以下、図面を参照して本発明の一実施形態� ��係る光電センサについて説明する。
 図1は、この実施形態に係る光電センサの概 略構成を示している。この光電センサは、基 本的には監視領域に向けて光を照射する投光 系10と、前記監視領域から到来する光を受光� ��る受光素子を備えて該受光素子の受光量に� ��当する信号を出力する受光系20とを備えて� �る。そして演算器(CPU)にて前記受光系20の出� ��信号レベルを判定して物体の有無を検出す� ��ように構成され、更に手動設定された計測� ��ンジに応じて前記投光系10の投光量および� �記受光系20の受光ゲインをそれぞれ可変設定 するように構成される。

 尚、反射形の光電センサの場合には、投� ��系10から照射された光の物体による反射光� �受光系20にて受光して物体の有無を判定する ように構成される。また透過型の光電センサ の場合には対向配置された投光系10と受光系2 0との間に存在する物体によって、投光系10か ら照射された光が遮られるか否かを受光系20� ��の受光量から検出して物体の有無を判定す� ��ように構成される。従って物体検出の判定� ��ジックは、反射形の場合と透過形の場合と� ��逆になることは言うまでもない。

 前述した前記投光系10は、具体的には発光� �子(例えば発光ダイオード;LED)11と、後述する 駆動電圧に応じて上記発光素子11の駆動電流� ��制御することで前記発光素子11を発光駆動� �る駆動回路(トランジスタ)12とを備える。ち� ��みにこの駆動回路12には、スイッチドライ� �13によりオン・オフ制御される発光周期制御 スイッチ14を介して駆動電圧が印加される。� ��た上記駆動電圧としては、前記発光素子11� �高輝度で発光させる(強く発光させる)第1の� �動電圧V _H 、または前記発光素子11を低輝度で発光させ� ��(弱く発光させる)為の前記第1の駆動電圧V _H よりも低い第2の駆動電圧V _L が、発光量制御スイッチ15を介して選択的に� ��えられる。この発光素子11の駆動電圧の制� �によって前記投光系10の投光量が[高]または[ 低]に選択設定される。

 尚、前記スイッチドライバ13は、前記発� �量制御スイッチ15を介して選択されて前記駆 動回路(トランジスタ)12に印加される駆動電� �をオン・オフ制御することで前記発光素子11 をパルス駆動し、これによってパルス光を発 光させる役割を担う。このスイッチドライバ 13によって前記発光素子11が発光するパルス� �の発光周期Tが、例えば20μs(高速)、50μs(中速 )、100μs(低速)の3段階に選択設定し得るよう� �なっている。

 一方、前記受光系20は、抵抗を介して逆� �イアスされて電源Vccに接続された受光素子(� ��えばフォトダイオード;PD)21と、この受光素� ��21がその受光量に応じて出力する電流をI/V� �換するI/V変換器22と、結合コンデンサを介し て上記I/V変換器22に接続されて前記I/V変換器2 2の出力(受光信号)を増幅する増幅器23とを主� ��として構成される。

 この増幅器23は、例えば入力抵抗を介し� �上記受光信号を入力する反転入力端子(-端子 )および基準電圧Vrefが加えられる非反転入力� ��子(+端子)を備え、出力端子と前記反転入力� ��子との間に帰還回路を設けた演算増幅器か� ��なる。そして前記反転入力端子に加えられ� ��前記受光信号のレベル(電圧)Vinが前記基準� �圧Vrefと等しくなるように負帰還を掛けるこ� ��で前記受光信号を増幅するように構成され� ��。またこの増幅器23の増幅率は、前記帰還� �路の帰還量を変えることで可変設定可能な� �のであり、ここでは後述するように高増幅� �と低増幅率の2段階に選択設定可能に構成さ� ��ている。この増幅器23の増幅率の可変設定� �よって前記受光系20の受光ゲインが[高]また� ��[低]の2段階に設定される。

 そしてこの受光系20から出力される信号(� ��圧信号)はA/D変換器32を介してデジタル変換� ��れた後、演算器(例えばマイクロプロセッサ ;CPU)31に取り込まれてその信号レベルが判定� �れる。この信号レベルの判定は、該信号の� �ベルが予め設定した物体検出距離に相当す� �閾値よりも大きいか否かを判定することに� �って行われる。そして、例えば信号レベル� �上記閾値を上回るときには物体による反射� �の受光量が大きく、物体がその検出距離以� �に近接していると判定する。

