(57)【要約】【課題】経時的な受光レベル変化に応じた受光感度の自動調整を可能とし、動作状況の把握と感度調整の指令とを不要にすると共に、結線作業の簡素化を図り得る取り扱い性に優れた光電センサ装置を提供する。【解決手段】所定の光路を形成する投光器および受光器を備え、上記投光器から発した光またはその反射光を前記受光器にて受光してその受光レベルから上記光路内の光学的状態、具体的には物体の侵入を検出する光電センサ装置であって、前記受光器による受光レベルを所定の閾値と比較して前記物体の有無を示す信号を出力する比較器と、この比較器から出力される信号の立上りおよび／または立下りのタイミングから一定時間が経過したタイミングにおいて前記受光器による受光レベルに従って前記閾値を校正する校正手段とを備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の光路を形成する投光器および受光器を備え、上記投光器から発した光またはその反射光を前記受光器にて受光してその受光レベルから上記光路内の光学的状態を検出する光電センサ装置であって、
前記受光器による受光レベルを所定の閾値と比較して前記物体の有無を示す信号を出力する比較器と、
この比較器から出力される信号の所定の変化を呈するタイミングから一定の時間が経過したタイミングにおいて前記受光器による受光レベルに従って前記閾値を校正する校正手段と
を具備したことを特徴とする光電センサ装置。
【請求項２】
前記校正手段は、前記受光器による受光レベルの安定状態を判定し、受光レベルが不安定なときには前記閾値の校正処理を禁止する校正制御手段を備えている請求項１に記載の光電センサ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投光器から発せられた光の受光器による受光レベルの変化から上記投光器と受光器との間に形成される光路内の光学的状態、具体的には光路内への物体の侵入等を検出する光電センサ装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
投光器と受光器とを備えた光電センサ装置には、透過形のものと反射形のものとがある。透過形の光電センサ装置は、基本的には投光器（投光部）と受光器（受光部）とを所定の距離を隔てて対峙させ、これらの投光器と受光器との間に形成される光路内に物体が侵入したとき、これによって投光器から発せられた光の受光器による受光レベル（受光量）が変化することを利用して物体検出を行うものである。
【０００３】
また反射形の光電センサ装置は、投光器（投光部）と受光器（受光部）とその光軸方向を揃えて並べて設け、投光器から発した光の物体による反射光を受光器にて検出することで物体検出を行うものである。即ち、この反射形の光電センサは、光軸上に物体が存在しないときには物体による反射光がなくなり、また光軸上に物体が存在する場合には、物体までの距離に応じた強度（受光量）の反射光が受光されることを利用して物体検出を行うように構成される（例えば特許文献１，２を参照）。
【０００４】
このような投光器と受光器との間に形成される光路内の光学的状態を、上記受光器による受光量（受光レベル）の変化として検出する光電センサ装置は、物体検出や物体判定等の各種の用途に利用される。尚、光路内の光学的状態とは、検出対象物における光の反射率や透過率、更にはその形状のみならず、検出対象物までの距離に依存する光の伝達量（伝搬率）等を指す。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３０８２６８号公報
【特許文献２】
特開平９−１１６４１１号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの種の光電センサ装置においては、例えば投光器や受光器の経時的な特性劣化や検出対象物の汚れに起因する光学的特性変化、更には背景の明るさ等に伴って、受光器による受光レベルが次第に低下してくることが否めない。このような現象は、一般的には光電センサの感度低下と称せられる。そこで従来一般的には、特許文献１，２に開示されるように、所定の条件下において光電センサの受光感度を校正することが行われている。この受光感度の校正は、具体的には物体が存在するか否かによって変化する受光レベルの判定閾値（スレシュホールド）を、そのときの受光レベルに応じて調整することによって行われる。尚、センシングアンプの利得（ゲイン）を調整したり、或いは投光器からの投光量を調整して、受光感度を調整することもある。
【０００７】
ちなみに従来の光電センサ装置においては、専ら、リモートチューニングと称されるように感度調整（校正）の為の制御信号を外部から遠隔的に与えるものなっている。そしてこのようなリモートチューニングを実現するべく、光電センサ装置に対して、その動作電力を供給する一対の電源線と、物体検出信号を出力する出力線に加えて、リモート制御用の制御線とからなる４芯のケーブルを接続するようにしている。
【０００８】
