专利名称：光电传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过脉冲光来检测物体的有无、至物体的距离、物体的大小和性质等的光电传感器，特别涉及即使在噪声脉冲仅周期性地出现并且其发生定时与受光电平判别定时重叠的状况下，也可以有效地实施防止功能的错误操作的光电传感器。
背景技术：
以往，作为非接触检测物体的有无、距离、性质等的传感器，已知有光脉冲插入式的光电传感器(被称为光电传感器、测距传感器、位移传感器等)。
在光脉冲插入式的光电传感器中，包括将光脉冲向检测对象区域送出的送出端装置(一般称为投光器)，以及接收经由检测对象区域的光脉冲的接收端装置(一般称为受光器)。
这种光脉冲插入式的光电传感器大致分为透射式传感器和反射式传感器。在透射式光电传感器的情况下，从送出端装置送出的光脉冲因被检测对象物体遮挡，而不达到接收端装置。在反射式光电传感器的情况下，从送出端装置送出的光脉冲由检测对象物体反射，可到达接收端装置。
光脉冲插入式传感器还可大致分为将送出端装置和接收端装置收容在共同的外壳的发送接收一体型的传感器，以及将送出端装置和接收端装置分别收容在外壳中发送接收分体型的传感器。发送接收一体型传感器具有送出端和接收端容易取得联系(同步等)的优点。大多数反射式光电传感器以及大多数光头分离式的透射式光电传感器(例如，光纤式光电传感器等)构成为发送接收一体型的传感器。大多数光头非分离式的透射式传感器构成为发送接收分体型的传感器。
但是，在光脉冲插入式的光电传感器的设置环境中，不仅存在自身投光的正规的光脉冲，而且估计还存在光、电磁波等各种各样的噪声。因这些噪声的影响，在经由接收端装置的检测端变换器(例如，光/电变换元件等)的耦合电容器(即，进行交流耦合)输出线路中，出现经由变换器混入、或经由电源线路混入的噪声脉冲。在噪声脉冲中存在周期性出现的噪声和随机出现的噪声。
为了防止噪声脉冲造成的接收端装置的错误操作，以往采用各种各样的对策。作为防止错误操作的对策之一，可列举出采用同步检波技术。在采用了同步检波技术的光脉冲插入式的光电传感器中，同步获取送出端装置的光脉冲送出定时和接收端装置的受光电平判别定时。作为防止错误操作的另一对策，可列举出着眼于接收脉冲串的连续性的脉冲串识别技术。在采用了脉冲串识别技术的光脉冲插入式传感器中，接收脉冲不连续地出现规定个数以上，传感器输出就不导通。一旦传感器输出导通后，只要接收脉冲不连续地缺欠规定数以上，传感器输出就不截止。而且，作为另一防止错误操作的对策，可列举出同时采用同步检波技术和脉冲串识别技术。这种情况下，通过在前级采用同步检波技术，除去不同于接收电平定时以外的噪声脉冲，通过在后级中采用脉冲串识别技术，除去与受光电平判别定时偶尔一致的噪声脉冲。
上述现有的防止错误操作对策在受光信号中噪声脉冲随机出现的状况下比较有效。但是，在噪声脉冲周期性出现，其发生定时与受光电平判别定时重叠的状况下，几乎得不到有效的功能。
作为这种状况，可列举出采用荧光灯作为照明器(包括常用频率型、逆变器型双方)的工厂或仓库等。
这种光脉冲插入式传感器的光脉冲的送出周期(受光电平判别定时)在兼顾传感器要求的响应特性等时被限制在规定范围内，所以因变更光脉冲的送出周期而在避免噪声脉冲上存在限制。
发明内容
本发明是着眼于上述问题的发明，其目的在于提供一种光脉冲插入式的光电传感器及其关键技术，即使在噪声脉冲周期性地出现，其发生定时与受光电平判别定时重叠的状况下，也可以有效地实施防止错误操作的对策。
本领域的技术人员通过参照以下说明书的记述，可容易地理解本发明的其他目的。
为了实现上述目的，本发明提供一种光电传感器的控制方法，该光电传感器包括投光部件，通过与投光定时同步驱动投光元件，来将脉冲光重复投光；受光部件，将受光元件输出的变化量作为受光信号输出；电平判定部件，在比所述投光定时稍稍延迟的定时中，通过将受光信号的电平与规定的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及信号处理部件，根据所述电平判别部件的判别结果来生成传感器输出；其特征在于，在所述受光信号中存在与噪声对应的交流波形的状况下，对投光定时进行控制，以便与所述噪声对应的交流波形的零点交叉定时和所述电平判别部件中的电平判别定时一致。
说起“将受光信号的电平与规定的阈值进行比较”，这里所说的“规定的阈值”例如根据自身的投光(正规的脉冲光)来考虑决定已知的受光信号电平。再者，说起“按稍稍延迟的定时”，该定时是在这种光电传感器中获得投受光联系(同步)时的一般时间，不是在与投光定时相同的定时中排除开始与该阈值进行比较情况的定时。
在“噪声”中，包含经由受光元件混入的光(例如逆变器荧光灯等的光)噪声、经由电源线路混入的其他电磁波噪声等各种噪声。因此，在这里所说的“交流波形”中，除了其信号电平为规则正确地变化的正弦波以外，还包含经交流零电平，输出极性重复进行交替的各种波形。
说起“使零点交叉定时和电平判别的定时一致”，并不是以必须使两个定时完全一致作为必要条件。当然容许多少有些定时偏差。该偏差的容许范围达到什么程度，考虑电平判别时间(例如，具有采样门电路的光电传感器的情况下门电路打开时间等)、对噪声对应的交流波形的输出特性、或判别用阈值等来决定就可以。
根据本发明的光电传感器的控制方法，例如在逆变器荧光灯的正下方等、在受光信号中出现与噪声对应的交流波形的环境下使用传感器的情况下，按与该噪声对应的交流波形的零点交叉定时(即，根据噪声使受光信号电平(以下简称为‘噪声输出’)最小的定时)来进行受光电平判别，所以无论自身的投光脉冲是否被受光，都可以排除因噪声而判别为‘有受光’的误操作。换句话说，根据本发明的光电传感器的控制方法，可以仅根据自身投光的正规的受光信号来进行电平判别，由此实现稳定的检测操作。
在本发明的光电传感器的控制方法中，作为所述零点交叉定时，最好选择在噪声对应的交流波形的极性向与正规的脉冲光对应的受光信号波形的相反极性移动时的零点交叉定时。
说起“与正规脉冲光对应的受光信号波形的极性”，具体地说，例如表示设置了受光电平判别用阈值(规定的阈值)侧的极性。再有，该阈值根据自身投光的正规的脉冲光专门设置在出现受光信号波形的峰值一侧。在输出电路的特性中峰值出现在两极上，在两极上设置阈值的情况下(在出现同时超过双方阈值的情况下，被看作‘有受光’的情况等)，当然可以将从中选择的一个阈值存在侧的极性作为这里所说的‘受光信号波形的极性’。
即，在该形态中，与噪声对应的交流波形选择向与阈值设置侧的极性相反的极性移动时的零点交叉定时，所以在电平判别期间(例如采样门电路打开期间)中，可以可靠地避免出现超过该阈值的噪声输出。因此，还可以将电平判别期间设置得稍长些。
其次，本发明的光电传感器包括投光部件，通过与投光定时同步驱动投光元件，来将脉冲光重复投光；受光部件，将受光元件输出的变化量作为受光信号输出；第1电平判定部件，在比所述投光定时稍稍延迟的定时中，通过将受光信号的电平与规定的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及信号处理部件，根据所述第1电平判别部件的判别结果来生成传感器输出；其特征在于，该光电传感器还包括第2电平判别部件，通过将所述受光信号电平与交流零电平附近的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及投光定时控制部件，根据所述第2电平判别部件的判别结果，来控制各个下次的投光定时。
对于“将受光信号的电平与规定的阈值进行比较”、“噪声”来说，与前面的说明相同。
根据本发明的光电传感器，通过第2电平判别部件，可检测按交流零电平附近的阈值规定的噪声输出的出现状态，所以可以根据该出现状态来进行投光定时控制。即，根据第2电平判别部件的判别结果来进行适当的投光定时控制，在噪声输出大致不存在时，或在噪声输出处于交流零电平附近时，可以进行受光信号电平判别，由此，能够实现防止噪声引起的误操作、检测可靠性高的光电传感器。
说起“交流零电平附近的阈值”，什么程度被称为“交流零电平附近”因各传感器的受光输出特性等而异，所以不能一概地定义，只要将该阈值是以防止噪声引起的误操作为目的而考虑设置的阈值，本领域技术人员当然可以根据情况来设定合适的阈值。至少自然能理解“交流零电平附近的阈值”最好设定得比“规定的阈值(第1电平判别部件)”小。
更具体地说，本发明的光电传感器可作为以下所示的第1～第4实施例的光电传感器来实现。
