(57)【要約】【課題】簡略な回路構成で外乱光の影響を排除して光学的に物体を検出可能な物体検出装置を提供する。【解決手段】被検出物体が進入したとき外乱光が遮断される検出エリアに設けられた発光素子と、検出エリア内の発光素子が照射した光の被検出物体による反射光が入射する位置に設けられた第１フォトトランジスタと、検出エリア内の発光素子が放射した光の被検出物体による反射光が入射しない位置に設けられた第２フォトトランジスタと、第１フォトトランジスタおよび第２フォトトランジスタが発生する光電流に基づいて被検出物体の有無を判定する検出回路とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検出物体が進入または通過し、該被検出物体の進入時または通過時に外乱光が遮断される検出エリアに設けられた発光素子と、
前記検出エリア内の前記発光素子が照射した光の前記被検出物体による反射光が入射する位置に設けられた第１フォトトランジスタと、
前記検出エリア内の前記発光素子が放射した光の前記被検出物体による反射光が入射しない位置に設けられた第２フォトトランジスタと、
前記第１フォトトランジスタおよび前記第２フォトトランジスタが発生する光電流に基づいて前記被検出物体の有無を判定する検出回路と、
を備えた物体検出装置。
【請求項２】
前記第１フォトトランジスタのエミッタに接続され、前記第１フォトトランジスタが発生した光電流を通過させる抵抗器を設け、
この抵抗器に並列且つ前記第１フォトトランジスタに直列になるように第２フォトトランジスタを接続し、
前記第１フォトトランジスタの少なくともエミッタを前記検出回路に接続した請求項１に記載の物体検出装置。
【請求項３】
前記第１フォトトランジスタおよび前記第２フォトトランジスタに向けて、前記被検出物体の進入時または通過時に遮断される補助光を照射する補助光源をさらに設けた請求項１または請求項２に記載の物体検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、簡略な構成で光学的に物体を検出する物体検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の特許文献１、特許文献２には、発光素子、受光素子等の光学素子を用いて物体を検出する光学的物体検出装置が示されている。光学的物体検出装置は、外乱光の影響を排除することが課題であり、特許文献１には、発光パルスの間隔をランダムに変化させ、この発光パルスに同期した受光のみを有効にすることで外乱光の影響を排除した装置が開示されている。また、特許文献２には、検出光を時間変調して発光させ、この時間変調のデューティ比を所定のパターンで変化させることにより、外乱光の影響を排除した装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２７５３５３号公報
【０００４】
【特許文献２】特開２００７−３２４８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１、２の装置では、外乱光の影響を排除するため、検出光をパルス化したり時間変調したりしているうえ、さらに、そのパルス間隔やデューティ比を変動させるようにしている。このため、発光素子を駆動する電圧を変調する変調回路やその変調パターンを変化させる制御回路が必要になるうえ、アナログ回路では実現が困難であるためマイクロコンピュータ等のデジタル処理装置を備える必要があり、装置が複雑化してコストアップにつながるという問題点があった。
【０００６】
この発明は、簡略な回路構成で外乱光の影響を排除して光学的に物体を検出可能な物体検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明である物体検出装置は、被検出物体が進入または通過し、該被検出物体の進入時または通過時に外乱光が遮断される検出エリアに設けられた発光素子と、前記検出エリア内の前記発光素子が照射した光の前記被検出物体による反射光が入射する位置に設けられた第１フォトトランジスタと、前記検出エリア内の前記発光素子が放射した光の前記被検出物体による反射光が入射しない位置に設けられた第２フォトトランジスタと、前記第１フォトトランジスタおよび前記第２フォトトランジスタが発生する光電流に基づいて前記被検出物体の有無を判定する検出回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２の発明は、前記第１フォトトランジスタのエミッタに接続され、前記第１フォトトランジスタが発生した光電流を通過させる抵抗器を設け、この抵抗器に並列且つ前記第１フォトトランジスタに直列になるように第２フォトトランジスタを接続し、前記第１フォトトランジスタの少なくともエミッタを前記検出回路に接続したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、前記第１フォトトランジスタおよび前記第２フォトトランジスタに向けて、前記被検出物体の進入時または通過時に遮断される補助光を照射する補助光源をさらに備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、簡略な回路構成で外乱光の影響を排除して被検出物体を誤りなく検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施形態である物体検出装置の構成図
【図２】同物体検出装置の発光回路、受光回路を示す図
【図３】この発明の他の実施形態である物体検出装置の構成図
