JP2002237746A

JP2002237746A - 反射型光電スイッチ

Info

Publication number: JP2002237746A
Application number: JP2001034173A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ueda; 建治上田; Takashi Otsuka; 隆史大塚; Naotaka Shin; 直隆新; Ryuichiro Takaichi; 隆一郎高市
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2002-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: JP3959970B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１個の光電スイッチで確実に光電スイッチの
故障を検出することができるフェイルセーフに優れた反
射型光電スイッチを提供する。【解決手段】基準パルス発生回路２、パルス電流回路
３、投光用の発光ダイオード（ＬＥＤ）４、受光用のフ
ォトダイオード（ＰＤ）５、電流／電圧変換回路６、同
期増幅回路７、コンパレータ８、直流電圧変換回路９を
備え、発光ダイオード（ＬＥＤ）４から投光し、検出体
１０で反射された反射光ＬRをフォトダイオード（Ｐ
Ｄ）５で受光して電流／電圧変換、同期増幅した受光信
号ＶSをコンパレータ８でデューティ比の大きなパルス
信号ＶOとする。パルス信号ＶOに整流・平滑を施して直
流電圧Ｖａを発生し、直流電圧Ｖａを直流電源電圧ＶC
に重畳（加算）して直流電源電圧ＶCよりも直流電圧Ｖ
ａだけ大きな検出出力ＶD1が得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は検出体からの反射
光を受光してオンモード動作をする反射型光電スイッチ
に係り、特に光電スイッチ自身の故障や事故に対してフ
ェイルセーフ機能を有する反射型光電スイッチに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射型光電スイッチにおいて、発
光ダイオード（ＬＥＤ）から光信号（ＬS）を投光し、
検出体で反射された反射光（ＬR）をフォトダイオード
（ＰＤ）で受光して光電変換を施した後、電流／電圧変
換して受光電圧信号とし、受光電圧信号が基準レベルを
超えた場合には、受光電圧信号に波形整形を施してパル
ス信号に変換し、パルス信号をカウントしてカウント値
が所定値以上の時には、スイッチのオンモードとして検
出し、この検出出力に基づいて負荷（機械、装置等）を
駆動制御するものが知られている。

【０００３】図９に従来の反射型光電スイッチの一例を
示す。図９において、従来の反射型光電スイッチ５０
は、基準パルス発生回路５１、パルス電流回路５２、発
光ダイオード（ＬＥＤ）５３、フォトダイオード（Ｐ
Ｄ）５４、電圧変換回路５５、同期増幅回路５６、コン
パレータ５７、カウンタ５８、出力回路５９を備え、検
出体６２が発光ダイオード（ＬＥＤ）５３から投光され
た光信号（ＬS）を反射し、反射光（ＬR）がフォトダイ
オード（ＰＤ）５４で受光される。

【０００４】フォトダイオード（ＰＤ）５４で受光され
た反射光（ＬR）は光電変換され、フォト電流が流れ
る。フォト電流は電圧変換回路５５で電圧信号に変換さ
れ、電圧信号が同期増幅回路５６で基準パルスに同期し
て増幅される。コンパレータ５７は、増幅された電圧信
号を基準レベルと比較し、電圧信号が基準レベルを超え
る場合には、電圧信号に波形整形を施してパルス信号を
発生する。

【０００５】コンパレータ５７から発生されたパルス信
号は、カウンタ５８でカウントされ、カウント値が所定
値を超えた場合には、光電スイッチがオンモードである
と判定され、出力回路５９をオンにして電源６１が負荷
（機械、装置等）６０に印加され、電源６１によって負
荷６０が駆動される。

【０００６】一方、検出体６２から反射光（ＬR）が受
光されない場合には、コンパレータ５７からパルス信号
が発生されず、光電スイッチがオフモードであると判定
され、出力回路５９がオフとなって電源６１が負荷（機
械、装置等）６０から遮断され、負荷６０の動作が停止
される。

