光電傳感器的制作方法

專利名稱：光電傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及通過脈沖光來檢測物體的有無、至物體的距離、物體的大小和性質等的光電傳感器，特別涉及即使在噪聲脈沖僅周期性地出現并且其發生定時與受光電平判別定時重疊的狀況下，也可以有效地實施防止功能的錯誤操作的光電傳感器。
背景技術：
以往，作為非接觸檢測物體的有無、距離、性質等的傳感器，已知有光脈沖插入式的光電傳感器(被稱為光電傳感器、測距傳感器、位移傳感器等)。
在光脈沖插入式的光電傳感器中，包括將光脈沖向檢測對象區域送出的送出端裝置(一般稱為投光器)，以及接收經由檢測對象區域的光脈沖的接收端裝置(一般稱為受光器)。
這種光脈沖插入式的光電傳感器大致分為透射式傳感器和反射式傳感器。在透射式光電傳感器的情況下，從送出端裝置送出的光脈沖因被檢測對象物體遮擋，而不達到接收端裝置。在反射式光電傳感器的情況下，從送出端裝置送出的光脈沖由檢測對象物體反射，可到達接收端裝置。
光脈沖插入式傳感器還可大致分為將送出端裝置和接收端裝置收容在共同的外殼的發送接收一體型的傳感器，以及將送出端裝置和接收端裝置分別收容在外殼中發送接收分體型的傳感器。發送接收一體型傳感器具有送出端和接收端容易取得聯系(同步等)的優點。大多數反射式光電傳感器以及大多數光頭分離式的透射式光電傳感器(例如，光纖式光電傳感器等)構成為發送接收一體型的傳感器。大多數光頭非分離式的透射式傳感器構成為發送接收分體型的傳感器。
但是，在光脈沖插入式的光電傳感器的設置環境中，不僅存在自身投光的正規的光脈沖，而且估計還存在光、電磁波等各種各樣的噪聲。因這些噪聲的影響，在經由接收端裝置的檢測端變換器(例如，光/電變換元件等)的耦合電容器(即，進行交流耦合)輸出線路中，出現經由變換器混入、或經由電源線路混入的噪聲脈沖。在噪聲脈沖中存在周期性出現的噪聲和隨機出現的噪聲。
為了防止噪聲脈沖造成的接收端裝置的錯誤操作，以往采用各種各樣的對策。作為防止錯誤操作的對策之一，可列舉出采用同步檢波技術。在采用了同步檢波技術的光脈沖插入式的光電傳感器中，同步獲取送出端裝置的光脈沖送出定時和接收端裝置的受光電平判別定時。作為防止錯誤操作的另一對策，可列舉出著眼于接收脈沖串的連續性的脈沖串識別技術。在采用了脈沖串識別技術的光脈沖插入式傳感器中，接收脈沖不連續地出現規定個數以上，傳感器輸出就不導通。一旦傳感器輸出導通后，只要接收脈沖不連續地缺欠規定數以上，傳感器輸出就不截止。而且，作為另一防止錯誤操作的對策，可列舉出同時采用同步檢波技術和脈沖串識別技術。這種情況下，通過在前級采用同步檢波技術，除去不同于接收電平定時以外的噪聲脈沖，通過在后級中采用脈沖串識別技術，除去與受光電平判別定時偶爾一致的噪聲脈沖。
上述現有的防止錯誤操作對策在受光信號中噪聲脈沖隨機出現的狀況下比較有效。但是，在噪聲脈沖周期性出現，其發生定時與受光電平判別定時重疊的狀況下，幾乎得不到有效的功能。
作為這種狀況，可列舉出采用熒光燈作為照明器(包括常用頻率型、逆變器型雙方)的工廠或倉庫等。
這種光脈沖插入式傳感器的光脈沖的送出周期(受光電平判別定時)在兼顧傳感器要求的響應特性等時被限制在規定范圍內，所以因變更光脈沖的送出周期而在避免噪聲脈沖上存在限制。

發明內容
本發明是著眼于上述問題的發明，其目的在于提供一種光脈沖插入式的光電傳感器及其關鍵技術，即使在噪聲脈沖周期性地出現，其發生定時與受光電平判別定時重疊的狀況下，也可以有效地實施防止錯誤操作的對策。
本領域的技術人員通過參照以下說明書的記述，可容易地理解本發明的其他目的。
為了實現上述目的，本發明提供一種光電傳感器的控制方法，該光電傳感器包括投光部件，通過與投光定時同步驅動投光元件，來將脈沖光重復投光；受光部件，將受光元件輸出的變化量作為受光信號輸出；電平判定部件，在比所述投光定時稍稍延遲的定時中，通過將受光信號的電平與規定的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及信號處理部件，根據所述電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出；其特征在于，在所述受光信號中存在與噪聲對應的交流波形的狀況下，對投光定時進行控制，以便與所述噪聲對應的交流波形的零點交叉定時和所述電平判別部件中的電平判別定時一致。
說起“將受光信號的電平與規定的閾值進行比較”，這里所說的“規定的閾值”例如根據自身的投光(正規的脈沖光)來考慮決定已知的受光信號電平。再者，說起“按稍稍延遲的定時”，該定時是在這種光電傳感器中獲得投受光聯系(同步)時的一般時間，不是在與投光定時相同的定時中排除開始與該閾值進行比較情況的定時。
在“噪聲”中，包含經由受光元件混入的光(例如逆變器熒光燈等的光)噪聲、經由電源線路混入的其他電磁波噪聲等各種噪聲。因此，在這里所說的“交流波形”中，除了其信號電平為規則正確地變化的正弦波以外，還包含經交流零電平，輸出極性重復進行交替的各種波形。
說起“使零點交叉定時和電平判別的定時一致”，并不是以必須使兩個定時完全一致作為必要條件。當然容許多少有些定時偏差。該偏差的容許范圍達到什么程度，考慮電平判別時間(例如，具有采樣門電路的光電傳感器的情況下門電路打開時間等)、對噪聲對應的交流波形的輸出特性、或判別用閾值等來決定就可以。
根據本發明的光電傳感器的控制方法，例如在逆變器熒光燈的正下方等、在受光信號中出現與噪聲對應的交流波形的環境下使用傳感器的情況下，按與該噪聲對應的交流波形的零點交叉定時(即，根據噪聲使受光信號電平(以下簡稱為‘噪聲輸出’)最小的定時)來進行受光電平判別，所以無論自身的投光脈沖是否被受光，都可以排除因噪聲而判別為‘有受光’的誤操作。換句話說，根據本發明的光電傳感器的控制方法，可以僅根據自身投光的正規的受光信號來進行電平判別，由此實現穩定的檢測操作。
在本發明的光電傳感器的控制方法中，作為所述零點交叉定時，最好選擇在噪聲對應的交流波形的極性向與正規的脈沖光對應的受光信號波形的相反極性移動時的零點交叉定時。
說起“與正規脈沖光對應的受光信號波形的極性”，具體地說，例如表示設置了受光電平判別用閾值(規定的閾值)側的極性。再有，該閾值根據自身投光的正規的脈沖光專門設置在出現受光信號波形的峰值一側。在輸出電路的特性中峰值出現在兩極上，在兩極上設置閾值的情況下(在出現同時超過雙方閾值的情況下，被看作‘有受光’的情況等)，當然可以將從中選擇的一個閾值存在側的極性作為這里所說的‘受光信號波形的極性’。
即，在該形態中，與噪聲對應的交流波形選擇向與閾值設置側的極性相反的極性移動時的零點交叉定時，所以在電平判別期間(例如采樣門電路打開期間)中，可以可靠地避免出現超過該閾值的噪聲輸出。因此，還可以將電平判別期間設置得稍長些。
其次，本發明的光電傳感器包括投光部件，通過與投光定時同步驅動投光元件，來將脈沖光重復投光；受光部件，將受光元件輸出的變化量作為受光信號輸出；第1電平判定部件，在比所述投光定時稍稍延遲的定時中，通過將受光信號的電平與規定的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及信號處理部件，根據所述第1電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出；其特征在于，該光電傳感器還包括第2電平判別部件，通過將所述受光信號電平與交流零電平附近的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及投光定時控制部件，根據所述第2電平判別部件的判別結果，來控制各個下次的投光定時。
對于“將受光信號的電平與規定的閾值進行比較”、“噪聲”來說，與前面的說明相同。
根據本發明的光電傳感器，通過第2電平判別部件，可檢測按交流零電平附近的閾值規定的噪聲輸出的出現狀態，所以可以根據該出現狀態來進行投光定時控制。即，根據第2電平判別部件的判別結果來進行適當的投光定時控制，在噪聲輸出大致不存在時，或在噪聲輸出處于交流零電平附近時，可以進行受光信號電平判別，由此，能夠實現防止噪聲引起的誤操作、檢測可靠性高的光電傳感器。
說起“交流零電平附近的閾值”，什么程度被稱為“交流零電平附近”因各傳感器的受光輸出特性等而異，所以不能一概地定義，只要將該閾值是以防止噪聲引起的誤操作為目的而考慮設置的閾值，本領域技術人員當然可以根據情況來設定合適的閾值。至少自然能理解“交流零電平附近的閾值”最好設定得比“規定的閾值(第1電平判別部件)”小。
更具體地說，本發明的光電傳感器可作為以下所示的第1～第4實施例的光電傳感器來實現。