在本发明的光电传感器的第1实施形态中，投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，使下次的投光定时延迟，直至所述第2电平判别部件将受光信号电平判别为在交流零电平附近。
“公称投光周期”是所谓的与“投光周期”有关的固定周期，但在本形态中，实际的投光间隔根据第2电平判别部件的判别结果(有无投光定时的延迟)而改变，所以不是“投光周期”，而是“公称投光周期”。这种情况下，实际的投光间隔是将该公称投光周期(固定)和在经过公称投光周期后由所述第2电平判别部件判定为受光信号电平在零电平附近前的时间(每次获得变化)进行相加所得的间隔。
根据第1实施形态，可维持按公称投光周期规定的最低限度的投光间隔，并且投光仅限于受光信号电平被判别为在交流零电平附近时进行，可以更可靠地防止噪声造成的误操作。
说起“判别为交流零电平附近时”，该判别例如可以由第2电平判别部件使用在交流零电平附近设置的具有正极性和负极性两个阈值来进行。这种情况下，受光信号电平处于所述两个阈值夹置的规定范围内时，就可以判别为在交流零电平附近。
在本发明的光电传感器的第2实施例中，投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向。
有关“公称投光周期”、“与正规的脉冲光对应的受光信号波形的极性”，可参照前面的论述。
再有，“第2电平判别部件”在实施例电平中，例如可以由包括检测出现与正规脉冲光对应的受光信号的极性相同极性的超过规定阈值的受光信号的比较器、以及根据出现超过所述阈值的受光信号来检测比较器输出的后沿的边沿检测电路来构成。这种情况下，“所述投光定时控制部件”使下次的投光定时延迟，直至所述边沿检测电路检测出比较器输出的后沿就可以。
根据第2实施形态，以将受光信号电平的变化方向判定为朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性方向作为条件来进行投光，所以在受光信号的电平判别期间(例如，采样门电路打开期间)，可以更可靠地避免出现超过交流零电平附近的阈值的噪声输出。根据以上论述，也可以将电平判别期间设置得稍长些。
在第2实施形态中，所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，即使在经过规定的等待时间后，最好也根据所述第2电平判别部件的判别结果，在不能将受光信号电平的变化方向判别为朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性方向时，直接生成投光定时信号。
这种情况下的投光定时控制部件例如可通过设置定时器来构成，该定时器在前面所示的实施例电平的投光定时控制部件中，通过再经过公称投光周期或通过所述边沿检测电路检测比较器输出的后沿，来开始进行规定时间的计时，在经过该规定时间的同时，生成投光定时信号。
这里，在生成了“投光定时信号”的情况下，不言而喻，可直接开始投光。
根据这样的形态，可预防例如因噪声的衰减等检测不出朝向其相反极性方向而使投光延迟持续，总不进行投光这样的不良情况，由此，可以确保最低限度的投光周期。
在上述第2实施例中，通过使投光延迟，直至将受光信号电平的变化方向判定为朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性的方向，可更可靠地避免噪声的影响。对此，作为本发明的第3实施形态的光电传感器，具有以下特征所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至将受光信号电平的变化方向判别为朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相同或相反极性的方向。
根据第3实施形态，受光信号电平的变化方向即使朝向任何一个极性也可以进行投光，所以尽管估计避免噪声的可靠性比第2实施形态稍差，但与第2实施形态相比，可以迅速(等待时间短)地进行投光。
第3实施例的第2电平判别部件可以包括第1比较器，例如，在实施例电平中，检测出现与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相同极性的超过第1阈值的受光信号；第2比较器，检测出现与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性的超过第2阈值的受光信号；第1边沿检测电路，根据出现超过所述第1阈值的受光信号来检测第1比较器输出的后沿；以及第2边沿检测电路，根据出现超过所述第2阈值的受光信号来检测第2比较器输出的后沿。这种情况下，投光定时部件使下次的投光定时延迟，直至所述第1或第2边沿检测电路检测出第1或第2比较器输出的某一个后沿就可以。
其次，在本发明的光电传感器的第4实施形态中，投光定时控制部件包括第1工作模式，在从上次的投光定时经过公称投光周期后，根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向；以及第2工作模式，在从上次的投光定时起等待经过公称投光周期之后，或从经过了公称投光周期时刻起再等待经过规定的时间之后，才进行投光；并且，可选择这些工作模式。
根据第4实施形态，通过选择(切换)适当模式，可以进行与光电传感器的设置环境对应的适当的操作。即，例如，在存在具有周期性的亮度变化的噪声光(逆变器荧光灯的光等)下，通过变为第1模式，可以获得与上述第2实施形态相当的效果。另一方面，尽管没有出现这样的周期性的噪声，但例如在受光从相邻传感器投光的光脉冲的环境下，通过变为第2模式，可以防止这样的相互干扰，并且可确保稳定的投光周期。
在第4实施形态中，最好还设置噪声检测部件，将受光输出信号描述为交流波形，检测是否存在周期性变动的噪声光或噪声电波，在检测出噪声光或噪声电波时，选择第1工作模式，而在未检测出时选择第2工作模式。
根据这样的形态，根据噪声检测部件的噪声检测结果，可自动地进行上述的模式切换。再有，模式切换例如可使用专用的‘切换开关’等，也可以适当通过手动来进行。
作为是否存在噪声光或噪声电波的判定方法的一例，可列举出根据受光输出电平和规定阈值的比较来判定的方法。此外，作为另一例，可以列举出在受光信号电平经过比公称投光周期短的一定时间内，根据大致维持在交流零电平的情况来判定有无存在噪声的方法。除此以外，如果是本领域技术人员，当然可以设想各种判定方法。
第4实施形态可以为以下形态设置对受光信号电平继续维持大致交流零电平的时间进行计测的部件；以及在所述计测的维持时间超过一定时间时切换为第2模式，而在一定时间内时切换为第1模式的部件。在这种情况下，根据有无噪声光和噪声电波，能够进行模式切换。
另外，上述本发明的光电传感器可以使用光电传感器用半导体集成电路来实现。本发明的光电传感器用半导体集成电路包括供给电源的第1外部端子；对投光元件的驱动电路输出驱动控制信号的第2外部端子；对传感器负载的驱动电路输出驱动控制信号的第3外部端子；以及具有从所述第1外部端子供电、对内置电路供给稳定电源的电源电路；对以下电路进行集成的电路，这些电路包括受光电路，取出并放大外带或内置的受光元件的输出的变化量；投光电路，将对投光元件的驱动电路的驱动控制信号输出到所述第2外部端子；输出电路，将对传感器负载的驱动电路的驱动控制信号输出到所述第3外部端子；以及信号处理电路，根据从所述受光电路得到的受光信号来进行输出电路的控制，并且根据从所述受光电路得到的受光信号来进行投光电路的控制；所述信号处理电路包括第1电平判别部件，在比投光定时稍稍延迟的定时中，通过将来自所述受光电路的受光信号的电平与规定的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；信号处理部件，根据所述第1电平判别部件的判别结果来生成传感器输出，并供给所述输出电路；第2电平判别部件，通过将所述受光信号电平与交流零电平附近的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及投光定时控制部件，根据所述第2电平判别部件的判别结果，将控制各下次的投光定时的投光定时控制信号供给所述投光电路。
如果使用本发明的光电传感器用半导体集成电路，那么可以将实现上述本发明的光电传感器的主要电路集成在单片IC(半导体集成电路)上，所以除了上述特有的效果以外，还可以获得装置整体的小型化、成本削减等各种效果。
作为该光电传感器用半导体集成电路，从与上述本发明的光电传感器相同的观点来看，可以附加各种功能。
