JPH0936725A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 外乱光の影響を受けにくい光電センサを提供
すること。 【構成】 タイミング回路２３より投光パルスを発生し
投光素子３を駆動する。受光素子４に得られる受光出力
を増幅し、比較回路６によって閾値と比較する。そして
投光パルスのタイミングで得られる立上りエッジを立上
りエッジ検出回路２１により検出する。又投光パルスの
直後に得られる立下りエッジを立下りエッジ検出回路２
２により検出する。そしてこれらの立上りエッジと立下
りエッジによって夫々ＲＳフリップフロップ２４，２５
をセットし、その論理積によって物体検知信号を出力す
るようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は外乱の影響をなくす
るようにした光電センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は従来の光電センサの一例を示す
ブロック図である。本図に示すように従来の光電センサ
はタイミング回路１から一定周期の投光パルス信号を発
生しており、このタイミングに基づいて投光駆動回路２
を介して投光素子３を駆動する。投光素子３は光を物体
検知領域に照射するものであって、物体検知領域を介し
て光が受光素子４に入射される。受光素子４の信号は交
流増幅器５によって増幅され比較回路６に伝えられる。
比較回路６の他方の入力端には基準電圧源７が接続され
ており、この基準電圧源７の基準電圧Ｖref を越える入
力があれば比較出力をゲート回路８に与える。ゲート回
路８は投光パルス信号と同一の信号がゲート信号として
入力され、このゲート信号の間に比較回路６より得られ
る出力ＲＳをフリップフロップ９に伝える。フリップフ
ロップ９にはゲート回路８の出力がセット入力として与
えられ、又タイミング発生回路１より投光パルスの中間
のタイミング信号がリセット信号として入力される。Ｒ
Ｓフリップフロップ９はこれらの入力に基づいて動作す
るＲＳフリップフロップであって、そのＱ出力はシフト
レジスタ１０に入力される。シフトレジスタ１０はタイ
ミング回路１からのシフト信号によりシフトされる。そ
して制御出力回路１１はシフトレジスタ１０の出力が連
続する場合に、その論理積によって外部に出力信号を出
力するものである。

【０００３】次にこの光電センサの動作について図１
１，図１２のタイムチャートに基づいて説明する。これ
らの図において（ａ）〜（ｇ）は図１０のａ〜ｇの各部
の波形を示している。図１１（ａ）はタイミング回路１
の投光パルス信号であり、ゲート回路８に与えられるゲ
ート信号ともなっている。物体が検知領域に存在する場
合には投光素子３からの反射光が受光素子４に入射し、
その出力は交流増幅器５を介して図１１（ｂ）に示すよ
うに出力される。基準電圧源７の基準電圧Ｖrefとこの
受光信号が比較回路６によって比較され、基準電圧を越
えるタイミングで図１１（ｃ）に示すように出力が得ら
れる。この信号が投光パルスと共にゲート回路８に加え
られるため、ゲート回路８より図１１（ｄ）に示す出力
が得られる。この出力の立上りがフリップフロップ９の
セット信号となり、２つの投光パルスの間に出力される
リセット信号によってリセットされるため、フリップフ
ロップ９は図１１（ｆ）に示す出力を出す。この出力が
シフトレジスタ１０に順次与えられ、所定回数出力がＨ
レベルで連続する場合に物体検知信号が出力されること
となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるにこのような従
来の光電センサでは、例えばインバータ蛍光灯のような
高周波の光が受光素子４に入光すると、誤動作が生じる
ことがある。例えば図１２に示すように、交流増幅器５
から図１２（ｂ）に示すように投光パルス信号と無関係
の出力が得られる。そうすれば比較回路６より図１２
（ｃ）に示す出力が得られる。これが投光パルスと一致
するタイミングでは図１２（ｄ）に示すようにゲート出
力が得られ、フリップフロップ９より図１２（ｆ）に示
す信号が出力される。従って信号光と同一の信号がシフ
トレジスタに送られることとなって、誤動作を生じる。