在本發明的光電傳感器的第1實施形態中，投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，使下次的投光定時延遲，直至所述第2電平判別部件將受光信號電平判別為在交流零電平附近。
“公稱投光周期”是所謂的與“投光周期”有關的固定周期，但在本形態中，實際的投光間隔根據第2電平判別部件的判別結果(有無投光定時的延遲)而改變，所以不是“投光周期”，而是“公稱投光周期”。這種情況下，實際的投光間隔是將該公稱投光周期(固定)和在經過公稱投光周期后由所述第2電平判別部件判定為受光信號電平在零電平附近前的時間(每次獲得變化)進行相加所得的間隔。
根據第1實施形態，可維持按公稱投光周期規定的最低限度的投光間隔，并且投光僅限于受光信號電平被判別為在交流零電平附近時進行，可以更可靠地防止噪聲造成的誤操作。
說起“判別為交流零電平附近時”，該判別例如可以由第2電平判別部件使用在交流零電平附近設置的具有正極性和負極性兩個閾值來進行。這種情況下，受光信號電平處于所述兩個閾值夾置的規定范圍內時，就可以判別為在交流零電平附近。
在本發明的光電傳感器的第2實施例中，投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向。
有關“公稱投光周期”、“與正規的脈沖光對應的受光信號波形的極性”，可參照前面的論述。
再有，“第2電平判別部件”在實施例電平中，例如可以由包括檢測出現與正規脈沖光對應的受光信號的極性相同極性的超過規定閾值的受光信號的比較器、以及根據出現超過所述閾值的受光信號來檢測比較器輸出的后沿的邊沿檢測電路來構成。這種情況下，“所述投光定時控制部件”使下次的投光定時延遲，直至所述邊沿檢測電路檢測出比較器輸出的后沿就可以。
根據第2實施形態，以將受光信號電平的變化方向判定為朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性方向作為條件來進行投光，所以在受光信號的電平判別期間(例如，采樣門電路打開期間)，可以更可靠地避免出現超過交流零電平附近的閾值的噪聲輸出。根據以上論述，也可以將電平判別期間設置得稍長些。
在第2實施形態中，所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，即使在經過規定的等待時間后，最好也根據所述第2電平判別部件的判別結果，在不能將受光信號電平的變化方向判別為朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性方向時，直接生成投光定時信號。
這種情況下的投光定時控制部件例如可通過設置定時器來構成，該定時器在前面所示的實施例電平的投光定時控制部件中，通過再經過公稱投光周期或通過所述邊沿檢測電路檢測比較器輸出的后沿，來開始進行規定時間的計時，在經過該規定時間的同時，生成投光定時信號。
這里，在生成了“投光定時信號”的情況下，不言而喻，可直接開始投光。
根據這樣的形態，可預防例如因噪聲的衰減等檢測不出朝向其相反極性方向而使投光延遲持續，總不進行投光這樣的不良情況，由此，可以確保最低限度的投光周期。
在上述第2實施例中，通過使投光延遲，直至將受光信號電平的變化方向判定為朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性的方向，可更可靠地避免噪聲的影響。對此，作為本發明的第3實施形態的光電傳感器，具有以下特征所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至將受光信號電平的變化方向判別為朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相同或相反極性的方向。
根據第3實施形態，受光信號電平的變化方向即使朝向任何一個極性也可以進行投光，所以盡管估計避免噪聲的可靠性比第2實施形態稍差，但與第2實施形態相比，可以迅速(等待時間短)地進行投光。
第3實施例的第2電平判別部件可以包括第1比較器，例如，在實施例電平中，檢測出現與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相同極性的超過第1閾值的受光信號；第2比較器，檢測出現與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性的超過第2閾值的受光信號；第1邊沿檢測電路，根據出現超過所述第1閾值的受光信號來檢測第1比較器輸出的后沿；以及第2邊沿檢測電路，根據出現超過所述第2閾值的受光信號來檢測第2比較器輸出的后沿。這種情況下，投光定時部件使下次的投光定時延遲，直至所述第1或第2邊沿檢測電路檢測出第1或第2比較器輸出的某一個后沿就可以。
其次，在本發明的光電傳感器的第4實施形態中，投光定時控制部件包括第1工作模式，在從上次的投光定時經過公稱投光周期后，根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向；以及第2工作模式，在從上次的投光定時起等待經過公稱投光周期之后，或從經過了公稱投光周期時刻起再等待經過規定的時間之后，才進行投光；并且，可選擇這些工作模式。
根據第4實施形態，通過選擇(切換)適當模式，可以進行與光電傳感器的設置環境對應的適當的操作。即，例如，在存在具有周期性的亮度變化的噪聲光(逆變器熒光燈的光等)下，通過變為第1模式，可以獲得與上述第2實施形態相當的效果。另一方面，盡管沒有出現這樣的周期性的噪聲，但例如在受光從相鄰傳感器投光的光脈沖的環境下，通過變為第2模式，可以防止這樣的相互干擾，并且可確保穩定的投光周期。
在第4實施形態中，最好還設置噪聲檢測部件，將受光輸出信號描述為交流波形，檢測是否存在周期性變動的噪聲光或噪聲電波，在檢測出噪聲光或噪聲電波時，選擇第1工作模式，而在未檢測出時選擇第2工作模式。
根據這樣的形態，根據噪聲檢測部件的噪聲檢測結果，可自動地進行上述的模式切換。再有，模式切換例如可使用專用的‘切換開關’等，也可以適當通過手動來進行。
作為是否存在噪聲光或噪聲電波的判定方法的一例，可列舉出根據受光輸出電平和規定閾值的比較來判定的方法。此外，作為另一例，可以列舉出在受光信號電平經過比公稱投光周期短的一定時間內，根據大致維持在交流零電平的情況來判定有無存在噪聲的方法。除此以外，如果是本領域技術人員，當然可以設想各種判定方法。
第4實施形態可以為以下形態設置對受光信號電平繼續維持大致交流零電平的時間進行計測的部件；以及在所述計測的維持時間超過一定時間時切換為第2模式，而在一定時間內時切換為第1模式的部件。在這種情況下，根據有無噪聲光和噪聲電波，能夠進行模式切換。
另外，上述本發明的光電傳感器可以使用光電傳感器用半導體集成電路來實現。本發明的光電傳感器用半導體集成電路包括供給電源的第1外部端子；對投光元件的驅動電路輸出驅動控制信號的第2外部端子；對傳感器負載的驅動電路輸出驅動控制信號的第3外部端子；以及具有從所述第1外部端子供電、對內置電路供給穩定電源的電源電路；對以下電路進行集成的電路，這些電路包括受光電路，取出并放大外帶或內置的受光元件的輸出的變化量；投光電路，將對投光元件的驅動電路的驅動控制信號輸出到所述第2外部端子；輸出電路，將對傳感器負載的驅動電路的驅動控制信號輸出到所述第3外部端子；以及信號處理電路，根據從所述受光電路得到的受光信號來進行輸出電路的控制，并且根據從所述受光電路得到的受光信號來進行投光電路的控制；所述信號處理電路包括第1電平判別部件，在比投光定時稍稍延遲的定時中，通過將來自所述受光電路的受光信號的電平與規定的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；信號處理部件，根據所述第1電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出，并供給所述輸出電路；第2電平判別部件，通過將所述受光信號電平與交流零電平附近的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及投光定時控制部件，根據所述第2電平判別部件的判別結果，將控制各下次的投光定時的投光定時控制信號供給所述投光電路。
如果使用本發明的光電傳感器用半導體集成電路，那么可以將實現上述本發明的光電傳感器的主要電路集成在單片IC(半導體集成電路)上，所以除了上述特有的效果以外，還可以獲得裝置整體的小型化、成本削減等各種效果。
作為該光電傳感器用半導體集成電路，從與上述本發明的光電傳感器相同的觀點來看，可以附加各種功能。