【０００７】このように、一般的な従来の反射型光電ス
イッチ５０は、フォトダイオード（ＰＤ）５４で検出体
６２の有無により反射光（ＬR）を受光したりまたは受
光しなかったりして出力回路５９をオンまたはオフ制御
することにより、負荷（機械、装置等）６０の動作また
は停止の制御がなされる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来の反射型光電スイ
ッチ５０は、反射光（ＬR）を受光し、電圧変換、同期
増幅した電圧信号を基準レベルと比較してパルス信号を
発生し、パルス信号のカウント値が所定値を超えるか否
かでオンモードまたはオフモードの最終的な検出出力と
しているため、コンパレータ５７、カウンタ５８または
出力回路５９に故障や事故が発生した場合には、検出出
力がオン／オフのいずれのモードにもなる虞があり、フ
ェイルセーフの観点から満足されない課題がある。

【０００９】このようなフェイルセーフに対応するた
め、独立した２個の反射型光電スイッチを採用してい
る。これは２個の反射型光電スイッチが同時に故障する
確率は極めて低いという考えに基づく。そして２個の反
射型光電スイッチの出力が一致する場合（例えば、Ｈレ
ベルまたはＬレベル）に最終的なセンサ出力と判定して
いる。

【００１０】図１０に従来のフェイルセーフ型の反射型
光電スイッチの一例を示す。２個の独立した光電スイッ
チ６６，６７を並列に配置し、光電スイッチ６６の出力
ＶS1と光電スイッチ６７の出力ＶS2を一致回路６８で判
定し、出力ＶS1と出力ＶS2が一致する時には、正常と判
断して反射型光電スイッチ６５の検出出力ＨOを出力す
る。

【００１１】一方、出力ＶS1と出力ＶS2が不一致の場合
時には、光電スイッチ６６，６７のいずれか一方に故障
が発生したと判断して反射型光電スイッチ６５の検出出
力ＨOを採用しない。

【００１２】図１０に示すような従来のフェイルセーフ
型の反射型光電スイッチには、下記の問題点がある。：反射型光電スイッチを２個取り付けるスペースが必
要となる。：２個の反射型光電スイッチを接近して取り付ける
時、相互干渉を避けるために光電スイッチ間を同期線で
接続し、２つの光電スイッチの光信号（ＬS）の投光タ
イミングをずらす等の処置が必要となる。：光電スイッチの狙っている検出ポイントや検出角度
の違いによって、２個の光電スイッチを同時にオンモー
ドにさせたり、オフモードにさせることが難しく、動作
点の調整に時間を要する。

【００１３】このように、２個の反射型光電スイッチを
用いるフェイルセーフには、センサの形状が大きくなる
課題、２個のセンサの配置や動作点の調整が難しい課
題、およびセンサのコストアップを招く課題がある。

【００１４】この発明はこのような課題を解決するため
になされたもので、その目的は１個の光電スイッチで確
実に光電スイッチの故障を検出することができるフェイ
ルセーフに優れた反射型光電スイッチを提供することに
ある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る反射型光電スイッチは、基準パルスを発
生する基準パルス発生回路と、基準パルスに基づいてパ
ルス状電流を発光ダイオード（ＬＥＤ）に供給するパル
ス電流回路と、パルス状電流で発光し、光信号（ＬS）
を投光する発光ダイオード（ＬＥＤ）と、反射光（Ｌ
R）を受光するフォトダイオード（ＰＤ）と、フォトダ
イオード（ＰＤ）が光電変換した電流を受光電圧信号に
変換する電流／電圧変換回路と、電流／電圧変換回路か
ら供給される受光電圧信号を基準パルスに同期して増幅
する同期増幅回路と、同期増幅回路から出力される信号
レベルが基準レベルを超えた時、パルス信号を出力する
コンパレータと、を備えた反射型光電スイッチであっ
て、コンパレータから出力されるパルス信号を直流電圧
に変換する直流電圧変換手段を備え、直流電圧変換手段
が変換した直流電圧を直流電源のプラス側またはマイナ
ス側に重畳し、直流電源電圧よりも高い電位、または直
流電源の接地電圧（０ボルト）よりも低い電位を検出出
力としたことを特徴とする。

【００１６】この発明に係る反射型光電スイッチは、検
出体からの反射光を受光してパルス信号として検出し、
パルス信号を直流電圧に変換して直流電源のプラス側ま
たはマイナス側に重畳することにより、直流電源電圧よ
りも高い電位、または直流電源の接地電圧（０ボルト）
よりも低い電位でスイッチ出力を検出することができる
ので、スイッチに故障が発生しても検出出力をオフモー
ドで検出することができる。これにより、検出出力のオ
ンモードで機械や装置等を動作中であっても、スイッチ
に故障が発生すると検出出力がオフモードになり、自動
的に機械や装置等を停止させることができ、信頼性に優
れたフェイルセーフを実現することができる。

