア用
駆動部（６）に対し検知信号を出力する。自動ドア用駆
動部（６）は、移動物体検知装置（２）からの検知信号
の入力が無くなっても光電スイッチ用制御器（５）から
検知信号が入力されている限り自動ドア（１）の開放状
態を保持するよう制御する。

【０００４】また、光電スイッチ用制御器（５）内に組
み込まれる受光回路は図６に示すような構成になってお
り、以下に説明する。この種の光電スイッチ用の受光回
路において最も問題となるのは、目的とする信号光より
も強い太陽光や一般照明光等の外乱光による妨害であ
り、そのため、一般に投光器（３）から高周波で断続し
た変調信号光を出射させて外乱光と信号光との分離を計
っている。そして、高周波の変調信号光が受光部（４）
のフォトダイオードからなる受光素子（ＰＤ）で電気信
号に変換され、電源端子（＋Ｖｃｃ）から受光素子（Ｐ
Ｄ）を通じて変調信号光に応じた断続的な電流がトラン
ジスタ（Ｑ１）のベースに流れ、それにより断続的にオ
ン・オフするトランジスタ（Ｑ１）に流れる電流が抵抗
（Ｒ１）により電圧に変換された後にＡＣ結合用コンデ
ンサ（Ｃ１）を介して出力端子（Ｖｏ）から出力され
る。

【０００５】一方、トランジスタ（Ｑ１）のエミッタと
抵抗（Ｒ１）の接続点に、抵抗（Ｒ２）とコンデンサ
（Ｃ２）との時定数により低周波のみに対し積分動作を
行うよう設定された積分回路（Ｉ）が接続されており、
このように積分回路（Ｉ）は時定数が比較的長いことに
より高周波に対して積分動作を行わないので、変調信号
光のみを受光している場合には、出力端子（Ｖｏ）から
変調信号光に対応する略一定の電圧が出力されている。
そして、略直流光である太陽光または低周波の一般照明
光等の外乱光が強くなると、トランジスタ（Ｑ１）のベ
ース電流が増大しようとするが、この低周波の電気信号
が積分回路（Ｉ）で積分されてコンデンサ（Ｃ２）の端
子電圧、つまりトランジスタ（Ｑ２）のベース電圧が高
くなり、トランジスタ（Ｑ２）の導通度が大きくなって
受光素子（ＰＤ）からの光電流の一部がトランジスタ
（Ｑ２）および抵抗（Ｒ３）を介して流れる。ここで、
トランジスタ（Ｑ２）の導通度つまりインピーダンスが
受光素子（ＰＤ）の出力電流に応じて変化するので、外
乱光による低周波の電流分がトランジスタ（Ｑ２）を通
じバイパスされることになり、外乱光による影響を除去
して誤動作の発生を未然に防止できる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、光電スイッ
チの投光部（３）や受光部（４）は、外観上の体裁と通
行人の邪魔にならないようにする目的とで埋め込み形態
に設置され、一方、光電スイッチ用制御器（５）等も受
光器（４）等に近接して設けるのが好ましいのである
が、これを埋め込むスペースを建造物の構造上から広く
取ることができず、また、その埋め込み工事も困難であ
る。そのため、図５に示すように、自動ドア駆動部
（６）等が内装されているドアエンジンケース（７）内
に配設され、このように機器類を同一箇所に集中させる
ことにより施工の効率アップとメンテナンス性の向上と
を図っている。

【０００７】従って、投光部（３）および受光部（４）
と光電スイッチ用制御器（５）との間の配線が長くなる
ので、ノイズ等の混入を防止するためにシールド線
（８）を使用している。然し乍ら、自動ドア（１）が、
図５のように両引き型であって、特に工場用等の大型の
ものである場合には、シールド線（８）が非常に長くな
る。ところが、図６の受光回路から明らかなように、受
光素子（ＰＤ）がトランジスタ（Ｑ１）のベースに接続
されていることからこれの負荷インピーダンスが高いた
め、前述のようにシールド線（８）が長くなると、図６
に示すシールド線（８）の静電容量（Ｃ）が増大し、受
光素子（ＰＤ）の出力電流が静電容量（Ｃ）に迂回して
してしまうため、出力端子（Ｖｏ）からの出力電圧が鈍
って変調信号光による信号を判別できなくなったり、場
合によっては出力が出なくなる不都合が生じるととも
に、周波数応答性も悪くなる欠点がある。

