(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光器（１０）と受光器（１２）とを有し、
投光器１０から発せられる光信号は光パルスを有し、かつ光パルスはそれぞれ相互に一定の時間を隔てたパルス列として配列され、更にパルス列内の各パルスはキャリア周波数と同じ周波数のパルス列からなる、
光学式計測器における干渉光抑圧方法であって、
受光器（１２）内において光信号が受信され、電気信号へ変換されたのち、キャリア周波数帯域内でのバンドパスフィルタ処理が行われ、
バンドパスフィルタ処理が行われたのちの電気信号が積分され、その後しきい値を用いて評価され、且つ、
受信された光パルスに対応して受光器（１２）によって生成された信号パルスのうちで、そのパルス幅が予め決められた制限値よりも短いか、又は予め決められた制限値に等しい信号パルスは抑圧される、
ことを特徴とする光学式計測器における干渉光抑圧方法。
【請求項２】
受光器（１２）によって受光パルスに対応して生成される信号パルスの信号レベルは、予め設定された制限値に制限される、ことを特徴とする請求項１に記載の干渉光抑圧方法。
【請求項３】
パルス幅が予め決められた制限値を超えているか、又は予め決められた制限値に等しい信号パルスは一定のパルス幅とされる、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の干渉光抑圧方法。
【請求項４】
前記一定のパルス幅を有する信号パルスは、予め決められた量だけそのパルス幅が延長される、ことを特徴とする請求項３に記載の干渉光抑圧方法。
【請求項５】
前記一定のパルス幅を有する信号パルスは、予め決められた期間にわたって積分され、かつその積分結果はしきい値を用いて評価される、ことを特徴とする請求項３又は４に記載の干渉光抑圧方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに基づく方法を実行するために投光器と受光器とを有する計測器であって、
投光器（１０）はキャリア周波数でパルス信号を変調させるための変調器を有し、かつ
受光器（１２）はその信号経路に対して、受光用光電素子（１４）の直後にバンドパス回路（１６）と、受信信号のパルス幅が予め決められた制限値より短いか、又は予め決められた制限値に等しい受信信号の信号パルスを抑圧するパルス幅比較器（２２）とを有す、
バンドパス特性を有する増幅回路（１６）が受光器（１２）内において、信号経路に対して受光用光電素子（１４）の直後に設けられ、
バンドパス特性を有する増幅回路（１６）にて増幅、及びフィルタ処理された信号は、積分器にて積分され、その後しきい値を用いて評価される、
ことを特徴とする計測器。
【請求項７】
受光器は、バンドパス帯域の中心周波数に対応する共振周波数を有する共振回路を有する、ことを特徴とする請求項６に記載の計測器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、投光器及び受光器を有する光学式計測器における干渉光抑圧方法に係り、特に、投光器より発せられる光信号は光パルスを有し、かつ光パルスはそれぞれ相互に一定の時間を隔てたパルス列に配列され、更に、パルス列内の各パルスはキャリア周波数と同じ周波数のパルス列からなる光学式計測器における干渉光抑制方法に関する。この発明は、更に、本発明に基づく方法を実現するための投光器と受光器とを有する計測器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電センサ（light barrier）において干渉信号を除去する装置は国際特許公開公報ＷＯ９６／３８７４２により知られている。このような光電センサにおいては、干渉信号を除去するために、低振幅の干渉信号を取り除く比較器が受光器内に備えられている。投光器は公知の送信周波数にて光パルスを周期的に送信する。この送信周波数は受光器にも予め供給されている。それにより、受光器の受信可能インターバルは送信された光信号と同期する。受信可能インターバルに続く休止期間は送信された光パルス間の時間に調整される。
【０００３】