しかしながら工場等の各種の現場等において数多くの光電センサ装置が設けられるような場合、光電センサ装置１台当たりの結線数が４本と少なくても、全体的には数多くの結線を行う必要があり、その結線作業に多大な手間と時間が掛かることが否めない。また各光電センサ装置の動作状況を把握しながら適切なタイミングでオートチューニングの指令（制御信号）を個々に与える必要がある。しかも各光電センサ装置の動作状況を把握すること自体が非常に煩わしいと言う問題がある。
【０００９】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、その目的は、結線作業の簡素化を図ると共に、投光器や受光器の経時的な特性劣化等に応じてその受光感度を自動的に適正設定することで、その動作状況の把握と感度調整の指令とを不要にすることのできる取り扱い性に優れた光電センサ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した目的を達成するべく本発明に係る光電センサ装置は、所定の光路を形成する投光器および受光器を備え、上記投光器から発した光またはその反射光を前記受光器にて受光してその受光レベルから上記光路内の光学的状態を、具体的には光路内への物体の侵入等を検出するものであって、
前記受光器による受光レベルを所定の閾値と比較して前記物体の有無を示す信号を出力する比較器と、
この比較器から出力される信号の所定の変化を呈するタイミング、例えば立上りおよび／または立下りのタイミングから一定の時間が経過したタイミングにおいて前記受光器による受光レベルに従って前記閾値を校正する校正手段と
を具備したことを特徴としている。
【００１１】
即ち、本発明に係る光電センサ装置は、受光器による受光レベルを所定の閾値と比較して前記物体の有無を示す信号を出力する比較器を備えること、そしてこの比較器の出力信号の立上りおよび／または立下りのタイミングから一定の時間が経過したタイミングにおいては前記受光器による受光レベルが安定していることに着目したもので、
前記比較器の出力信号の立上りおよび／または立下りのタイミングから一定の時間が経過したタイミングにおける前記受光器による受光レベルを検出し、この受光レベルに従って前記比較器に与える閾値（検出感度）を自動的に校正するようにしたことを特徴としている。具体的には比較器の出力信号の立上りおよび／または立下りのタイミングを一定時間遅延し、その遅延したタイミングにて受光器による受光レベルに基づく閾値（検出感度）の再設定処理を実行するようにしたことを特徴としている。
【００１２】
このように構成された光電センサ装置によれば、該光電センサ装置の動作状況を外部にて把握する必要がなくなり、また外部から感度調整の指令を与える必要がなくなる。そして外部から感度調整の指令を与える必要がないので、光電センサ装置に接続すべき芯線数を、例えばその動作電力を供給する一対の電源線と、物体検出信号を出力する出力線との３本にすることができるので、結線作業の負担を軽減することが可能となる。尚、一対の電源線間のインピーダンスを変化させることで検出信号を出力するように構成し、電源線を信号出力線と兼用するようにすれば、更にその芯線数を少なくして結線作業の負担を更に軽減することが可能となる。
【００１３】
尚、前記校正手段に前記受光器による受光レベルの安定状態を判定し、受光レベルが不安定なときには前記閾値の校正処理を禁止する校正制御手段を組み込んでおくことが好ましい。そして受光レベルが不安定な場合には閾値の校正（再調整）を中止し、既に設定されている閾値をそのまま用いて物体検出（受光レベルの判定）処理を行うようにすれば良い。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係る光電センサ装置について説明する。
図１はこの実施形態に係る光電センサ装置の要部概略構成を示すもので、１は、例えば波長６６０ｎｍのレーザ光を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる投光器、２は上記レーザ光を、或いはその反射光を受光するフォトダイオード（ＰＤ）からなる受光器である。これらの投光器１および受光器２は、反射形の光電センサを構成するものであっても良く、或いは透過型の光電センサを構成するものであっても良い。
【００１５】
尚、ここでは投光器１から所定の物体検出対象領域に対して光を直接を投射し、また受光器２は上記物体検出対象領域からの光を直接受光するものとして説明するが、図示しない光ファイバを介して所定の物体検出対象領域に光を投射し、物体検出対象領域からの光を図示しない光ファイバを介して受光するものであっても良い。
【００１６】