【０００５】このような光電センサは、例えばロボット
アーム等を用いた自動組立ラインの人体侵入検出に用い
られる場合がある。このような用途では、人が検知エリ
アに侵入しているときにはロボットアームは確実に停止
状態とならなければならない。しかるに光電センサの誤
動作によりロボットアームが停止せず動作状態となって
いれば、人が危険にさらされる結果になるという問題点
があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、受光出力の立上りエッジと立
下りエッジとを所定のタイミングで検出した場合にのみ
信号光とするように信号処理方式を改善することによっ
て、このような問題点を解決することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、投光パルスに基づいて周期的に駆動され、光を物体
検知領域に照射する投光部と、物体検知領域を介して前
記投光部の光を受光する受光部と、前記受光部の出力を
所定の閾値で弁別する比較手段と、前記比較手段の出力
の立上りエッジを投光パルスのタイミングで検出する立
上りエッジ検出回路と、前記比較手段の出力の立下りエ
ッジを投光パルスの直後の一定期間のタイミングで検出
する立下りエッジ検出回路と、前記立下りエッジ検出回
路及び前記立上りエッジ検出回路の出力タイミングに基
づいて検出体を判別する第１の判別手段と、を具備する
ことを特徴とするものである。

【０００８】ここで第１の判別手段は、反射型光電セン
サの場合には立上りエッジ検出回路の出力に続いて立下
りエッジ検出回路が得られたとき、又はその状態が複数
の投光パルスの周期連続して得られたときに検出体を判
別するものであり、透過型光電センサではそのような状
態が得られなくなったときに物体を判別するものであ
る。

【０００９】本願の請求項２の発明は、投光パルスに基
づいて周期的に駆動され、光を物体検知領域に照射する
投光部と、物体検知領域を介して前記投光部の光を受光
する受光部と、前記受光部の出力を所定の閾値で弁別す
る比較手段と、前記比較手段の出力の立上りを前記投光
パルス及びその直後の一定期間のタイミングで検出する
立上りエッジ検出回路と、前記比較手段の出力の立下り
を前記投光パルス及びその直後の一定期間のタイミング
で検出する立下りエッジ検出回路と、１投光パルスに対
して前記立上りエッジ検出回路に続いて前記立下りエッ
ジ検出回路から出力が夫々１つの得られた場合にのみ出
力を出すカウンタ回路部と、前記カウンタ回路部の出力
に基づいて検出体を判別する第２の判別手段と、を具備
することを特徴とするものである。

【００１０】ここで第２の判別手段は、反射型光電セン
サではカウンタ回路部の出力が得られたとき、又はその
状態が投光パルスの複数周期に渡って継続したときに検
出体を検知するものであり、透過型光電センサではその
ような状態が数周期に渡って得られなくなったときに検
出体を判別するものである。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施例による光
電センサの全体構成を示すブロック図であり、従来例と
同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略する。本
実施例においては投光パルス信号によって投光駆動回路
２より投光素子３を周期的に駆動し、受光素子４を介し
て光を受光してその出力を増幅し、基準電圧源７の基準
電圧Ｖref と比較することは従来例と同様である。本実
施例では比較回路６の出力は立上りエッジ検出回路２１
及び立下りエッジ検出回路２２に与えられる。タイミン
グ回路２３は投光パルス信号を出力すると共に、エッジ
検出回路２１，２２に夫々立上りエッジ検出ゲート信号
及び立下りエッジ検出ゲート信号を入力する。立上りエ
ッジ検出ゲート信号は投光パルス信号と同一のタイミン
グのゲート信号であり、立下りエッジ検出ゲート信号は
投光パルスの直後の一定時間のタイミングを有するゲー
ト信号である。立上りエッジ検出回路２１及び立下りエ
ッジ検出回路２２は、夫々検出ゲート信号のタイミング
で比較出力が立上り又は立下る場合に、一定時間のパル
ス信号を発生して夫々フリップフロップ２４，２５にセ
ット信号として出力するものである。これらのエッジ検
出回路２１，２２は、タイミング回路２３からの検出ゲ
ート信号によりイネーブルとなるように接続された単安
定マルチバイブレータ等によって構成される。タイミン
グ回路２３は投光パルス信号と検出ゲート信号に加え
て、投光パルスの中間の時点でＲＳフリップフロップ２
４，２５にリセット信号を出力するものである。ＲＳフ
リップフロップ２４，２５は夫々立上りエッジ検出回路
２１，立下りエッジ検出回路２２の出力によりセットさ
れ、タイミング回路２３のリセット信号によりリセット
されるＲＳ型のフリップフロップであり、その出力はア
ンド回路２６に与えられる。アンド回路２６はこれらの
論理積をシフトレジスタ２７に出力するものである。シ
フトレジスタ２７は従来例と同様にタイミング回路から
のシフト信号に基づいて論理積信号をシフトさせるもの
であり、その出力は制御出力回路２８に与えられる。制
御出力回路２８はシフトレジスタからの出力が連続する
場合に検知信号を出力するものである。ここでシフトレ
ジスタ２７と制御出力回路２８とは連続してアンド回路
２６よりＨレベルの出力が得られるときに物体検知信号
を出力する第１の判別手段を構成している。