光電センサにおいて干渉光による影響を除去するための方法がドイツ国特許明細書ＤＥ４２２４７８４Ｃ２により知られている。この方法では、符号化された光の２つのパルス群が第１の時間窓内において送信される。この時間幅は、例えば、蛍光灯から到来する干渉パルスの最小時間よりも短い。そのとき、もし干渉パルスがパルス群によって覆われたとしても、干渉のないパルス群が必ず受光器に到着する。受光器としては、干渉のない正常動作のための信号を生成するには、１パルス群を受光すれば十分である。
【０００４】
例えば光電センサにおける赤外線投受光システムはドイツ国特許公開公報明細書ＤＥ３１１９８７６Ａ１より知られている。この赤外線投受光システムは送信信号の多重符号化処理を提供する。この種の多重符号化処理は、例えば、キャリア周波数を有するパルス符号化信号を変調することによって達成される。この多重符号化処理によれば、各透過型光電センサが異なる符号化処理を使用したときに、複数の光電センサを隣接して操作することができる。このとき使用されるキャリア周波数は３１．２５ｋＨｚである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
近年の蛍光灯は高周波で変調された光を生成し、所謂省エネランプの基本周波数は１００ｋＨｚ付近となっている。蛍光管と呼ばれる直管状の蛍光灯においては、管の中間部は基本周波数は６０〜８０ｋＨｚで変調されている。管の両端においては基本周波数は３０〜４０ｋＨｚであるが、末端では高調波を伴うので、これによってさらに高い周波数を生成する。
【０００６】
蛍光灯の普及の増加が従来の光学センサにおける機能に問題を起こしている。これは予め決められた干渉耐性を持たねばならない安全確保のための用途においては特に致命的となる。
【０００７】
特に、所謂透過型光電センサ（one way light barriers）と呼ばれる投光器と受光器とが分離された光学式計測器においては干渉光の抑圧は極めて重要である。というのは、この場合、投光器と受光器を同期線を使用して同期させることが不可能だからである。
【０００８】
この発明の目的は、この種の光学式計測器において、特に蛍光灯や所謂省エネランプ等からの干渉光をより一層効果的に抑圧（suppress）することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的のために、請求項１の序文に従った方法が本発明により提供される。この方法では、受光器内において光信号が受信され電気信号へ変換されたのち、キャリア周波数帯域内でのバンドパスフィルタ処理が行われる。
【００１０】
光信号の光パルスを、互いに時間を隔て、かつキャリア周波数を有するパルス列内現れるようにパルス列として配列することによって、所謂２重変調が生じる。このとき、パルス列間の時間は計測器の計測距離に合わせて調整される。それにより計測範囲に検出不感帯が生じなくなる。
【００１１】
キャリア周波数は干渉となり得る光を除去するために十分高い周波数が選択される。このキャリア周波数としては例えば２ＭＨｚとなる。パルス列は、この場合、光パルスの幅が一定の２５０ｎｓであり、各パルス間の時間が一定の２５０ｎｓ、高さも一定とされている。
【００１２】
光信号の受光と電気信号への変換後、すぐにバンドパスフィルタ処理が、特に入力アンプの前部又は内部にて行われ、干渉光による入力アンプの飽和を防ぐことができる。このバンドパスフィルタ処理によって、干渉光への耐性が格段と促進される。
【００１３】
本発明の実施の形態においては、少なくとも２つのパルス列が各パルス列間に予め決められた第１の時間を隔てて投光器よりマルチパルスとして投光され、予め決められた第２の時間をおいて少なくとも２つのパルス列が各パルス列間の予め決められた第１の時間を隔てて更なるマルチパルスとして投光され、２つのマルチパルスと第２の時間の合計時間が通常の干渉パルス同士の最短時間間隔よりも短いものとされている。
【００１４】
投光器によって投光された光は、各パルス間が予め決められた第１の時間である少なくとも２つのパルス列が投光信号として認識された時に検出される。これら２つのパルス列の間の投光信号は評価されないと言う利点がある。
【００１５】
この所謂２重変調方式により、予め決められた第１の時間を隔てた２つのパルス列の存在のみがチェックされ、これら２つのパルス列の間及び２つのパルス列外の信号の受信は重要ではないため、干渉に対する耐性が更に高まる。従って、２つのパルス列に並ぶように入った干渉信号には影響を受けない。
【００１６】
