(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルス点滅される発光素子と、
該発光素子が投光した光を受ける受光素子と、
前記発光素子が発する光の量を制御するための発光量制御手段と、
前記発光素子が発する光の量を一定に保持するように、前記受光素子が受け取った光の量に応じた操作量で前記発光量制御手段を制御するための操作量制御手段とを有する光電スイッチにおいて、
前記操作量制御手段が、
前記発光素子の発光時に前記受光素子が受け取った光の量に対応する現在の受光結果を蓄積してこれを保持する第１蓄積手段と、
現在の前記発光素子の発光時の前記操作量に対応する前記受光素子の前回の受光結果を蓄積してこれを保持する第２蓄積手段と、
前記発光素子の次の発光停止時に、前記現在の受光結果と前記前回の受光結果とを平均化するための平均化手段とを含み、
前記発光素子の次回の発光時に、前記平均化した受光結果に基づく操作量で前記発光量制御手段を制御することを特徴とする光電スイッチのＡＰＣ装置。
【請求項２】
前記操作量制御手段から出力される前記操作量を所定の基準値と対比する比較手段と、
該比較手段からの信号に基づき、ＡＰＣ機能が正常に働いているか否かを判断する異常判定手段と、
該異常判定手段においてＡＰＣ機能が正常に働いていないと判定したときに、異常を通知する通知手段と、を更に含むことを特徴とする請求項１の光電スイッチのＡＰＣ装置。
【請求項３】
発光素子と、
該発光素子をパルス発光させるためのスイッチング手段と、
前記発光素子が投光した光を受ける受光素子と、
該受光素子に接続され、該受光素子が受け取った受光量に応じて流れる電流を電圧に変換するための抵抗と、
該抵抗により変換された電圧をＯＰアンプのマイナス側入力端に印加する導体に直列に配置された第１、第２のスイッチ手段と、
該第１のスイッチ手段と第２スイッチ手段との中間点と接地との間に接続された第１コンデンサと、
前記第２スイッチ手段と前記ＯＰアンプとの中間点と接地との間に接続された第２コンデンサと、
トランジスタとを含み、
該トランジスタのベースが前記ＯＰアンプの出力端に接続され、
前記トランジスタのエミッタに前記スイッチング手段が接続され、
前記トランジスタのコレクタに前記発光素子が接続され、
前記発光素子が発光したとき、先ず、前記第１スイッチ手段がＯＮされ、第２スイッチ手段がＯＦＦされた第１状態となり、次いで、前記発光素子が発光した状態のままで、前記第１スイッチ手段がＯＦＦされ、第２スイッチ手段がＯＦＦされた第２状態となり、
次に、前記発光素子の発光が停止された時に、前記第１スイッチ手段がＯＦＦされ、第２スイッチ手段がＯＮされる第３状態となることによって、前記発光素子の発光量が一定に保持されることを特徴とする光電スイッチのＡＰＣ装置。
【請求項４】
発光素子と、
該発光素子をパルス発光させるためのスイッチング手段と、
前記発光素子が投光した光を受ける受光素子と、
該受光素子に接続され、該受光素子が受け取った受光量に応じて流れる電流を電圧に変換するための抵抗と、
該抵抗により変換された電圧をＯＰアンプのマイナス側入力端に印加する導体に直列に配置された第１、第２のスイッチ手段と、
該第１のスイッチ手段と第２スイッチ手段との中間点と接地との間に接続された第１コンデンサと、
前記第２スイッチ手段と前記ＯＰアンプとの中間点と接地との間に接続された第２コンデンサと、
トランジスタとを含み、
該トランジスタのベースが前記ＯＰアンプの出力端に接続され、
前記トランジスタのエミッタに前記スイッチング手段が接続され、
前記トランジスタのコレクタに前記発光素子が接続され、