【００１７】また、この発明に係るコンパレータは、同
期増幅回路から出力される信号レベルが基準レベルを超
えると波形整形する比較回路と、比較回路から供給され
るパルス信号の立上がりをトリガにして繰返しの単一パ
ルスを発生する単一パルス発生回路とを備えたことを特
徴とする。

【００１８】この発明に係るコンパレータは、信号レベ
ルが基準レベルを超えると波形整形してパルス信号を発
生し、おのおののパルス信号の立上がりをトリガにして
デューティ比の大きな繰返しの単一パルスからなるパル
ス列のパルス信号を出力するので、パルス信号を直流電
圧に変換して大きな検出出力を得ることができる。

【００１９】さらに、この発明に係る直流電圧変換手段
は、コンデンサ結合の整流・平滑手段を備えたことを特
徴とする。

【００２０】また、この発明に係る直流電圧変換手段
は、トランス結合の整流・平滑手段を備えたことを特徴
とする。

【００２１】この発明に係る直流電圧変換手段は、コン
デンサ結合の整流・平滑回路またはトランス結合の整流
・平滑回路を備えたので、オンモードの検出出力を直流
電源電圧よりも高い電位、または直流電源の接地電圧
（０ボルト）よりも低い電位で検出することができ、接
地電圧と直流電源電圧の範囲となるオフモードの検出出
力や故障時の検出出力から明確に区別することが可能と
なる。これにより、故障時の検出出力をオフモードと同
じ状態で検出できるので、信頼性に優れたフェイルセー
フを実現することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】反射型光電スイッチのフェイルセ
ーフ機能は、下記の反射型光電スイッチの故障に対して
検出出力をオフモードにし、自動的に図示しない機械や
装置等の動作を停止させることが要求される。：検出体の脱落、光電スイッチの取り付けゆるみ（検
出体が光電センサから離れる、検出角度が変化する等）：発光ダイオード（ＬＥＤ）投光面またはフォトダイ
オード（ＰＤ）受光面の汚れ（投光量、受光量の低下）：投光回路、受光回路の故障：電源線、出力線の断線、短絡、漏電：電源線、出力線の地絡、漏電

【００２３】〜の故障や事故により、従来の反射型
光電スイッチの検出出力は、直流電源電圧のマイナス側
電位（０Ｖ）〜プラス側電位までの全てが含まれ、オン
モードの検出出力がこれらの電圧範囲にある場合には、
スイッチの故障との判別が不可能であり、本発明の基本
思想は、オンモードの検出出力を直流電源電圧のマイナ
ス側電位（０Ｖ）〜プラス側電位までの範囲外で検出す
るように構成したことである。

【００２４】以下、この発明の実施の形態を添付図面に
基づいて説明する。図１はこの発明に係る反射型光電ス
イッチの一実施の形態要部ブロック構成図である。図１
において、反射型光電スイッチ１は、基準パルス発生回
路２、パルス電流回路３、投光用の発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）４、受光用のフォトダイオード（ＰＤ）５、電流
／電圧変換回路６、同期増幅回路７、コンパレータ８、
直流電圧変換手段９を備える。

【００２５】基準パルス発生回路２は、パルス発振回
路、基準クロックを分周する分周回路等で構成し、デュ
ーティ比１／１０程度のパルスを発生し、パルス信号Ｐ
Kをパルス電流回路３に供給する。また、基準パルス発
生回路２は、パルス信号ＰKに同期したパルス信号ＰSを
同期増幅手段７に供給する。

【００２６】パルス電流回路３は、基準パルス発生回路
２から供給されるパルス信号ＰKに対応したパルス電流
ＩPを発光ダイオード（ＬＥＤ）４に供給する。

【００２７】発光ダイオード（ＬＥＤ）４は、パルス電
流回路３から供給されるパルス電流ＩPで駆動され、パ
ルス電流ＩPのデューティ比、周期で発光を繰返し、光
信号ＬSを投光する。なお、一般に光電スイッチの検出
距離を大きくするために、発光ダイオード（ＬＥＤ）４
に大きな電流を流す必要があり、パルス電流ＩP（パル
ス信号ＰKも同じ）のデューティ比は１／１０以下に設
定する。また、基準パルス発生回路２、パルス電流回路
３および発光ダイオード（ＬＥＤ）４は、反射型光電ス
イッチ１の投光部を構成する。

