光电传感器的制作方法

本实用新型涉及一种光电传感器。

背景技术：

例如在专利文献1中公开的，传统的光电传感器包括：光发射单元，其用于以预定的周期间歇地发射脉冲检测光；以及光接收单元，其用于检测来自光发射单元的脉冲检测光，并且，传统的光电传感器根据光接收单元是否检测到检测光来检测目标物体的存在/不存在。

专利文献1：JP-A-2008-298655

技术实现要素：

在使用多个光电传感器并且将光电传感器互相靠近地布置的情况下，存在可能由来自另一光电传感器的检测光引起错误检测的问题。

已经做出本实用新型以解决上述问题，并且本实用新型的目的是提供一种光电传感器，在使用多个光电传感器并且将多个光电传感器互相靠近地布置的情况下，该光电传感器能够防止与其他光电传感器的干涉。

为解决上述问题，本实用新型提供了一种光电传感器，其包括：光发射单元，该光发射单元设置有多个光发射模式(pattern)，并且以所述多个光发射模式中的一个光发射模式发射光，所述多个光发射模式的各个光发射模式包括脉冲模式，在所述脉冲模式中，包括三个以上脉冲的脉冲组以恒定周期重复，所述多个光发射模式的各个光发射模式具有从对应脉冲组的第一脉冲的上升沿到最后脉冲的下降沿的脉冲组时间段，所述多个光发射模式的脉冲组时间段互不相同，并且所述多个光发射模式的脉冲组的恒定周期相同；以及光接收单元，该光接收单元设置有多个光接收模式，所述多个光接收模式具有与所述多个光发射模式相同的脉冲模式，并且所述光接收单元使用所述多个光接收模式中的一个光接收模式检测从所述光发射单元发射的光，其中，当边沿间隔被定义为从所述脉冲组的一个脉冲的下降沿到所述脉冲组的下一个脉冲的上升沿的间隔时，所述多个光发射模式的各个光发射模式的脉冲组时间段被设定为比脉冲组时间段比所述光发射模式的脉冲组时间段长的光发射模式的脉冲组的边沿间隔短。

利用该配置，在使用多个光电传感器并且将光电传感器互相靠近地布置的情况下，通过为各个光电传感器设定互相对应的光发射模式和光接收模式并且为各个光电传感器设定不同的光发射模式和光接收模式，能够防止光电传感器之间的干涉。此外，由于多个光发射模式和多个光接收模式的脉冲模式具有相同的脉冲组重复周期，所以即使为各个光电传感器设定了不同的光发射模式和光接收模式，光电传感器也能够被给予相同的响应速度。

在上述光电传感器中，所述多个光发射模式的脉冲组的脉冲数量相同，并且大于光发射模式的数量。

利用该配置，即使在使用光发射模式的数量相同的多个光电传感器并且将光电传感器互相靠近地布置的情况下，也能够通过为各个光电传感器设定不同的光发射模式和光接收模式来防止光电传感器之间的干涉。

在上述光电传感器中，光接收单元包括：光接收元件；比较器，该比较器基于与所述光接收元件的光接收量相对应的信号生成高电平或者低电平输出信号；以及修正单元，该修正单元修正所述比较器的所述输出信号的延迟。

利用该配置，能够通过利用修正单元的修正来调节光发射模式与光接收模式之间的偏差，这有助于提高对光发射单元发射的光的检测的精度。

在上述光电传感器中，光接收单元包括：光接收元件；光接收电路，该光接收电路被设置在开路状态或者抵消状态，在所述开路状态下，所述光接收电路生成与所述光接收元件的光接收量相对应的信号，并且在所述抵消状态下，所述光接收电路生成与所述光接收元件的光接收量无关的恒定电平的信号；以及控制单元，该控制单元根据上述多个光接收模式中的一个光接收模式而在所述光接收电路的所述开路状态与所述抵消状态之间切换。