【図４】同物体検出装置の発光回路の回路図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図面を参照してこの発明の実施形態である物体検出装置について説明する。この物体検出装置は、被検出物体で反射した検出光をフォトトランジスタで受光することにより、被検出物体の存在を検出する反射型の物体検出装置である。
【００１３】
図１は物体検出装置１の構成を示す図である。図１（Ａ）は被検出物体２が検出エリア３に無いときの構成図、図１（Ｂ）は被検出物体２が検出エリア３に進入してきたときの構成図である。
【００１４】
検出エリア３は、上面が開口した直方体または円柱形状の空間である。検出エリア３の開口部３Ｂの寸法は被検出物体２が緩く余裕を持って嵌まる程度のサイズである。検出エリア３の底面３Ａに検出用フォトトランジスタ１１、検出用のＬＥＤ１０、反射防止板１３および補正用フォトトランジスタ１２がこの順番に一列に設けられている。検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２は特性の揃ったものを用いる。ＬＥＤ１０、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２はともに検出エリア３の開口部３Ｂ方向に向けて実装されている。
【００１５】
検出用フォトトランジスタ１１、検出用のＬＥＤ１０、反射防止板１３および補正用フォトトランジスタ１２の配列は上記に限定されない。また、ＬＥＤ１０の反射光が補正用フォトトランジスタ１２に入射しない位置関係であれば反射防止板１３は必須ではない。
【００１６】
図１（Ａ）に示すように、検出エリア３に被検出物体２がないとき、開口部３Ｂから外乱光１０２が入射する。検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２は、外乱光１０２をほぼ同じ光量で受光する。一方、図１（Ｂ）に示すように、検出エリア３に、検出エリア３の被検出物体２が存在するとき、外乱光１０２は被検出物体２に遮られて検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２に到達しない。
【００１７】
ＬＥＤ１０は物体検出装置１の動作中は直流発光している。ＬＥＤ１０が照射する光である検出光１００は正面方向に指向性を有する。したがって、図１（Ａ）に示すように、検出エリア３に被検出物体２がないとき、検出光１００は開口部３Ｂ方向に照射され、検出用フォトトランジスタ１１に入射しない。一方、図１（Ｂ）に示すように、検出エリア３に被検出物体２が存在するときは、検出光１００は被検出物体２で反射し、その反射光１０１が検出用フォトトランジスタ１１に入射する。なお、検出光１００は被検出物体２により補正用フォトトランジスタ１２の方向にも反射する。しかし、補正用フォトトランジスタ１２方向に反射した反射光１０１Ｂは、ＬＥＤ１０と補正用フォトトランジスタ１２との間に設けられている反射防止板１３によって吸収され、補正用フォトトランジスタ１２に到達しない。
【００１８】
このように、検出エリア３に被検出物体２が存在しないときは、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２ともに外乱光１０２をほぼ同じ光量で受光しており、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２の受光量はほぼ同じである。一方、検出エリア３に被検出物体２が存在するときは、検出用フォトトランジスタ１１は検出光１００の反射光１０１を受光するため、ある程度の光量の受光量があるが、補正用フォトトランジスタ１２はこれを受光しないため、受光量はほぼ０である。
【００１９】
すなわち、検出用フォトトランジスタ１１は、被検出物体２がないときの外乱光１０２、被検出物体２があるときの反射光１０１の両方を受光するが、補正用フォトトランジスタ１２は外乱光１０２のみを受光し、反射光１０１を受光しない。この補正用フォトトランジスタ１２の受光量の変化によって、そのとき検出用フォトトランジスタ１１が受光している光が外乱光１０２であるか検出光１００（反射光１０１）であるかを区別することで外乱光１０２を排除し被検出物体２の存在を検出する。この場合に、検出光１００の変調や受光回路における復調等は不要である。
【００２０】
図２を参照して物体検出装置１の回路構成について説明する。図２（Ａ）はＬＥＤ１０を含む発光回路の回路図である。図２（Ｂ）、（Ｃ）はフォトトランジスタ１１、１２を含む受光回路の回路図である。
【００２１】
図２（Ａ）に示すように、ＬＥＤ１０には直流の電源２０が接続されている。ＬＥＤ１０には電流制限用の抵抗器２１が直列に接続されている。このように物体検出用の光を放射するＬＥＤ１０に印加される電圧は直流であり変調等の処理は何らされていない。なお、ＬＥＤ１０に印加される電圧は、脈流や変調された電圧であっても構わないが、受光側の検出回路でこれを復調する必要はない。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すように、検出用フォトトランジスタ１１のエミッタが抵抗器１５を介してグラウンドに接続されている。検出用フォトトランジスタ１１が光を受光して光電流が発生すると、この電流は抵抗器１５を介してグラウンドに流れる。これにより、抵抗器１５の両端に電圧が発生する。また、検出用フォトトランジスタ１１は検出回路１６に接続されており、抵抗器１５（検出用フォトトランジスタ１１のエミッタ）の電圧は検出回路１６に入力される。検出回路１６は入力された電圧に基づいて被検出物体２の有無を判定する。
【００２３】