【００２８】フォトダイオード（ＰＤ）５は、発光ダイ
オード（ＬＥＤ）４から投光された光信号（ＬS）が検
出体１０で反射した反射光（ＬR）を受光すると、受光
した反射光（ＬR）に光電変換を施し、光電流ＩLを発生
し、電流／電圧変換回路６に供給する。

【００２９】電流／電圧変換回路６は、フォトダイオー
ド（ＰＤ）５が光電変換した光電流ＩLをアナログ量の
受光電圧信号ＶTに変換し、受光電圧信号ＶTを同期増幅
回路７に供給する。

【００３０】同期増幅回路７は、アナログの電圧増幅器
で構成し、電流／電圧変換回路６から供給される受光電
圧信号ＶTを基準パルス発生回路２から供給されるパル
ス信号ＰKに同期したパルス信号ＰSに応じて所定のパル
ス幅の期間だけ増幅し、増幅した受光信号ＶSをコンパ
レータ８に供給する。

【００３１】コンパレータ８は、比較回路、単一パルス
発生回路で構成し、同期増幅回路７から供給される受光
信号ＶSと予め設定した基準レベルを比較し、受光信号
ＶSが基準レベルを超えた場合には、受光信号ＶSをパル
ス信号に波形整形する。続いて波形整形したパルス信号
の立上がりをトリガにしてデューティ比の大きな繰返し
の単一パルス（ワンショットパルス）からなるパルス列
のパルス信号ＶOを発生し、パルス信号ＶOを直流電圧変
換手段９に供給する。

【００３２】図３はこの発明に係るコンパレータの一実
施の形態ブロック構成図である。（ａ）図にブロック構
成図、（ｂ）図に波形図を示す。（ａ）図においてコン
パレータ８は、比較回路１３、単一パルス発生回路（モ
ノマルチバイブレータ）１４を備える。比較回路１３
は、演算増幅器等で構成し、受光信号ＶSと予め定電圧
素子ＺＤで生成した基準レベルＶKを比較し、受光信号
ＶSが基準レベルＶKを超える（ＶS＞ＶK）場合には、受
光信号ＶSを波形整形したパルス状のパルス信号ＶHを発
生し、パルス信号ＶHを単一パルス発生回路１４に供給
する。

【００３３】パルス信号ＶHは、（ｂ）図に示すよう
に、波高値が直流電源電圧ＶC、パルス幅Ｔ1、周期Ｔの
パルスであり、デューティ比Ｔ1／Ｔは基準パルス発生
回路２のパルス信号ＰKとほぼ等しい１／１０程度とな
る。パルス信号ＶHは、デューティ比が１／１０程度と
小さいため、パルス信号ＶHを整流・平滑して直流電圧
に変換しても小さな値にしかなり得ず、反射型光電スイ
ッチ１の検出出力として充分ではない。

【００３４】単一パルス発生回路１４は、リトリガブル
のワンショットマルチバイブレータで構成し、比較回路
１３から供給されるパルス信号ＶHの立上がりをトリガ
にしてパルス幅Ｔ2（Ｔ2＞Ｔ1）の単一パルスを発生す
る。単一パルスはパルス信号ＶHが立ち上がる度に発生
するので、（ｂ）図に示すパルス信号ＶHに対応したパ
ルス列のパルス信号ＶOを発生し、パルス信号ＶOを直流
電圧変換手段９に供給する。

【００３５】なお、パルス信号ＶOのパルス幅Ｔ2は、整
流・平滑の直流変換効率を考慮してデューティ比１／２
（Ｔ2＝Ｔ／２）近傍に設定するのが望ましい。

【００３６】このように、この発明に係るコンパレータ
８は、信号レベルＶSが基準レベルＶKを超える（ＶS＞
ＶK）と波形整形してパルス信号ＶHを発生し、おのおの
のパルス信号ＶHの立上がりをトリガにしてデューティ
比の大きな繰返しの単一パルスからなるパルス列のパル
ス信号ＶOを出力するので、パルス信号ＶOを直流電圧に
変換して大きな検出出力を得ることができる。