さて受光器２は、受光した光の強度（受光量）に応じたレベルの信号を出力するものであり、その出力信号（受光レベル）は図示しない周波数選別フィルタ等を含む前置増幅回路（ヘッドアンプ）を介して増幅された後、ＡＤ変換器３を介してデジタル変換されてマイクロコンピュータ等からなる信号処理回路４に、例えば２００μＳｅｃ毎に取り込まれるようになっている。この信号処理回路４は、基本的にはメモリ５に設定された判定閾値Ｔと、前記ＡＤ変換器３から与えられる前記受光器２による受光レベルＲとを比較して前記物体検出対象領域における物体の有無を示す判定信号を出力するレベル判定器（比較器）６を備えて構成される。このレベル判定器（比較器）６による判定信号が、光電センサ装置による検出信号として外部出力される。尚、設定手段９は、後述する遅延時間Ｔｄや受光レベルＲの安定性を判定するための時間等、光電センサ装置における動作条件を設定する役割を担う。
【００１７】
ちなみにレベル判定器（比較器）６は、例えば受光レベルＲが判定閾値Ｔを上回る場合に［Ｌ］レベルの信号を出力し、受光レベルＲが判定閾値Ｔを下回る場合には［Ｈ］レベルの信号を出力する機能を備える。受光レベルＲの安定性を重視する場合には、前記レベル判定器（比較器）６を、受光レベルＲが所定時間に亘って判定閾値Ｔを上回る場合に［Ｌ］レベルの信号を出力し、受光レベルＲが所定時間に亘って判定閾値Ｔを下回る場合には［Ｈ］レベルの信号を出力するように構成するようにしても良い。尚、逆に受光レベルＲが判定閾値Ｔを上回る場合に［Ｈ］レベルの信号を出力し、受光レベルＲが判定閾値Ｔを下回る場合には［Ｌ］レベルの信号を出力するようにレベル判定器（比較器）６を構成することも勿論可能である。
【００１８】
このような基本的な機能を備えた光電センサ装置において、この発明（実施形態）が特徴とするところは、前記レベル判定器（比較器）６の出力の立上りタイミングまたは立ち下りタイミングを一定時間Ｔｄに亘って遅延する遅延回路７を備え、その遅延出力を入力して判定閾値Ｔを再設定（校正）する校正回路８を備える点にある。遅延回路７については、ハードウェア的には前記レベル判定器（比較器）６の出力をそのまま一定時間Ｔｄに亘って遅延するものであっても良いが、ソフトウェア的には、例えばレベル判定器（比較器）６の出力の立上りおよび／または立ち下りエッジを検出し、そのエッジ検出タイミングから一定時間Ｔｄ後に前記校正回路８に対してトリガパルスを与えるようなものであれば良い。
【００１９】
一方、前記校正回路８は、上述したトリガパルスが与えられたとき、そのときの前記受光器２による受光レベル（ＡＤ変換器３の出力値）Ｒに従って、例えばその７５％のレベルを判定閾値Ｔとして設定し、これを前記メモリ５に登録することで判定閾値Ｔを更新する役割を担う。そして更新した判定閾値Ｔをその後の受光レベルＲの判定に用いるように、自動的に判定閾値Ｔの校正を行うものとなっている（オートキャリブレーション）。
【００２０】
具体的には図２に例示するように受光レベルの立ち上がりを検出したとき、その検出タイミングを一定時間Ｔｄだけ遅延したタイミングで校正回路８がトリガがされて判定閾値Ｔを校正するものとなっている。この受光レベルＲの立ち上がりタイミングから一定時間Ｔｄを経過したタイミングは、受光レベルＲが十分に立ち上がり、そのレベルが安定した状態である。換言すれば上記遅延時間Ｔｄは、受光レベルＲが立ち上がって十分に安定する状態に至る時間を見込んで設定される。そして校正回路８においては安定した状態での受光レベルＲを検出し、この受光レベルＲに従って判定閾値Ｔを校正している。この判定閾値Ｔの校正処理は、受光レベルの立ち上がりが検出される都度、繰り返し実行される。従って受光レベルＲが経時的な変化に伴って徐々に低下するような場合には、その受光レベルＲの低下に伴って判定閾値Ｔも徐々に低減補正されて行くことになる。
【００２１】
但し、上記遅延時間Ｔｄが経過する前に受光レベルＲが、その判定閾値Ｔを跨いで変化してしまった場合には、遅延時間Ｔｄを計時する遅延回路７は校正回路８をトリガすることなくリセットされる。これによって遅延回路７は計時待ちの状態に戻り、受光レベルＲが判定閾値Ｔを上回る次のタイミングまで待機することになる。
【００２２】
尚、受光器２による受光量が低いときの受光レベルＲをも勘案して判定閾値Ｔを設定する必要がある場合には、例えば受光レベルの立ち下がりの検出タイミングを一定時間Ｔｄだけ遅延したタイミングで検出される受光レベルＲｌｏｗを記憶しておき、その後、受光レベルの立ち上がりの検出タイミングを一定時間Ｔｄだけ遅延したタイミングで受光レベルＲｈｉｇｈを検出した時点で、これらの受光レベルＲｈｉｇｈ，Ｒｌｏｗに従って判定閾値Ｔを設定するようにすれば良い。
【００２３】
かくしてこのような判定閾値Ｔの自動校正機能を備えた光電センサ装置によれば、物体有無を示す検出信号の出力タイミングを利用して、その時点で求められる受光レベルに従って自らその判定閾値Ｔを自動的に校正するので、外部からわざわざ判定閾値校正の為の制御信号を与える必要がない。従って外部から光電センサ装置に対して制御信号を与えるための制御線を接続する必要がないので、制御線を必要としない分、光電センサ装置に対して接続すべき芯線数を少なくすることができる。これ故、光電センサ装置に対する結線負担を軽減することができる。
【００２４】
