JPH08506178A - 電気光学信号経路の設定方法およびその方法を実行するための装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 光パルス（２９）を放射する光源（１）および放射された光パルス（２９）を受信するための受光器（２）を含む電気光学信号経路を設定するための方法および装置により、第１の信号処理回路（４）が光パルス（２９）を認識し、該光パルス（２９）のレベルの低下、好ましくは妨害により光源（１）と受光器（２）の間にある物体（３０）を検出するようになされている。電気光学信号経路に関する情報を得るため、およびその線形処理範囲の設定を確認するために、関連する符号化回路（５）を用いて、放射された光パルスを変調する変調信号（３７ないし３９）を光源（１）に入力し、少なくとも１つの最小パルス（２０ｆ）および少なくとも１つの最大パルス（２０ｇ）を発生させ、前記パルスの受信の結果（８ａ、８ｂ）に基づくように第２の信号処理回路（３）を第１の信号処理回路（４）に結合して、前記設定を確定する。

Description

【発明の詳細な説明】 電気光学信号経路の設定方法およびその方法を 実行するための装置 ［技術分野］ 本発明は請求の範囲第１項の前提部分に記載された種類の方法、および該方法 を実行するための装置に関する。 ［従来技術］ この種類の周知の方法は、例えば、１９８７年のDr.Alfred Huthig Verlag Gm bH、M.RascherおよびH.Klemmtによる「Lichtschranken」に記載されており、こ の方法によれば、光源は一定のデューティ・サイクルおよび一定のパルス強度を 有する短い光パルスを放射する。感光受光器は、単一の比較回路にだけでなく、 平均値発生回路にも接続されている。信号は比較器の出力に現れ、該信号は、発 生した平均値が比較器の基準入力に印加された設定基準値を越えているか、また はそれよりも小さいかを示す。光源と受光器の間の光伝送が妨害されると平均値 が小さくなり、一定の基準値との比較の後、比較器の出力信号に変化をもたらす 。本方法にはいくつかの欠点がある。光源および受光器を含むいくつかの組が互 いに接近した位置に確立さ れると、基準値を設定することが不可能であるエラー状態となり、受光器に関連 する光源が妨害された場合、確実に比較器の出力において信号を変化させること になる。残りの光源は誤って平均値の設定を行い、これが該当する光源の妨害と は無関係に、該当する比較器の出力信号の変化を妨げる。光源を妨害しない場合 の基準値を平均値の近くに設定して、受光器に関連する光源の妨害により確実に 信号が変化するようにすれば、受光器は、電気的雑音の放射、光源の機械振動な ど、工業においてしばしば発生する妨害、ならびに構成部品の温度変化および老 化に起因する光源の放射光強度の変動に対して非常に敏感になる。 米国特許第５１２６５５５号には、同期受光器回路を用いて、光源によって放 射されるパルス・パターンだけが受光器のいわゆる活性化回路内で物体上で反射 した後認識されるようにして前記のエラー状態を回避した装置が記載されている 。これは平均値だけを発生させる代わりに、放射されたパルス／妨害パターンが 、排他的ＯＲゲートの形で認識されるようにすれば実現できる。したがって、受 光器において認識される連続的またはパルス波形の光強度を放射する外来光源と 装置の光源とを区別 することができ、それにより出力においてエラーのある変化が回避される。光源 はエラー状態がなくなるまで妨害されたままである。 この装置は外来光源の光にさらされると非活動状態になるという欠点がある。 他の欠点は、装置に使用される一定の光パルス強度では、感光受光器または次段 の平均値発生回路の過負荷が反射光の強い物体に関連して現れるため、該過負荷 を迅速に防止できないことにある。最後に、この装置の重要な欠点は、光源のパ ルス強度を、光源と受光器の間の伝送状態を変化させるような用途にも使用でき るようにするための手段を備えていないことである。 この欠点は、光源を有する光セルについて記述しているヨーロッパ特許明細書 第０４１８９８９号に記載されている装置において解決されている。