即，在本发明的光电传感器用半导体集成电路中，所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，最好使下次的投光定时延迟，直至所述第2电平判别部件将受光信号电平判别为在交流零电平附近。
在本发明的光电传感器用半导体集成电路中，所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，最好根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至将受光信号电平的变化方向判别为朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性的方向。
这里，所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，即使在经过规定的等待时间后，最好也根据所述第2电平判别部件的判别结果，在不能将受光信号电平的变化方向判别为朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性方向时，直接生成投光定时信号。
在本发明的光电传感器用半导体集成电路中，所述投光定时控制部件最好包括第1工作模式，在从上次的投光定时经过公称投光周期后，根据所述第1电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向，或根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向；以及第2工作模式，在从上次的投光定时起等待经过公称投光周期之后，或从经过了公称投光周期时刻起再等待经过规定的时间之后，才进行投光；并且，可选择这些工作模式。
这里，最好包括噪声检测部件，将受光输出信号描述为交流波形，检测是否存在周期性变动的噪声光或噪声电波；在检测出噪声光或噪声电波时，选择第1工作模式，而在未检测出时选择第2工作模式。
对于是否存在噪声光或噪声电波的判定方法来说，与前面说明的相同。即，作为一例，可列举出根据受光信号电平和规定阈值的比较来判定的方法。此外，作为另一例，可以列举出在受光信号电平经过比公称投光周期短的一定时间内，根据大致维持在交流零电平的情况来判定有无存在噪声的方法。
图1是表示本发明的光电传感器的整体结构的方框图。
图2是同时表示受光电平判定块和信号处理块的详细结构的图。
图3是表示第1实施例的脉冲生成块的结构的电路图。
图4是表示第1实施例的脉冲生成块的处理内容的流程图。
图5是表示第1实施例的光电传感器的操作内容的定时图。
图6是表示第2实施例的脉冲生成块的结构的电路图。
图7是表示第2实施例的脉冲生成块的处理内容的流程图。
图8是表示第2实施例的光电传感器的操作内容的定时图。
图9是表示第3实施例的脉冲生成块的结构的电路图。
图10是表示本发明的模式切换型光电传感器(第4实施例)的整体结构的方框图。
图11是表示第1模式的脉冲生成块的结构的电路图。
图12是表示第2模式的脉冲生成块的结构的电路图。
图13是表示噪声检测块的结构的电路图。
图14是说明零交叉时间的计算形态的图。
图15是表示第4实施例的光电传感器中的模式切换的处理步骤的流程图。
图16是表示第4实施例的光电传感器的模式切换状况的图。
图17是表示第4实施例的光电传感器的各模式的投光定时控制状况的图。
图18是表示第5实施例的光电传感器的整体电路结构的电路图。
具体实施例方式
以下，参照附图来详细说明本发明的光电传感器的优选实施例。通过表示光电传感器，同时作为表示本发明的光电传感器的控制方法的图。以下，通过一例来示出将送出端装置和接收端装置收容在共同的外壳中的发送接收一体型的光电传感器，但如果获取送出端和接收端的投受光联系(同步)，本发明也可以应用于发送接收分体型的光电传感器。而且，在本发明的光电传感器中，包括检测物体的有无、距物体的距离、物体的大小或性质等所有类型的光脉冲插入式的光电传感器。
采用本发明的光电传感器(第1实施例)的整体结构示于图1。如图所示，该光电传感器包括投光部1；受光部2；振荡部3；具有两个输入端子IN1、IN2和三个输出端子OUT1～3的脉冲生成块4；具有两个输入端子IN1、IN2和一个输出端子OUT的受光电平判定块5；具有两个输入端子IN1、IN2和一个输出端子OUT的信号处理块6。
投光部1包括驱动电路12(在图中，用带有发射极电阻12a的发射极接地式晶体管来表示)，以从脉冲生成块4的输出端子OUT1输出的驱动脉冲来进行工作；以及发光元件13(在图中，用发出红外线或可见光的发光二极管来表示)，由该驱动电路12驱动。然后，由发光元件13进行与从脉冲生成块4的输出端子OUT1输出的驱动脉冲同步，将光脉冲向检测对象区域投光。
另一方面，受光部2具有将经由检测对象区域到来的光脉冲变换成电脉冲的光电变换器的功能。该受光部2包括在电源和地之间串联连接的电阻21和光电二极管22；以及取出在它们的连接点上出现的电压变化量的耦合电容器23；以及将耦合电容器上取出的信号放大输出的放大电路(AMP)24。从放大电路24输出的电信号(以下，称为受光信号)被供给到脉冲生成块4的输入端子IN2和受光电平判定块5的输入端子IN2。
振荡部3输出具有固定频率的时钟脉冲。该时钟脉冲被供给到脉冲生成块4的输入端子IN1。在本实施例中，由振荡部3输出间隔约0.625μs的时钟脉冲，在后述的计数值n的步进不停止的情况下，按160(计数值)×0.625μs＝100μs的周期(公称投光周期)进行一次投光来设定。
脉冲生成块4根据从输入端子IN1输入的时钟脉冲和从输入端子2输入的受光信号，来生成用于受光控制的三种控制脉冲，从输出端子OUT1～OUT3输出到外部。首先，脉冲生成块4生成用于规定投光定时的控制脉冲(以下称为投光定时规定脉冲)。该投光定时规定脉冲从输出端子OUT1供给到投光部1的驱动电路12。第2，脉冲生成块4生成用于规定受光电平判别定时(在本例中，为采样门电路脉冲的开定时)的控制脉冲(以下称为门电路打开定时规定脉冲)。该门电路打开定时规定脉冲从输出端子OUT2供给到受光电平判定块5的输入端子IN1。第3，脉冲生成块4生成用于规定对信号处理块6的取出定时的控制脉冲(以下称为取出定时规定脉冲)。该取出定时规定脉冲从输出端子OUT3供给到信号处理块6的输入端子IN1。脉冲生成块4是本发明的主要部件，将在后面详细说明它。
受光电平判定块5将在后面详述，但通过与从输入端子IN1输入的门电路打开定时规定脉冲同步，打开采样门电路，将此时通过输入端子IN2获得的受光信号与规定的阈值进行比较并进行电平识别，来生成输出有无受光判别信号。
受光电平判定块的细节示于图2(a)。如该图(a)所示，受光电平判定块5包括带有非反向输入端子(+)和反向输入端子(-)的比较器51(CMP3)、以及取得来自输入端子IN1的输入(门电路打开定时规定脉冲)和比较器51的输出的逻辑积的‘与’门电路510。来自输入端子IN2的信号、即来自受光部2的受光信号被输入到比较器51的非反向输入端子(+)。另一方面，用于比较的阈值Vth3被输入到反向输入端子(-)。即，受光电平判定块5根据受光信号和阈值Vth3的比较来进行二进制化，将有无受光判别信号(在本例中，表示有无受光的结果的‘H(有受光)’或‘L(无受光)’)生成输出到输出端子OUT。该有无受光判别信号被供给到信号处理块6的输入端子IN2。在本例中，阈值Vth3按基于自身的投光脉冲与已知的受光信号峰值的关系设定为约55mV。
信号处理块6的细节示于图2(b)。信号处理块6起到作为数字低通滤波器的作用，如图2(b)所示，它包括带有数据输入端子IN和用于位移的时钟输入端子CK的n级(图中虽未示出，但在本例中作为8级来说明)的移位寄存器61；在从输入端子IN2输入的有无受光判别信号的‘H’的上升沿时被置位、在从输入端子IN1输入的取出定时规定脉冲的‘H’上升沿时被复位的RS触发器62；取得移位寄存器61的各级输出的逻辑积的AND门电路(‘与’门电路)同样取得各级输出的反向逻辑和的NOR门电路(‘或非’门电路)64；以及在AND门电路63的输出的‘H’的上升沿时被置位、并且在NOR电路64的输出的‘H’上升沿时被复位的RS触发器65。
这里，在移位寄存器61的时钟输入端子CK上输入来自输入端子IN1的取出定时规定脉冲。由此，在信号处理块6中，根据取出定时规定脉冲来进行移位操作，从输入端子IN2输入的有无受光判别信号‘H’或‘L’通过RS触发器62被取出到移位寄存器61的初级，同时特别的级依次向后级移位。触发器62表示在受光电平判定块5的采样门电路打开期间的输出端子OUT的输出‘H’。即，在对移位寄存器61的取出前的采样门电路打开期间，如果受光有无判别信号即使输出一次‘H’，‘H’也被输出到移位寄存器。