【０００８】そこで本発明は、強い外乱光の影響を確実
に除去しながらも受光素子と信号処理部との配線を長く
して静電容量が増大しても目的とする変調信号光のみを
確実に検知して出力することができ、また、周波数応答
性の悪化を防止できる主として光電スイッチに用いられ
る受光回路を提供することを技術的課題とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記した課題を
達成するための技術的手段として、受光回路を次のよう
に構成した。即ち、変調信号光を受光して電気信号に変
換する受光素子と、前記受光素子の出力電流の電圧への
変換用且つ増幅用であって自体の仮想接地点に前記受光
素子が接続された増幅器と、この増幅器の出力端子に接
続された積分回路と、前記仮想接地点に接続され前記積
分回路の積分値によりインピーダンスが小さくなるよう
可変制御されるインピーダンス可変素子とを備えたこと
を特徴として構成されている。

【００１０】

【作用】外乱光が弱いことにより主に高周波の変調信号
光を受光素子で受光している場合には、受光素子の出力
電流が増幅器で増幅され且つ電圧に変換されて出力され
る。この出力電圧は、高周波の変調信号光に対応して変
化するので、その変化する時間は積分回路の時定数に比
較して十分に短く、積分回路で積分されることなく略一
定に保持される。そして、外乱光が強くなると増幅器へ
の入力電流が増大しようとするが、その外乱光による低
周波の電気信号が積分回路で積分され、その積分値に応
じてインピーダンス可変素子のインピーダンスが低下さ
れ、このインピーダンス可変素子を通じて外乱光による
低周波分に相当する電流が流れる。その結果、外乱光に
よる電流がインピーダンス可変素子を通じて除外されて
増幅器には変調信号光による電流のみが入力する。

【００１１】この受光回路は、受光素子が増幅器の仮想
接地点に接続されていることにより受光素子の負荷イン
ピーダンスが極めて低いため、受光素子と信号処理部間
を接続するシールド線を長くしてシールド線の静電容量
が増大しても、目的とする変調信号光のみを確実に検知
して出力することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について図面を
参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の基本的構
成となる第１の実施例を示し、同図において図６と同一
若しくは同等のものには同一の符号を付してある。そし
て、信号処理部（１１）は、演算増幅器（ＯＰ１）の両
電源端子が正電源端子（＋Ｖｃｃ）および負電源端子
（−Ｖｃｃ）にそれぞれ接続された両電源方式に構成さ
れており、演算増幅器（ＯＰ１）は非反転入力端子
（＋）が接地されていることにより反転入力端子（−）
も非反転入力端子（＋）と同様に接地したのと等価にな
っている。つまり仮想接地されており、この仮想接地点
（Ａ）に受光素子（ＰＤ）が接続されている。また、演
算増幅器（ＯＰ１）の出力端子がＡＣ結合用コンデンサ
（Ｃ１）を介して信号出力端子（Ｖｏ）に導出されてい
るとともに、演算増幅器（ＯＰ１）の出力端子に、低周
波成分に対し積分動作を行う時定数に設定された積分回
路（Ｉ）が接続されており、この積分回路（Ｉ）の抵抗
（Ｒ２）とコンデンサ（Ｃ２）の接続点が、インピーダ
ンス可変素子（Ｑ３）として用いられているＰＮＰ形ト
ランジスタのベースに接続されており、エミッタが抵抗
（Ｒ５）を介して仮想接地点（Ａ）に接続されている。

【００１３】次に前記実施例の作用について説明する。
外乱光が極めて弱いことにより受光素子（ＰＤ）が高周
波の変調信号光のみを受光している場合、受光素子（Ｐ
Ｄ）により光電変換された変調信号電流が抵抗（Ｒ４）
により電圧に変換されて出力される。この出力電圧は高
周波の変調信号光に対応した波形であってその変化する
時間は積分回路（Ｉ）の時定数に比較して極めて短いの
で、積分動作は行われずにコンデンサ（Ｃ２）の端子電
圧が一定に保持され、出力電圧は変調信号光を光電変換
した波形に維持され、後段回路において変調信号光の受
光を正確に判別する。

【００１４】一方、強い外乱光が受光素子（ＰＤ）に入
射して受光素子（ＰＤ）から変調信号電流に外乱光によ
る直流分を含む低周波の電流が重畳された電流が出力さ
れると、この電流を演算増幅器（ＯＰ１）および抵抗
（Ｒ４）により変換された出力電圧が低下しようとする
が、低周波の電流分に相当する電圧のみが積分回路
（Ｉ）で積分される。即ち、積分回路（Ｉ）のコンデン
サ（Ｃ２）が放電を開始して該コンデンサ（Ｃ２）の端
子電圧つまりインピーダンス変換素子（Ｑ３）としての
トランジスタのベース電圧が低下する。ここで、、イン
ピーダンス変換素子（Ｑ３）は低下しようとする出力電
圧に応じて導通度が大きくなり、即ちインピーダンスが
低下して受光素子（ＰＤ）の出力電流の一部である低周
波の電流分が抵抗（Ｒ５）およびインピーダンス可変素
子（Ｑ３）を介して流れる。このように低周波の電流分
がインピーダンス可変素子（Ｑ３）を通じバイパスされ
て確実に除去されるので、強い外乱光の入射の有無に拘
わらず高周波の変調信号電流のみが電圧に変換されて出
力されるとともに、良好な周波数応答性を得られる。