即，在本發明的光電傳感器用半導體集成電路中，所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，最好使下次的投光定時延遲，直至所述第2電平判別部件將受光信號電平判別為在交流零電平附近。
在本發明的光電傳感器用半導體集成電路中，所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，最好根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至將受光信號電平的變化方向判別為朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性的方向。
這里，所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，即使在經過規定的等待時間后，最好也根據所述第2電平判別部件的判別結果，在不能將受光信號電平的變化方向判別為朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性方向時，直接生成投光定時信號。
在本發明的光電傳感器用半導體集成電路中，所述投光定時控制部件最好包括第1工作模式，在從上次的投光定時經過公稱投光周期后，根據所述第1電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向，或根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向；以及第2工作模式，在從上次的投光定時起等待經過公稱投光周期之后，或從經過了公稱投光周期時刻起再等待經過規定的時間之后，才進行投光；并且，可選擇這些工作模式。
這里，最好包括噪聲檢測部件，將受光輸出信號描述為交流波形，檢測是否存在周期性變動的噪聲光或噪聲電波；在檢測出噪聲光或噪聲電波時，選擇第1工作模式，而在未檢測出時選擇第2工作模式。
對于是否存在噪聲光或噪聲電波的判定方法來說，與前面說明的相同。即，作為一例，可列舉出根據受光信號電平和規定閾值的比較來判定的方法。此外，作為另一例，可以列舉出在受光信號電平經過比公稱投光周期短的一定時間內，根據大致維持在交流零電平的情況來判定有無存在噪聲的方法。


圖1是表示本發明的光電傳感器的整體結構的方框圖。
圖2是同時表示受光電平判定塊和信號處理塊的詳細結構的圖。
圖3是表示第1實施例的脈沖生成塊的結構的電路圖。
圖4是表示第1實施例的脈沖生成塊的處理內容的流程圖。
圖5是表示第1實施例的光電傳感器的操作內容的定時圖。
圖6是表示第2實施例的脈沖生成塊的結構的電路圖。
圖7是表示第2實施例的脈沖生成塊的處理內容的流程圖。
圖8是表示第2實施例的光電傳感器的操作內容的定時圖。
圖9是表示第3實施例的脈沖生成塊的結構的電路圖。
圖10是表示本發明的模式切換型光電傳感器(第4實施例)的整體結構的方框圖。
圖11是表示第1模式的脈沖生成塊的結構的電路圖。
圖12是表示第2模式的脈沖生成塊的結構的電路圖。
圖13是表示噪聲檢測塊的結構的電路圖。
圖14是說明零交叉時間的計算形態的圖。
圖15是表示第4實施例的光電傳感器中的模式切換的處理步驟的流程圖。
圖16是表示第4實施例的光電傳感器的模式切換狀況的圖。
圖17是表示第4實施例的光電傳感器的各模式的投光定時控制狀況的圖。
圖18是表示第5實施例的光電傳感器的整體電路結構的電路圖。
具體實施例方式
以下，參照附圖來詳細說明本發明的光電傳感器的優選實施例。通過表示光電傳感器，同時作為表示本發明的光電傳感器的控制方法的圖。以下，通過一例來示出將送出端裝置和接收端裝置收容在共同的外殼中的發送接收一體型的光電傳感器，但如果獲取送出端和接收端的投受光聯系(同步)，本發明也可以應用于發送接收分體型的光電傳感器。而且，在本發明的光電傳感器中，包括檢測物體的有無、距物體的距離、物體的大小或性質等所有類型的光脈沖插入式的光電傳感器。
采用本發明的光電傳感器(第1實施例)的整體結構示于圖1。如圖所示，該光電傳感器包括投光部1；受光部2；振蕩部3；具有兩個輸入端子IN1、IN2和三個輸出端子OUT1～3的脈沖生成塊4；具有兩個輸入端子IN1、IN2和一個輸出端子OUT的受光電平判定塊5；具有兩個輸入端子IN1、IN2和一個輸出端子OUT的信號處理塊6。
投光部1包括驅動電路12(在圖中，用帶有發射極電阻12a的發射極接地式晶體管來表示)，以從脈沖生成塊4的輸出端子OUT1輸出的驅動脈沖來進行工作；以及發光元件13(在圖中，用發出紅外線或可見光的發光二極管來表示)，由該驅動電路12驅動。然后，由發光元件13進行與從脈沖生成塊4的輸出端子OUT1輸出的驅動脈沖同步，將光脈沖向檢測對象區域投光。
另一方面，受光部2具有將經由檢測對象區域到來的光脈沖變換成電脈沖的光電變換器的功能。該受光部2包括在電源和地之間串聯連接的電阻21和光電二極管22；以及取出在它們的連接點上出現的電壓變化量的耦合電容器23；以及將耦合電容器上取出的信號放大輸出的放大電路(AMP)24。從放大電路24輸出的電信號(以下，稱為受光信號)被供給到脈沖生成塊4的輸入端子IN2和受光電平判定塊5的輸入端子IN2。
振蕩部3輸出具有固定頻率的時鐘脈沖。該時鐘脈沖被供給到脈沖生成塊4的輸入端子IN1。在本實施例中，由振蕩部3輸出間隔約0.625μs的時鐘脈沖，在后述的計數值n的步進不停止的情況下，按160(計數值)×0.625μs＝100μs的周期(公稱投光周期)進行一次投光來設定。
脈沖生成塊4根據從輸入端子IN1輸入的時鐘脈沖和從輸入端子2輸入的受光信號，來生成用于受光控制的三種控制脈沖，從輸出端子OUT1～OUT3輸出到外部。首先，脈沖生成塊4生成用于規定投光定時的控制脈沖(以下稱為投光定時規定脈沖)。該投光定時規定脈沖從輸出端子OUT1供給到投光部1的驅動電路12。第2，脈沖生成塊4生成用于規定受光電平判別定時(在本例中，為采樣門電路脈沖的開定時)的控制脈沖(以下稱為門電路打開定時規定脈沖)。該門電路打開定時規定脈沖從輸出端子OUT2供給到受光電平判定塊5的輸入端子IN1。第3，脈沖生成塊4生成用于規定對信號處理塊6的取出定時的控制脈沖(以下稱為取出定時規定脈沖)。該取出定時規定脈沖從輸出端子OUT3供給到信號處理塊6的輸入端子IN1。脈沖生成塊4是本發明的主要部件，將在后面詳細說明它。
受光電平判定塊5將在后面詳述，但通過與從輸入端子IN1輸入的門電路打開定時規定脈沖同步，打開采樣門電路，將此時通過輸入端子IN2獲得的受光信號與規定的閾值進行比較并進行電平識別，來生成輸出有無受光判別信號。
受光電平判定塊的細節示于圖2(a)。如該圖(a)所示，受光電平判定塊5包括帶有非反向輸入端子(+)和反向輸入端子(-)的比較器51(CMP3)、以及取得來自輸入端子IN1的輸入(門電路打開定時規定脈沖)和比較器51的輸出的邏輯積的‘與’門電路510。來自輸入端子IN2的信號、即來自受光部2的受光信號被輸入到比較器51的非反向輸入端子(+)。另一方面，用于比較的閾值Vth3被輸入到反向輸入端子(-)。即，受光電平判定塊5根據受光信號和閾值Vth3的比較來進行二進制化，將有無受光判別信號(在本例中，表示有無受光的結果的‘H(有受光)’或‘L(無受光)’)生成輸出到輸出端子OUT。該有無受光判別信號被供給到信號處理塊6的輸入端子IN2。在本例中，閾值Vth3按基于自身的投光脈沖與已知的受光信號峰值的關系設定為約55mV。
信號處理塊6的細節示于圖2(b)。信號處理塊6起到作為數字低通濾波器的作用，如圖2(b)所示，它包括帶有數據輸入端子IN和用于位移的時鐘輸入端子CK的n級(圖中雖未示出，但在本例中作為8級來說明)的移位寄存器61；在從輸入端子IN2輸入的有無受光判別信號的‘H’的上升沿時被置位、在從輸入端子IN1輸入的取出定時規定脈沖的‘H’上升沿時被復位的RS觸發器62；取得移位寄存器61的各級輸出的邏輯積的AND門電路(‘與’門電路)同樣取得各級輸出的反向邏輯和的NOR門電路(‘或非’門電路)64；以及在AND門電路63的輸出的‘H’的上升沿時被置位、并且在NOR電路64的輸出的‘H’上升沿時被復位的RS觸發器65。
這里，在移位寄存器61的時鐘輸入端子CK上輸入來自輸入端子IN1的取出定時規定脈沖。由此，在信號處理塊6中，根據取出定時規定脈沖來進行移位操作，從輸入端子IN2輸入的有無受光判別信號‘H’或‘L’通過RS觸發器62被取出到移位寄存器61的初級，同時特別的級依次向后級移位。觸發器62表示在受光電平判定塊5的采樣門電路打開期間的輸出端子OUT的輸出‘H’。即，在對移位寄存器61的取出前的采樣門電路打開期間，如果受光有無判別信號即使輸出一次‘H’，‘H’也被輸出到移位寄存器。