利用该配置，通过使光接收电路在不以相对应的光发射模式发射光时的时间段中设置在抵消状态，能够抑制干扰光(例如，非对应光发射模式的光或者环境光)的影响，这使得能够更可靠地检测相对应的光发射模式的光。

根据本实用新型的光电传感器使得在使用互相靠近地布置的多个光电传感器的情况下，能够防止与其他光电传感器的干涉。

附图说明

图1是根据实施例的光电传感器的方框图。

图2是光接收电路的电路图。

图3(A)和3(B)是示出光接收电路如何操作的波形图。

图4(A)和4(B)示出三个光发射模式。

图5是示出光发射单元和光接收单元如何操作的时序图。

图6是示出光发射单元和光接收单元如何操作的另一时序图。

图7是示出光发射单元和光接收单元如何操作的又一时序图。

具体实施方式

下面将描述根据实施例的光电传感器10。如图1所示，光电传感器10，例如透射型光电传感器，配备有具有光发射元件21的光发射单元11以及具有光接收元件31的光接收单元12。光发射元件21和光接收元件31设置为互相对置。在不存在目标物X的情况下，光接收元件31接收从光发射元件21发射的光。另一方面，当被目标物X遮挡时，从光发射元件21发射的光不照在光接收元件31上。光电传感器10基于光接收元件31的光接收水平判断目标物X的存在/不存在，并且根据判断结果输出检测信号SK。

光发射单元11配备有：具有光发射元件21的光发射电路22；发射侧控制电路23；以及发射侧设定单元24。光发射元件21经由光发射电路22连接到发射侧控制电路23。发射侧控制电路23控制光发射电路22，从而使得光发射元件21间歇地发射脉冲检测光L。光发射单元11的每个元件21-24均由例如硬件结构形成。

光接收单元12配备有：具有光接收元件31的光接收电路32；检测侧控制电路33；检测侧设定单元34；以及比较器35。光接收元件31经由光接收电路32连接到检测侧控制电路33。光接收电路32向比较器35输出与光接收元件31的光接收量相对应的输出信号SR。比较器35将输出信号SR与规定的阈值信号相比较，并且根据比较结果向检测侧控制电路33输出高电平或低电平输出信号SD(数字信号)。检测侧控制电路33基于比较器35的输出信号SD判断目标物X的存在/不存在。检测侧控制电路33输出表示判断结果的检测信号SK。光接收单元12的每个元件31-34均由例如硬件结构形成。

检测侧控制电路33利用输出到光接收电路32的控制信号SC来控制光接收电路32的操作方式。

如图2所示，被提供有高电压VA(例如5V)的电源线连接至光接收元件31的阴极。光接收元件31的阳极连接到作为光接收电路32的输入端的输入节点N1。

光接收电路32配备有电阻R1、信号生成电路41、以及反馈电路43。输入节点N1连接到电阻R1的第一端，并且电阻R1的第二端连接到配备有基准电压的基准线。从而，光接收元件31的阳极经由电阻R1连接到基准线。基准电压例如是0V；在实施例中，基准线是接地线GND。将基于基准线是接地线GND的假设作出下面的描述。

作为光接收元件31与电阻R1的连接点的输入节点N1连接到信号生成电路41。信号生成电路41配备有运算放大器42、电阻R2、以及电容器C1和C2。电容器C1的第一端连接到输入节点N1，并且电容器C1的第二端连接到运算放大器42的反相输入端。将参考电压VR供应到运算放大器42的非反相输入端。在运算放大器42的输出端与反相输入端之间连接了电阻R2与电容器C2的并联电路。

运算放大器42的输出端连接到反馈电路43。反馈电路43包括开关电路SW1和电容器C3。开关电路SW1的第一端连接到运算放大器42的输出端，开关电路SW1的第二端连接到电容器C3的第一端，并且电容器C3的第二端连接到输入节点N1。开关电路SW1例如是使用MOSFET的模拟开关。利用从检测侧控制电路33输出的控制信号SC接通/断开开关电路SW1。