【００３７】直流電圧変換手段９は、コンデンサ結合の
整流・平滑回路またはトランス結合の整流・平滑回路で
構成し、コンパレータ８から供給されるパルス信号ＶO
に整流・平滑を施してＡＣ／ＤＣ変換を行い、直流電圧
ΔＶａを発生する。なお、直流電圧ΔＶａのマイナス側
を直流電源電圧ＶCに接続することにより、直流電圧Δ
Ｖａのプラス側となる直流電圧ＶD1には、直流電源電圧
ＶCに直流電圧ΔＶａを重畳（加算）した電圧値（ＶD1
＝ＶC＋ΔＶａ）が得られる。

【００３８】検出体１０からの反射光ＬRをフォトダイ
オード（ＰＤ）５が受光してコンパレータ８からパルス
信号ＶOが出力される状態を光電スイッチのオンモード
とすると、オンモードの検出出力ＶD1は、直流電源電圧
ＶCよりも直流電圧ΔＶａだけ高い値で検出することが
できる。

【００３９】一方、検出体１０からの反射光ＬRをフォ
トダイオード（ＰＤ）５が受光しない状態を光電スイッ
チのオフモードとすると、オフモードのセンサ出力ＶD1
は、コンパレータ８から交流信号ＶOが供給されない
（ＶO＝０）ため、直流電圧変換手段９の直流電圧ΔＶ
ａが０Ｖとなって直流電源電ＶCと同じ電圧値（ＶD1＝
ＶC）となる。

【００４０】図４は図１に示す直流電圧変換手段の一実
施の形態回路図である。図４において、直流電圧変換手
段９は、コンデンサ結合の整流・平滑回路で構成する。
直流阻止用コンデンサＣ1は、図１に示すコンパレータ
８の出力から直流を阻止してパルス信号ＶOを取り出
す。整流回路を形成するダイオードＤ1，Ｄ2は、パルス
信号ＶOをリップル成分が含まれた直流に整流し、平滑
用電解コンデンサＣ2でリップル成分を平滑して直流電
圧ΔＶａに変換する。なお、抵抗器Ｒは、コンデンサＣ
2とともに直流電圧ΔＶａの充放電の時定数を決定す
る。

【００４１】直流電圧変換手段９は、電解コンデンサＣ
2の両端に直流電圧ΔＶａを発生するので、電解コンデ
ンサＣ2のマイナス端子側を直流電源のプラス端子ＶC側
に接続することにより、電解コンデンサＣ2のプラス端
子側には、直流電源電圧ＶCに直流電圧ΔＶａを重畳
（加算）した直流電圧ＶD1（＝ＶC＋ΔＶａ）が得られ
る。

【００４２】直流電圧ΔＶａは、検出体１０が反射する
反射光ＬRをフォトダイオード（ＰＤ）５が受光するこ
とによって発生する光電スイッチのオンモード出力の直
流電圧増加分なので、光電スイッチのオンモード出力
（直流電圧ＶD1）は、直流電源電圧ＶCよりも高い直流
電圧で検出することができる。

【００４３】図６は図１に示す直流電圧変換手段の別実
施の形態回路図である。図６において、直流電圧変換手
段１５は、コンデンサ結合の整流・平滑回路で構成す
る。直流阻止用コンデンサＣ1A，Ｃ1Bを用いた点および
整流回路をダイオードブリッジＤＢで構成した点が直流
電圧変換手段９と異なる。

【００４４】整流回路をダイオードブリッジＤＢで構成
したので、電解コンデンサＣ2の両端に発生する直流電
圧ΔＶｃが図４に示す直流電圧ΔＶａよりも高くなる。

【００４５】図７は図１に示す直流電圧変換手段の別実
施の形態回路図である。図７において、直流電圧変換手
段１６は、トランス結合の整流・平滑回路で構成する。
パルストランスＴは、図１に示すコンパレータ８から出
力されるパルス信号ＶOを１次側コイルから２次側コイ
ルに絶縁して伝達する。整流ダイオードＤ1は、パルス
トランスＴの２次側に誘起されたパルス信号ＶOをリッ
プル成分が含まれた直流に整流し、平滑用電解コンデン
サＣ2でリップル成分を平滑して直流電圧ΔＶａに変換
する。なお、抵抗器Ｒは、電解コンデンサＣ2とともに
直流電圧ΔＶａの充放電の時定数を決定する。また、直
流電圧ΔＶａは、パルストランスＴの２次側巻線数を増
加することにより、高い値に設定することができる。