前記発光素子が発光した状態で、前記第１スイッチ手段がＯＮされ、第２スイッチ手段がＯＦＦされ、次に、前記発光素子の発光が停止された状態で、前記第１スイッチ手段がＯＦＦされ、第２スイッチ手段がＯＮされることによって、前記発光素子の発光量が一定に保持されることを特徴とする光電スイッチのＡＰＣ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電スイッチに関し、より詳しくは、発光素子が発する光の量を一定に保持するための自動パワー制御（ＡＰＣ）装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電スイッチは、例えば特開平９−１８４１２号公報に見られるレーザーダイオードなどの発光素子と、発光素子が発する光を受ける受光素子とを含み、発光素子の光を検出物を介して反射させて受光素子で受ける、又は、発光素子と受光素子との間に検出物を介在させることにより、検出物の有無や判別を行うのに多用されている。
【０００３】
光電スイッチは、発光素子の発する光の量が変化すると誤出力する可能性を含むため、光電スイッチの信頼性を保つのに自動パワー制御（ＡＰＣ）装置が組み込まれている。
【０００４】
図１は、従来の光電スイッチに内蔵されたＡＰＣ装置の回路を示す。図示のＡＰＣ回路１において、スイッチ２を断続的にＯＮ／ＯＦＦすることにより発光素子３がパルス点滅する。発光素子３が発光すると、この光によって、ＡＰＣ回路１は実質的にフィードバックループを形成するようになっている。
【０００５】
ＡＰＣ回路１において、発光素子３がパルス発光すると、この光は受光素子４に入力され、受光素子４が受光した光の量に応じて発生する電流が抵抗５により電圧Ｖｂに変換される。この受光素子４の受光結果である電圧ＶｂがＯＰアンプ６の基準電圧Ｖ０と等しくなるように制御することで、発光素子３の投光量を一定に保持することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、パルス発光での自動パワー制御（ＡＰＣ）を実現するには、投光量のフィードバック制御の正確性を高めるために、応答性に優れた高速の増幅回路を採用する必要がある。この課題は、パルス発光時間を短縮するに従って顕著になり、重要な要請事項となる。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、高速の増幅回路を用いることなく、フィードバック制御の正確性を向上して発光素子の発光量を一定に保持することのできる光電スイッチのＡＰＣ装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の更なる目的は、パルス発光時間を短縮したとしても、高速の増幅回路を用いることなく、アナログデバイスからなる回路構成の下でフィードバック制御の正確性を向上させることにより発光素子の発光量を一定に保持することのできる光電スイッチのＡＰＣ装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
かかる技術的課題は、本発明によれば、
パルス点滅される発光素子と、
該発光素子が投光した光を受ける受光素子と、
前記発光素子が発する光の量を制御するための発光量制御手段と、
前記発光素子が発する光の量を一定に保持するように、前記受光素子が受け取った光の量に応じた操作量で前記発光量制御手段を制御するための操作量制御手段とを有する光電スイッチののＡＰＣ装置において、
前記操作量制御手段が、
前記発光素子の発光時に前記受光素子が受け取った光の量に対応する現在の受光結果を蓄積してこれを保持する第１蓄積手段と、
現在の前記発光素子の発光時の前記操作量に対応する前記受光素子の前回の受光結果を蓄積してこれを保持する第２蓄積手段と、
前記発光素子の次の発光停止時に、前記現在の受光結果と前記前回の受光結果とを平均化するための平均化手段とを含み、
前記発光素子の次回の発光時に、前記平均化した受光結果に基づく操作量で前記発光量制御手段を制御することを特徴とする光電スイッチのＡＰＣ装置を提供することにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好ましい実施の形態では、
発光素子と、
該発光素子をパルス発光させるためのスイッチング手段と、