从输入端子IN1到RS触发器62的复位端子R的脉冲输入定时(RS触发器62的复位定时)从该输入端子IN1到移位寄存器61的时钟输入端子CK的脉冲输入定时(对移位寄存器的数据取出定时)起需要稍微延迟。因此，实际上在输入端子IN1和RS触发器62的复位端子R之间设置延迟电路等，但这里的图示被省略。
移位寄存器61的各级(在本例中为8级)都显示‘H’的‘1’时，AND门电路63的输出变为‘H’，在其‘H’的上升沿时触发器65成为置位状态。此时，触发器65的输出(在本例中，是表示通断判定结果的传感器输出)‘H’表示正常接收自身的投光脉冲。另一方面，在移位寄存器61的各级都显示‘L’的‘0’时，NOR电路64的Q输出成为‘H’，触发器65成为复位状态。由此，触发器65的Q输出再次成为‘L’，直至有来自AND门电路63的置位输入。
于是，在本发明第1实施例的光电传感器中，在受光部2中，具有只在光脉冲连续规定次数接收时，输出‘H’的数据低通滤波器。而且，如果输出一次‘H’，则连续输出‘H’，直至移位寄存器61的各级都变为‘0’。
下面，详细说明作为本发明主要部分的脉冲生成块4。脉冲生成块4的详细结构示于图3的电路图。
如图所示，脉冲生成块4包括带有数据输入端子IN和复位信号输入端子RST、用于对计数值n(n＝0～159)进行计数的计数器48；在输入端子IN2的输出端并联设置的两台比较器41(CMP1)、42(CMP2)；取得这两台比较器的逻辑和的OR(‘或’)门电路43；取得计数器48的计数值为‘1’时生成的脉冲输出和OR门电路43的输出的逻辑积的AND门电路44；将AND门电路44的输出反向的NOT门电路45；在NOT(‘非’)门电路45的输出(AND门电路44的输出为‘L’)的‘H’的上升沿时被置位、在AND门电路的输出的‘H’上升沿时被复位的RS触发器46；以及取得RS触发器46的输出和来自输入端子IN1的输入(时钟脉冲)的逻辑积的AND门电路47。
计数器48根据从AND门电路47输入到数据输入端子IN(计数器48)的时钟脉冲使计数值n依次步进，根据计数值n，如前面说明所示，输出包括用于投受光控制的三种控制脉冲(OUT1～OUT3)的各种脉冲。具体地说，在表示噪声检查定时的到来的计数值n＝1时，对AND门电路44输出时钟脉冲。而在计数值n＝2～5时，从输出端子OUT1向投光部1输出投光定时规定脉冲。由此，从投光部1送出光脉冲。此外，在计数值n＝6～7时，从输出端子OUT2向受光电平判定块5输出门电路打开定时规定脉冲。在计数值n＝8时，从输出端子OUT3向信号处理块6输出取出定时规定脉冲。进而，在计数值n＝159时，将复位脉冲输出到自身复位信号输入端子RST。由此，计数值n变为‘0’。再有，计数值‘0’在计数器48中未图示。
从图可知，在计数器48的输入端子IN上，RS触发器46为置位状态(Q＝‘H’)时，来自输入端子IN1的时钟脉冲通过AND门电路47被输入，所以根据来自输入端子IN1的时钟脉冲进行计数操作，使计数值n每次步进1。另一方面，在RS触发器46为复位状态(Q＝‘L’)时，AND门电路47的输出变为‘L’，时钟脉冲不能通过AND门电路47，所以停止计数值n的步进直至RS触发器46再次成为置位状态。
AND门电路44在噪声检查定时到来时(计数值n＝1时)，仅在OR门电路43的输出为‘H’时才输出‘H’。RS触发器46在AND门电路44的输出的‘H’的上升沿时被复位，在AND门电路44的输出为‘L’时通过NOT门电路45将其输出反向，在‘H’的上升沿时成为置位状态。因此，RS触发器46在噪声检查定时到来时，仅在OR门电路43的输出为‘H’时才被复位。因此，停止计数值n的步进情况仅出现在n＝1并且OR门电路43的输出为‘H’时。这里，OR门电路43的输出仅在两个比较器41、42的输出都为‘L’时才变为‘L’，所以计数值n的步进被停止的情况仅出现在n＝1并且两个比较器(CPM1)41、(CPM2)42的某一个输出为‘H’时。
两个比较器(CMP1)41、(CMP2)42根据从输入端子IN2输入的受光信号的值V，始终监视受光状态，在第1比较器(CMP1)41的非反向输入端子(+)上，输入来自输入端子IN2的受光信号V，在反向输入端子(-)上，输入比较用阈值Vth1。即，第1比较器(CMP1)41的输出在V≥Vth1时为‘H’，在V＜Vth1时为‘L’。再有，阈值Vth1是交流零电平附近的正极性阈值，其值例如被设定为+25mV。
另一方面，在第2比较器(CMP2)42的反向输入端子(-)上输入受光信号的值V，在非反向输入端子(+)上输入比较用阈值Vth2。即，第2比较器(CMP2)42的输出在V＞Vth2时为‘L’，在V≤Vth2时为‘H’。再有，该比较用阈值Vth2是交流零电平附近的负极性阈值，其值例如被设定为-25mV。因此，OR门电路43的输出仅在Vth2＜V＜Vth1时才为‘L’。
因此，根据脉冲生成块4，在噪声检查定时到来时(在本例中，在投光定时之前，即自身的光脉冲非投光时)，在受光信号的值V不存在于被两阈值Vth1、Vth2夹置的0附近的输出范围内的情况下，维持计数值n＝1，直至Vth2＜V＜Vth1，所以来自输出端子OUT1的投光定时规定脉冲的送出被延迟，直至受光输出再次为Vth2＜V＜Vth1。
下面，根据图4的流程图来说明基于上述电路结构的脉冲生成块4的处理内容。该流程图也可以理解为表示用微计算机的软件来进行脉冲生成块4的处理情况下的处理内容。
在脉冲生成块4中，如上所述，在计数器48的计数值n表示噪声检查定时到来的‘1’时(步骤401为YES)，通过比较器CMP1、CMP2来确认基于噪声光的受光状态(受光信号V)(步骤402)。
这里，在Vth2＜V＜Vth1时(步骤403中为YES)，计数值进行步进(步骤405)，计数值n＝2，进至步骤406(步骤401中为NO)。另一方面，在V≤Vth2或V≥Vth1时(步骤403中为NO)，在步骤403中使计数值的步进就停止于‘1’(步骤404)，直至确认Vth2＜V＜Vth1。
在计数值n＝2～5时，从输出端子OUT1输出投光定时规定脉冲。由此，从投光部1投光脉冲光(步骤407)。如果输出一次投光定时规定脉冲，那么在随后的步骤405中进行计数值的步进，并重复进行步骤406的YES、步骤407、步骤405的处理，直至计数值＝6。由此，在相当于四个投光定时规定脉冲、约2.5μs(4×0.625μs)期间进行投光。
在计数值n＝6～7时(步骤408中为YES)，从输出端子OUT2输出门电路打开定时规定脉冲(步骤409)。由此，在受光电平判定块5内，将采样门电路打开，将此时供给输入端子IN2的受光信号进行电平识别，生成受光有无判别信号。如果输出一次门电路打开定时规定脉冲，那么重复进行步骤408中为YES、步骤409、步骤405的处理，在随后的步骤405中进行计数值的步进，直至计数值＝8。
在计数值n＝8时(步骤410中为YES)，从输出端子OUT3输出取出定时规定脉冲(步骤411)。由此，信号处理块6将从输入端子IN2输入的受光有无判别信号(有无受光判别结果‘H’、‘L’)输入到移位寄存器的初级，同时将特别级的内容进行移位。即，在本例中，根据步骤407，对于一次(四个脉冲量)投光来说，可获得1级量的受光有无判别信号，大约每隔100μs(公称投光周期)×8(级数)，传感器输出‘H’或‘L’。
计数值n＝159时(步骤412)，生成复位脉冲，输入到自身(计数器48)的复位信号输入端子RST。由此，计数值n＝0，之后再次进行计数器的步进控制(步骤405)。
在计数值n＝9～159时，仅进行步骤405所示的计数值的步进。
下面，根据图5的定时图来说明基于上述的电路结构实现的本发明的第1实施例的光电传感器的操作内容。
在该图中，Vth3表示受光电平判定块5配有的比较器(CMP3)51的检测用阈值Vth3(55mV)，AC0表示交流零电平，Vth1表示脉冲生成块4配有的第1比较器(CMP1)41的正极性阈值Vth1(+25mV)，Vth2表示脉冲生成块4配有的第2比较器(CMP2)42的负极性阈值Vth2(-25mV)，CMP3表示基于第3比较器(CMP3)51的‘H’、‘L’的输出状态，CMP1表示比较器(CMP1)41的输出状态，CMP2表示比较器(CMP2)42的输出状态，‘计数器’表示脉冲生成块4配有的AND门电路47的输出(对计数器的输入)状态，OUT1表示从脉冲生成块4的输出端子OUT1输出的投光定时规定脉冲的输出状态，OUT2表示从脉冲生成块4的输出端子OUT2输出的门电路打开定时规定脉冲的输出状态。