包括在信号生成电路41中的运算放大器42的反相输入端经由电容器C1连接到输入节点N1，并且输入节点N1连接到光接收元件31的阳极。从而，输入节点N1处的信号电平根据入射到光接收元件31上的光的量而变化。输入节点N1经由作为交流耦合元件的电容器C1连接到运算放大器42的反相输入端。从而，利用电容器C1消除了在输入节点N1处出现的信号的直流分量，并且仅将其交流分量供应到运算放大器42。

运算放大器42的输出端经由电阻R2与电容器C2的并联电路连接到其反相输入端。从而，包括运算放大器42、电阻R2、以及电容器C2的信号生成电路41输出与输入信号反相的输出信号SR。在实施例中，运算放大器42的放大系数设定为“1”。

反馈电路43包括开关电路SW1和电容器C3。当断开开关电路SW1时，反馈电路43不将信号生成电路41的输出信号SR反馈到输入节点N1。由于电容器C1消除了输入节点N1处出现的信号的直流分量，所以信号生成电路41输出与输入节点N1处出现的信号的交流分量相对应的输出信号SR。

当利用控制信号SC接通开关电路SW1时，信号生成电路41的输出信号SR经由反馈电路43反馈到输入节点N1。电容器C3消除输出信号SR的直流分量并且使其交流分量通过。

如上所述，信号生成电路41的输出信号SR的交流分量反馈到输入节点N1。并且输出信号SR与从输入节点N1经由电容器C1供应到信号生成电路41的信号反相。从而，反相反馈信号供应到输入节点N1，并且抵消了在输入节点N1处出现的信号的交流分量。

在输入节点N1处出现的信号的电平由于诸如照在光接收元件31上的干扰光或者进入了从光接收元件31导向输入节点N1的信号线中的电磁波这样的噪声而变化。利用电容器C1消除这样的变化的直流分量。即，电容器C1抑制了这样的噪声的直流分量的影响。

信号生成电路41生成与输入信号反相的输出信号SR。并且输出信号SR的交流分量通过反馈电路43反馈到输入节点N1。利用输出信号SR的相应的反馈分量抵消在输入节点N1处出现的这样的噪声的交流分量。以该方式，将输出信号SR的信号电平稳定化。

图3(A)示出在反馈电路43的开关电路SW1断开的状态下光在光接收元件31上的入射以及得到的输出信号SR的变化。当脉冲光照在如图2所示的光接受元件31上时，在输入节点N1处的信号电平根据在光接收元件31上的入射光而变化。并且生成输出信号SR，以反映输入节点N1处的信号电平。以该方式，当切断反馈电路43的开关电路SW1时，光接收电路32被设置在开路状态，在该开路状态下，其输出电平与光接收元件31的光接收量相对应的输出信号SR。注意，为了方便描述，图3(A)是以忽略输出信号SR的极性的方式绘制的。

图3(B)示出在反馈电路43的开关电路SW1接通的状态下光在光接收元件31上的入射以及得到的输出信号SR的变化。当脉冲光照在如图2所示的光接受元件31上时，在输入节点N1处的信号电平根据在光接收元件31上的入射光而变化。然而，由于输出信号SR的交流分量通过反馈电路43反馈到输入节点N1，并且抵消了在输入节点N1处出现的信号的交流分量，所以使输出信号SR稳定化。以该方式，通过接通开关电路SW1，光接收电路32被设置在抵消状态，在该状态下，其输出稳定化的输出信号SR，即，不受光接收元件31的光接收量影响。

接着，将描述光发射单元11的光发射模式。如图1所示，发射侧控制电路23的存储器23a预先储存有多个光发射模式。实施例中采用的光发射单元11具有三个光发射模式，即，第一光发射模式A1、第二光发射模式A2以及第三光发射模式A3。用户能够通过操纵发射侧设定单元24来选择第一至第三光发射模式A1、A2和A3中的一者。发射侧控制电路23控制光发射电路22，使得光发射元件21以通过在发射侧设定单元24上作出的操纵所选择的光发射模式发射检测光L。