この光源の 出力は、光源または受光器において選択的に現れる不純物に自動的に適合するよ うになっている。不純物が現れるとそれらの間の伝送が次第に減衰することにな る。受光器に検出回路を接続することによって利点が得られる。検出回路は結合 プロセスを活動化させ、光源の平均出力を調整することによって光出力が一定に 保たれるようにす る。したがって、光セルの「浸透出力」は常に同じになり、半透明の物体および 光源と受光器の間の光伝送の段階的な減衰に対して段階的に反応しなくなる。こ の装置には、それぞれの光源および感光受光器を含むいくつかの組が接近して配 置され、１つの光源の光が直接の放射と、物体または周囲からの偶発的な反射と のどちらかによっていくつかの受光器に当たるような場合に、それらがその個々 の設定に影響を及ぼすという欠点がある。他の欠点は、原理上装置が同じ強度ま たは同じデューティ・サイクルを有するパルスを使用していることにある。した がって、受信される光パルスは、光源と受光器の間の該当する伝送状態に関する 情報をごくわずかに受光器に与えるだけである。 ［発明の概要］ 本発明の目的は、いくつかの光源および感光受光器を含むシステムにおいて、 各感光受光器に関連する光源の認識を可能にし、かつ感光受光器が、ただ１つの 光源および感光受光器を含むシステムにおいて、光源からの伝送状態に関する詳 細な情報を受信して、システム全体についての線形処理範囲を常に確認する方法 を提供することにある。 本発明によれば、この目的は、請求の範囲第１項の特徴部分で述べられている 主題を特徴とする導入部分に示されている方法により得られる。 このようにして、変調信号によって放射された光パルスには情報搬送振幅信号 が与えられる。情報搬送振幅信号は、電気光学信号経路についての常に利用可能 な線形処理範囲を検出するためと、種々の接近して配置された信号経路が何らか の信号経路の機能エラーを引き起こさないようにするための両方の用途に使用す ることができるものである。最小パルスとしては、受光器のほぼ一定の雑音レベ ルを選択するのが有利である。すなわち、振幅値が雑音がかろうじて認識される ほどの大きさになるからである。最大パルスとしては、受光器の過負荷レベルを 選択するのが有利である。これは、このレベル以上では受光器が振幅情報を損失 し、したがってこのレベルを越えることは送信機出力の浪費となるからである。 第１の信号処理回路は、それぞれこれらの最大および最小パルスを受信し、この 受信の結果を第２の信号処理回路に戻し、次いでこの結果を処理して電気光学信 号経路についての線形処理範囲の設定を行う。 本発明はさらに、本発明を実行するための請求の範囲第６項 の前段に記載した種類の装置において、請求の範囲第６項の特徴部分に述べられ ている主題を特徴とする装置に関する。 ［図面の簡単な説明］ 添付図面を参照して本発明を以下により詳細に説明する。 第１図は、本発明による装置の簡単なブロック図を示す。 第２図は、第１図の装置の好ましい実施例の詳細なブロック図を示す。 第３図は、変調され放射された光パルスの、本発明による装置における符号化 回路からの電子信号の曲線の進路の形で図示され、特定の期間にわたって示され た実施例のフローシートである。 第４図は、電気光学信号経路の線形処理範囲を確保するように、光源と受光器 の間で光の伝送状態を変化させる場合に、電気光学信号経路を設定するのに使用 される第２図の装置における信号経路のフローシートを示す。 第５ａ図、第５ｂ図および第５ｃ図は、電気光学信号経路を設定するのに使用 される変調信号または変調包絡線の３つの実施例のフローシートを示す。 ［発明を実行するための最善の方法］ 第１図に示す装置は、電気光学信号経路の一部をなす光源１および受光器２を 備えている。第１の信号処理回路４は、光源１によって放射される光を検出する ために受光器２に接続されており、前記の光は光パルス２９の形で放射される。 物体３０が信号経路の純粋に光学的な部分を妨害していることが認識された場合 、第１の信号処理回路４の信号出力７に状態の変化が現れる。