Ws表示基于具有正极性峰值(极性为‘正’)的自身投光脉冲的受光信号波形，Wn表示基于噪声光的受光信号波形(交流波形)。在本实施例中，作为受光信号Wn，将频率50kHz的逆变器荧光灯产生的信号作为其一例来表示。
在该定时图中，根据自身的投光脉冲同时描绘三个受光信号波形Ws1～Ws3(投光3次)，受光信号波形Ws2、Ws3是用于容易理解第1实施例的操作内容而预备的记述，实际上并不意味着按这样的定时来进行投光。
如该定时图所示，第3比较器(CMP3)51的输出状态无论自身的投光脉冲、噪声光如何，在受光信号的值V超过阈值Vth3时都变为‘H’。此外，第1比较器(CMP1)41的输出状态在受光信号的值V超过阈值Vth1时变为‘H’。此外，比较器CMP2的输出状态在受光信号的值低于阈值Vth2时变为‘H’。
在标号①所示的定时中噪声检查定时到来的情况下(计数值n＝1)，此时的受光信号波形Wn的输出电平超过阈值Vth1，所以第1比较器(CMP1)41的输出状态为‘H’，停止计数值n的步进，OUT1的输出状态为‘L’。然后，在受光信号波形Wn的输出电平低于阈值Vth1时，再开始计数值n的步进，由此，在标号②所示的定时中OUT1的输出状态为‘H’，进行投光(计数值n＝2～5)。接着，在标号③所示的定时中OUT2的输出状态为‘H’，受光采样门电路被‘打开’。表示通过此时的投光出现的受光信号波形是Ws1。实际上，出现与噪声波形Wn的复合波形，但这里为了容易理解，分别作为单独的波形来表示。
另一方面，在标号④所示的定时中，在噪声检查定时到来的情况下(计数值n＝1)，此时的受光信号波形Wn的输出电平处于阈值Vth1和阈值Vth2之间，所以在计数器继续步进之后立即进行投光(计数值n＝2～5)，在标号⑤所示的定时中受光采样门电路被‘打开’。表示通过此时投光出现的受光信号波形是Ws2。
在标号⑥所示的定时中，在噪声检查定时到来的情况下(计数值n＝1)，此时的受光信号波形Wn的输出电平低于阈值Vth2，所以第2比较器(CMP2)42的输出状态为‘H’，停止计数值n的步进，OUT1的输出状态变为‘L’。然后，在受光信号波形Wn的输出电平超过阈值Vth2时，再次开始计数值n的步进，由此在标号⑦所示的定时中OUT1的输出状态变为‘H’，并进行投光(计数值n＝2～5)。接着，在标号⑧所示的定时中OUT2的输出状态变为‘H’，使受光采样门电路被‘打开’。表示通过此时的投光出现的受光信号波形是Ws3。
在图5中虽未直接示出，但在不存在噪声光的情况下(受光信号波形Wn不出现的情况)，在噪声检查定时到来时，输出电平几乎为‘0’，收敛在Vth1和Vth2之间，所以每隔公称投光周期100μs就进行投光。
于是，在本发明的第1实施例中，进行投光控制，使得基于噪声光的受光信号波形Wn的零交叉定时(在本例中为Vth2＜V＜Vth1时)和受光采样门电路的打开定时一致，所以基于自身的投光脉冲的受光信号波形和基于噪声光的受光信号波形的波峰(峰值)不重叠，可以进行将噪声光产生的影响抑制到最小限度的正确检测操作。
下面，示出本发明的第2实施例的光电传感器。第2实施例与第1实施例的不同点在于脉冲生成块4的电路结构。其它结构与第1实施例相同，所以省略其说明。
第2实施例的脉冲生成块4的详细结构示于图6的电路图。
如该图所示，第2实施例的脉冲生成块4包括带有数据输入端子IN和复位信号输入端子RST并对计数值n(n＝0～159)进行计数的计数器48；在输入端子IN2的输出端上设置的第1比较器(CMP1)41；在该比较器(CMP1)41的输出端上设置的下降沿检测电路(1)80；在计数器48的计数值为‘1’时生成的脉冲输出中被复位，在下降沿检测电路(1)80的输出或延迟监视定时器(T1)49的输出中被置位的RS触发器46；以及带有复位信号输入端子RST和输出端子UP的延迟监视定时器T1(49)。对于该图所示的输入端子IN1、IN2、输出端子OUT1～OUT3、RS触发器46、AND门电路47来说，使用与第1实施例相同的结构，所以对于它们附以与第1实施例相同的标号，并省略其详细说明。
下降沿检测电路(1)80检测在第1比较器(CMP1)41的输出中出现的脉冲波形的下降沿，在检测出下降沿时输出‘H’。从图可知，在第2实施例中，不使用第1实施例中所示的第2比较器(CMP2)42。即，在本例中，仅根据第1比较器(CMP1)41具有的阈值Vth1，来检测基于噪声光的受光信号的电平接近横切交流零电平的定时。有关其细节，将与图8的定时图一起后述。
延迟监视定时器T1监视经过投光延迟限制时间t，在噪声检查定时到来的同时开始进行投光延迟限制时间t的减法，在经过时间t后从输出端子UP输出‘H’。
因此，RS触发器46在噪声检查定时到来时(计数值n＝1时)被复位，然后，通过下降沿检测电路(1)80检测下降沿，或不检测下降沿而仅在经过了投光延迟限制时间t时被置位。即，根据第2实施例的脉冲生成块4，在噪声检查定时到来后，通过下降沿检测电路(1)80在最新的下降沿被检测前停止计数器48的计数值的步进，由此将投光延迟。另一方面，在未检测出下降沿而经过了投光延迟限制时间t时，再开始进行计数值的步进，由此来解除投光延迟，开始来自投光部1的脉冲投光。
在本例中，将投光延迟限制时间t1设定为200μs，比前面所示的公称投光周期(100μs)长。与第1实施例同样，在第2实施例中，在不停止计数值n的步进情况下，也进行设定，以便按160(计数)×0.625μs的周期来进行一次(四脉冲量)投光，所以根据第2实施例，最低在300μs中进行一次投光。
下面，根据图7的流程图来说明第2实施例的脉冲生成块4的处理内容。该流程图也可以理解为表示用微计算机的软件来进行脉冲生成块4的处理情况下的处理内容。
在实施例2的脉冲生成块4中，与第1实施例同样，计数器48的计数值n表示噪声检查定时到来的‘1’时(步骤701中为YES)，延迟监视定时器1被复位，由此开始投光延迟限制时间t的减法(步骤702)。同时，通过第1比较器(CMP1)41、下降沿检测电路(1)80来确认受光状态、即受光信号的值V是否就在横切交流零电平附近的定时内(步骤703)。这里，在有下降沿时(步骤704中为YES)，使计数值步进(步骤707)，计数值n＝2，进至前面图4所示的流程图的步骤406。其后的处理内容与该流程图相同，所以省略其说明。
另一方面，在步骤704中，在未检测出下降沿时(步骤704中为NO)，停止计数器的步进，直至检测下降沿或经过投光延迟限制时间(步骤704中为NO，步骤705中为NO，步骤706)。即使在步骤704中未检测出下降沿时，如果经过投光延迟限制时间t(步骤705中为YES)或重新检测下降沿(步骤704中为YES)，那么解除计数值n的步进停止，接着进行图4所示的流程图中步骤406所示的处理。
下面，根据图8所示的定时图来说明第2实施例的脉冲生成块4的操作内容。
在该图中，Vth3表示受光电平判定块5配有的第3比较器(CMP3)51的检测用阈值Vth3(55mV)，AC0表示交流零电平，Vth1表示脉冲生成块4配有的第1比较器(CMP1)41的正极性阈值Vth1(+25mV)，CMP3表示第3比较器(CMP3)51的输出状态，CMP1表示第1比较器(CMP1)41的输出状态，‘计数器’表示脉冲生成块4配有的AND门电路47的输出(对计数器的输入)状态，OUT1表示来自脉冲生成块4的输出端子OUT1的投光定时规定脉冲的输出状态，OUT2表示来自脉冲生成块4的输出端子OUT2的门电路打开定时规定脉冲的输出状态。
Ws表示基于自身投光脉冲的受光信号波形，Wn表示基于噪声光的受光信号波形。在本例中，作为基于噪声的受光信号Wn，将频率50kHz的逆变器荧光灯产生的信号作为其一例来表示。
如该定时图所示，第3比较器(CMP3)51的输出状态无论自身的投光脉冲、噪声光如何，在受光信号的值V超过阈值Vm3时都变为‘H’。此外，第1比较器(CMP1)41的输出状态在受光信号的值V超过阈值Vth1时变为‘H’。
在该图中，标号①所示的定时中噪声检查定时到来的情况下(计数值n＝1)，此时的受光信号波形Wn的输出电平超过阈值Vth1，所以第1比较器(CMP1)41的输出状态为‘H’，因而停止计数值n的步进，OUT1的输出状态为‘L’。然后，如果在受光信号波形Wn的输出电平低于阈值Vth1的瞬间、即根据第1比较器(CMP1)41的输出检测出脉冲波形上的下降沿，那么再开始计数值n的步进，由此，在标号②所示的定时中OUT1的输出状态为‘H’，进行投光(计数值n＝2～5)。接着，在标号③所示的定时中OUT2的输出状态为‘H’，受光采样门电路被‘打开’。