從輸入端子IN1到RS觸發器62的復位端子R的脈沖輸入定時(RS觸發器62的復位定時)從該輸入端子IN1到移位寄存器61的時鐘輸入端子CK的脈沖輸入定時(對移位寄存器的數據取出定時)起需要稍微延遲。因此，實際上在輸入端子IN1和RS觸發器62的復位端子R之間設置延遲電路等，但這里的圖示被省略。
移位寄存器61的各級(在本例中為8級)都顯示‘H’的‘1’時，AND門電路63的輸出變為‘H’，在其‘H’的上升沿時觸發器65成為置位狀態。此時，觸發器65的輸出(在本例中，是表示通斷判定結果的傳感器輸出)‘H’表示正常接收自身的投光脈沖。另一方面，在移位寄存器61的各級都顯示‘L’的‘0’時，NOR電路64的Q輸出成為‘H’，觸發器65成為復位狀態。由此，觸發器65的Q輸出再次成為‘L’，直至有來自AND門電路63的置位輸入。
于是，在本發明第1實施例的光電傳感器中，在受光部2中，具有只在光脈沖連續規定次數接收時，輸出‘H’的數據低通濾波器。而且，如果輸出一次‘H’，則連續輸出‘H’，直至移位寄存器61的各級都變為‘0’。
下面，詳細說明作為本發明主要部分的脈沖生成塊4。脈沖生成塊4的詳細結構示于圖3的電路圖。
如圖所示，脈沖生成塊4包括帶有數據輸入端子IN和復位信號輸入端子RST、用于對計數值n(n＝0～159)進行計數的計數器48；在輸入端子IN2的輸出端并聯設置的兩臺比較器41(CMP1)、42(CMP2)；取得這兩臺比較器的邏輯和的OR(‘或’)門電路43；取得計數器48的計數值為‘1’時生成的脈沖輸出和OR門電路43的輸出的邏輯積的AND門電路44；將AND門電路44的輸出反向的NOT門電路45；在NOT(‘非’)門電路45的輸出(AND門電路44的輸出為‘L’)的‘H’的上升沿時被置位、在AND門電路的輸出的‘H’上升沿時被復位的RS觸發器46；以及取得RS觸發器46的輸出和來自輸入端子IN1的輸入(時鐘脈沖)的邏輯積的AND門電路47。
計數器48根據從AND門電路47輸入到數據輸入端子IN(計數器48)的時鐘脈沖使計數值n依次步進，根據計數值n，如前面說明所示，輸出包括用于投受光控制的三種控制脈沖(OUT1～OUT3)的各種脈沖。具體地說，在表示噪聲檢查定時的到來的計數值n＝1時，對AND門電路44輸出時鐘脈沖。而在計數值n＝2～5時，從輸出端子OUT1向投光部1輸出投光定時規定脈沖。由此，從投光部1送出光脈沖。此外，在計數值n＝6～7時，從輸出端子OUT2向受光電平判定塊5輸出門電路打開定時規定脈沖。在計數值n＝8時，從輸出端子OUT3向信號處理塊6輸出取出定時規定脈沖。進而，在計數值n＝159時，將復位脈沖輸出到自身復位信號輸入端子RST。由此，計數值n變為‘0’。再有，計數值‘0’在計數器48中未圖示。
從圖可知，在計數器48的輸入端子IN上，RS觸發器46為置位狀態(Q＝‘H’)時，來自輸入端子IN1的時鐘脈沖通過AND門電路47被輸入，所以根據來自輸入端子IN1的時鐘脈沖進行計數操作，使計數值n每次步進1。另一方面，在RS觸發器46為復位狀態(Q＝‘L’)時，AND門電路47的輸出變為‘L’，時鐘脈沖不能通過AND門電路47，所以停止計數值n的步進直至RS觸發器46再次成為置位狀態。
AND門電路44在噪聲檢查定時到來時(計數值n＝1時)，僅在OR門電路43的輸出為‘H’時才輸出‘H’。RS觸發器46在AND門電路44的輸出的‘H’的上升沿時被復位，在AND門電路44的輸出為‘L’時通過NOT門電路45將其輸出反向，在‘H’的上升沿時成為置位狀態。因此，RS觸發器46在噪聲檢查定時到來時，僅在OR門電路43的輸出為‘H’時才被復位。因此，停止計數值n的步進情況僅出現在n＝1并且OR門電路43的輸出為‘H’時。這里，OR門電路43的輸出僅在兩個比較器41、42的輸出都為‘L’時才變為‘L’，所以計數值n的步進被停止的情況僅出現在n＝1并且兩個比較器(CPM1)41、(CPM2)42的某一個輸出為‘H’時。
兩個比較器(CMP1)41、(CMP2)42根據從輸入端子IN2輸入的受光信號的值V，始終監視受光狀態，在第1比較器(CMP1)41的非反向輸入端子(+)上，輸入來自輸入端子IN2的受光信號V，在反向輸入端子(-)上，輸入比較用閾值Vth1。即，第1比較器(CMP1)41的輸出在V≥Vth1時為‘H’，在V＜Vth1時為‘L’。再有，閾值Vth1是交流零電平附近的正極性閾值，其值例如被設定為+25mV。
另一方面，在第2比較器(CMP2)42的反向輸入端子(-)上輸入受光信號的值V，在非反向輸入端子(+)上輸入比較用閾值Vth2。即，第2比較器(CMP2)42的輸出在V＞Vth2時為‘L’，在V≤Vth2時為‘H’。再有，該比較用閾值Vth2是交流零電平附近的負極性閾值，其值例如被設定為-25mV。因此，OR門電路43的輸出僅在Vth2＜V＜Vth1時才為‘L’。
因此，根據脈沖生成塊4，在噪聲檢查定時到來時(在本例中，在投光定時之前，即自身的光脈沖非投光時)，在受光信號的值V不存在于被兩閾值Vth1、Vth2夾置的0附近的輸出范圍內的情況下，維持計數值n＝1，直至Vth2＜V＜Vth1，所以來自輸出端子OUT1的投光定時規定脈沖的送出被延遲，直至受光輸出再次為Vth2＜V＜Vth1。
下面，根據圖4的流程圖來說明基于上述電路結構的脈沖生成塊4的處理內容。該流程圖也可以理解為表示用微計算機的軟件來進行脈沖生成塊4的處理情況下的處理內容。
在脈沖生成塊4中，如上所述，在計數器48的計數值n表示噪聲檢查定時到來的‘1’時(步驟401為YES)，通過比較器CMP1、CMP2來確認基于噪聲光的受光狀態(受光信號V)(步驟402)。
這里，在Vth2＜V＜Vth1時(步驟403中為YES)，計數值進行步進(步驟405)，計數值n＝2，進至步驟406(步驟401中為NO)。另一方面，在V≤Vth2或V≥Vth1時(步驟403中為NO)，在步驟403中使計數值的步進就停止于‘1’(步驟404)，直至確認Vth2＜V＜Vth1。
在計數值n＝2～5時，從輸出端子OUT1輸出投光定時規定脈沖。由此，從投光部1投光脈沖光(步驟407)。如果輸出一次投光定時規定脈沖，那么在隨后的步驟405中進行計數值的步進，并重復進行步驟406的YES、步驟407、步驟405的處理，直至計數值＝6。由此，在相當于四個投光定時規定脈沖、約2.5μs(4×0.625μs)期間進行投光。
在計數值n＝6～7時(步驟408中為YES)，從輸出端子OUT2輸出門電路打開定時規定脈沖(步驟409)。由此，在受光電平判定塊5內，將采樣門電路打開，將此時供給輸入端子IN2的受光信號進行電平識別，生成受光有無判別信號。如果輸出一次門電路打開定時規定脈沖，那么重復進行步驟408中為YES、步驟409、步驟405的處理，在隨后的步驟405中進行計數值的步進，直至計數值＝8。
在計數值n＝8時(步驟410中為YES)，從輸出端子OUT3輸出取出定時規定脈沖(步驟411)。由此，信號處理塊6將從輸入端子IN2輸入的受光有無判別信號(有無受光判別結果‘H’、‘L’)輸入到移位寄存器的初級，同時將特別級的內容進行移位。即，在本例中，根據步驟407，對于一次(四個脈沖量)投光來說，可獲得1級量的受光有無判別信號，大約每隔100μs(公稱投光周期)×8(級數)，傳感器輸出‘H’或‘L’。
計數值n＝159時(步驟412)，生成復位脈沖，輸入到自身(計數器48)的復位信號輸入端子RST。由此，計數值n＝0，之后再次進行計數器的步進控制(步驟405)。
在計數值n＝9～159時，僅進行步驟405所示的計數值的步進。
下面，根據圖5的定時圖來說明基于上述的電路結構實現的本發明的第1實施例的光電傳感器的操作內容。
在該圖中，Vth3表示受光電平判定塊5配有的比較器(CMP3)51的檢測用閾值Vth3(55mV)，AC0表示交流零電平，Vth1表示脈沖生成塊4配有的第1比較器(CMP1)41的正極性閾值Vth1(+25mV)，Vth2表示脈沖生成塊4配有的第2比較器(CMP2)42的負極性閾值Vth2(-25mV)，CMP3表示基于第3比較器(CMP3)51的‘H’、‘L’的輸出狀態，CMP1表示比較器(CMP1)41的輸出狀態，CMP2表示比較器(CMP2)42的輸出狀態，‘計數器’表示脈沖生成塊4配有的AND門電路47的輸出(對計數器的輸入)狀態，OUT1表示從脈沖生成塊4的輸出端子OUT1輸出的投光定時規定脈沖的輸出狀態，OUT2表示從脈沖生成塊4的輸出端子OUT2輸出的門電路打開定時規定脈沖的輸出狀態。