そして、抵抗器１５に並列に補正用フォトトランジスタ１２が接続されている。補正用フォトトランジスタ１２は、検出用フォトトランジスタ１１側にコレクタ、グラウンド側にエミッタが接続されている。補正用フォトトランジスタ１２および検出用フォトトランジスタ１１が同じ光量の光を受光すると、同じ大きさの光電流が発生する。この場合、検出用フォトトランジスタ１１の光電流は補正用フォトトランジスタ１２にバイパスされ抵抗器１５には流れない。このため、抵抗器１５の両端に電圧が発生しなない。
【００２４】
上述したように、被検出物体２がないときは、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２の両方にほぼ同光量の外乱光１０２が入射しているため、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２に発生する光電流も同じ程度である。このため、抵抗器１５には殆ど電流が流れず、抵抗器１５の両端に電圧が発生しない。一方、被検出物体２が存在するときは、検出用フォトトランジスタ１１には反射光１０１が入射するが、補正用フォトトランジスタ１２には殆ど光が入射しない。したがって、検出用フォトトランジスタ１１には光電流が発生するが、補正用フォトトランジスタ１２には光電流が発生しない。これにより、抵抗器１５に検出用フォトトランジスタ１１に発生した光電流が抵抗器１５に流れてその両端に電圧が発生する。検出回路１６はこの電圧により被検出物体２の存在を判定する。
【００２５】
図２（Ｃ）は検出回路１６の一例を示す図である。この図に示す検出回路１６は、コンパレータ３０を用いたシュミットトリガ回路である。検出用フォトトランジスタ１１のコレクタにはプラスのバイアス電圧Ｖｂが印加される。フォトトランジスタ１１のエミッタは抵抗器３１（Ｒ１）を介してコンパレータ３０の＋端子に接続されている。また、コンパレータ３０の＋端子には、抵抗器３２（Ｒ２）を介してコンパレータ３０の出力端子から正帰還が掛けられている。これにより、コンパレータ３０の＋端子には、検出用フォトトランジスタ１１のエミッタ（抵抗器１５のホット側）の電位とコンパレータ３０の出力電圧との差をＲ１，Ｒ２で内分した電圧が入力され、入力／出力の関係にヒステリシスが生じる。コンパレータ３０の−端子には、被検出物体２の有無を判定するためのしきい値電圧Ｖｒｅｆが入力される。
【００２６】
この図には、検出回路１６として、コンパレータ３０を用いたシュミットトリガ回路を例示しているが、入力された電圧値に基づいて被検出物体と検出用フォトトランジスタ１１との距離を判定してもよい。また、検出回路１６をトランジスタ等を用いてディスクリートに構成してもよい。
【００２７】
図１、図２に示した実施形態は、外乱光１０２が均等な場合に有効な簡略な構成である。外乱光１０２は存在するが均等でない場合には、検出用フォトトランジスタ１１と補正用フォトトランジスタ１２に入射する外乱光の光量が同じにならず検出を誤る可能性がある。このような場合には、補助光源を用いて人工的に外乱光を発生し、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２の受光量が同じになるようにすればよい。
【００２８】
図３、図４は、補助光用のＬＥＤ２５，２６を用いて人工的に外乱光を発生させた実施形態を示す図である。図３は物体検出装置の構成図、図４は発光回路の回路図である。これらの図において、図１、図２と同一構成の箇所は同一番号を付して説明を省略する。
【００２９】
図３において、検出エリア３の検出用フォトトランジスタ１１側の側壁に凹部３Ｃが設けられ、補正用フォトトランジスタ１２側の側壁に凹部３Ｄが設けられている。凹部３Ｃには補助光用ＬＥＤ２５が検出用フォトトランジスタ１１に向けて設置され、凹部３Ｄには補助光用ＬＥＤ２６が補正用フォトトランジスタ１２に向けて設置されている。ＬＥＤ２５、２６は特性のそろったものが用いられる。これらＬＥＤ２５、２６が照射する補助光１０３が外乱光１０２の補助として検出用フォトトランジスタ１１および補正用フォトトランジスタ１２に入射する。なお、図４に示すように、ＬＥＤ２５、２６はそれぞれ電源２０に接続され常時発光している。
【００３０】
そして、検出エリア３に被検出物体２が進入してきたとき、図３（Ｂ）に示すように、補助光１０３は外乱光１０２とともに被検出物体２に遮られて、検出用フォトトランジスタ１１、補正用フォトトランジスタ１２に入射しなくなる。これにより、検出回路１６が被検出物体２の存在を検出することができる。
【００３１】
このように、補助光１０３は、外乱光１０２と同じく被検出物体２によって遮られるため、外乱光１０２が存在するが均一でない場合に、被検出物体２の検出を安定化することができる。
【００３２】
なお、上記実施形態では、検出エリア３を１面が開口した直方体または円柱形状とし、被検出物体２が検出エリア３に進入してくる構成であったが、検出エリア３を開放された空間またはトンネル状に構成して、被検出物体２が検出エリア３を通過する物体検出装置であっても本発明を適用することが可能である。
【符号の説明】
【００３３】
２  被検出物体
３  検出エリア
１０  検出用ＬＥＤ
１１  検出用フォトトランジスタ
１２  補正用フォトトランジスタ
１３  反射防止板
２５、２６  補助光用ＬＥＤ
１００  検出用ＬＥＤが照射する検出光
１０１  検出光の反射光
１０２  外乱光
１０３  補助光
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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