如图4(A)所示，各个光发射模式A1-A3均具有脉冲模式，在脉冲模式中，由具有恒定的边沿间隔(边沿间隔指的是一个脉冲的下降沿与下一个脉冲的上升沿之间的间隔)的五个脉冲P组成的脉冲组以恒定周期T重复出现。光发射模式A1-A3具有相同的周期T，并且光发射模式A1-A3的所有脉冲P均具有相同的脉冲宽度。

在下面的描述中，将第一光发射模式A1、第二光发射模式A2和第三光发射模式A3的脉冲组分别称为第一脉冲组Pg1、第二脉冲组Pg2和第三脉冲组Pg3。图4(A)示出光发射模式A1-A3的一个周期部分，并且图4(B)示出光发射模式A1-A3的一个周期部分的一部分。

如图4(B)所示，光发射模式A1-A3的第一至第三脉冲组Pg1-Pg3的脉冲P的边沿间隔E1-E3互不相同。更具体地，在第一至第三脉冲组Pg1-Pg3的边沿间隔E1-E3之中，边沿间隔E1最短，边沿间隔E2具有中等长度，并且边沿间隔E3最长。

第三脉冲组Pg3的边沿间隔E3被设定为比第二脉冲组Pg2的从第一脉冲P的上升沿到最后脉冲P的下降沿的时间段(脉冲组时间段T2)长。并且第二脉冲组Pg2的边沿间隔E2被设定为比第一脉冲组Pg1的从第一脉冲P的上升沿到最后脉冲P的下降沿的时间段(脉冲组时间段T1)长。即，光发射模式A2和A3的边沿间隔被设定为分别比从光发射模式A1和A2的第一脉冲P的上升沿到最后脉冲P的下降沿的时间段长。

接着，将描述光接收单元12的光接收模式。如图1所示，检测侧控制电路33的存储器33a预先储存有多个分别与第一至第三光发射模式A1-A3相对应的光接收模式(第一至第三光接收模式B1-B3)。第一至第三光接收模式B1-B3分别具有与第一至第三光发射模式A1-A3相同的脉冲模式。

在实施例中，根据第一至第三光接收模式B1-B3中的一者，接通/断开光接收电路32的开关电路SW1。通过操纵检测侧设定单元34，使用者能够选择第一至第三光接收模式B1-B3中的一者。检测侧控制电路33输出控制信号SC，使得开关电路SW1以通过在检测侧设定单元34上作出的操纵所选择的光接收模式操作。

接着，将描述根据实施例的光电传感器10的操作模式。光发射单元11的光发射模式和光接收单元12的光接收模式分别具有相同的脉冲模式。在光发射单元11中，光发射元件21以设定的光发射模式发射检测光L。

如图5所示，当在光发射元件21与光接收元件31之间的检测空间中存在目标物X时，从光发射元件21发射的检测光L不被光接收元件31检测到。检测侧控制电路33以第一操作模式M1操作，在该第一操作模式中，光接收电路32总是保持在开路状态下(即，开关电路SW1总是保持断开)。

在第一操作模式M1下，当光接收元件31接受检测光L并且比较器35向检测侧控制电路33输出高电平输出信号SD时，检测侧控制电路33使得光接收电路32转换为第二操作模式M2。在第二操作模式M2中，开关电路SW1以设定的光接收模式接通/断开。

更具体地，当在目标物X移动到检测空间的外部之后，光接收元件31检测到从光发射单元11发射的并且具有与光接收模式相同的脉冲模式的检测光L的光脉冲组Pg的第一光脉冲P时，光接收电路32进行到第二操作模式M2的转换。结果，光接收电路32的开关电路SW1断开(即，光接收电路32被设置在开路状态)，并且在检测光L的第二至第五光脉冲P的持续时间内，比较器35的输出信号SD被给予高电平。

另一方面，在不发射光脉冲P的时间段(即，光脉冲P之间的间隔)中，开关电路SW1接通，即，光接收电路32被设置在抵消状态。在该状态下，比较器35的输出信号SD被给予低电平，而与光接收元件31的光接收量无关。