在图8的定时图中虽未直接示出，但在不存在噪声光的情况下(受光信号波形Wn不出现的情况)，第1比较器(CMP1)41的输出始终为‘L’，所以未检测出下降沿(没有基于下降沿的触发)。但是，在这种情况下，在每100μs的噪声检查定时到来后，延迟监视定时器(200μs)工作，所以在300μs时进行一次投光。
此时，如图8所示，受光采样门电路的打开定时与基于自身的投光脉冲的受光信号波形上的峰值、以及基于噪声光的受光信号波形的零点交叉定时大致一致。即，在本发明第2实施例中，根据阈值Vth1来检测基于噪声光的受光输出横切交流零电平附近的定时，同时通过在该定时和投光定时间取得同步，来使基于自身的投光脉冲的受光信号波形的峰值出现定时与基于噪声光的受光信号波形的零点交叉定时一致。
因此，第2实施例的光电传感器，相对于噪声输出状态的投光定时不一定相同，与第1实施例相比，可以更可靠地使零点交叉定时和采样门电路的打开定时的一致。而且，零点交叉定时是基于噪声光的受光信号波形Wn的极性移动到与基于自身的投光脉冲的受光信号波形Ws的极性相反的极性时的零点交叉定时，所以即使在高频率噪声出现在受光输出线路上的情况下，受光信号波形Wn和Ws的波峰在同一极性中不重叠，可进行正确的检测操作。
在第2实施例中，示出了在受光信号波形Wn的输出电平低于阈值Vth1的瞬间(或之后)开始进行投光的结构。即，第2实施例，作为零点交叉定时，选择基于噪声光的受光信号波形Wn的极性移动到与基于自身投光的光脉冲的受光信号波形Ws的极性为相反极性时的特定零点交叉定时，但作为零点交叉定时，也可以包含另一个零点交叉定时，即噪声受光信号波形Wn的极性移动到与自身的受光信号波形Ws的极性为相同极性时的零点交叉定时。
按两个零点交叉定时附近的前定时进行投光的本发明的第3实施例的脉冲生成块4的电路结构示于图9。
第3实施例与第2实施例的不同点在于，除了第2实施例的第1比较器(CMP1)41、边沿检测电路(1)80以外，第2比较器(CMP2)42和下降沿检测电路(2)81通过OR门电路82并联连接在触发器的置位输入端子S上。在本例中，边沿检测电路(2)81与下降沿检测电路(1)80具有相同的原理，在第2比较器(CMP2)42的输出中检测脉冲波形上的下降沿。
第2比较器(CMP2)42的结构使用与前面第1实施例所示的相同结构。在该图中，对于与第1、第2实施例相同的地方附以相同标号，并省略其说明。
即，在第3实施例中，根据第1比较器(CMP1)41具有的阈值Vth1和第2比较器(CMP2)42具有的阈值Vth2，来检测基于噪声光的受光信号电平V横切交流零电平附近的两个定时。由此，除了在基于噪声的受光信号电平低于正极性阈值Vth1的瞬间以外，在超过负极性阈值Vth2的瞬间也可以进行投光。第3实施例的光电传感器的处理和工作的详细内容通过参照前面说明的第2实施例的说明，本领域技术人员能够容易地理解，所以这里省略其说明。
下面，示出本发明第4实施例的模式切换型光电传感器。第4实施例的光电传感器具有第1工作模式和第2工作模式这两种工作模式，第1工作模式在上次投光起经过公称投光周期以后(在本例中计数器48为n＝1后)，等待在受光信号波形上到来相当零点交叉的定时或相当特定零点交叉的定时并进行投光，第2工作模式在等待经过公称投光周期后，或等待经过规定的噪声回避时间后立即进行投光。
第4实施例的光电传感器还具有噪声检测功能，具有在检测出噪声时切换为第1模式，而在未检测出噪声时切换为第2模式的自动切换功能。以下说明其细节。
第4实施例的整体结构示于图10。如图所示，第4实施例的光电传感器包括投光部1；受光部2；振荡部3；分别带有两个输入端子IN1、IN2和三个输出端子OUT1～3的脉冲生成块4a、4b；受光电平判定块5；信号处理块6；带有六个输入端子IN1a、IN2a、IN3a、INb1、INb2、INb3和三个输出端子OUT1～3及切换用输入端子IN0的切换块7；带有两个输入端子IN1、IN2和输出端子OUT的噪声检测块8。
投光部1、受光部2、振荡部3、受光电平判定块5、信号处理块6与前面所示的第1实施例至第3实施例所示的部件相同，所以省略其说明。
噪声检测块8实现噪声检测功能，即将受光信号描绘成交流波形，并检测是否存在周期性变动那样的噪声光或噪声电波，从输出端子OUT输出基于检测结果的噪声检测有无信号。后面将详述这方面。
切换块7根据从噪声检测块8输出的噪声检测有无信号，来将工作模式适当切换为第1模式和第2模式。
具体地说，在输入端子IN0上从噪声检测块8输入了超时信号(相当于噪声检测有无判定信号，细节将后述)时，将看作‘无噪声’，将工作模式切换为第2模式，或维持不变。在第2模式中，脉冲生成块4b的输出端子OUT1～OUT3的输出信号(控制脉冲)通过输入端子IN1a～IN3a取出，从与切换块7对应的输出端子OUT1～OUT3分别输出。在本例中，初始设定(缺省)为该第2模式。
另一方面，在来自噪声检测块8的输出端子OUT的输出不到一定时间(例如20μs)时，将看作‘有噪声’，将工作模式切换为第1模式，或维持不变。在第1模式中，脉冲生成块4a的输出端子OUT1～OUT3的输出信号通过输入端子IN1b～3b取出，从与切换块7的对应输出端子OUT1～OUT3分别输出。
即，在第4实施例中，根据噪声检测块8的噪声检测有无判定结果，来适当选择脉冲生成块4a(第1模式)和4b(第2模式)的其中一个，由此，任何一个脉冲生成块的输出信号(投光定时规定脉冲、门电路打开定时规定脉冲、取出定时规定脉冲)OUT1～OUT3分别供给到投光部1、受光电平判定块5、信号处理块6。
选择第1模式时使用的脉冲生成块4a的电路结构示于图11的电路图中。
如图所示，脉冲生成块4a除了没有延迟监视定时器T1以外，具有与前面说明的第2实施例的脉冲生成块4相同的结构。因此，对于相同之处附以相同的标号并省略其说明。脉冲生成块4a与第2实施例同样，通过在基于噪声的受光信号波形Wn的输出电平低于正极性阈值Vth1时进行投光，来进行投光控制，使得基于噪声的受光信号波形的特定零点交叉定时和采样门电路打开定时一致。
再者，与第2实施例的不同在于，在该脉冲生成块4a中，不采用延迟监视定时器T1，这是因为该第1模式是以存在基于描绘为交流波形的噪声的受光信号作为前提来使用的模式，所以产生未检测出下降沿而停止投光的不良情况的可能性低。当然，在估计基于噪声的受光信号突然消失的情况下，也可以设置延迟监视定时器T1，这里，通过省略定时器，可实现装置整体的结构简化。
在选择第2模式时使用的脉冲生成块4b的电路结构示于图12的电路图中。
如该图所示，脉冲生成块4b具有与第1实施例的脉冲生成块4大致相同的结构。与第1实施例的不同点在于，采用投光延迟定时器T2取代第1实施例的NOT门电路45，在来自AND门电路44的输出时被复位，经过规定时间t2向触发器输出置位信号。
即，根据脉冲生成块4b，在从上次投光起经过公称投光周期时(噪声检查定时)，在从输入端子IN2输入的受光信号的值V不存在于第1比较器(CMP1)41、第2比较器(CMP2)42的两阈值Vth1、Vth2之间的情况下，假如单发性地产生噪声的情况，通过将投光定时延迟规定时间t2，可避免这样的单发噪声。本例适于将来自同种相邻传感器的投光脉冲看作噪声来防止相互干扰的情况，估计该投光脉冲并设定规定时间t2＝40μs(根据自身的公称投光周期100μs)。
噪声检测块8的详细结构示于图13的电路图。如该图所示，噪声检测块8包括将输入端子IN2的输出端并联设置的第1比较器(CMP1)41、第2比较器(CMP2)42；取得两个比较器输出的逻辑和的OR门电路1301；取得来自OR门电路1301和输入端子IN1的输出的逻辑和的OR门电路1302；以及在OR门电路1302的输出时被复位、经过规定时间t3(在本例中设零点交叉时间t3＝20μs)后通过输出端子UP输出作为噪声检测有无判别信号的超时信号的监视定时器T3。
第1比较器(CMP1)41、第2比较器(CMP2)42有与脉冲生成块4b相同的结构，分别具有输出电平零点附近的阈值Vth1(+25mV)、Vth2(-25mV)。
通过输入端子IN2从受光部2输入的受光信号的值V由两个比较器分别与阈值Vth1、Vth2比较，在超过(或低于)其中一个阈值时，通过OR门电路1301、1302将脉冲输入到监视定时器T3的复位信号输入端子(RST)。由此将监视定时器T3复位。
在本例中，在输入端子IN1上，输入从切换块7的输出端子OUT1输出的投光定时规定脉冲。从输入端子IN1输入的投光定时规定脉冲通过OR门电路1302被输入到监视定时器T3的复位信号输入端子(RST)，由此将监视定时器T3复位。