光パルス２９は、 デューティ・サイクルを決定するパルス回路１０、および第２の信号処理回路３ によって決定される変調曲線に従って各パルスの振幅を設定する符号化回路５に よって制御される。第２の信号処理回路３は第１の信号処理回路４に結合されて いる。変調された光パルスは、制御盤１３からの信号１４ａ、１４ｂ、パルス回 路１０からの同期パルス１２、および第１の信号処理回路４からの信号８ａ、８ ｂおよび８ｃに基づいて設定される。次にこれらの信号の性質を第２図を参照し てより詳細に説明する。 第２図は光源１を発光素子１ａおよび増幅器／ドライバ回路１ｂの形で示し、 受光器２を低雑音前置増幅器２ｂに結合された感光素子２ａの形で示す。符号化 回路５は発生したパルス信 号１２に情報を導く乗算器３ｂを含んでおり、該情報は、３−１マルチプレクサ ３ａ内のパルス信号１２に重ねられる３つの別個の振幅値６ｅ、６ｂおよび６ｄ の形で示されている。生成され、変調された信号６ｃは乗算器３ｂから光源１に 伝送される（第２図参照）。この信号は第３図により詳細に示されている。変調 包絡線は、マルチプレクサ３ａのために変更信号１５を発生する走査回路１６に よって制御される。マルチプレクサ３ａへの３つの入力信号６ｅ、６ｂおよび６ ｄは、第２の信号処理回路３内で、受光器２に接続された第１の信号処理回路４ からの信号、すなわち制御信号８ａおよび８ｂから２つのサーボ回路１７ａおよ び１７ｂにそれぞれ伝送された信号である。サーボ回路１７ａおよび１７ｂは、 第３図において、それぞれ信号レベル２０ａおよび２０ｃに従って、受信された 最小パルス２０ｆおよび最大パルス２０ｇのレベルを維持する。最小パルス２０ ｆは信号６ｄとしてマルチプレクサ３ａに入り、最大パルス２０ｇは信号６ｅと して該マルチプレクサ３ａに入る。第３図の主信号２０ｈは、振幅が最小パルス ２０ｆに比例するオフセット１４ｂによって決定されるパルス信号として生成さ れる。この主信号２０ｈは信号６ｂとしてマルチプレクサ３ａ に入る。オフセットは固定オフセット１４ｂとして制御盤１３によりユーザが設 定することが可能である（第２図参照）。光信号経路における物体３０の検出は 、２つの検出レベル９ａおよび９ｂを有する受信された平均値発生主信号２０ｈ のウィンドウ比較により行う（第３図参照）。 受信された平均値発生信号が下側検出レベル９ａ以下である場合、光信号経路 内に物体３０が存在している状態にあるとして認識される。この状態は、比較器 の信号出力からの制御信号７によって２つのサーボ１７ａおよび１７ｂの阻止ま たは妨害を解除し、それによりサーボ回路が物体３０の存在を補償しようとしな くなる。サーボ１７ａおよび１７ｂを再活動化させるまたは開放するためには、 受信された平均値発生信号が上側検出レベル９ｂを越えなければならない。上側 検出レベル９ｂと下側検出レベル９ａの間の差はそれぞれ信号経路のヒステリシ ス１４ａと呼ばれており、ユーザが制御盤１３により設定する。前記制御盤１３ からの信号１４ａは加算回路１８ｂを通してマルチプレクサ３ａに伝送される。 電気光学信号経路の線形機能の表示は、比較器１９が設定検出レベル９ａおよび ９ｂとサーボ設定動作レベル６ｄおよび６ｅとを比較することによって行 われる。光源１および受光器２のための実際の動作状態において実行することが できないオフセット１４ｂまたはヒステリシス１４ａの設定を制御盤１３から行 おうとすると、比較器の出力１１ａおよび１１ｂに変化が現れる。同様に、光源 １または受光器が汚れた場合など、動作状態が変化するともはや設定値１４ａお よび１４ｂを電気光学信号経路の線形範囲内で維持することはできず、したがっ て比較器１９の出力に変化が現れる。これらの出力信号１１ａおよび１１ｂはさ らにオフセット１３ｂおよびヒステリシス１３ａの回路を制御するための決定ア ルゴリズムとともに使用することが可能である。代わりの方法として、これらの 回路を第２図に概略を示した光プログラミング装置３１および、受光器２におい て受信される放射光パルス３２によって制御することが可能である。例えば、こ れらの光パルス３２の放射を光パルス２９に対して遅らせることができ、前記光 パルス３２をオフセット１３ｂおよびヒステリシス１３ａの回路を制御するため に装置に情報を供給するのに使用することができる。 