前記発光素子が投光した光を受ける受光素子と、
該受光素子に接続され、該受光素子が受け取った受光量に応じて流れる電流を電圧に変換するための抵抗と、
該抵抗により変換された電圧をＯＰアンプのマイナス側入力端に印加する導体に直列に配置された第１、第２のスイッチ手段と、
該第１のスイッチ手段と第２スイッチ手段との中間点と接地との間に接続された第１コンデンサと、
前記第２スイッチ手段と前記ＯＰアンプとの中間点と接地との間に接続された第２コンデンサと、
トランジスタとを含み、
該トランジスタのベースが前記ＯＰアンプの出力端に接続され、
前記トランジスタのエミッタに前記スイッチング手段が接続され、
前記トランジスタのコレクタに前記発光素子が接続され、
前記発光素子が発光したとき、先ず、前記第１スイッチ手段がＯＮされ、第２スイッチ手段がＯＦＦされた第１状態となり、次いで、前記発光素子が発光した状態のままで、前記第１スイッチ手段がＯＦＦされ、第２スイッチ手段がＯＦＦされた第２状態となり、
次に、前記発光素子の発光が停止された時に、前記第１スイッチ手段がＯＦＦされ、第２スイッチ手段がＯＮされる第３状態となることによって、前記発光素子の発光量が一定に保持されてＡＰＣ機能が実現される。
【００１１】
本発明の他の実施の形態では、前記発光素子が発光した状態で、前記第１スイッチ手段がＯＮされ、第２スイッチ手段がＯＦＦされ、次に、前記発光素子の発光が停止された状態で、前記第１スイッチ手段がＯＦＦされ、第２スイッチ手段がＯＮされることによって、前記発光素子の発光量が一定に保持される。
【００１２】
また、本発明の別の実施の形態では、
前記操作量制御手段から出力される前記操作量を所定の基準値と対比する比較手段と、
該比較手段からの信号に基づき、ＡＰＣ機能が正常に働いているか否かを判断する異常判定手段と、
該異常判定手段においてＡＰＣ機能が正常に働いていないと判定したときに、異常を通知する通知手段と、を更に含み、これにより、例えば、発光素子が劣化してＡＰＣ機能が正常に作動しない状況を作業者に教えることができる。
本発明の上記の目的及びその作用効果並びに他の目的は、以下の本発明の好ましい実施例の詳しい説明から明らかになろう。
【００１３】
【実施例】
以下に、添付の図面を参照して実施例の光電スイッチのＡＰＣ装置を説明する。図２は、実施例のＡＰＣ装置の回路を示す。図示のＡＰＣ回路１０は、従来と同様に発光素子１１と受光素子１２とを含み、発光素子１１と受光素子１２との間の光の授受を介して実質的にフィードバックループが形成されるようになっている。
【００１４】
発光素子１１は、トランジスタ１３のコレクタに接続され、トランジスタ１３のエミッタは抵抗１４（Ｒ３）及び発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）を介して接地されている。このトランジスタ１３は、後の説明から分かるように、発光素子１１の発する発光量を制御する発光量制御手段を構成するものである。
【００１５】
ＡＰＣ回路１０はＯＰアンプ１６を含み、受光素子１２は、ＯＰアンプ１６のマイナス側入力端に接続されている。受光素子１２とＯＰアンプ１６との間には、受光素子１２側から順に、第１スイッチ１７（ＳＷ１）、第２スイッチ１８（ＳＷ２）が直列に接続されている。
【００１６】
受光素子１２と第１スイッチ１７（ＳＷ１）との中間点Ｐ１は、受光素子１２が受け取った受光量に応じて流れる電流を電圧に変換するための抵抗１９（Ｒ１）を介して接地されている。また、第１スイッチ１７（ＳＷ１）と第２スイッチ１８（ＳＷ２）との中間点Ｐ２は第１コンデンサ２０を介して接地されている。
また、第２スイッチ１８（ＳＷ２）とＯＰアンプ１６との中間点Ｐ３は第２コンデンサ２１（Ｃ２）を介して接地されている。第１コンデンサ２０は、後の説明から理解できるよう、発光素子１１が投光した時の現在の受光量に応じた電圧を蓄積して保持する第１蓄積手段を構成するものである。また、第２コンデンサ２１は、後の説明から理解できるよう、発光素子１１が投光した時の現在の発光量に関連する操作量に対応した受光結果を蓄積して保持する第２蓄積手段を構成するものである。