もし干渉信号がパルス列上に入った場合においても正常だと認識される。パルス列は複数のパルスによって構成されるためキャリア周波数を有する。その結果、受光器への入力においてパルス列ではなく干渉パルスのみがバンドパスフィルタ処理によって取り除かれる。
【００１７】
正常な送信であるかの判別規準は、受光器にての送信信号の全行程ではなく、２つのパルス列が適時に存在するかどうかだけである。
【００１８】
本発明の実施の形態においては、受光器によって受光パルスに対応して生成される信号パルスのレベルは、予め設定された制限値に制限されるものである。このような信号正規化は短い高エネルギーフラッシュによる妨害の影響を制限することができる。
【００１９】
この発明によると、投光器と受光器とを有し、投光器から発せられる光信号は光パルスを有する光学式計測装置における干渉光抑圧方法において、受信された光パルスに対応して受光器によって生成された信号パルスのうちで、そのパルス幅が予め決められた制限値よりも短いか、又は予め決められた制限値に等しい信号パルスが抑圧される。
【００２０】
これらの手段により、非常に幅の狭い干渉パルスを、その幅の狭さから、有効な信号より到来したものではない、という視点から除去することができる。制限値は光パルスの幅によって調整される。
【００２１】
本発明の実施の形態によれば、パルス幅が予め決められた制限値を超えている、又は予め決められた制限値に等しい信号パルスは一定のパルス幅とされる。
【００２２】
これらの手段により、パルス列の評価結果は、受光パルスのパルス幅によってではなくて、受光パルスの個数によってのみ決定される。このことには、一定のパルス幅を有するパルスも投光されるため、投光の歪みや外部からのパルスによる干渉を除去することができるという利点がある。
【００２３】
本発明の実施の形態によると、一定のパルス幅の信号パルスは、予め決められた量だけそのパルス幅が延長される。例えば、一定の幅を持つ狭いパルス群の最初のパルスが生成され、広げられるように、一定のパルス幅が短いものとする。この結果、パルスは一定であり、かつ比較的長いパルス幅を有することになる。
【００２４】
この手段によると、積分器に続く比較器のしきい値はパルス列の場合を規準として高く設定することができる。従って動作しきい値は良好な信号対ノイズ比率（Ｓ／Ｎ比）を確保できるので、計測器のスイッチ出力をより一層安定させることができる。この比較器が、パルス列を信号送信として認識するか否かの評価を行う。
【００２５】
この発明の実施の形態によると、一定のパルス幅を有する信号パルスは予め決められた期間にわたって積分され、かつその積分結果はしきい値を用いて評価される。各干渉パルスの影響は積分を行うことによって抑えることができる。各干渉パルスは、積分時にパルス列を基準に調整されたしきい値を得ることはないので、誤出力を発することはない。しきい値を用いての評価の結果は、パルス列の評価につながる。
【００２６】
この発明の実施の形態によると、パルス列又はマルチパルスを受信し、かつ光信号伝達に干渉がないと評価されたのち、受光器からの受信信号の通過は予め決められた期間阻止され、その期間は、予め決められたパルス列間の時間に、又は予め決められた各マルチパルス間の時間に調整される。
【００２７】
このような信号の阻止は、干渉のない受信の場合、受光器は投光器の投光周波数によってトリガー動作されるため、受光器と投光器の同期化をもたらす。このような同期化は受光器と投光器の間に同期線を設けなくても行うことができる。
【００２８】
本発明に見られる問題点も、本発明に基づく方法を実行する投光器と受光器を有する計測器によって解決される。投光器はキャリア周波数でパルス信号を変調させるための変調器を有し、かつ受光器は信号経路に対して、受光用光電素子の直後にバンドパス回路を有する。
【００２９】
本発明に基づく計測器内において、バンドパス特性を有する増幅回路が受光器内において、信号経路に対して受光用光電素子の直後に受光用光電素子がバンドパスフィルタの一部となるように設けられている。増幅回路内において、バンドパス処理をこのように融合してしまうことによって、コンパクトなデザインを得ることができる。増幅回路のバンドパス特性は受動素子やトランジスタによって得ることができる。
【００３０】
本発明の実施の形態によると、受光器は、受信信号の継続時間が予め決められた制限値より短い、及び／又は、予め決められた制限値に等しいような受信信号の信号パルスを抑圧するパルス幅比較器を有する。