【００４６】直流電圧変換手段１６は、電解コンデンサ
Ｃ2の両端に直流電圧ΔＶａを発生するので、電解コン
デンサＣ2のマイマス端子側を直流電源のプラス端子ＶC
側に接続することにより、電解コンデンサＣ2のプラス
端子側には、直流電源電圧ＶCに直流電圧ΔＶａを重畳
（加算）した直流電圧ＶD1（＝ＶC＋ΔＶａ）が得られ
る。

【００４７】直流電圧ΔＶａは、検出体１０が反射する
反射光ＬRをフォトダイオード（ＰＤ）５が受光するこ
とによって発生する光電スイッチのオンモード出力の直
流電圧増加分なので、光電スイッチのオンモード出力
（直流電圧ＶD1）は、直流電源電圧ＶCよりも高い直流
電圧で検出することができる。

【００４８】図２はこの発明に係る反射型光電スイッチ
の別実施の形態要部ブロック構成図である。図２におい
て、反射型光電スイッチ１１は、基準パルス発生回路
２、パルス電流回路３、投光用の発光ダイオード（ＬＥ
Ｄ）４、受光用のフォトダイオード（ＰＤ）５、電流／
電圧変換回路６、同期増幅回路７、コンパレータ８、直
流電圧変換手段１２を備え、発光ダイオード（ＬＥＤ）
４から投光した光信号ＬSが検出体１０で反射され、反
射光ＬRをフォトダイオード（ＰＤ）５が受光して電流
／電圧変換および同期増幅された受光信号ＶSをコンパ
レータ８でデューティ比の大きなパルス信号ＶOとし、
パルス信号ＶOを直流電圧変換手段１２で直流電圧ΔＶ
ｂに変換し、直流電源のマイナス側（０Ｖ）に重畳（減
算）した直流電圧ＶD2（＝０−ΔＶｂ）をオンモードの
検出出力として検出する。なお、オンモードの検出出力
として検出された直流電圧ＶD2（＝−ΔＶｂ）を用いて
図示しない機械や装置等を動作させる。また、基準パル
ス発生回路２、パルス電流回路３、投光用の発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）４、受光用のフォトダイオード（ＰＤ）
５、電流／電圧変換回路６、同期増幅回路７、コンパレ
ータ８は、図１に示す反射型光電スイッチ１と同じ構成
なので、説明を省略する。

【００４９】直流電圧変換手段１２は、コンデンサ結合
の整流・平滑回路またはトランス結合の整流・平滑回路
で構成し、コンパレータ８から供給されるパルス信号Ｖ
Oに整流・平滑を施してＡＣ／ＤＣ変換を行い、直流電
圧ΔＶｂを発生する。なお、直流電圧ΔＶｂのプラス側
を直流電源のマイナス側（接地電圧：０Ｖ）に接続する
ことにより、直流電圧ΔＶｂのマイナス側となる直流電
圧ＶD2には、直流電源の接地電圧０Ｖに直流電圧ΔＶｂ
を重畳（減算）した電圧値（ＶD2＝−ΔＶｂ）が得られ
る。

【００５０】検出体１０からの反射光ＬRをフォトダイ
オード（ＰＤ）５が受光してコンパレータ８からパルス
信号ＶOが出力される状態を光電スイッチのオンモード
とすると、オンモードの検出出力ＶD2は、直流電源の接
地電圧０Ｖよりも直流電圧ΔＶｂだけ低い値で検出する
ことができる。

【００５１】一方、検出体１０からの反射光ＬRをフォ
トダイオード（ＰＤ）５が受光しない状態を光電スイッ
チのオフモードとすると、オフモードのセンサ出力ＶD2
は、コンパレータ８からパルス信号ＶOが供給されない
（ＶO＝０）ため、直流電圧変換手段１２の直流電圧Δ
Ｖｂが０Ｖとなって直流電源の接地電圧０Ｖと同じ電圧
値（ＶD2＝０Ｖ）となる。