【００１２】次に本実施例の動作について図２，図３の
タイムチャートを参照しつつ説明する。図２，図３
（ａ）〜（ｌ）は図１のａ〜ｌの各部の波形を示す波形
図である。図２はこの実施例の外乱が入光しない場合の
物体検知時の動作を示すタイムチャートである。図２
（ａ）はタイミング回路２３からの投光パルスを示して
おり、これによって投光素子３が駆動される。投光素子
３からの反射光を受光素子４によって受光し、交流増幅
器５で増幅することによって、図２（ｂ）に示すような
受光信号が得られる。そして基準電圧源７の基準電圧Ｖ
ref を越えるときに、比較回路６より図２（ｃ）に示す
比較出力が得られることとなる。そして投光パルスと一
致するタイミングの立上りエッジ検出ゲート信号がタイ
ミング回路２３より立上りエッジ検出回路２１に与えら
れているため、この検出回路２１より図２（ｅ）に示す
ように立上り時に同期した一定時間幅の立上りエッジ検
出信号が出力される。この信号はフリップフロップ２４
に入力され、フリップフロップ２４のＱ出力が図２
（ｇ）に示すように出力される。又図２（ｈ）は投光パ
ルスの立下り後に一定時間の時間幅を持つ立下りエッジ
検出ゲート信号である。受光信号の比較出力の立下りは
この間に得られると考えられるため、このゲート信号の
期間内に比較出力が立下る場合には、図２（ｉ）に示す
ように立下りエッジ検出回路２２より一定パルス幅の出
力が得られることとなる。この信号によってフリップフ
ロップ２５がセットされる。そして図２（ｆ）に示すよ
うに投光パルスの中間の時点でタイミング回路２３より
リセット信号がこれらのフリップフロップ２４，２５に
出力されるため、フリップフロップ２４，２５のＱ出力
は夫々図２（ｇ），（ｊ）に示すものとなる。従ってこ
の論理積は図２（ｋ）に示すものとなり、この間にシフ
トレジスタ２７に入力されるシフトパルスによってシフ
トレジスタにＨレベルの信号が連続して入力されること
となる。従って数周期の期間連続して比較出力が得られ
れば制御出力回路２８より物体検知信号が出力される。