【００１７】
ＯＰアンプ１６のプラス側入力端には、基準電圧Ｖ０が印加されている。他方、ＯＰアンプ１６の出力端はトランジスタ１３のベースに接続されている。このＯＰアンプ１６は、トランジスタ１３からなる発光量制御手段の操作量を制御する操作量制御手段を構成するものである。なお、ＯＰアンプ１６の動作を安定化させるのにＯＰアンプ１６の出力端とマイナス側入力端との間にコンデンサ２２（Ｃ３）を設けるのが好ましい。また、発光素子１２の発光中の電位を安定化させるために、ＯＰアンプ１６とトランジスタ１３との間に抵抗２３（Ｒ２）を設けてもよく、及び／又はトランジスタ１３のベースをコンデンサ２４（Ｃ４）を介して接地させるようにしてもよい。
【００１８】
図２〜図４は、発光素子１１のパルス発光に関連した一連の制御を時系列的に説明するための図である。
【００１９】
図２は、発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＮ、第１スイッチ１７（ＳＷ１）がＯＮ、第２スイッチ１８（ＳＷ２）がＯＦＦされた第１状態を示す。図３は、発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＮ、第１スイッチ１７（ＳＷ１）及び第２スイッチ１８（ＳＷ２）が共にＯＦＦされた第２状態を示す。図４は、発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）及び第１スイッチ１７（ＳＷ１）が共にＯＦＦ、第２スイッチ１８（ＳＷ２）がＯＮされた第３状態を示す。
【００２０】
ＡＰＣ回路１０は、順に、第１状態（図２）、第２状態（図３）、第３状態（図４）を経て第１状態（図２）に戻ることにより、発光素子１１がパルス点滅を繰り返す。
【００２１】
第１状態（図２）
発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＮしているため、トランジスタ１３のベース電位（ポイントＰ４の電位Ｖ４）で規定される電流量で発光素子１１が発光する。この光を受光素子１２が受光すると、受光量に応じて発生する電流が抵抗１９（Ｒ１）によって電圧（ポイントＰ１の電圧Ｖ１）に変換される。この第１状態では、第１スイッチ１７（ＳＷ１）がＯＮしているため、この第１スイッチ（ＳＷ１）を挟むポイントＰ１の電圧Ｖ１とＰ２の電圧Ｖ２は同じである。したがって、第１コンデンサ２０（Ｃ１）には電圧Ｖ１が印加され（ポイントＰ２の電圧はＶ１）、この第１コンデンサ２０（Ｃ１）がチャージされる。
【００２２】
第２状態（図３）
発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）が引き続きＯＮしているため、発光素子１１は発光し続ける。この第２状態では、第１スイッチ１７（ＳＷ１）及び第２スイッチ１８（ＳＷ２）が共にＯＦＦになるため、第１コンデンサ２０（Ｃ１）によって受光素子１２の受光量に対応した電圧がサンプルホールドされる。
【００２３】
第３状態（図４）
発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＦＦになるため、発光素子１１の発光は停止される。したがって、ポイントＰ１の電圧Ｖ１はゼロである。この第３状態では、第２スイッチ１８（ＳＷ２）だけがＯＮしているため、この第２スイッチ１８（ＳＷ２）を挟むポイントＰ２とＰ３とが導通状態なり、第２コンデンサ２１（Ｃ２）がチャージされる。この状態での第１スイッチ１７（ＳＷ１）と第２スイッチ１８（ＳＷ２）との状態、つまり、第１スイッチ１７がＯＦＦ状態となり、第２スイッチ１８がＯＮ状態となることによって、次の説明から理解できるように、第１コンデンサ２０と第２コンデンサ２１とに蓄積された電気量を平均化するための手段を構成することになる。