监视定时器T3计测基于噪声的受光信号的值V大致稳定在零电平(这里，在按+25mV～-25mV规定的零点交叉范围内)上的时间，在复位信号输入端子(RST)上输入‘H’期间停止计测。即，在经过比公称投光周期(在本例中为100μs)短一定时间t3(20μs)，将基于从输入端子IN2输入的噪声的受光信号的值V维持在上述零点交叉范围内的情况下，监视定时器T3从输出端子UP输出作为无噪声信号的超时信号。另一方面，在中途发生噪声等而使维持在零点交叉范围内的时间低于20μs的情况下，定时器T3被复位，所以从输出端子UP不输出超时信号，如果这样的状态持续规定时间，那么在切换块7侧中看成有噪声，并切换为第2模式。
从上述电路结构的说明可知，第4实施例的噪声存在有无检测从投光至下次投光期间始终进行，每次适当切换并维持第1模式和第2模式。
在上述例中，根据从投光至下次投光期间受光信号的值V大致维持在零电平的时间tz(零点交叉时间)是否超过规定时间t3，来判别有无噪声存在，也可以直接计算并求出零点交叉时间tz。例如，零点交叉时间tz可以使用图14所示的数值V1、V2、Vp，根据下式来求。
式1tz=Tsin-1[V1+V22×VP]2π]]>在该图中，V1、V2表示阈值Vth1、Vth2的绝对值(即，在本例中，V1、V2都为25mV)，Vp表示基于噪声的受光信号波形Wn半峰值(在本例中为80mV)。
根据图15的流程图来说明第4实施例的用于模式切换的处理步骤。如该图所示，在实际的投光定时到来后(计数值n＝2～5)，进行来自投光部1的脉冲投光(步骤1501)，通过噪声检测块8进行噪声检测处理(步骤1502)。这里，如果检测出基于噪声的受光信号(步骤1503中为YES)，那么进行切换处理来使得下次投光按第1模式进行(步骤1505)。另一方面，在步骤1502中未检测出噪声时(步骤1503中为NO)，那么进行切换处理来使得下次投光按第2模式进行(步骤1504)。
第4实施例的光电传感器的模式切换时的受光信号的变化状况示于图16。在该图中，Ws+Wn表示基于自身的投光脉冲的受光信号波形和基于噪声光的受光信号波形产生的复合波形。
如该图所示，在从标号①所示的投光至标号②所示的投光期间，不存在基于噪声光的受光信号波形Wn，所以将零点交叉时间tz维持在20μs以上。因此，在标号③的投光时选择第2模式。另一方面，在从标号②所示的投光至标号③所示的投光期间，存在基于噪声光的受光信号波形Wn，所以零点交叉时间tz低于20μs，在标号③所示的投光以后，选择第1模式。
在本例中，标号③所示的投光在从标号②所示的投光开始经过100μs的公称投光周期后再进行。进行投光，使得标号④所示的投光与受光信号波形的特定零点交叉定时(受光信号从正到负的转换点)一致。
下面，根据图17来说明第4实施例的每个模式的投光定时控制的状况。在本例中，根据表示噪声输出信号波形Wn存在下的各模式的控制状况，假设两个模式的差异明显。在第4实施例中，实际上，在存在该图所示的噪声输出信号波形Wn的情况下，自动地选择第1模式。
如该图所示，将本实施例的公称投光周期如前面说明得那样设定为100μs。假设该图中①表示上次的投光的情况。
在该图中标号②所示的噪声检测定时(计数值n＝1)到来时，基于噪声光的受光信号为稍稍超过阈值Vth1的电平，所以在第1模式中，直至等待到该受光信号的值低于正极性阈值Vth1的标号③所示的定时才进行投光。
在第2模式中，从该图中标号②所示的定时起按延迟40μs的规定时间的标号④所示的定时进行投光。此时，从该图可知，在进行通过第2模式延迟的实际的投光时，在基于噪声光的受光信号波形Wn超过阈值Vth1朝向输出峰值时，在这样的投光定时中，受光采样门电路的打开定时和基于噪声光的输出峰值出现定时一致，成为引起检测错误操作的主要原因。因此，在存在具有周期性的输出变动的噪声时，与第2模式相比，可知第1模式可进行更正确的检测操作。
为了防止相互干扰，如上所述，第2模式比第1模式好。这里，在第2模式中还具有以下功能根据信号处理块6带有的移位寄存器61的第1级和第8级的“异或”逻辑，来变更公称投光周期。具体地说，在第1级和第8级的“异或”逻辑为‘H’时，在40μs的投光延迟后，将公称投光周期从100μs变更为80μs(100μs×0.8)。这样的话，例如基于从同种的相邻传感器到来的光脉冲的受光信号波形的出现周期和自身的投光周期会完全一致，可以防止因相互干扰而不进行投光延迟的情况。
下面，说明将第4实施例所示的图10的各种电路结构集成在单片IC上的本发明的第5实施例的光电传感器。
本发明第5实施例的光电传感器的电路结构示于图18。如该图所示，第5实施例的光电传感器包括投光部1；单片IC100；以及显示传感器的工作状态(通断判定状态)的LED等的显示灯110。对于投光部1来说，与前面图10所示的情况相同，所以省略其说明。
在单片IC100的半导体衬底上，将集成形成信号处理电路101、振荡电路102、电源电路103、投光电路104、输出电路105、以及受光电路200。
受光电路200由光电二极管22、I/V变换器25、耦合电容器230a、230b、前置放大器240a、以及功率放大器240b构成。从光电二极管22获得的受光输出经I/V变换器25被变换成电流/电压，进而通过前置放大器240a、功率放大器240b被放大，作为受光信号供给到信号处理电路101。耦合电容器230a、230b去除低频分量，取出各连接点的电压变化部分(交流分量)，供给到后级的放大器。
一般地，在光电传感器的信号处理时，受光信号的放大率非常高，为了尽力排除噪声，最好使信号放大用布线长度尽量短。在本例中，从这样的观点来看，将光电二极管22和前置放大器240a、以及前置放大器240a和功率放大器240b之间的耦合不用外置电容器，而用在IC内部形成的电容器230a、230b来进行。
振荡电路102生成基准时钟脉冲，供给到信号处理电路101。电源电路103通过在单片IC100上设置的电源端子100b、100c(第1外部端子)来取入外部电源，将固定电压供给到各电路部。
信号处理电路101通过投光电路104、输出电路105来实现前面图10所示的噪声检测块8、脉冲生成块4a、4b、受光电平判定块5、信号处理块6、以及切换块7的各功能。即，信号处理电路101根据从受光电路200供给的受光信号，将用于投光定时控制的控制信号输出到投光电路104。
投光电路104接受来自信号处理电路101的该控制信号，向通过端子100a(第2外部端子)连接的投光部1的驱动电路12送出作为驱动控制信号的投光定时规定脉冲。
信号处理电路101根据从受光电路200供给的受光信号，来进行传感器输出的判定(通断判定)，将基于该判定的控制信号输出到输出电路105。
输出电路105接收来自信号处理电路101的该控制信号，向通过端子100d(第3外部端子)连接的作为传感器负载(继电器的线圈或作为控制对象设备的驱动电路的开关晶体管111)输出驱动脉冲，该脉冲成为传感器输出。
信号处理电路101根据通断判定结果将用于使显示灯110点灭等的控制信号经端子100e输出到显示灯110。由此，用户可以目视观察传感器的输出状态。
根据本发明的第5实施例，可以将用于实现第4实施例所示的光电传感器的主要电路集成在单片IC(集成电路)上，所以可获得装置整体的小型化、成本削减等各种效果。
再有，作为上述第5实施例，将光电二极管22内置于IC内，但光电二极管也可以使用外置二极管。这种情况下，容易采用受光面积宽(灵敏度高)的大型元件。
在上述第1至第5实施例中，说到‘采样门电路的打开定时’，以具有采样门电路的光电传感器作为前提，但不用说，本发明可以应用于在投光定时和受光电平判别定时之间能够获得同步的各种光电传感器，上述采样门电路不是必要构成条件。
从以上的说明可知，根据本发明，即使在噪声脉冲周期性地出现，并且其发生定时与受光电平判别定时重叠的状况下，也可实现功能有效的光脉冲插入式光电传感器。
权利要求
1.一种光电传感器的控制方法，该光电传感器包括投光部件，通过与投光定时同步驱动投光元件，来将脉冲光重复投光；受光部件，将受光元件输出的变化量作为受光信号输出；电平判定部件，在比所述投光定时稍稍延迟的定时中，通过将受光信号的电平与规定的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及信号处理部件，根据所述电平判别部件的判别结果来生成传感器输出；其特征在于，在所述受光信号中存在与噪声对应的交流波形的状况下，对投光定时进行控制，以便与所述噪声对应的交流波形的零点交叉定时和所述电平判别部件中的电平判别定时一致。
