JP2014045456A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構造にて受光量にかかる自己診断機能を有する、効率的な運用が可能な光電センサを提供する。
【解決手段】例えばＰＬＣなどのコントローラ装置から信号ライン１４３を通して光量指示部１２に対し投光指示信号が与えられた場合、光量指示部１２はまず第一の光量にて投光を行うよう、投光素子１１を制御する。そして、光量指示部１２は内部のタイマカウンタにて時間経過を計測し、所定時間経過後、投光素子１１に対し、第二の光量で投光を行うよう制御を行う。その後、投光指示信号が消えるのを待って、投光量を第二の光量から消灯状態へと変更する制御を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は光電センサに関し、より詳しくは、簡易な構成で投光量の低下を検知可能な光電センサに関するものである。

従来より、所定の検知領域内における物体の有無を検出するための光電センサが広く用いられている。一般的な光電センサは投光部と受光部とを備え、受光部は投光部から発せられる光を受光するか否かを受光量により判断し、これに基づいて、検知領域内の物体の有無を判断する。このような投光部と受光部とを備えた光電センサを用いる場合、検知領域に投光部からの投光を遮る物体の有無に応じて、受光部における受光量が、予め定められた閾値をまたいで変化する必要がある。

通常の光電センサにおいては、例えば投光部のゲインないし投光素子への供給電力調整により投光量を制御したり、周辺の光源の位置関係など、光電センサの設置環境を考慮して閾値を適切な値に設定したりすることで、当該条件を満たすように構成される。

しかしながら、通常の投光素子は使用開始からの経年劣化によって投光量が減少するほか、設置環境によっては投光部ないし受光部に汚れが付着し、光を遮る作用を呈することもあり、光電センサの使用開始時点においては物体の有無に応じて閾値をまたいで受光量が変化するよう適切に構成してあったとしても、その後も同様に使用可能であるという保障は無い。

これに対し、例えば特許文献１に記載の光電センサにおいては、受光部での受光量が安定しているか否かを診断すべく、物体検出判定モードと安定入光判定モードとを備えるとともに、安定入光判定モードにおいては物体検出判定モード時よりも低い投光量とし、当該モード時に正常な受光量が得られるか否かを判断することにより、ひいては当該低い投光量よりも高い投光量である物体検出判定モード時には安定した受光量が得られる旨、診断する手法が記載されている。

しかしながら特許文献１の手法においては前述した２つのモードを適宜切り替えて用いる必要があるため、投光部には少なくとも電力を供給する電源ライン、ＧＮＤライン、投光部に対し投光の指示信号を送信する信号ラインに加え、どちらのモードで動作させるかを示す指示信号を送信するためのモード切替ラインの４つが必要となるため、投光部を上位のコントローラ（PLC等）および外部電源に接続する際、必然に４線の結線が必要となり、作業が煩雑になるとともにPLCに多くの端子が必要となるので、PLC一台あたりに接続可能な光電センサの数が少なくなるという問題がある。

特開２００４−７２３３号公報

上記を鑑みて本発明は、簡易な構造にて受光量にかかる自己診断機能を有する、効率的な運用が可能な光電センサを提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る光電センサは、検出領域に向けて光を発する投光部と、検出領域を経て到来する光を受光する受光部と、前記受光部における受光量と所定の閾値を比較し、比較結果に基づいて検出領域中の物体の有無を判断する検出部とを備え、前記投光部は、当該投光部に電力を供給する電源線と、当該投光部に対し前記投光のＯＮ／ＯＦＦを択一的に選択指示されるための単一の信号線とを有してなる光電センサにおいて、前記投光部は前記信号線を介して投光を指示された場合、第一の投光量を所定時間投光した後、前記第一の投光量より少ない第二の投光量を所定時間投光することを特徴とする光電センサである。

本発明の請求項２に係る光電センサは、請求項１に係る光電センサにおいて更に、前記第一の投光量による投光を行った後、前記第二の投光量による投光を行うまでの間に、投光を行わない所定時間を設けることを特徴とする光電センサである。