また上述した判定閾値Ｔの自動校正機能を備えているので、外部において光電センサ装置の動作状態を監視し、その動作状態に応じて光電センサ装置に対して感度調整（判定閾値の校正）の為の制御信号を与える必要もなくなる。従って光電センサ装置に対する監視負担を無くすことができる上、その都度、光電センサ装置に対して適切なタイミングで上記制御信号を与えると言う作業負担もなくなるので、その遣い勝手を格段に向上させることが可能となる。特に工場等の現場においては、この種の光電センサ装置が、例えば１００台以上に亘って併設されることが多々あるので、このような使用環境における上述した自動校正機能が果たす結線作業負担の軽減等の効果は絶大である。特に一定速度で移動するベルトコンベア上に等間隔で並べられて搬送される複数の同一形状の製品を検出対象とするような場合、上述した自動校正機能を備えた光電センサ装置は極めて有用である。
【００２５】
ところで、例えば投光器１と受光器２とが形成する光路内への物体の侵入の周期に比較して受光器２による受光レベルの検出周期が十分に短いような場合には、校正回路８において受光レベルの立ち上がりおよび／または立ち下がりの検出タイミングから所定時間経過後の一定期間に亘って該受光レベルの変動を監視するようにしても良い。そして図３に示すように受光レベルの変動量の判定し（ステップＳ１）、変動量が大きいときには前述した判定閾値Ｔの校正処理を禁止し（ステップＳ２）、変動量が少ないときにだけ判定閾値Ｔの校正処理の実行を許可する（ステップＳ３）、校正制御手段を備えることが好ましい。
【００２６】
ちなみに上述した受光レベルの変動量の検出については、例えば前記受光レベルの立ち上がりおよび／または立ち下がりの検出タイミングから所定時間経過後の一定時間における受光レベルのピーク値とボトム値とをそれぞれ検出し、これらの検出値の差が大きいか否かを判定すれば良い。或いは上記一定期間における受光レベル平均値を求め、この平均値と上記一定期間における受光レベルのピーク値またはボトム値との差が大きいか否かを判定して変動量の大きさを判定するようにしても良い。具体的には、例えば２００μＳｅｃ程度の短いサンプリング周期で受光器２による受光レベルＲを逐次検出しているような場合には、１０〜２０ｍＳｅｃ程度の期間に亘って受光レベルＲの平均値とその変動量を求めて該受光レベルの安定性を判定するようにすれば良い。
【００２７】
このようにして判定閾値Ｔの校正処理の実行を制御手段を備えれば、受光器２による受光レベルＲが不安定な状態であるとき、その不安定な受光レベルＲに基づいて判定閾値Ｔを校正するような不具合を回避することができる。従って物体検出の要となる判定閾値Ｔの信頼性が損なわれることがなくなり、常に信頼性の高い物体検出を行うことが可能となる。
【００２８】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えば物体検出に用いる光については、前述したＬＥＤ光のみならずランプから発せられる可視光や赤外光等を用いることも可能である。またここでは受光器２による受光レベルをデジタル変換して信号処理したが、アナログ信号レベルでそのまま処理することも勿論可能である。また受光レベルの立上りまたは立下りタイミングからの遅延時間Ｔｄについても、物体の検出使用に応じて定めれば良いものであり、光電センサ装置に対してプリセットし得るように構成しておけば十分である。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る光電センサ装置よれば、受光レベルの所定の変化を呈するタイミング、具体的には受光レベルの立上りおよび／または立下りのタイミングを基準として、一定時間だけ遅延したタイミングでそのときの受光レベルを検出して物体検出の為の上記受光レベルに対する判定閾値を自動的に校正するので、即ち、検出感度を自動的に校正するので、受光レベルの経時的な変動に拘わることなく常に安定した物体検出を行い得る。しかも外部から検出感度調整の為の制御信号を与える必要がないので、光電センサ装置の動作状態を監視する必要がなくなることのみならず、光電センサ装置に接続すべき芯線数を減らすことができるので、その結線作業負担を大幅に軽減することができる等の実用上多大なる効果が奏せられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電センサ装置の要部概略構成図。
【図２】図１に示す光電センサ装置における判定閾値の校正タイミングを示す図。
【図３】本発明に係る受光レベルの変動量に応じた閾値校正処理の実行／禁止制御の形態を示す図。
【符号の説明】
１  投光器
２  受光器
３  ＡＤ変換器
４  信号処理回路（マイクロコンピュータ）
５  メモリ（判定閾値）
６  レベル判定器（比較器）
７  遅延回路
８  校正回路
９  設定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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