2.如权利要求1所述的光电传感器的控制方法，其中，作为所述零点交叉定时，选择在噪声对应的交流波形的极性向与正规的脉冲光对应的受光信号波形的相反极性移动时的零点交叉定时。
3.一种光电传感器，包括投光部件，通过与投光定时同步驱动投光元件，来将脉冲光重复投光；受光部件，将受光元件输出的变化量作为受光信号输出；第1电平判定部件，在比所述投光定时稍稍延迟的定时中，通过将受光信号的电平与规定的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及信号处理部件，根据所述第1电平判别部件的判别结果来生成传感器输出；其特征在于，该光电传感器还包括第2电平判别部件，通过将所述受光信号电平与交流零电平附近的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及投光定时控制部件，根据所述第2电平判别部件的判别结果，来控制各个下次的投光定时。
4.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，将所述第2电平判别部件中的阈值设定得比所述第1电平判别部件中的阈值小。
5.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，使下次投光定时延迟，直至所述第2电平判别部件将受光信号电平判别为在交流零电平附近。
6.如权利要求5所述的光电传感器，其特征在于，所述第2电平判别部件具有在交流零电平附近设置的正极性和负极性的两个阈值，在受光信号电平在夹置所述两个阈值的规定范围内时判别为在交流零电平附近。
7.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述投光定时控制部件在从上次的投光定时起经过公称投光周期后，根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次投光定时延迟，直至受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向。
8.如权利要求7所述的光电传感器，其特征在于，所述投光定时控制部件在从上次投光定时起经过公称投光周期后，即使经过规定的等待时间，根据所述第2电平判别部件的判别结果，也不能判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向时，立即生成投光定时信号。
9.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述第2电平判别部件包括比较器，检测出现与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相同极性的超过规定阈值的受光信号；以及边沿检测电路，根据出现超过所述阈值的受光信号来检测比较器输出的后边沿；所述投光定时控制部件使下次的投光定时延迟，直至所述边沿检测电路检测出比较器输出的后边沿。
10.如权利要求9所述的光电传感器，其特征在于，所述投光定时控制部件还包括定时器，该定时器从经过公称投光周期起，或从所述边沿检测电路检测出比较器输出的后边沿起开始进行规定时间的计时，经过该规定时间，同时生成投光定时信号。
11.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述投光定时控制部件从上次的投光定时起经过公称投光周期后，根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相同或相反极性的方向。
12.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述第2电平判别部件包括第1比较器，检测出现与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相同极性的超过第1阈值的受光信号；第2比较器，检测出现与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反极性的超过第2阈值的受光信号；第1边沿检测电路，根据出现超过所述第1阈值的受光信号来检测第1比较器输出的后边沿；以及第2边沿检测电路，根据出现超过所述第2阈值的受光信号来检测第2比较器输出的后边沿；所述投光定时部件使下次的投光定时延迟，直至所述第1或第2边沿检测电路检测出第1或第2比较器输出的某一个的后边沿。
13.如权利要求3所述的光电传感器，其特征在于，所述投光定时控制部件包括第1工作模式，在从上次的投光定时经过公称投光周期后，根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向；以及第2工作模式，在从上次的投光定时起等待经过公称投光周期之后，或从经过了公称投光周期时刻起再等待经过规定的时间之后，才进行投光；并且，可选择这些工作模式。
14.如权利要求13所述的光电传感器，其中，包括噪声检测部件，将受光输出信号描述为交流波形，检测是否存在周期性变动的噪声光或噪声电波；在检测出噪声光或噪声电波时，选择第1工作模式，而在未检测出时选择第2工作模式。
15.如权利要求14所述的光电传感器，其中，噪声检测部件在受光信号电平经过比公称投光周期短的一定时间内，根据大致维持在交流零电平来检测噪声的存在。
16.如权利要求13所述的光电传感器，其中，还包括对受光信号电平继续维持大致交流零电平的时间进行计测的部件；以及在所述计测的维持时间超过一定时间时切换为第2模式，而在一定时间内时切换为第1模式的部件。
17.一种光电传感器用半导体集成电路，其特征在于，包括供给电源的第1外部端子；对投光元件的驱动电路输出驱动控制信号的第2外部端子；对传感器负载的驱动电路输出驱动控制信号的第3外部端子；以及具有从所述第1外部端子供电、对内置电路供给稳定电源的电源电路；对以下电路进行集成的电路，这些电路包括受光电路，取出并放大外带或内置的受光元件的输出的变化量；投光电路，将对投光元件的驱动电路的驱动控制信号输出到所述第2外部端子；输出电路，将对传感器负载的驱动电路的驱动控制信号输出到所述第3外部端子；以及信号处理电路，根据从所述受光电路得到的受光信号来进行输出电路的控制，并且根据从所述受光电路得到的受光信号来进行投光电路的控制；所述信号处理电路包括第1电平判别部件，在比投光定时稍稍延迟的定时中，通过将来自所述受光电路的受光信号的电平与规定的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；信号处理部件，根据所述第1电平判别部件的判别结果来生成传感器输出，并供给所述输出电路；第2电平判别部件，通过将所述受光信号电平与交流零电平附近的阈值进行比较，来判别受光信号的电平；以及投光定时控制部件，根据所述第2电平判别部件的判别结果，将控制各下次的投光定时的投光定时控制信号供给所述投光电路。
18.如权利要求17所述的光电传感器用半导体集成电路，其特征在于，所述投光定时控制部件包括第1工作模式，在从上次的投光定时经过公称投光周期后，根据所述第1电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向，或根据所述第2电平判别部件的判别结果，使下次的投光定时延迟，直至判别为受光信号电平的变化方向朝向与正规的脉冲光对应的受光信号的极性相反的极性方向；以及第2工作模式，在从上次的投光定时起等待经过公称投光周期之后，或从经过了公称投光周期时刻起再等待经过规定的时间之后，才进行投光；并且，可选择这些工作模式。
全文摘要
一种光电传感器,包括:投光部件,通过与投光定时同步驱动投光元件,来将脉冲光重复投光;受光部件,将受光元件输出的变化量作为受光信号输出;第1电平判定部件,在比投光定时稍稍延迟的定时中,通过将受光信号的电平与规定的阈值进行比较,来判别受光信号的电平;以及信号处理部件,根据第1电平判别部件的判别结果来生成传感器输出;其中,该光电传感器还包括:第2电平判别部件,通过将受光信号电平与交流零电平附近的阈值进行比较,来判别受光信号的电平;以及投光定时控制部件,根据第2电平判别部件的判别结果,来控制各个下次的投光定时。
文档编号G01J1/32GK1384349SQ0211882
公开日2002年12月11日 申请日期2002年4月29日 优先权日2001年5月2日
发明者水原晋, 中村新, 中西弘明, 古谷利昭 申请人:欧姆龙株式会社