【００１３】一方従来例と同様に投光パルスに同期した
外乱光が生じた場合について説明する。図３（ａ）は投
光パルスのタイミングであり、これに重なるように受光
信号が得られるとする。そうすれば比較回路６より図３
（ｃ）に示すように比較出力が得られる。そして同様に
立上りエッジ検出ゲート信号と立下りエッジ検出ゲート
信号とがゲート回路２１，２２に加わる。この場合には
立上りエッジ検出ゲート信号のＨレベルのタイミングで
比較出力は立上らず、又立下りエッジ検出ゲート信号の
タイミングで比較出力が立下らないため、フリップフロ
ップ２４，２５には入力が加えられない。従ってフリッ
プフロップ２４，２５の出力は常にＬレベルとなって物
体検知信号が出力されない。このように比較出力の立上
りと立下りのタイミングを規定し、所定のタイミングで
その信号が得られるときにのみ物体検知信号を出力す
る。こうすれば誤検知の可能性を大幅に小さくすること
ができる。

【００１４】尚本実施例は反射型光電センサについて説
明しているが、透過型光電センサに適用することも可能
である。この場合にはタイミング回路１３の出力を信号
ケーブルを介して投光部に延長し、投光部より光を照射
する。そして物体により遮光されない状態で図２に示す
ようなタイムチャートとなり、遮光されば全ての出力が
Ｌレベルとなるため、シフトレジスタ１０の出力も連続
してＬレベルが続くこととなる。このような状態から物
体を検知することができる。この場合にも検出体が光軸
を遮断した遮光状態のとき、外乱光があっても前述した
ようにそのときの誤動作が防止できるため、物体がある
状態を誤ってない状態と認識することがなくなる。

【００１５】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図４は第２実施例の光電センサの全体構成を示すブ
ロック図であり、前述した第１実施例と同一部分は同一
符号を付して詳細な説明を省略する。本実施例では立上
りエッジ検出回路２１の出力はカウンタ回路３１に、立
下りエッジ検出回路２２のカウンタ回路３２に入力され
る。カウンタ回路３１，３２は夫々立上りエッジ検出回
路２１，立下りエッジ検出回路２２の出力を計数してそ
の第１ビットの出力をアンド回路３４に出力するもので
ある。又タイミング回路３３は投光パルスに加えて投光
パルスとこれに引き続く一定期間のパルス幅を有する立
上り／立下りエッジ検出用ゲート信号を立下りエッジ検
出回路２１と立下りエッジ検出回路２２に出力するもの
である。又同時に２つの投光パルスの中間のタイミング
でカウンタ回路３１，３２のリセット信号及びシフトレ
ジスタ３５へのシフト信号を出力する。シフトレジスタ
３５のクロック信号はカウンタ回路３１，３２へのリセ
ット信号に先立って出力するものとする。又カウンタ回
路３２の出力は立上りエッジ検出回路２１に禁止信号と
して出力されている。カウンタ回路３１，３２及びアン
ド回路３４は、１つの投光パルスに対して立上りエッジ
検出回路に続いて立下りエッジ検出回路から出力が夫々
１つ得られた場合にのみ、出力を出すカウンタ回路部を
構成している。又シフトレジスタ３５，制御出力回路３
６はカウンタ回路部の出力に基づき、その論理積の条件
がタイミング回路から出力されるシフトパルスによって
連続して所定の論理状態となるときに物体の有無を判別
する第２の判別手段を構成している。

【００１６】次にカウンタ回路３１，３２の構成例につ
いて説明する。図５はこのカウンタ回路３１の一例を示
す図であり、カウンタ回路３２についても同様の構成で
あるのでその説明を省略する。カウンタ回路３１は図示
のようにバイナリカウンタ３１ａを有している。バイナ
リカウンタ３１ａの第１ビットであるＱ０出力はアンド
回路２６に出力され、Ｑ１出力はＲＳフリップフロップ
３１ｂにセット信号として出力される。ＲＳフリップフ
ロップ３１ｂのリセット入力端はタイミング回路３３か
らのリセット信号が与えられており、そのＱ出力がバイ
ナリカウンタ３１ａのリセット信号となるように接続さ
れている。