Ws表示基于具有正極性峰值(極性為‘正’)的自身投光脈沖的受光信號波形，Wn表示基于噪聲光的受光信號波形(交流波形)。在本實施例中，作為受光信號Wn，將頻率50kHz的逆變器熒光燈產生的信號作為其一例來表示。
在該定時圖中，根據自身的投光脈沖同時描繪三個受光信號波形Ws1～Ws3(投光3次)，受光信號波形Ws2、Ws3是用于容易理解第1實施例的操作內容而預備的記述，實際上并不意味著按這樣的定時來進行投光。
如該定時圖所示，第3比較器(CMP3)51的輸出狀態無論自身的投光脈沖、噪聲光如何，在受光信號的值V超過閾值Vth3時都變為‘H’。此外，第1比較器(CMP1)41的輸出狀態在受光信號的值V超過閾值Vth1時變為‘H’。此外，比較器CMP2的輸出狀態在受光信號的值低于閾值Vth2時變為‘H’。
在標號①所示的定時中噪聲檢查定時到來的情況下(計數值n＝1)，此時的受光信號波形Wn的輸出電平超過閾值Vth1，所以第1比較器(CMP1)41的輸出狀態為‘H’，停止計數值n的步進，OUT1的輸出狀態為‘L’。然后，在受光信號波形Wn的輸出電平低于閾值Vth1時，再開始計數值n的步進，由此，在標號②所示的定時中OUT1的輸出狀態為‘H’，進行投光(計數值n＝2～5)。接著，在標號③所示的定時中OUT2的輸出狀態為‘H’，受光采樣門電路被‘打開’。表示通過此時的投光出現的受光信號波形是Ws1。實際上，出現與噪聲波形Wn的復合波形，但這里為了容易理解，分別作為單獨的波形來表示。
另一方面，在標號④所示的定時中，在噪聲檢查定時到來的情況下(計數值n＝1)，此時的受光信號波形Wn的輸出電平處于閾值Vth1和閾值Vth2之間，所以在計數器繼續步進之后立即進行投光(計數值n＝2～5)，在標號⑤所示的定時中受光采樣門電路被‘打開’。表示通過此時投光出現的受光信號波形是Ws2。
在標號⑥所示的定時中，在噪聲檢查定時到來的情況下(計數值n＝1)，此時的受光信號波形Wn的輸出電平低于閾值Vth2，所以第2比較器(CMP2)42的輸出狀態為‘H’，停止計數值n的步進，OUT1的輸出狀態變為‘L’。然后，在受光信號波形Wn的輸出電平超過閾值Vth2時，再次開始計數值n的步進，由此在標號⑦所示的定時中OUT1的輸出狀態變為‘H’，并進行投光(計數值n＝2～5)。接著，在標號⑧所示的定時中OUT2的輸出狀態變為‘H’，使受光采樣門電路被‘打開’。表示通過此時的投光出現的受光信號波形是Ws3。
在圖5中雖未直接示出，但在不存在噪聲光的情況下(受光信號波形Wn不出現的情況)，在噪聲檢查定時到來時，輸出電平幾乎為‘0’，收斂在Vth1和Vth2之間，所以每隔公稱投光周期100μs就進行投光。
于是，在本發明的第1實施例中，進行投光控制，使得基于噪聲光的受光信號波形Wn的零交叉定時(在本例中為Vth2＜V＜Vth1時)和受光采樣門電路的打開定時一致，所以基于自身的投光脈沖的受光信號波形和基于噪聲光的受光信號波形的波峰(峰值)不重疊，可以進行將噪聲光產生的影響抑制到最小限度的正確檢測操作。
下面，示出本發明的第2實施例的光電傳感器。第2實施例與第1實施例的不同點在于脈沖生成塊4的電路結構。其它結構與第1實施例相同，所以省略其說明。
第2實施例的脈沖生成塊4的詳細結構示于圖6的電路圖。
如該圖所示，第2實施例的脈沖生成塊4包括帶有數據輸入端子IN和復位信號輸入端子RST并對計數值n(n＝0～159)進行計數的計數器48；在輸入端子IN2的輸出端上設置的第1比較器(CMP1)41；在該比較器(CMP1)41的輸出端上設置的下降沿檢測電路(1)80；在計數器48的計數值為‘1’時生成的脈沖輸出中被復位，在下降沿檢測電路(1)80的輸出或延遲監視定時器(T1)49的輸出中被置位的RS觸發器46；以及帶有復位信號輸入端子RST和輸出端子UP的延遲監視定時器T1(49)。對于該圖所示的輸入端子IN1、IN2、輸出端子OUT1～OUT3、RS觸發器46、AND門電路47來說，使用與第1實施例相同的結構，所以對于它們附以與第1實施例相同的標號，并省略其詳細說明。
下降沿檢測電路(1)80檢測在第1比較器(CMP1)41的輸出中出現的脈沖波形的下降沿，在檢測出下降沿時輸出‘H’。從圖可知，在第2實施例中，不使用第1實施例中所示的第2比較器(CMP2)42。即，在本例中，僅根據第1比較器(CMP1)41具有的閾值Vth1，來檢測基于噪聲光的受光信號的電平接近橫切交流零電平的定時。有關其細節，將與圖8的定時圖一起后述。
延遲監視定時器T1監視經過投光延遲限制時間t，在噪聲檢查定時到來的同時開始進行投光延遲限制時間t的減法，在經過時間t后從輸出端子UP輸出‘H’。
因此，RS觸發器46在噪聲檢查定時到來時(計數值n＝1時)被復位，然后，通過下降沿檢測電路(1)80檢測下降沿，或不檢測下降沿而僅在經過了投光延遲限制時間t時被置位。即，根據第2實施例的脈沖生成塊4，在噪聲檢查定時到來后，通過下降沿檢測電路(1)80在最新的下降沿被檢測前停止計數器48的計數值的步進，由此將投光延遲。另一方面，在未檢測出下降沿而經過了投光延遲限制時間t時，再開始進行計數值的步進，由此來解除投光延遲，開始來自投光部1的脈沖投光。
在本例中，將投光延遲限制時間t1設定為200μs，比前面所示的公稱投光周期(100μs)長。與第1實施例同樣，在第2實施例中，在不停止計數值n的步進情況下，也進行設定，以便按160(計數)×0.625μs的周期來進行一次(四脈沖量)投光，所以根據第2實施例，最低在300μs中進行一次投光。
下面，根據圖7的流程圖來說明第2實施例的脈沖生成塊4的處理內容。該流程圖也可以理解為表示用微計算機的軟件來進行脈沖生成塊4的處理情況下的處理內容。
在實施例2的脈沖生成塊4中，與第1實施例同樣，計數器48的計數值n表示噪聲檢查定時到來的‘1’時(步驟701中為YES)，延遲監視定時器1被復位，由此開始投光延遲限制時間t的減法(步驟702)。同時，通過第1比較器(CMP1)41、下降沿檢測電路(1)80來確認受光狀態、即受光信號的值V是否就在橫切交流零電平附近的定時內(步驟703)。這里，在有下降沿時(步驟704中為YES)，使計數值步進(步驟707)，計數值n＝2，進至前面圖4所示的流程圖的步驟406。其后的處理內容與該流程圖相同，所以省略其說明。
另一方面，在步驟704中，在未檢測出下降沿時(步驟704中為NO)，停止計數器的步進，直至檢測下降沿或經過投光延遲限制時間(步驟704中為NO，步驟705中為NO，步驟706)。即使在步驟704中未檢測出下降沿時，如果經過投光延遲限制時間t(步驟705中為YES)或重新檢測下降沿(步驟704中為YES)，那么解除計數值n的步進停止，接著進行圖4所示的流程圖中步驟406所示的處理。
下面，根據圖8所示的定時圖來說明第2實施例的脈沖生成塊4的操作內容。
在該圖中，Vth3表示受光電平判定塊5配有的第3比較器(CMP3)51的檢測用閾值Vth3(55mV)，AC0表示交流零電平，Vth1表示脈沖生成塊4配有的第1比較器(CMP1)41的正極性閾值Vth1(+25mV)，CMP3表示第3比較器(CMP3)51的輸出狀態，CMP1表示第1比較器(CMP1)41的輸出狀態，‘計數器’表示脈沖生成塊4配有的AND門電路47的輸出(對計數器的輸入)狀態，OUT1表示來自脈沖生成塊4的輸出端子OUT1的投光定時規定脈沖的輸出狀態，OUT2表示來自脈沖生成塊4的輸出端子OUT2的門電路打開定時規定脈沖的輸出狀態。
Ws表示基于自身投光脈沖的受光信號波形，Wn表示基于噪聲光的受光信號波形。在本例中，作為基于噪聲的受光信號Wn，將頻率50kHz的逆變器熒光燈產生的信號作為其一例來表示。
如該定時圖所示，第3比較器(CMP3)51的輸出狀態無論自身的投光脈沖、噪聲光如何，在受光信號的值V超過閾值Vm3時都變為‘H’。此外，第1比較器(CMP1)41的輸出狀態在受光信號的值V超過閾值Vth1時變為‘H’。
在該圖中，標號①所示的定時中噪聲檢查定時到來的情況下(計數值n＝1)，此時的受光信號波形Wn的輸出電平超過閾值Vth1，所以第1比較器(CMP1)41的輸出狀態為‘H’，因而停止計數值n的步進，OUT1的輸出狀態為‘L’。然后，如果在受光信號波形Wn的輸出電平低于閾值Vth1的瞬間、即根據第1比較器(CMP1)41的輸出檢測出脈沖波形上的下降沿，那么再開始計數值n的步進，由此，在標號②所示的定時中OUT1的輸出狀態為‘H’，進行投光(計數值n＝2～5)。接著，在標號③所示的定時中OUT2的輸出狀態為‘H’，受光采樣門電路被‘打開’。