【００５２】図５は図２に示す直流電圧変換手段の一実
施の形態回路図である。図５において、直流電圧変換手
段１２は、コンデンサ結合の整流・平滑回路で構成す
る。直流阻止用コンデンサＣ1は、図２に示すコンパレ
ータ８の出力から直流を阻止してパルス信号ＶOを取り
出す。整流回路を形成するダイオードＤ1，Ｄ2は、交流
信号ＶOをリップル成分が含まれた直流に整流し、平滑
用電解コンデンサＣ2でリップル成分を平滑して直流電
圧ΔＶｂに変換する。なお、抵抗器Ｒは、電解コンデン
サＣ2とともに直流電圧ΔＶｂの充放電の時定数を決定
する。

【００５３】直流電圧変換手段１２は、電解コンデンサ
Ｃ2の両端に直流電圧ΔＶｂを発生するので、電解コン
デンサＣ2のプラス端子側を直流電源のマイナス端子
（接地電圧０Ｖ）側に接続することにより、電解コンデ
ンサＣ2のマイナス端子側には、接地電圧０Ｖに直流電
圧ΔＶｂを重畳（減算）した直流電圧ＶD2（＝−ΔＶ
ｂ）が得られる。

【００５４】直流電圧ΔＶｂは、検出体１０が反射する
反射光ＬRをフォトダイオード（ＰＤ）５が受光するこ
とによって発生する光電スイッチのオンモード出力の直
流電圧増加分なので、光電スイッチのオンモード出力
（直流電圧ＶD2）は、直流電源の接地電圧０Ｖよりも低
い直流電圧で検出することができる。

【００５５】なお、図６に示す直流阻止用コンデンサＣ
1A，Ｃ1BおよびダイオードブリッジＤＢを用いたコンデ
ンサ結合直流電圧変換手段１５を適用して直流電圧ΔＶ
ｂを発生させる構成にすることもできる。

【００５６】図８は図２に示す直流電圧変換手段の別実
施の形態回路図である。図８において、直流電圧変換手
段１７は、トランス結合の整流・平滑回路で構成する。
パルストランスＴは、図２に示すコンパレータ８から出
力されるパルス信号ＶOを１次側コイルから２次側コイ
ルに絶縁して伝達する。整流ダイオードＤ1は、パルス
トランスＴの２次側に誘起されたパルス信号ＶOをリッ
プル成分が含まれた直流に整流し、平滑用電解コンデン
サＣ2でリップル成分を平滑して直流電圧ΔＶｂに変換
する。なお、抵抗器Ｒは、電解コンデンサＣ2とともに
直流電圧ΔＶｂの充放電の時定数を決定する。また、直
流電圧ΔＶｂは、パルストランスＴの２次側巻線数を増
加することにより、高い値にすることができる。

【００５７】直流電圧変換手段１７は、電解コンデンサ
Ｃ2の両端に直流電圧ΔＶｂを発生するので、電解コン
デンサＣ2のプラス端子側を直流電源の接地電圧０側に
接続することにより、電解コンデンサＣ2のマイナス端
子側には、直流電源の接地電圧０Ｖに直流電圧ΔＶｂを
重畳（減算）した直流電圧ＶD2（＝−ΔＶｂ）が得られ
る。

【００５８】直流電圧ΔＶａは、検出体１０が反射する
反射光ＬRをフォトダイオード（ＰＤ）５が受光するこ
とによって発生する光電スイッチのオンモード出力の直
流電圧増加分なので、光電スイッチのオンモード出力
（直流電圧ＶD2）は、直流電源の接地電圧０Ｖよりも低
い直流電圧で検出することができる。

【００５９】光電スイッチのオンモード出力ＶD1（＝Ｖ
C＋ΔＶａ）またはＶD2（＝−ΔＶｂ）を別の直流電源
（例えば、±ＶCC、｜ＶCC｜＞｜ＶC｜）で動作するコ
ンパレータで、基準値をＶCまたは接地電圧０Ｖとして
判定することにより、光電スイッチのオンモード出力
（ＶD1，ＶD2）を検出することができる。

【００６０】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る反
射型光電スイッチは、検出体からの反射光を受光してパ
ルス信号として検出し、パルス信号を直流電圧に変換し
て直流電源のプラス側またはマイナス側に重畳すること
により、直流電源電圧よりも高い電位、または直流電源
の接地電圧（０ボルト）よりも低い電位でスイッチ出力
を検出することができるので、スイッチに故障が発生し
ても検出出力をオフモードで検出することができる。こ
れにより、検出出力のオンモードで機械や装置等を動作
中であっても、スイッチに故障が発生すると検出出力が
オフモードになり、自動的に機械や装置等を停止させる
ことができ、信頼性に優れたフェイルセーフを実現する
ことができる。