【００３１】
本発明の実施の形態によると、受光器は、通過帯域の中間周波数に対応する共振周波数を有する共振回路を有する。
【００３２】
共振回路を有することにより、干渉光による増幅器の飽和を防ぐように任意の通過帯域を得ることができる。このような共振回路は、例えば、受光用光電素子とアースの間にインダクタを有するようにしても良い。
【００３３】
最後に、本発明の実施の形態においては、受光器は、その他の信号処理の構成要素と共に共通のハウジングに収容されている。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる詳細及び利点は請求項並びに下記の好ましい実施の形態において図面を参照して説明する。
【００３５】
図１は本発明の第１実施例のブロック図、図２は本発明の第２実施例のブロック図、図３は投光パルスを示す図、図４は図２の第２実施例の受光部の信号処理の流れを示す図、図５は図４の信号処理の対応箇所にて出力される信号波形を示す図である。
【００３６】
図１のブロック図にて示されるように、光学式計測器は投光器１０と受光器１２とを有する。投光器１０から送信された光信号は、フォトダイオード１４により電気信号へと変換される。電気信号は、フォトダイオード１４からバンドパス（帯域通過）特性を有する増幅器１６へと送られる。増幅器１６に付与された通過帯域の中心周波数は２ＭＨｚである、従って、蛍光灯より発せられる干渉光の周波数よりも大きいものである。増幅器１６に通過帯域を付与することによって、干渉光による増幅器１６の飽和を防ぐことができる。十分に高い強度の干渉光による増幅器の入力アンプの飽和も、干渉光の波長が光電素子の感応領域の限界にあるときには注意しなくてはならない。
【００３７】
バンドパス特性を有する増幅器１６にて増幅、及びフィルタ処理された信号は比較器１８へと転送される。比較器１８内では、信号は予め決められた制限値にその信号レベルを制限される、すなわち、信号はそのレベルにデジタル化される。その結果、高エネルギーフラッシュによる干渉の影響は除去できる。
【００３８】
信号は比較器１８を通過したのち、第１評価段２０において更なる処理を施される。第１評価段２０において、ある時間に認識された最初のパルス列の後に、２つ目のパルス列が認識されたかどうかのチェックが行われる。評価段２０にて肯定的な結果であれば、受信された光は投光器１０よりの光だと認識され、その後受信信号は一定の期間評価されない。評価ユニット２０の後に積分器及び比較器が続くようにしても良い。
【００３９】
図３は投光器１０より発せられる光信号のパルスを示す波形図である。同図にて示されるように、一つのパルス列３８には複数の光パルス３６が配列されている。各光パルス３６の後には継続期間ｂを有する休止期間が続いている。この継続期間ｂは２５０ｎｓでもある。各パルス列３８は、４つの連続する光パルス３６を有する。これらの光パルス３６は２ＭＨｚのキャリア周波数に相当する。２ＭＨｚのキャリア周波数と言うのは継続期間２５０ｎｓであるａとｂとに対応している。
【００４０】
パルス列３８はそれぞれを継続期間ｃとなる１０μｓを経て一列に続いている。２つのパルス列３８を含む各２重パルスの間には１００μｓの時間が設けられている。
【００４１】
２ＭＨｚのキャリア周波数は蛍光灯からの干渉光の変調周波数に対して十分な周波数の差を持っている。その結果、増幅器１６内に簡単なバンドパスフィルタを使用するだけで、十分な干渉光の抑圧効果を得ることができる。
【００４２】
図２及び図４を参照し、以下に本発明の計測器及び本発明の他の実施形態における信号処理について詳細に説明する。受光器１２内の全ての構成要素は共通ハウジング４０内に格納されている。
【００４３】
フォトダイオード１４により生成された信号が増幅器１６へと転送された後、フォトダイオード１４の直後に信号の流れの中で、キャリア周波数２ＭＨｚに等しい通過帯域の中心周波数によりバンドパスフィルタリングが行われる。バンドパスフィルタリングを完了すると、その信号は増幅、並びに整流され、増幅器の出力部にて、例えば、図５のセクションＳ２の信号曲線にて示されるような結果となる。
【００４４】
セクションＳ２の信号曲線において比較器１８のしきい値は水平ライン２８によって示されている。比較器１８によって信号曲線が判別されると、図５のセクションＳ３にて示される、それぞれに異なる幅を有する複数のパルスが得られる。