在圖8的定時圖中雖未直接示出，但在不存在噪聲光的情況下(受光信號波形Wn不出現的情況)，第1比較器(CMP1)41的輸出始終為‘L’，所以未檢測出下降沿(沒有基于下降沿的觸發)。但是，在這種情況下，在每100μs的噪聲檢查定時到來后，延遲監視定時器(200μs)工作，所以在300μs時進行一次投光。
此時，如圖8所示，受光采樣門電路的打開定時與基于自身的投光脈沖的受光信號波形上的峰值、以及基于噪聲光的受光信號波形的零點交叉定時大致一致。即，在本發明第2實施例中，根據閾值Vth1來檢測基于噪聲光的受光輸出橫切交流零電平附近的定時，同時通過在該定時和投光定時間取得同步，來使基于自身的投光脈沖的受光信號波形的峰值出現定時與基于噪聲光的受光信號波形的零點交叉定時一致。
因此，第2實施例的光電傳感器，相對于噪聲輸出狀態的投光定時不一定相同，與第1實施例相比，可以更可靠地使零點交叉定時和采樣門電路的打開定時的一致。而且，零點交叉定時是基于噪聲光的受光信號波形Wn的極性移動到與基于自身的投光脈沖的受光信號波形Ws的極性相反的極性時的零點交叉定時，所以即使在高頻率噪聲出現在受光輸出線路上的情況下，受光信號波形Wn和Ws的波峰在同一極性中不重疊，可進行正確的檢測操作。
在第2實施例中，示出了在受光信號波形Wn的輸出電平低于閾值Vth1的瞬間(或之后)開始進行投光的結構。即，第2實施例，作為零點交叉定時，選擇基于噪聲光的受光信號波形Wn的極性移動到與基于自身投光的光脈沖的受光信號波形Ws的極性為相反極性時的特定零點交叉定時，但作為零點交叉定時，也可以包含另一個零點交叉定時，即噪聲受光信號波形Wn的極性移動到與自身的受光信號波形Ws的極性為相同極性時的零點交叉定時。
按兩個零點交叉定時附近的前定時進行投光的本發明的第3實施例的脈沖生成塊4的電路結構示于圖9。
第3實施例與第2實施例的不同點在于，除了第2實施例的第1比較器(CMP1)41、邊沿檢測電路(1)80以外，第2比較器(CMP2)42和下降沿檢測電路(2)81通過OR門電路82并聯連接在觸發器的置位輸入端子S上。在本例中，邊沿檢測電路(2)81與下降沿檢測電路(1)80具有相同的原理，在第2比較器(CMP2)42的輸出中檢測脈沖波形上的下降沿。
第2比較器(CMP2)42的結構使用與前面第1實施例所示的相同結構。在該圖中，對于與第1、第2實施例相同的地方附以相同標號，并省略其說明。
即，在第3實施例中，根據第1比較器(CMP1)41具有的閾值Vth1和第2比較器(CMP2)42具有的閾值Vth2，來檢測基于噪聲光的受光信號電平V橫切交流零電平附近的兩個定時。由此，除了在基于噪聲的受光信號電平低于正極性閾值Vth1的瞬間以外，在超過負極性閾值Vth2的瞬間也可以進行投光。第3實施例的光電傳感器的處理和工作的詳細內容通過參照前面說明的第2實施例的說明，本領域技術人員能夠容易地理解，所以這里省略其說明。
下面，示出本發明第4實施例的模式切換型光電傳感器。第4實施例的光電傳感器具有第1工作模式和第2工作模式這兩種工作模式，第1工作模式在上次投光起經過公稱投光周期以后(在本例中計數器48為n＝1后)，等待在受光信號波形上到來相當零點交叉的定時或相當特定零點交叉的定時并進行投光，第2工作模式在等待經過公稱投光周期后，或等待經過規定的噪聲回避時間后立即進行投光。
第4實施例的光電傳感器還具有噪聲檢測功能，具有在檢測出噪聲時切換為第1模式，而在未檢測出噪聲時切換為第2模式的自動切換功能。以下說明其細節。
第4實施例的整體結構示于圖10。如圖所示，第4實施例的光電傳感器包括投光部1；受光部2；振蕩部3；分別帶有兩個輸入端子IN1、IN2和三個輸出端子OUT1～3的脈沖生成塊4a、4b；受光電平判定塊5；信號處理塊6；帶有六個輸入端子IN1a、IN2a、IN3a、INb1、INb2、INb3和三個輸出端子OUT1～3及切換用輸入端子IN0的切換塊7；帶有兩個輸入端子IN1、IN2和輸出端子OUT的噪聲檢測塊8。
投光部1、受光部2、振蕩部3、受光電平判定塊5、信號處理塊6與前面所示的第1實施例至第3實施例所示的部件相同，所以省略其說明。
噪聲檢測塊8實現噪聲檢測功能，即將受光信號描繪成交流波形，并檢測是否存在周期性變動那樣的噪聲光或噪聲電波，從輸出端子OUT輸出基于檢測結果的噪聲檢測有無信號。后面將詳述這方面。
切換塊7根據從噪聲檢測塊8輸出的噪聲檢測有無信號，來將工作模式適當切換為第1模式和第2模式。
具體地說，在輸入端子IN0上從噪聲檢測塊8輸入了超時信號(相當于噪聲檢測有無判定信號，細節將后述)時，將看作‘無噪聲’，將工作模式切換為第2模式，或維持不變。在第2模式中，脈沖生成塊4b的輸出端子OUT1～OUT3的輸出信號(控制脈沖)通過輸入端子IN1a～IN3a取出，從與切換塊7對應的輸出端子OUT1～OUT3分別輸出。在本例中，初始設定(缺省)為該第2模式。
另一方面，在來自噪聲檢測塊8的輸出端子OUT的輸出不到一定時間(例如20μs)時，將看作‘有噪聲’，將工作模式切換為第1模式，或維持不變。在第1模式中，脈沖生成塊4a的輸出端子OUT1～OUT3的輸出信號通過輸入端子IN1b～3b取出，從與切換塊7的對應輸出端子OUT1～OUT3分別輸出。
即，在第4實施例中，根據噪聲檢測塊8的噪聲檢測有無判定結果，來適當選擇脈沖生成塊4a(第1模式)和4b(第2模式)的其中一個，由此，任何一個脈沖生成塊的輸出信號(投光定時規定脈沖、門電路打開定時規定脈沖、取出定時規定脈沖)OUT1～OUT3分別供給到投光部1、受光電平判定塊5、信號處理塊6。
選擇第1模式時使用的脈沖生成塊4a的電路結構示于圖11的電路圖中。
如圖所示，脈沖生成塊4a除了沒有延遲監視定時器T1以外，具有與前面說明的第2實施例的脈沖生成塊4相同的結構。因此，對于相同之處附以相同的標號并省略其說明。脈沖生成塊4a與第2實施例同樣，通過在基于噪聲的受光信號波形Wn的輸出電平低于正極性閾值Vth1時進行投光，來進行投光控制，使得基于噪聲的受光信號波形的特定零點交叉定時和采樣門電路打開定時一致。
再者，與第2實施例的不同在于，在該脈沖生成塊4a中，不采用延遲監視定時器T1，這是因為該第1模式是以存在基于描繪為交流波形的噪聲的受光信號作為前提來使用的模式，所以產生未檢測出下降沿而停止投光的不良情況的可能性低。當然，在估計基于噪聲的受光信號突然消失的情況下，也可以設置延遲監視定時器T1，這里，通過省略定時器，可實現裝置整體的結構簡化。
在選擇第2模式時使用的脈沖生成塊4b的電路結構示于圖12的電路圖中。
如該圖所示，脈沖生成塊4b具有與第1實施例的脈沖生成塊4大致相同的結構。與第1實施例的不同點在于，采用投光延遲定時器T2取代第1實施例的NOT門電路45，在來自AND門電路44的輸出時被復位，經過規定時間t2向觸發器輸出置位信號。
即，根據脈沖生成塊4b，在從上次投光起經過公稱投光周期時(噪聲檢查定時)，在從輸入端子IN2輸入的受光信號的值V不存在于第1比較器(CMP1)41、第2比較器(CMP2)42的兩閾值Vth1、Vth2之間的情況下，假如單發性地產生噪聲的情況，通過將投光定時延遲規定時間t2，可避免這樣的單發噪聲。本例適于將來自同種相鄰傳感器的投光脈沖看作噪聲來防止相互干擾的情況，估計該投光脈沖并設定規定時間t2＝40μs(根據自身的公稱投光周期100μs)。
噪聲檢測塊8的詳細結構示于圖13的電路圖。如該圖所示，噪聲檢測塊8包括將輸入端子IN2的輸出端并聯設置的第1比較器(CMP1)41、第2比較器(CMP2)42；取得兩個比較器輸出的邏輯和的OR門電路1301；取得來自OR門電路1301和輸入端子IN1的輸出的邏輯和的OR門電路1302；以及在OR門電路1302的輸出時被復位、經過規定時間t3(在本例中設零點交叉時間t3＝20μs)后通過輸出端子UP輸出作為噪聲檢測有無判別信號的超時信號的監視定時器T3。
第1比較器(CMP1)41、第2比較器(CMP2)42有與脈沖生成塊4b相同的結構，分別具有輸出電平零點附近的閾值Vth1(+25mV)、Vth2(-25mV)。
通過輸入端子IN2從受光部2輸入的受光信號的值V由兩個比較器分別與閾值Vth1、Vth2比較，在超過(或低于)其中一個閾值時，通過OR門電路1301、1302將脈沖輸入到監視定時器T3的復位信號輸入端子(RST)。由此將監視定時器T3復位。
在本例中，在輸入端子IN1上，輸入從切換塊7的輸出端子OUT1輸出的投光定時規定脈沖。從輸入端子IN1輸入的投光定時規定脈沖通過OR門電路1302被輸入到監視定時器T3的復位信號輸入端子(RST)，由此將監視定時器T3復位。