【００６１】また、この発明に係るコンパレータは、信
号レベルが基準レベルを超えると波形整形してパルス信
号を発生し、おのおののパルス信号の立上がりをトリガ
にしてデューティ比の大きな繰返しの単一パルスからな
るパルス列のパルス信号を出力するので、パルス信号を
直流電圧に変換して大きな検出出力を得ることができ
る。

【００６２】さらに、この発明に係る直流電圧変換手段
は、コンデンサ結合の整流・平滑回路またはトランス結
合の整流・平滑回路を備え、オンモードの検出出力を直
流電源電圧よりも高い電位、または直流電源の接地電圧
（０ボルト）よりも低い電位で検出するので、接地電圧
と直流電源電圧の範囲となるオフモードの検出出力や故
障時の検出出力から明確に区別することが可能となる。
これにより、故障時の検出出力をオフモードと同じ状態
で検出できるので、信頼性に優れたフェイルセーフを実
現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る反射型光電スイッチの一実施の
形態要部ブロック構成図

【図２】この発明に係る反射型光電スイッチの別実施の
形態要部ブロック構成図

【図３】この発明に係るコンパレータの一実施の形態ブ
ロック構成図

【図４】図１に示す直流電圧変換手段の一実施の形態回
路図

【図５】図２に示す直流電圧変換手段の一実施の形態回
路図

【図６】図１に示す直流電圧変換手段の別実施の形態回
路図

【図７】図１に示す直流電圧変換手段の別実施の形態回
路図

【図８】図２に示す直流電圧変換手段の別実施の形態回
路図

【図９】従来の反射型光電スイッチの一例

【図１０】従来のフェイルセーフ型の反射型光電スイッ
チの一例

【符号の説明】

１，１１反射型光電スイッチ２基準パルス発生回路３パルス電流回路４発光ダイオード（ＬＥＤ）５フォトダイオード（ＰＤ）６電流／電圧変換回路７同期増幅回路８コンパレータ９，１２，１５，１６，１７直流電圧変換手段１０検出体１３比較回路１４単一パルス発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新直隆京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地オムロン株式会社内 (72)発明者高市隆一郎京都府京都市下京区塩小路通堀川東入南不動堂町801番地オムロン株式会社内Ｆターム(参考） 5J050 AA38 BB17 EE18 EE31 EE34 EE35 FF04 FF10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準パルスを発生する基準パルス発生回
路と、基準パルスに基づいてパルス状電流を発光ダイオ
ード（ＬＥＤ）に供給するパルス電流回路と、パルス状
電流で発光し、光信号（ＬS）を投光する発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）と、反射光（ＬR）を受光するフォトダイ
オード（ＰＤ）と、前記フォトダイオード（ＰＤ）が光
電変換した電流を受光電圧信号に変換する電流／電圧変
換回路と、前記電流／電圧変換回路から供給される受光
電圧信号を基準パルスに同期して増幅する同期増幅回路
と、前記同期増幅回路から出力される信号レベルが基準
レベルを超えた時、パルス信号を出力するコンパレータ
と、を備えた反射型光電スイッチであって、前記コンパレータから出力されるパルス信号を直流電圧
に変換する直流電圧変換手段を備え、前記直流電圧変換
手段が変換した直流電圧を直流電源のプラス側またはマ
イナス側に重畳し、直流電源電圧よりも高い電位、また
は直流電源の接地電圧（０ボルト）よりも低い電位を検
出出力としたことを特徴とする反射型光電スイッチ。
【請求項２】前記コンパレータは、前記同期増幅回路
から出力される信号レベルが基準レベルを超えると波形
整形する比較回路と、前記比較回路から供給されるパル
ス信号の立上がりをトリガにして繰返しの単一パルスを
発生する単一パルス発生回路と、を備えたことを特徴と
する請求項１記載の反射型光電スイッチ。
【請求項３】前記直流電圧変換手段は、コンデンサ結
合の整流・平滑手段を備えたことを特徴とする請求項１
記載の反射型光電スイッチ。
【請求項４】前記直流電圧変換手段は、トランス結合
の整流・平滑手段を備えたことを特徴とする請求項１記
載の反射型光電スイッチ。