 尚、演算器(例えばマイクロプロセッサ;CP U)31に接続された設定器34は、手動操作される インターフェースであって、この設定器34を� ��作することで前記光電センサを用いた物体� ��出の応答速度、および計測レンジがそれぞ� ��設定される。上記物体検出の応答速度は、� ��速度に移動変位する物体を応答性良く確実� ��検出するか、物体の移動速度がさほど速く� ��い場合には、前記CPU31での処理負担を増大� �せることなく物体検出を行うかを選択する� �御パラメータであって、前述したパルス光� �発光周期Tを選択することに相当する。

 また前記計測レンジは物体検出の対象と� ��る距離範囲を設定するものであり、例えば� ��距離、中距離、近距離の3段階に設定される 。具体的には、例えば遠距離レンジは光電セ ンサの先端から100mm~300mmの距離範囲を、また� ��距離レンジは30mm~100mmの距離範囲を、そして 近距離レンジは0mm~30mmの距離範囲をそれぞれ� ��出対象として設定する。

 さて基本的には上述した如く構成される� ��電センサにおいて本発明が特徴とするとこ� ��は、前記設定器34において手動設定された� �測レンジに応じて、更には前述したパルス� �の発光周期T(応答速度)に応じて前記CPU31の下 で投光系10から照射する光の投光量を可変設� ��すると共に、前記受光系20での受光ゲイン(� ��幅ゲイン)を可変設定する点にある。例えば 図2に示す処理手順に従い、前記設定器34にお いて選択設定された計測レンジに応じて、更 には中距離レンジが設定された場合には、そ のときに設定されている応答速度に応じて前 述した投光量と受光ゲインとをそれぞれ可変 設定することを特徴としている。

 即ち、その動作制御は、先ず遠距離レン� ��が設定されているか否かを判定し〈ステッ� ��S1〉、遠距離レンジが設定されている場合� �は、前記投光系10の投光量を第1の値である[� ��]に設定すると共に、前記受光系20の受光ゲ� ��ンを第3の値である[高]に設定する〈ステッ� ��S2〉。つまり物体検出の対象領域が遠距離� �あり、光の大きな伝播減衰を伴うことから� �投光系10から当該対象領域に照射された光の 減衰を補うべく前記投光系10の投光量を多く( 投光強度を高く)設定し、また当該対象領域� �ら到来する光の前記受光系20への入光量の減 衰を補うべく前記受光系20の受光ゲインを高� ��設定する。ちなみに前記第1の値[高]は、遠� ��離レンジにおいて受光素子11での受光量を� �分に確保し得る値として設定される。また� �記第3の値[高]は、遠距離レンジにおいて物� �の有無による受光量の変化を確実に識別し� �る値として設定される。

 また遠距離レンジが設定されていない場� ��には〈ステップS1〉、次に近距離レンジが� �定されているか否かを判定する〈ステップS3 〉。そして近距離レンジが設定されている場 合には、前記投光系10の投光量を前述した第1 の値よりも低い第2の値[低]に設定すると共に 、前記受光系20の受光ゲインを前述した第3の 値よりも低い第4の値[低]に設定する〈ステッ プS4〉。即ち、物体検出の対象領域が近距離� ��ある場合には、投光系10から照射する光量� �少なくても比較的多くの光量を受光するこ� �ができるので前記投光系10の投光量を少なく (投光強度を低く)設定し、また前記受光系20� �受光ゲインを低く設定する。ちなみに前記� �2の値[低]は、近距離レンジにおいて受光素� �11が飽和することのない受光量を確保し得る 値として設定される。また前記第4の値[低]は 、近距離レンジにおいてA/D変換器32を飽和さ� ��ることなく物体の有無による受光量の変化� ��確実に識別し得る値として設定される。

 これに対して設定された計測レンジが遠� ��離レンジでなく〈ステップS1〉、また近距� �レンジでもない場合には〈ステップS3〉、こ れらの判定結果から残された中距離レンジが 設定されていると判定する。そしてこの場合 には、前述した発光周期T(応答速度)が高速に 設定されているか否かを判定する〈ステップ S5〉。そして高速応答モード(例えば20μsまた� ��50μs)が設定されている場合に、前記投光系1 0の投光量を[低]に設定すると共に前記受光系 20の受光ゲインを[高]に設定する〈ステップS6 〉。逆に通常の低速モード(100μs)が設定され� ��いる場合には、前記投光系10の投光量を[高] に設定すると共に前記受光系20の受光ゲイン� ��[低]に設定する〈ステップS7〉。