本発明の請求項３に係る光電センサは、請求項１又は２に係る光電センサにおいて更に、前述した第一の投光量を所定時間投光した後、前記第一の投光量より少ない第二の投光量を所定時間投光する投光パターンを光量変動モードとして実行可能であるとともに、第一の投光量にて所定時間投光させた後投光を終了させ、次の前記信号線を介した指示を待つ投光パターンを通常モードとして実行可能とし、前記光量指示部は、前記投光の指示を受ける都度、前記光量変動モードまたは通常モードのいずれか一方のみを実行し、第一の所定回数だけ当該一方のモードを連続して実行した後に投光の指示を受けた場合は、前記投光の指示を受ける都度、前記光量変動モードまたは通常モードの他方のみを予め設定された第二の所定回数だけ実行するよう構成されたことを特徴とする光電センサである。

また、本発明の請求項４に係る光電センサは、請求項１乃至３に係る光電センサにおいて更に、前記投光部が前記第二の投光量に基づいて投光している際の受光量が前記閾値以下であると前記検出部が判断した場合に警告を発する警告部を備えたことを特徴とする光電センサである。

本発明によれば、簡易な構造にて受光量にかかる自己診断機能を有する、効率的な運用が可能な光電センサを提供することが可能となる。

本発明第一の実施例に係る光電センサの機能を示すブロック図である。 本発明第一の実施例に係る光電センサの構造を示す概略構成図である。 本発明第一の実施例に係る光電センサの動作を説明するタイムチャートである。 本発明第二の実施例に係る光電センサの動作を説明するタイムチャートである。 本発明第三の実施例に係る光電センサの動作を説明するタイムチャートである。 本発明第四の実施例に係る光電センサの動作を説明するタイムチャートである。

図１は、本実施の形態に係る光電センサの機能を示すブロック図である。図１において、１は投光部、２は受光部、３は光電センサによってその有無を検知せしめられる検出対象物である。投光部１は更に、例えばLEDからなる投光素子１１、光量指示部１２を備え、受光部２は更に、例えばフォトダイオードからなる受光素子２１、検出部２２、警告部２３を備える。

また、図２は同じく光電センサの構造を示す概略構成図である。図２において、１３は投光素子からの光を検出領域に投光する投光窓、２４は投光窓と対向して設けられ、検出領域から到来する光を受光素子に導く受光窓である。また、投光部１及び受光部２はそれぞれケーブル１４、２５を有し、ケーブル１４には投光部１に電力を供給する電源ライン１４１、ＧＮＤライン１４２、投光部１に対し投光の指示信号を送信する信号ライン１４３が、ケーブル２５には受光部２に電力を供給する電源ライン２５１、ＧＮＤライン２５２、受光部２において物体の有無を判断した結果を外部機器に送信する信号ライン２５３が、それぞれ内包される。なお、各電源ライン、ＧＮＤライン、信号ラインは説明のため、その一部を各ケーブルの先端に分けて記載しているが、実際には例えば図示しないコントローラ内の端子台に適宜接続されていれば良い。

続いて、図３を用いて本実施の形態に係る光電センサの動作を説明する。外部の制御機器、例えばＰＬＣなどのコントローラ装置から信号ライン１４３を通して光量指示部１２に対し投光指示信号が与えられた場合、光量指示部１２はまず第一の光量にて投光を行うよう、投光素子１１を制御する。そして、光量指示部１２は内部のタイマカウンタにて時間経過を計測し、所定時間経過後、投光素子１１に対し、第二の光量で投光を行うよう制御を行う。このとき、光量を変化させるにあたっては、投光素子１１への印加電圧の変動や、ゲインの調整等の手段を用いれば良い。その後、投光指示信号が消えるのを待って、投光量を第二の光量から消灯状態へと変更する制御を行う。以降、投光指示信号が入力される都度、同様の処理を繰り返す。一例として、第一の光量を１００％の光量としたとき、第二の光量は５０％とし、また、第二の光量へと切り替えるまでの時間は、予め投光指示信号の長さの半分の長さを与えておくことが考えられるが、これに限らず、設置環境に応じて適宜設定すれば良い。