【００１７】次に本実施例の動作についてタイムチャー
トを参照しつつ説明する。図６，図７，図８の（ａ）〜
（ｋ）は図４のａ〜ｋの各部の波形を示している。図６
（ａ）はタイミング回路３３から出力される投光パルス
信号であり、このパルス信号に同期して投光素子３より
光が物体検知領域に照射される。物体検知領域に物体が
あれば受光素子４に光が受光され、交流増幅器５を介し
て図６（ｂ）に示す受光信号が得られる。この信号を比
較回路６で閾値Ｖref と比較することにより、比較回路
６より図６（ｃ）に示す信号が得られる。さてタイミン
グ回路３３は投光パルス信号の立上りに同期し、ほぼそ
の２倍のパルス幅の立上り／立下りエッジ検出用ゲート
信号を出力しており、この間に比較出力が得られれば図
６（ｅ），（ｈ）に示すように、夫々立上りエッジ検出
回路２１，立下りエッジ検出回路２２より所定のパルス
幅の出力が得られる。立上りエッジ検出回路２１の出力
によってカウンタ回路３１の第１ビットが図６（ｇ）に
示すようにＨレベルとなり、立下りエッジ検出回路２２
の出力によってカウンタ回路３２のカウンタの第１ビッ
トが図６（ｉ）に示すようにＨレベルとなる。これらの
カウンタ回路３１，３２の論理積は図６（ｊ）に示すも
のとなる。そして図６（ｋ），（ｆ）に示すように、シ
フトレジスタ３５のクロック信号をタイミング回路３３
で発生させ、シフトクロック出力の直後にカウンタ回路
３１，３２にリセット信号を出力しているため、アンド
回路３４の出力をシフトレジスタ３５に取込むことがで
きる。このような状態が数クロック継続すると、シフト
レジスタ３５より制御出力回路３６に出力が伝えられ、
これによって物体検知信号が出力されることとなる。

【００１８】図７は第１実施例と同様に投光パルスに同
期した一定周期の外乱光が受光素子４に入光したときの
動作を示すタイムチャートである。図７（ｂ）に示すよ
うな外乱光が入光すると比較回路６より図７（ｃ）に示
す出力が得られ、立上り／立下りエッジ検出用ゲート信
号のタイミングが一致すれば、図７（ｈ）に示す信号が
立下りエッジ検出回路２２より出力が得られる。この立
下りエッジ検出回路２１の出力によりカウンタ回路３２
が図７（ｉ）に示すようにＨレベルとなる。この信号が
立上りエッジ検出回路２１に禁止信号として与えられる
ため、これ以後立上り／立下りエッジ検出用ゲートのタ
イミングで比較回路６の出力が立上っても、立上りエッ
ジ検出回路２１より出力が出されず、カウンタ回路３１
がセットされることがない。このためカウンタ回路３１
の出力は図７（ｇ）に示すように常にＬレベルとなり、
アンド回路３４の出力もＬレベルとなって物体検知信号
が出力されない。このように２つのカウンタ回路３１，
３２に加えられる入力の数と順序に基づいて物体検知信
号が出力されるため、外乱光の影響を効果的に除くこと
ができる。

【００１９】図８は更に高い周波数の外乱光が加わった
場合の動作を示すタイムチャートである。この場合には
図８（ｂ），（ｃ）に示すように交流増幅器５及び比較
回路６より高い周波数の信号が得られ、立上り／立下り
エッジ検出用ゲート信号のタイミングで図８（ｅ），
（ｈ）に示すように立上りエッジ及び立下りエッジが検
出される。このため立下りエッジ検出後一定期間は論理
条件が成立してアンド回路３４の出力はＨレベルとな
る。しかしシフトパルスが得られるタイミングではこの
出力はＬレベルとなっているため、シフトレジスタ３５
には制御出力回路１１には出力が伝えられず誤動作する
ことがない。このように本実施例では比較的高い周波数
の外乱光が加わる場合にも効果的に誤動作による誤出力
をなくすることができる。