【００４５】
このセクションＳ３の信号曲線は、予め決められた制限値より小さい幅を持つパルスを抑圧するための、パルス幅比較器３０を有する評価ユニット２２へと転送される。幅の狭さのため、投光信号から到来し得ない、非常に狭い干渉パルスは、これによって除去される。対照的に、非常に幅の広いパルスは、有効なパルスと干渉パルスの重畳が生じているかもしれないため、それだけで不要な干渉パルスであるという結論は出せない。信号パルスの幅が予め決められた制限値よりも大きい場合、全てのパルスが基準となる幅を持つように基準パルス幅に縮小される。パルス幅比較器３０は予め決められた制限値よりも入ってくるパルスの幅が大きいときのみ信号を発するため、パルス幅比較器３０の出力部には図５セクションＳ４にて示されるような信号曲線が得られる。セクションＳ４にては、セクションＳ３の信号曲線において最初の幅が狭いパルスは抑圧されたため、３つのパルスのみ残る。セクションＳ４の３つ全てのパルスは一定の幅を有する。評価結果はパルスの幅ではなく、パルスの受信数のみによって決まる。
【００４６】
比較器２６の動作しきい値を上げ、更にパルス幅を広げるためにパルス幅拡張器３２が評価ユニット２２に備えられている。その結果、パルス幅拡張器３２を経過後の信号曲線が図５のセクションＳ５にて示されている。パルスの拡張は、続く積分器２４の信号を大きくするためであり、従って、比較器２６において、より高い動作しきい値の信号対ノイズ比率を得ることができる。
【００４７】
積分器２４にてセクションＳ５からの広げられたパルスが積分され、右上がりのラインに象徴されるセクションＳ６の信号曲線が得られる。信号曲線は水平ライン３４にて示されるしきい値を有する比較器２６によって評価される。比較器２６により信号曲線が評価、その結果、投光器１０から受光器１２へと発せられた光信号を示す信号がハイレベルであるセクションＳ７の信号曲線が得られる。
【００４８】
図２、図４、及び図５にて示されるように、本発明に基づく計測器の実施形態には、パルス列間の時間を動作の基準にする必要はない。従って、投光器１０からは、個々のパルス列のみが発せられなくてはならない。本発明に係る計測器の２つの実施例、及び光信号の評価方法はどのように組み合わされても良い。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、光学式計測器において、特に蛍光灯や所謂省エネランプからの干渉光をより一層抑圧することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の第１実施例のブロック図である。
【図２】図２は本発明の第２実施例のブロック図である。
【図３】図３は投光パルスを示す図である。
【図４】図４は図２の第２実施例の受光部の信号処理の流れを示す図である。
【図５】図５は図４の信号処理の対応箇所にて出力される信号の出力波形を示す図である。
【符号の説明】
１０  投光器
１２  受光器
１４  フォトダイオード
１６  増幅器
１８  比較器
２０  第１の評価段
２２  評価ユニット
２４  積分器
２６  比較器
２８  しきい値を示す水平ライン
３０  パルス幅比較器
３２  パルス幅拡張器
３４  しきい値を示す水平ライン
３６  光パルス
３８  パルス列
４０  共通ハウジング
４２  マルチパルス
ａ    光パルスの継続期間（パルス幅）
ｂ    光パルス間の休止期間（パルス同士の時間間隔）
ｃ    パルス列の継続期間（パルス列同士の間隔）
ｄ    ２重パルス間の時間（マルチパルス同士の時間間隔）
Ｓ１  フォトダイオードより出力された信号の出力波形
Ｓ２  増幅器の出力部の信号出力波形
Ｓ３  比較器によって評価されたのちの信号出力波形
Ｓ４  パルス幅比較器の出力部の信号出力波形
Ｓ５  パルス幅拡張器を通過後の信号出力波形
Ｓ６  積分器により積分された信号出力波形
Ｓ７  正当であると評価された光信号の出力波形
【図１】
0004243824.tif 000002
【図２】
0004243824.tif 000003
【図３】
0004243824.tif 000004
【図４】
0004243824.tif 000005
【図５】
0004243824.tif 000006