如果光接收电路32在不发射光脉冲P的时间段中被设置在开路状态，则在同时间段内照在光接收元件31上的干扰光(即，具有非对应光发射模式的检测光L或环境光)可能对输出信号SR造成不良影响(过冲或下冲)，并且使得不能检测到此后的光脉冲P。

鉴于以上所述，在不发射光脉冲P的时间段内，光接收电路32被设置在抵消状态，从而比较器35的输出信号SD被给予低电平，而与光接收元件31的光接收量无关。结果，能够几乎完全消除干扰光的影响，这使得能够更可靠地检测具有与光接收模式相对应的光发射模式的检测光L。

当接收与一个光脉冲组Pg的光脉冲P相对应的输出信号SD多个(在实施例中为三个)连续的高电平脉冲时，检测侧控制电路33识别所涉及的周期T中的检测光L的入射。在图5的实例中，当接收与一个光脉冲组Pg的第一至第三光脉冲P相对应的输出信号SD的高电平脉冲时，检测侧控制电路33识别检测光L的入射。

在识别到检测光L的入射时，检测侧控制电路33判断在检测空间中不存在目标物X，并且输出该状态的检测信号SK。例如，如果在多个连续周期T中识别到检测光L的入射，则检测侧控制电路33判断在检测空间中不存在目标物X。

如果检测光L随后被进入检测空间内的目标物X遮挡，则检测光L不再被光接收元件31检测到。此时，如果检测侧控制电路33在一个周期中接收到输出信号SD的高电平脉冲的次数小于规定数量(例如三次)，则识别出检测光L的中断。

在识别到检测光L中断时，检测侧控制电路33判断在检测空间中存在目标物X，并且输出该状态的检测信号SK。例如，如果在多个连续周期T中识别到检测光L的中断，则检测侧控制电路33判断在检测空间中存在目标物X。当判断在检测空间中存在目标物X时，检测侧控制电路33使得光接收电路32转换到第一操作模式M1。

图6示出在发射光脉冲组Pg的时间段中目标物X移动到检测空间外部的示例情况。在图6的实例中，在光脉冲组Pg的第二光脉冲P与第三光脉冲P之间的间隔中，目标物X移动到检测空间的外部。在该情况下，当光接收元件31接收到光脉冲组Pg的第三光脉冲P时，光接收电路32转换到第二操作模式M2。在转换到第二操作模式M2之后的第一周期中，当接收到与第三至第五光脉冲P相对应的输出信号SD的高电平脉冲时，检测侧控制电路33识别检测光L的入射。

在该情况下，由于在该周期中仅产生了三次输出信号SD的高电平脉冲，所以在该周期中在开关电路SW1的第四和第五断开时间段中产生低电平输出信号SD。作为回应，检测侧控制电路33通过缩短光接收模式到下一周期的开始(即，断开开关电路SW1)的时间段T3，来执行使光接收模式的周期与发光模式的周期一致的校正。该措施增加了光接收单元12中的检测光L的检测的精度。

接着，将描述光发射模式和光接收模式之间的偏差的校正。如图7所示，比较器35将与光接收元件31的光接收量相对应的光接收电路32的输出信号SR的脉冲与规定的阈值信号(阈值D)相比较，并且根据比较结果输出输出信号SD的高电平或低电平脉冲。从而，输出信号SD的脉冲的上升沿从检测光L的光脉冲的上升沿延迟了一段时间，该一段时间为使得光接收电路32的输出信号SR的脉冲到达阈值D所用的时间。

检测侧控制电路33计算输出信号SD的脉冲的上升沿的延迟时间。检测侧控制电路33基于输出信号SD的两个连续脉冲的上升沿的延迟时间T4和T5来修正光接收模式的偏差。代替地，检测侧控制电路33计算输出信号SD的两个连续脉冲的上升沿之间的间隔T6，并且基于间隔T6修正光接收模式的偏差。该措施有助于提高光接收单元12中的检测光L的检测的精度。