【００２４】
以後、順次、第１状態から第３状態を反復する過程で、第２スイッチ１８（ＳＷ２）がＯＦＦしているときのポイントＰ２、ポイントＰ３の電圧を夫々Ｖ２、Ｖ３とすると、第３状態（発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＦＦ）では、第１、第２の第１コンデンサ２０、２１が導通状態であるため、ポイントＰ２、Ｐ３の電圧をＶで表すと、
Ｖ＝（Ｖ２×Ｃ１＋Ｖ３×Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）
となり、第１コンデンサ２０の容量Ｃ１と第２コンデンサ２１の容量Ｃ２を重みとした加重平均値となる。
【００２５】
したがって、トランジスタ１３のベース電圧（ポイントＰ４の電圧Ｖ４）は、上述した加重平均値であるポイントＰ３（ＯＰアンプ１６のマイナス側入力端）の電圧Ｖ３とＯＰアンプ１６の基準電圧Ｖ０との比較で更新されることになる。
このことから、ＯＰアンプ１６のマイナス側入力端の電圧（Ｖ３）が基準電圧（Ｖ０）よりも上回れば、トランジスタ１３のベース電圧（ポイントＰ４の電圧Ｖ４）が下がる方向に更新され、発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＮしたときに発光素子１１に流れる電流量が減少するため発光素子１１の発光量が減少する。
【００２６】
他方、ＯＰアンプ１６のマイナス側入力端の電圧（Ｖ３）が基準電圧（Ｖ０）よりも下回れば、トランジスタ１３のベース電圧（ポイントＰ４の電圧Ｖ４）が上がる方向に更新され、発光制御スイッチ１５（ＳＷ３）がＯＮしたときに発光素子１１に流れる電流量が増加するため発光素子１１の発光量が増加する。
【００２７】
以上のことから、上記のＡＰＣ回路１０によれば、パルス発光する発光素子１１の発光停止時に、前回の発光時の受光量に対応する電圧とそれ以前の発光時の受光量に対応する電圧との平均値で、次回のパルス発光時の発光量が制御されることから、発光素子１１の発光量の増加→ポイントＰ１の電圧Ｖ１の上昇→トランジスタ１３のベース電圧Ｖ４の低下→発光素子１１の発光量の減少となり、他方、発光素子１１の発光量の減少→ポイントＰ１の電圧Ｖ１の低下→トランジスタ１３のベース電圧Ｖ４の上昇→発光素子１１の発光量の増加となることから、発光素子１１の発光量を一定に保持するように動作することになる。
【００２８】
したがって、ＡＰＣ回路１０によれば、当業者であれば理解できるように、パルスＯＮにより発光素子１１が発光している最中では、発光素子１１の操作量が更新されない。そして、パルスＯＦＦにより発光素子１１の発光の停止毎に操作量が更新され、また、このパルスＯＦＦの時には、それ以前の発光時の受光量とを保持しているので、光電スイッチに含まれる増幅回路側からみると直流点灯と同じである。そして直流点灯と等価であれば、増幅回路の出力は直流電圧を発生すればよく、したがって増幅回路の出力が大きく変動することはないので、パルス発光時間を短縮したとしても増幅回路は低速のもので足りる。そして、このことは、汎用的な安価なアナログデバイスでＡＰＣ回路を構成したとしても、パルス発光の光電素子に対して正確なフィードバックの下でその発光量を一定に保持することができることを意味する。なお、図２から図４を用いて説明した上記の実施例においては、第１状態、第２状態ならびに第３状態を順に行うように説明したが、図２に示す第１状態から図４に示す第３状態に直接変化させても、本発明の目的は達成されることは言うまでもない。
【００２９】
図５は、ＡＰＣ回路１０の変形例を示す回路図である。この図に示す変形例のＡＰＣ回路３０は、ＯＰアンプ１６のプラス側入力端と、トランジスタ１３のベースとに接続されたコンパレータ３１を含む。他の構成は、上述したＡＰＣ回路１０と実質的に同一であるので、先に使用した参照符号を流用することによりその説明を省略する。
【００３０】