信号処理回路４における第２図に示された残りの構成部品には、検出器３３、 １−３マルチプレクサ３４、低域フィル タ３５、および物体３０を検出し２つのサーボ１７ａおよび１７ｂを制御する信 号出力７を有する比較器３６がある。 第３図は、本発明による装置で使用するようになされており、受信されたパル ス信号の一部が、最小パルス２０ｆ、最大パルス２０ｇおよび３つの信号パルス ２０ｈがすべて同じ変調周期２０ｅに含まれる状態で示される周期に現れる変調 包絡線の実施例を示す。さらに、雑音レベル２０ａならびに受光器についての飽 和レベル２０ｃが示されている。２つの検出レベル９ａおよび９ｂは電気光学信 号経路の線形処理領域の限界を規定する２つのレベルの間に配置されている。受 信された主信号パルス２０ｈのレベル２０ｂは、光信号経路の妨害として認識さ れるためには、下側検出レベル９ａよりも小さくなければならず、かつ妨害の後 に、妨害がまったくないことを示すために再度上側検出レベル９ｂを越えなけれ ばならない。前に述べたように、下側検出レベル９ａと上側検出レベル９ｂの間 の差は、それぞれ信号経路のヒステリシス１４ａと呼ばれており、制御盤１３か らユーザにより設定される。 第４図には電気光学信号経路の調整の例が示されている。第４図では、伝送さ れたパルス信号２１が時間間隔内に現れて おり、光信号経路の伝送２３が変動すると、受信された信号２２ａ、２２ｂが生 じ、パルス２２ａは光学信号経路が開放されている場合に適合し、一定のＤＣレ ベル２２ｂは光学信号経路が物体３０によって妨害された場合に雑音の平均値を 示すようになる。さらに、信号出力７の出力状態２４が示されている。光信号経 路の伝送の弱い減衰により受光器において信号レベルが低下し、その結果最小パ ルスが受光器の雑音レベル２０ａを越えなくなる。パルス認識がない場合は、最 小パルスが実際に認識されるように最小サーボ１７ｂが信号を上側に調整するこ とになる。最大サーボ１７ａは、後者と無関係に、受光器２を正確にロードする ように最大パルスを上側に調整する。伝送状態が改善されると、受信された信号 はレベルが上昇し、次いで２つのサーボ１７ａおよび１７ｂが、受光器において 正確に再生されるように、すなわち、受信されたパルスがいずれも飽和レベル２ ０ｃを越えないように放射された信号レベルを下方に調整する。信号出力７は、 伝送状態に加わる変化が小さい場合はその状態が変化しないが、光信号経路内で 物体３０に起因する妨害が加えられた場合にのみその状態が変化する。 第５ａ図は、各変調周期において検出保証が多数の信号パル ス２０ｈにより保証される変調包絡線３７を示す。この変調包絡線は、電気光学 信号経路を電気光学信号経路の伝送状態が比較的一定である環境内で使用する場 合、および検出保証に対する要求が厳しい場合に使用される。 第５ｂ図は、いくつかの光源が間違って同一の受光器に受信されてしまうとき に使用される好ましい変調包路線３７、すなわち正弦波包路線を示す。こうして 受光器に関連した光源の適正な受信を確実にする。 第５ｃ図は電気光学信号経路の線形処理領域を決定するための好ましい変調包 絡線３９を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ Ｇ０１Ｖ 8/10 Ｈ０４Ｂ 10/10 10/105 10/22 7739−5Ｊ Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｒ (72)発明者 ヘイベルグ−ヤンセン，ステイグ デンマーク国、デー・カー―4671・ストレ ビ、キストベエン・290