下面将描述实施例的有益特征：

(1)第一光发射模式A1的脉冲组时间段T1被设定为比第二脉冲组Pg2的边沿间隔E2短。这使得能够防止第一脉冲组Pg1与第二脉冲组Pg2的脉冲P之间的干涉。第二光发射模式A2的脉冲组时间段T2被设定为比第三脉冲组Pg3的边沿间隔E3短。这使得能够防止第二脉冲组Pg2与第三脉冲组Pg3的脉冲P之间的干涉。以该方式，防止了检测侧控制电路33由于非对应光发射模式的检测光L的错误检测而识别光的入射。

因此，在使用多个光电传感器10并且将光电传感器10互相靠近地布置的情况下，能够通过为各个光电传感器10设定互相对应的光发射模式和光接收模式并且为各个光电传感器10设定不同组的光发射模式和光接收模式的，能够防止光电传感器之间的干涉。

此外，由于光发射模式A1-A3和光接收模式B1-B3的脉冲模式具有相同的脉冲组重复周期T，所以即使为各个光电传感器10设定了不同组的光发射模式和光接收模式的脉冲模式，光电传感器10也能够被给予相同的响应速度。

(2)脉冲组Pg1-Pg3的脉冲P的数量相同(实施例中为五个)，并且比光发射模式的数量多(在实施例中为三个(第一至第三光发射模式A1-A3))。利用该配置，即使在使用与光发射模式的数量相同的多个光电传感器10并且光电传感器10互相靠近地布置的情况下，也能够通过为各个光电传感器10设定不同组的光发射模式和光接收模式来防止光电传感器之间的干涉。

(3)光接收电路32操作为在设定的光接收模式中交替地转换到开路状态和抵消状态。在抵消状态下，光接收电路32生成与光接收元件31的光接收量无关的电平稳定的输出信号SR。这使得能够防止光接收电路32的输出信号SR由于干扰光(例如，非对应光发射模式的检测光L或者环境光)而不稳定，从而能够使发生错误检测的可能性更低。

(4)检测侧控制电路33在第一操作模式M1(光入射待机模式)中响应于表示光的入射的判断(即，高电平输出信号SD)而以设定的光接收模式开始光检测。从而，光发射单元11与光接收单元12的互相对应的光发射模式与光接收模式能够互相同步。此外，由于不需要使用连接光发射单元11与光接收单元12的同步线来将表示光发射时机的信号从光发射单元11发送到光接收单元12，所以光电传感器10省去了这种同步线的布线的麻烦的工作。这样，光电传感器10特别适合用于在光发射单元11和光接收单元12之间需要设置宽间隙的用途。

(5)检测侧控制电路33基于比较器35的输出信号SD判断目标物X的存在/不存在，这有助于提高响应速度。

能够以如下方式修改实施例：

·光接收电路32的电路配置不限于实施例中采用的配置，并且能够适当修改。例如，虽然在实施例中光接收电路32的开关电路SW1根据设定的光接收模式而接通/断开，但是可以适当修改光接收电路32的配置，只要能够在设定的光接收模式中检测到入射光即可。

·虽然在实施例中第一至第三脉冲组Pg1-Pg3各自的脉冲P的数量是五个，但是本实用新型不限于该情况。第一至第三脉冲组Pg1-Pg3各自的脉冲P的数量大于等于三即可。

·虽然在实施例中各个光发射模式A1-A3的脉冲组的脉冲P之间的间隔是恒定的，但是本实用新型不限于该情况；间隔也可以互相不同。

·虽然在实施例中光发射单元11设置有三个光发射模式并且光接收单元12设置有三个光接收模式，但是光发射模式和光接收模式的数量也可以是两个或者大于等于四个。

·虽然实施例采用了比较器35，但是可以利用A/D转换器代替比较器。

·虽然实施例涉及透射型光电传感器10，但是本实用新型还能够应用于反射型光电传感器。

·此外，实施例和上述各个修改例可以适当地互相结合。