一般にＡＰＣ装置を備えた光電スイッチは、ＡＰＣ機能により、例えば発光素子が劣化してきてもその発光量を自動的に一定に保つものであることから、発光素子が交換を要する程に劣化したときには、より多くの電流を流してやる必要がある。しかし、発光素子に流すことのできる電流量は一般的に有限であり、限界値まで電流を流すとＡＰＣが正常に作動しないで発光素子の発光量が低下してしまう虞がある。このことは、光電スイッチの誤出力に直結する問題である。
【００３１】
図５に示すＡＰＣ回路３０は、この点を考慮に入れて、発光素子１１に対する操作量であるＯＰアンプ１６の基準電圧Ｖ０と、トランジスタ１３のベース電圧Ｖ４とをコンパレータ３１で比較し、ベース電圧Ｖ４の値が基準電圧Ｖ０以上となったことを検出して、この検出信号を、光電スイッチに内蔵されているＣＰＵ又はゲートアレイに取り込んで、このＣＰＵ又はゲートアレイから光電スイッチに付設された例えば液晶などの表示手段にアラーム信号を出力して、作業者に対して、ＡＰＣ機能が正常に作動していないことを通知することができる。これを見た作業者は、発光素子１１の交換など必要な対応策を講じることができる。なお、上記の実施例では、コンパレータ３１の基準電圧Ｖ０を、操作量制御手段であるＯＰアンプ１６からとっているが、これは別途に設定してもよいことは言うまでもない。更に、回路の設定によっては、ベース電圧の値が基準電圧未満となった場合に、ＡＰＣ機能が正常に作動していないと判断するように、前記各値を設定してもよいことは言うまでもないことである。
【００３２】
図６は、本発明の第２実施例を示すＡＰＣ回路図である。この第２実施例のＡＰＣ回路図４０にあっては、第１実施例の図２のＡＰＣ回路１０と比較すると直ちに理解できるように、発光素子１１がＯＰアンプ１６の出力端に直接的に接続されている。すなわち、第２実施例のＡＰＣ回路４０では、トランジスタ１３が省かれており、発光素子１１は、ＯＰアンプ１６によって直接的に制御されるようになっている。
【００３３】
したがって、この第２実施例では、ＯＰアンプ１６が、上述した操作量制御手段でもあり且つ発光素子１１の発光量制御手段も兼ねていると見ることができる。つまり、ＯＰアンプ１６の出力電圧Ｖ４（正確に言えば、抵抗Ｒ２を経た後のポイントＰ４の電圧）は、発光素子１１のアノード電圧に関する操作量を規定するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の光電スイッチのＡＰＣ装置の回路図である。
【図２】実施例の光電スイッチのＡＰＣ装置の回路構成を示すものであり、発光素子が発光している第１状態を示す。
【図３】実施例の光電スイッチのＡＰＣ回路構成を示すものであり、発光素子の発光状態のまま図２の第１状態から次の第２状態に変化したことを示す。
【図４】実施例の光電スイッチのＡＰＣ回路構成を示すものであり、発光素子のパルス発光が停止された第３状態を示す。
【図５】変形例のＡＰＣ装置の回路構成を示す図である。
【図６】第２実施例に関する光電スイッチのＡＰＣ装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１０    第１実施例のＡＰＣ回路
１１    発光素子
１２    受光素子
１５    発光制御スイッチ（ＳＷ３）
１６    ＯＰアンプ
１７    第１スイッチ（ＳＷ１）
１８    第２スイッチ（ＳＷ２）
１９    電流電圧変換用の抵抗（Ｒ１）
２０    第１コンデンサ（Ｃ１）
２１    第２コンデンサ（Ｃ２）
３０    変形例のＡＰＣ回路
３１    コンパレータ
４０    第２実施例のＡＰＣ回路
【図１】
0004575604.tif 000002
【図２】
0004575604.tif 000003
【図３】
0004575604.tif 000004
【図４】
0004575604.tif 000005
【図５】
0004575604.tif 000006
【図６】
0004575604.tif 000007