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．光パルスを放射する光源と、放射された光パルスを受信するようになされて おり、かつ光パルスのレベルが所定の限界値以下に低下した場合に、好ましくは 前記光パルスが妨害された場合に光パルスを認識し、かつ光源と受光器の間の物 体の存在を検出するようになされた第１の信号処理回路に接続された受光器とを 含む電気光学信号経路を設定する方法において、光源（１）がそれに結合された 符号化回路（５）によって変調信号（３７から３９）を受信し、前記変調信号が 、放射された光パルスを変調し、少なくとも１つの最小パルス（２０ｆ）および 少なくとも１つの最大パルス（２０ｇ）が発生し、また、第２の信号処理回路（ ３）が、それぞれ最小パルス（２０ｆ）および最大パルス（２０ｇ）の受信の結 果（８ａおよび８ｂ）に基づいて電気光学信号経路の線形処理領域（２０ｄ）の 設定を確定することが可能な第１の信号処理回路（４）に結合されていることを 特徴とする方法。 ２．ユーザが第２の信号処理回路（３）に結合された制御盤（１３）によりオフ セット（１４ｂ）またはヒステリシス （１４ａ）を設定することが可能であることを特徴とする、請求の範囲第１項に 記載の方法。 ３．第２の信号処理回路に含まれる比較器（１９）が設定検出レベル（９ａ、９ ｂ）とサーボ設定動作レベル（６ｄ、６ｅ）を比較してその差が信号経路のヒス テリシスとなり、前記比較器（１９）が前記４つの信号（９ａ、９ｂ、６ｄ、６ ｅ）を受信し、２つの合計出力信号（１１ａ、１１ｂ）を放射し、これを決定ア ルゴリズムとともに使用して、オフセット（１４ｂ）およびヒステリシス（１４ ａ）をそれぞれ自動的に制御することを特徴とする、請求の範囲第１項および第 ２項に記載の方法。 ４．電気光学信号経路のユーザが前記決定アルゴリズムを制御盤１３により変更 することが可能であることを特徴とする、請求の範囲第３項に記載の方法。 ５．前記符号化回路（５）が、相互に偏位する位相および同じパルス強度を有す る連続した短いパルスを有する放射された光パルス（２９）を変調することを特 徴とする、請求の範囲第１項に記載の方法。 ６．光パルスを放射する光源と、前記光パルスを受信する受光器と、光パルスの レベルが所定のレベル以下に低下した場合、 好ましくは前記光パルスが妨害された場合に光パルスを認識し、光源と受光器の 間の物体の存在を検出する第１の信号処理回路とを備えている、請求の範囲第１ 項に記載の方法を実行するための装置であって、少なくとも１つの最小パルス（ ２０ｆ）および少なくとも１つの最大パルス（２０ｇ）が発生するように、放射 された光パルス（２９）を変調するための光源（１）に結合された符号化回路（ ５）を備えており、またそれぞれ最小パルス（２０ｆ）および最大パルス（２０ ｇ）の受信の結果（８ａ、８ｂ）を転送し、電気光学信号経路の線形処理領域（ ２０ｄ）を設定するために第１の信号処理回路（４）に結合された第２の信号処 理回路（３）を備えていることを特徴とする装置。 ７．オフセット（１４ｂ）またはヒステリシス（１４ａ）を設定するために第２ の信号処理回路（３）に結合された制御盤（１３）を備えていることを特徴とす る、請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．第２の信号処理回路（３）に含まれる比較器（１９）が、設定検出レベル（ ９ａ、９ｂ）とサーボ設定動作レベル（６ａ、６ｅ）を比較してこの差が信号経 路のヒステリシスとなり、前 記比較器（１９）が前記４つの信号（９ａ、９ｂ、６ａ、６ｅ）を受信し、２つ の合計出力信号（１１ａ、１１ｂ）を放射し、決定アルゴリズムとともにオフセ ット（１４ｂ）およびヒステリシス（１４ａ）を自動的に制御するように制御盤 （１３）に伝送するようになされていることを特徴とする、請求の範囲第６項お よび第７項に記載の方法。 ９．変調周期（２０ｅ）内で、光源（１）が、電気光学信号経路の線形処理領域 （２０ｄ）内に設定された特性相互強度比を有する多数の光パルス（２９）を放 射し、これらが明確に前記光源（１）に付随しており、また信号処理回路（４） が前記特性振幅状態を認識するようになされていることを特徴とする、請求の範 囲第６項に記載の装置。 １０．オフセット（１４ｂ）およびヒステリシス（１４ａ）の回路を制御するた めに受光器（２）への光パルス（３２）の放射に関する情報を装置に供給するこ とが可能な光ソフトウェア装置（３１）を含んでいることを特徴とする、請求の 範囲第６項に記載の装置。