監視定時器T3計測基于噪聲的受光信號的值V大致穩定在零電平(這里，在按+25mV～-25mV規定的零點交叉范圍內)上的時間，在復位信號輸入端子(RST)上輸入‘H’期間停止計測。即，在經過比公稱投光周期(在本例中為100μs)短一定時間t3(20μs)，將基于從輸入端子IN2輸入的噪聲的受光信號的值V維持在上述零點交叉范圍內的情況下，監視定時器T3從輸出端子UP輸出作為無噪聲信號的超時信號。另一方面，在中途發生噪聲等而使維持在零點交叉范圍內的時間低于20μs的情況下，定時器T3被復位，所以從輸出端子UP不輸出超時信號，如果這樣的狀態持續規定時間，那么在切換塊7側中看成有噪聲，并切換為第2模式。
從上述電路結構的說明可知，第4實施例的噪聲存在有無檢測從投光至下次投光期間始終進行，每次適當切換并維持第1模式和第2模式。
在上述例中，根據從投光至下次投光期間受光信號的值V大致維持在零電平的時間tz(零點交叉時間)是否超過規定時間t3，來判別有無噪聲存在，也可以直接計算并求出零點交叉時間tz。例如，零點交叉時間tz可以使用圖14所示的數值V1、V2、Vp，根據下式來求。
式1tz=Tsin-1[V1+V22×VP]2π]]>在該圖中，V1、V2表示閾值Vth1、Vth2的絕對值(即，在本例中，V1、V2都為25mV)，Vp表示基于噪聲的受光信號波形Wn半峰值(在本例中為80mV)。
根據圖15的流程圖來說明第4實施例的用于模式切換的處理步驟。如該圖所示，在實際的投光定時到來后(計數值n＝2～5)，進行來自投光部1的脈沖投光(步驟1501)，通過噪聲檢測塊8進行噪聲檢測處理(步驟1502)。這里，如果檢測出基于噪聲的受光信號(步驟1503中為YES)，那么進行切換處理來使得下次投光按第1模式進行(步驟1505)。另一方面，在步驟1502中未檢測出噪聲時(步驟1503中為NO)，那么進行切換處理來使得下次投光按第2模式進行(步驟1504)。
第4實施例的光電傳感器的模式切換時的受光信號的變化狀況示于圖16。在該圖中，Ws+Wn表示基于自身的投光脈沖的受光信號波形和基于噪聲光的受光信號波形產生的復合波形。
如該圖所示，在從標號①所示的投光至標號②所示的投光期間，不存在基于噪聲光的受光信號波形Wn，所以將零點交叉時間tz維持在20μs以上。因此，在標號③的投光時選擇第2模式。另一方面，在從標號②所示的投光至標號③所示的投光期間，存在基于噪聲光的受光信號波形Wn，所以零點交叉時間tz低于20μs，在標號③所示的投光以后，選擇第1模式。
在本例中，標號③所示的投光在從標號②所示的投光開始經過100μs的公稱投光周期后再進行。進行投光，使得標號④所示的投光與受光信號波形的特定零點交叉定時(受光信號從正到負的轉換點)一致。
下面，根據圖17來說明第4實施例的每個模式的投光定時控制的狀況。在本例中，根據表示噪聲輸出信號波形Wn存在下的各模式的控制狀況，假設兩個模式的差異明顯。在第4實施例中，實際上，在存在該圖所示的噪聲輸出信號波形Wn的情況下，自動地選擇第1模式。
如該圖所示，將本實施例的公稱投光周期如前面說明得那樣設定為100μs。假設該圖中①表示上次的投光的情況。
在該圖中標號②所示的噪聲檢測定時(計數值n＝1)到來時，基于噪聲光的受光信號為稍稍超過閾值Vth1的電平，所以在第1模式中，直至等待到該受光信號的值低于正極性閾值Vth1的標號③所示的定時才進行投光。
在第2模式中，從該圖中標號②所示的定時起按延遲40μs的規定時間的標號④所示的定時進行投光。此時，從該圖可知，在進行通過第2模式延遲的實際的投光時，在基于噪聲光的受光信號波形Wn超過閾值Vth1朝向輸出峰值時，在這樣的投光定時中，受光采樣門電路的打開定時和基于噪聲光的輸出峰值出現定時一致，成為引起檢測錯誤操作的主要原因。因此，在存在具有周期性的輸出變動的噪聲時，與第2模式相比，可知第1模式可進行更正確的檢測操作。
為了防止相互干擾，如上所述，第2模式比第1模式好。這里，在第2模式中還具有以下功能根據信號處理塊6帶有的移位寄存器61的第1級和第8級的“異或”邏輯，來變更公稱投光周期。具體地說，在第1級和第8級的“異或”邏輯為‘H’時，在40μs的投光延遲后，將公稱投光周期從100μs變更為80μs(100μs×0.8)。這樣的話，例如基于從同種的相鄰傳感器到來的光脈沖的受光信號波形的出現周期和自身的投光周期會完全一致，可以防止因相互干擾而不進行投光延遲的情況。
下面，說明將第4實施例所示的圖10的各種電路結構集成在單片IC上的本發明的第5實施例的光電傳感器。
本發明第5實施例的光電傳感器的電路結構示于圖18。如該圖所示，第5實施例的光電傳感器包括投光部1；單片IC100；以及顯示傳感器的工作狀態(通斷判定狀態)的LED等的顯示燈110。對于投光部1來說，與前面圖10所示的情況相同，所以省略其說明。
在單片IC100的半導體襯底上，將集成形成信號處理電路101、振蕩電路102、電源電路103、投光電路104、輸出電路105、以及受光電路200。
受光電路200由光電二極管22、I/V變換器25、耦合電容器230a、230b、前置放大器240a、以及功率放大器240b構成。從光電二極管22獲得的受光輸出經I/V變換器25被變換成電流/電壓，進而通過前置放大器240a、功率放大器240b被放大，作為受光信號供給到信號處理電路101。耦合電容器230a、230b去除低頻分量，取出各連接點的電壓變化部分(交流分量)，供給到后級的放大器。
一般地，在光電傳感器的信號處理時，受光信號的放大率非常高，為了盡力排除噪聲，最好使信號放大用布線長度盡量短。在本例中，從這樣的觀點來看，將光電二極管22和前置放大器240a、以及前置放大器240a和功率放大器240b之間的耦合不用外置電容器，而用在IC內部形成的電容器230a、230b來進行。
振蕩電路102生成基準時鐘脈沖，供給到信號處理電路101。電源電路103通過在單片IC100上設置的電源端子100b、100c(第1外部端子)來取入外部電源，將固定電壓供給到各電路部。
信號處理電路101通過投光電路104、輸出電路105來實現前面圖10所示的噪聲檢測塊8、脈沖生成塊4a、4b、受光電平判定塊5、信號處理塊6、以及切換塊7的各功能。即，信號處理電路101根據從受光電路200供給的受光信號，將用于投光定時控制的控制信號輸出到投光電路104。
投光電路104接受來自信號處理電路101的該控制信號，向通過端子100a(第2外部端子)連接的投光部1的驅動電路12送出作為驅動控制信號的投光定時規定脈沖。
信號處理電路101根據從受光電路200供給的受光信號，來進行傳感器輸出的判定(通斷判定)，將基于該判定的控制信號輸出到輸出電路105。
輸出電路105接收來自信號處理電路101的該控制信號，向通過端子100d(第3外部端子)連接的作為傳感器負載(繼電器的線圈或作為控制對象設備的驅動電路的開關晶體管111)輸出驅動脈沖，該脈沖成為傳感器輸出。
信號處理電路101根據通斷判定結果將用于使顯示燈110點滅等的控制信號經端子100e輸出到顯示燈110。由此，用戶可以目視觀察傳感器的輸出狀態。
根據本發明的第5實施例，可以將用于實現第4實施例所示的光電傳感器的主要電路集成在單片IC(集成電路)上，所以可獲得裝置整體的小型化、成本削減等各種效果。
再有，作為上述第5實施例，將光電二極管22內置于IC內，但光電二極管也可以使用外置二極管。這種情況下，容易采用受光面積寬(靈敏度高)的大型元件。
在上述第1至第5實施例中，說到‘采樣門電路的打開定時’，以具有采樣門電路的光電傳感器作為前提，但不用說，本發明可以應用于在投光定時和受光電平判別定時之間能夠獲得同步的各種光電傳感器，上述采樣門電路不是必要構成條件。
從以上的說明可知，根據本發明，即使在噪聲脈沖周期性地出現，并且其發生定時與受光電平判別定時重疊的狀況下，也可實現功能有效的光脈沖插入式光電傳感器。
權利要求
1.一種光電傳感器的控制方法，該光電傳感器包括投光部件，通過與投光定時同步驅動投光元件，來將脈沖光重復投光；受光部件，將受光元件輸出的變化量作為受光信號輸出；電平判定部件，在比所述投光定時稍稍延遲的定時中，通過將受光信號的電平與規定的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及信號處理部件，根據所述電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出；其特征在于，在所述受光信號中存在與噪聲對應的交流波形的狀況下，對投光定時進行控制，以便與所述噪聲對應的交流波形的零點交叉定時和所述電平判別部件中的電平判別定時一致。