 即ち、前記受光素子11の飽和に伴う受光� �号のレベル低下は、前述したように前記受� �素子11が順方向バイアス状態となることに起 因する。これ故、パルス光を投光する周期が 長い場合にはその反射光が受光素子21に入光� ��る周期も長くなるので、仮に前記受光素子1 1が順方向バイアス状態となっても、次の受� �時には受光素子21は逆バイアス状態に復帰す る。従って前記受光素子11の順方向バイアス� ��態が問題となるのは、物体検出の周期Tが短 い20μsまたは50μsの高速応答モードの設定時� �ある。

 従って高速応答モードが設定されている� ��合には、受光系20への過大な入光を防止す� �べく前記投光系10の投光量を[低]に設定する� ��そして前記投光素子11から照射するパルス� �の投光量(光強度)を低くし、これによって受 光系20に到来する光量を低く抑えて受光素子2 1が飽和状態となることを防止する。そして� �光素子21が飽和することなく、その受光量に 応じたレベルの受光信号を出力している状態 において、その信号レベルを相対的に高めて 受光系20から出力される信号のダイナミック� ��ンジを十分に広く設定するべく前記増幅器2 3の増幅率を高く設定する。この結果、A/D変� �器32には、そのダイナミックレンジに見合う 最大振幅の受光信号が与えられることになり 、受光信号のレベルを精度良く検出してCPU31� ��与えることが可能となる。

 特にこの場合には、例えば近距離に存在� ��る物体によってその反射光の強度(受光素子 21での受光量)が高くなっても受光素子21が飽� ��することがないので、近距離において受光� ��20の出力が急激に小さくなることがない。� �って物体検出の閾値を受光信号の最大レベ� �の近傍に設定して近距離での物体検出を行� �場合であっても、その検出距離における光� �センサの誤動作を効果的に防止することが� �きると言う効果が奏せられる。

 これに対して通常の低速モード(100μs)の� �定時には前述した受光素子21の飽和に起因す る問題を殆ど生じることがない。つまり受光 素子21が順方向にバイアスされた状態に至っ� ��も、前述したパルス光の消滅、ひいては受� ��系20に到来する光の消滅に伴って前記受光� �子21が逆バイアスされた状態に復帰する。従 って次の検出タイミングにおいては受光素子 21での受光量が大きくてもその変化に応じた� ��力を得ることができる。そこでこの場合に� ��前述したように前記投光系10の投光量を[高] に設定すると共に前記受光系20の受光ゲイン� ��[低]に設定する。

 このようにして低速モード時の動作条件� ��決定すれば、検出対象領域に照射するパル� ��光の強度が高いので、その反射光をS/N良く� ��光検出することが可能となる。そして受光� ��が大きく、受光信号のレベルが高い分、増� ��器23の増幅率を低く設定するので、A/D変換� �32のダイナミックレンジに見合う最大振幅の 出力を得ることが可能となる。換言すれば受 光系20の出力によってA/D変換器32が飽和する� �とを効果的に防ぐことが可能となる。

 このように本発明に係る光電センサにお� ��ては、受光素子21が飽和し、順方向バイア� �状態となってその出力レベルが急激に小さ� �なるような状態に至ることを防ぎながら物� �検出を行うことができるので、近距離にお� �る誤動作を確実に防止することができる。� �に投光系10からの投光量を小さくし(低くし)� ��その投光量に見合うように受光系20での受� �ゲインを高くするので、簡単な制御だけで� �動作を未然に防ぐことができ、その実用的� �点が絶大である。

 尚、本発明は上述した実施形態に限定さ� ��るものではない。例えば計測レンジの区分� ��ついては、光電センサの仕様と該光電セン� ��に要求される検出特性に応じて定めれば良� ��ものである。また投光系10の発光量および� �光系20の受光ゲインについては、その仕様に 応じて設定すれば良いことは言うまでもない 。またここでは投光系10の発光量および受光� ��20の受光ゲインをそれぞれ2段階に設定した� ��、3段階以上に可変設定可能に構成すること も勿論可能である。具体的には、計測レンジ が中距離レンジの際、低距離レンジにおける 発光量および受光ゲインと遠距離レンジにお ける発光量および受光ゲインとの間の値を取 るよう設定すれば本発明の目的を達成するこ とが可能である。その他、本発明はその要旨 を逸脱しない範囲で種々変形して実施するこ とができる。