【００２０】本実施例は透過型光電センサについて説明
しているが、制御出力回路３６をシフトレジスタ３５に
Ｌレベルが連続して入力されたときに物体を検知するよ
うにすれば、透過型光電センサとして構成することもで
きる。この場合に検出体が光軸を遮断した遮光状態のと
き、外乱光があっても前述したようにそのときの誤動作
が防止できるため、物体がある状態を誤ってない状態と
認識することがなくなる。

【００２１】図９は本実施例による光電センサを用いた
工作機械の例である。この工作機械は加工部の前面に多
数の透過型光電センサを配置し、この透過型光電センサ
の光軸を例えば人が遮光した場合には装置内の加工を停
止するようにしたものである。この場合にも電源等の検
知がなく、確実に光軸の遮断による人体の検知を行うこ
とができる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、高周波の外乱光による誤検知の頻度が減少すること
となり、又電源に対応したライン出力による誤検知の頻
度も減少することとなる。このため制御対象の誤動作を
効果的に防止することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による光電センサの全体構
成を示すブロック図である。

【図２】本実施例の動作を示すタイムチャートである。

【図３】本実施例に外乱光が入光した場合の各部の動作
を示すタイムチャートである。

【図４】本発明の第２実施例による光電センサの全体構
成を示すブロック図である。

【図５】本実施例のカウンタ回路の構成を示すブロック
図である。

【図６】本実施例の動作を示すタイムチャートである。

【図７】本実施例に外乱光が入光した場合の動作を示す
タイムチャートである。

【図８】本実施例に高周波の外乱光が入光した場合の動
作を示すタイムチャートである。

【図９】本実施例による光電センサが用いられる工作機
械の一例を示す斜視図である。

【図１０】従来の光電センサの一例を示すブロック図で
ある。

【図１１】従来の光電センサの動作を示すタイムチャー
トである。

【図１２】従来の光電センサにおいて外乱光が生じた場
合の動作を示すタイムチャートである。

【符号の説明】

１，２３，３３ タイミング回路 ２ 投光駆動回路 ３ 投光素子 ４ 受光素子 ５ 交流増幅器 ６ 比較回路 ７ 基準電圧源 ８ ゲート回路 ９ フリップフロップ １０，２７，３５ シフトレジスタ １１，２８，３６ 制御出力回路 ２１ 立上りエッジ検出回路 ２２ 立下りエッジ検出回路 ２４，２５ ＲＳＦＦ ３１，３２ カウンタ回路 ２６，３４ アンド回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光パルスに基づいて周期的に駆動さ
   れ、光を物体検知領域に照射する投光部と、 物体検知領域を介して前記投光部の光を受光する受光部
   と、 前記受光部の出力を所定の閾値で弁別する比較手段と、 前記比較手段の出力の立上りエッジを投光パルスのタイ
   ミングで検出する立上りエッジ検出回路と、 前記比較手段の出力の立下りエッジを投光パルスの直後
   の一定期間のタイミングで検出する立下りエッジ検出回
   路と、 前記立下りエッジ検出回路及び前記立上りエッジ検出回
   路の出力タイミングに基づいて検出体を判別する第１の
   判別手段と、を具備することを特徴とする光電センサ。
2. 【請求項２】 投光パルスに基づいて周期的に駆動さ
   れ、光を物体検知領域に照射する投光部と、 物体検知領域を介して前記投光部の光を受光する受光部
   と、 前記受光部の出力を所定の閾値で弁別する比較手段と、 前記比較手段の出力の立上りを前記投光パルス及びその
   直後の一定期間のタイミングで検出する立上りエッジ検
   出回路と、 前記比較手段の出力の立下りを前記投光パルス及びその
   直後の一定期間のタイミングで検出する立下りエッジ検
   出回路と、 １投光パルスに対して前記立上りエッジ検出回路に続い
   て前記立下りエッジ検出回路から出力が夫々１つの得ら
   れた場合にのみ出力を出すカウンタ回路部と、 前記カウンタ回路部の出力に基づいて検出体を判別する
   第２の判別手段と、を具備することを特徴とする光電セ
   ンサ。