【００１５】そして、この受光回路は、受光素子（Ｐ
Ｄ）が演算増幅器（ＯＰ１）の仮想接地点（Ａ）に接続
されていることにより受光素子（ＰＤ）の負荷インピー
ダンスが極めて低いため、受光素子（ＰＤ）と信号処理
部（１１）間を接続するシールド線（８）を長くしてシ
ールド線（８）の静電容量が増大しても、目的とする高
周波の変調信号光のみを確実に検知して出力することが
できる。

【００１６】図２は、図１を変形した本発明の第２の実
施例で、図１と相違する点は、信号処理回路（１２）
を、演算増幅器（ＯＰ１）の両電源端子を正電源端子
（＋Ｖｃｃ）と接地とにそれぞれ接続するとともに、演
算増幅器（ＯＰ１）の非反転入力端子（＋）に、正電源
端子（＋Ｖｃｃ）の電源電圧を２個の抵抗（Ｒ６），
（Ｒ７）で分圧した設定電圧を印加し、片電源方式とし
た構成のみであり、図１の場合と同様に演算増幅器（Ｏ
Ｐ１）の反転入力端子（−）が仮想接地点（Ａ）とな
り、また、図１と同一若しくは同等のものには同一の符
号を付してあり、作用および効果は図１の場合と同様で
あるのでその説明を省略する。

【００１７】図３は、図１を変形した本発明の第３の実
施例で、図１においてインピーダンス可変素子（Ｑ３）
としてＰＮＰ形トランジスタを用いたのに対し、インピ
ーダンス可変素子（Ｑ４）をＮＰＮ形トランジスタに置
換した場合を例示してある。このトランジスタの置換に
伴い、信号処理部（１３）が図１の信号処理部（１１）
に対しインバートに機能する構成になっており、演算増
幅器（ＯＰ１）の反転入力端子（−）を接地して非反転
入力端子（＋）を仮想接地点（Ａ）として受光素子（Ｐ
Ｄ）に接続してある。その他、図１と同一若しくは同等
のものには同一の符号を付してあり、基本的動作および
効果は図１の場合と同様であるのでその説明を省略す
る。

【００１８】図４は図１を変形した本発明の第４の実施
例で、演算増幅器をインピーダンス可変素子（ＯＰ２）
として用いて信号処理部（１４）を構成した点において
のみ図１と相違し、図１と同一若しくは同等のものには
同一の符号を付してあり、基本的動作および効果は図１
の場合と同様であるのでその説明を省略する。

【００１９】

【発明の効果】以上のように本発明の受光回路による
と、受光素子を増幅器の仮想接地点に接続した構成とし
たので、受光素子の負荷インピーダンスが極めて低くな
る。また、低周波の電気信号に対し積分動作を行う時定
数を有する積分回路の積分値によりインピーダンス可変
素子のインピーダンスを小さくするよう可変制御するよ
うにしたので、強い外乱光による影響を、この外乱光に
よる低周波の電気信号を低インピーダンスとなったイン
ピーダンス可変素子によりバイパスすることにより確実
に除外できる。従って、受光素子と信号処理部との間の
配線を長くしても、目的とする高周波の変調信号光のみ
を確実に検知して出力することができるとともに、良好
な周波数応答性を得ることができる。しかも、増幅器を
反転増幅型且つ電流注入型に構成できるので、電界ノイ
ズの影響を受け難い利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の電気回路図である。

【図２】本発明の第２の実施例の電気回路である。

【図３】本発明の第３の実施例の電気回路図である。

【図４】本発明の第４の実施例の電気回路図である。

【図５】本発明が適用される光電スイッチの設置状態を
示す概略図である。

【図６】従来の光電スイッチ用受光回路の電気回路図で
ある。

【符号の説明】

８ シールド線 １１〜１４ 信号処理部 ＰＤ 受光素子 ＯＰ１ 演算増幅器 Ｑ３，Ｑ４，ＯＰ２ インピーダンス可変素子 Ｉ 積分回路 Ｒ２ 抵抗 Ｃ２ コンデンサ Ｖｏ 出力端子 Ａ 仮想接地点

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変調信号光を受光して電気信号に変換す
   る受光素子と、前記信号処理部に、前記受光素子の出力
   電流の電圧への変換用且つ増幅用であって自体の仮想接
   地点に前記受光素子が接続された増幅器と、この増幅器
   の出力端子に接続された積分回路と、前記仮想接地点に
   接続され前記積分回路の積分値によりインピーダンスが
   小さくなるよう可変制御されるインピーダンス可変素子
   とを備えたことを特徴とする受光回路。