2.如權利要求1所述的光電傳感器的控制方法，其中，作為所述零點交叉定時，選擇在噪聲對應的交流波形的極性向與正規的脈沖光對應的受光信號波形的相反極性移動時的零點交叉定時。
3.一種光電傳感器，包括投光部件，通過與投光定時同步驅動投光元件，來將脈沖光重復投光；受光部件，將受光元件輸出的變化量作為受光信號輸出；第1電平判定部件，在比所述投光定時稍稍延遲的定時中，通過將受光信號的電平與規定的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及信號處理部件，根據所述第1電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出；其特征在于，該光電傳感器還包括第2電平判別部件，通過將所述受光信號電平與交流零電平附近的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及投光定時控制部件，根據所述第2電平判別部件的判別結果，來控制各個下次的投光定時。
4.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，將所述第2電平判別部件中的閾值設定得比所述第1電平判別部件中的閾值小。
5.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，使下次投光定時延遲，直至所述第2電平判別部件將受光信號電平判別為在交流零電平附近。
6.如權利要求5所述的光電傳感器，其特征在于，所述第2電平判別部件具有在交流零電平附近設置的正極性和負極性的兩個閾值，在受光信號電平在夾置所述兩個閾值的規定范圍內時判別為在交流零電平附近。
7.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，所述投光定時控制部件在從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次投光定時延遲，直至受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向。
8.如權利要求7所述的光電傳感器，其特征在于，所述投光定時控制部件在從上次投光定時起經過公稱投光周期后，即使經過規定的等待時間，根據所述第2電平判別部件的判別結果，也不能判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向時，立即生成投光定時信號。
9.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，所述第2電平判別部件包括比較器，檢測出現與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相同極性的超過規定閾值的受光信號；以及邊沿檢測電路，根據出現超過所述閾值的受光信號來檢測比較器輸出的后邊沿；所述投光定時控制部件使下次的投光定時延遲，直至所述邊沿檢測電路檢測出比較器輸出的后邊沿。
10.如權利要求9所述的光電傳感器，其特征在于，所述投光定時控制部件還包括定時器，該定時器從經過公稱投光周期起，或從所述邊沿檢測電路檢測出比較器輸出的后邊沿起開始進行規定時間的計時，經過該規定時間，同時生成投光定時信號。
11.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，所述投光定時控制部件從上次的投光定時起經過公稱投光周期后，根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相同或相反極性的方向。
12.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，所述第2電平判別部件包括第1比較器，檢測出現與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相同極性的超過第1閾值的受光信號；第2比較器，檢測出現與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反極性的超過第2閾值的受光信號；第1邊沿檢測電路，根據出現超過所述第1閾值的受光信號來檢測第1比較器輸出的后邊沿；以及第2邊沿檢測電路，根據出現超過所述第2閾值的受光信號來檢測第2比較器輸出的后邊沿；所述投光定時部件使下次的投光定時延遲，直至所述第1或第2邊沿檢測電路檢測出第1或第2比較器輸出的某一個的后邊沿。
13.如權利要求3所述的光電傳感器，其特征在于，所述投光定時控制部件包括第1工作模式，在從上次的投光定時經過公稱投光周期后，根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向；以及第2工作模式，在從上次的投光定時起等待經過公稱投光周期之后，或從經過了公稱投光周期時刻起再等待經過規定的時間之后，才進行投光；并且，可選擇這些工作模式。
14.如權利要求13所述的光電傳感器，其中，包括噪聲檢測部件，將受光輸出信號描述為交流波形，檢測是否存在周期性變動的噪聲光或噪聲電波；在檢測出噪聲光或噪聲電波時，選擇第1工作模式，而在未檢測出時選擇第2工作模式。
15.如權利要求14所述的光電傳感器，其中，噪聲檢測部件在受光信號電平經過比公稱投光周期短的一定時間內，根據大致維持在交流零電平來檢測噪聲的存在。
16.如權利要求13所述的光電傳感器，其中，還包括對受光信號電平繼續維持大致交流零電平的時間進行計測的部件；以及在所述計測的維持時間超過一定時間時切換為第2模式，而在一定時間內時切換為第1模式的部件。
17.一種光電傳感器用半導體集成電路，其特征在于，包括供給電源的第1外部端子；對投光元件的驅動電路輸出驅動控制信號的第2外部端子；對傳感器負載的驅動電路輸出驅動控制信號的第3外部端子；以及具有從所述第1外部端子供電、對內置電路供給穩定電源的電源電路；對以下電路進行集成的電路，這些電路包括受光電路，取出并放大外帶或內置的受光元件的輸出的變化量；投光電路，將對投光元件的驅動電路的驅動控制信號輸出到所述第2外部端子；輸出電路，將對傳感器負載的驅動電路的驅動控制信號輸出到所述第3外部端子；以及信號處理電路，根據從所述受光電路得到的受光信號來進行輸出電路的控制，并且根據從所述受光電路得到的受光信號來進行投光電路的控制；所述信號處理電路包括第1電平判別部件，在比投光定時稍稍延遲的定時中，通過將來自所述受光電路的受光信號的電平與規定的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；信號處理部件，根據所述第1電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出，并供給所述輸出電路；第2電平判別部件，通過將所述受光信號電平與交流零電平附近的閾值進行比較，來判別受光信號的電平；以及投光定時控制部件，根據所述第2電平判別部件的判別結果，將控制各下次的投光定時的投光定時控制信號供給所述投光電路。
18.如權利要求17所述的光電傳感器用半導體集成電路，其特征在于，所述投光定時控制部件包括第1工作模式，在從上次的投光定時經過公稱投光周期后，根據所述第1電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向，或根據所述第2電平判別部件的判別結果，使下次的投光定時延遲，直至判別為受光信號電平的變化方向朝向與正規的脈沖光對應的受光信號的極性相反的極性方向；以及第2工作模式，在從上次的投光定時起等待經過公稱投光周期之后，或從經過了公稱投光周期時刻起再等待經過規定的時間之后，才進行投光；并且，可選擇這些工作模式。
全文摘要
一種光電傳感器,包括:投光部件,通過與投光定時同步驅動投光元件,來將脈沖光重復投光;受光部件,將受光元件輸出的變化量作為受光信號輸出;第1電平判定部件,在比投光定時稍稍延遲的定時中,通過將受光信號的電平與規定的閾值進行比較,來判別受光信號的電平;以及信號處理部件,根據第1電平判別部件的判別結果來生成傳感器輸出;其中,該光電傳感器還包括:第2電平判別部件,通過將受光信號電平與交流零電平附近的閾值進行比較,來判別受光信號的電平;以及投光定時控制部件,根據第2電平判別部件的判別結果,來控制各個下次的投光定時。
文檔編號G01J1/32GK1384349SQ0211882
公開日2002年12月11日 申請日期2002年4月29日 優先權日2001年5月2日
發明者水原晉, 中村新, 中西弘明, 古谷利昭 申請人:歐姆龍株式會社