このときの受光部２の動作を説明する。最初に第一の光量に基づく受光量を得た受光素子２１は、当該受光量に基づく信号を、比較器及び必要なマイコン等の電子部品からなる検出部２２に対し送出する。検出部２２は受光素子２１から得た信号と、予め設定された所定の閾値とを比較し、当該信号の大きさが閾値未満だった場合、投光部と受光部との間に位置する検知領域内に、投光部１からの光を遮る物体が存在すると判断し、その旨を示す信号を信号ライン２５３から外部のコントローラ装置に対し送出する。これに対し、比較の結果、信号の大きさが閾値以上であった場合、検知領域内に物体は存在しないものと判断し、その旨を示す信号を信号ライン２５３から外部のコントローラ装置に対し送出する。

ここで、物体が存在しないと判断した場合、その後投光素子１１が発する投光量が第二の光量に推移するに伴い、受光部２は受光量に係る診断を開始する。前述した第一の光量を得た場合と同様、第二の光量に基づく受光量を得た受光素子２１は当該受光量に基づく信号を検出部２２に対し送出する。検出部２２は、第一の光量に基づいて物体の有無を判断した時点から、内部のタイマカウンタにて時間経過を計測し、投光部１に設定した所定時間と同じ時間が経過した際の信号の大きさと、前述の閾値とを比較する。そして、信号の大きさが閾値以上と判断した場合、仮に投光素子１１が劣化したり、投光窓１３や受光窓２４に汚れが付着して多少の遮光効果を奏したとしても、正常に物体検出が可能であると判断する。これに対し、信号の大きさが閾値未満であると判断した場合、投光素子１１が劣化したり、投光窓１３や受光窓２４に汚れが付着した場合に、第一の光量を以ってしても正常に物体検出が行えない可能性があると考えられるため、警告部２３に対し、外部に警告を発するよう信号を送出する。ここで、警告部２３として例えばブザーやＬＥＤなど直接的な警報を生じるものを受光部２に設けても良いし、受光部２内に警告部２３を設けず、あるいは警告部２３と併せて、検出部２２から外部のコントローラ装置へ送出された信号と、同コントローラ装置が光量指示部１２に対し送出した投光指示信号とが正常に同期しているか否かに基づいて、コントローラ装置自体が第一の光量を以ってしても正常に物体検出が行えない可能性があることを判断し、例えばコントローラ装置に接続された外部モニタへ警告表示を生じさせるようにしても良い。

なお、上記においては投光指示信号が消えるのを待って投光量を第二の光量から消灯状態へと変更する制御を行うものとして説明したがこれに限らず、第二の光量で投光する時間についても予め所定の値を与えておき、第一の光量による投光と同様、内部のタイマカウンタに基づく処理を行っても構わない。即ち、投光指示信号の立ち下がりのタイミングにかかわらず、立ち上がりのタイミングのみに基づいて投光を行うよう構成しても構わない。

本実施例に述べる光電センサによれば、投光部に対する信号線が単一となり、より具体的には１bitのデジタル信号が送信されるのみの信号ライン１４３を備えるだけで、複数の投光量を用いた診断が可能となるため、その構造が簡易となる。例えば外部のコントローラ装置に光電センサの投光部を接続する際、本発明の光電センサの投光部は信号線を１本だけ接続すれば良いのであるから、複数の信号線を接続しなければならなかった従来製品に比べ、接続の手間が減少し、また、コントローラ装置における必要端子数を低減することができるなど、大きな効果を得ることが可能となる。

続いて、本発明に係る第２の実施例について、図４を用いて説明する。前述した実施の形態においては、投光指示信号が与えられる都度、第一の光量および第二の光量による投光を行うものであったが、本実施の形態においては、最初の投光指示信号が与えられた場合は第一の光量および第二の光量による投光を行う（光量変動モード）が、２回目の投光指示信号が与えられた際は、投光指示信号が消えるまで第一の光量による投光のみを行う（通常モード）。更に３回目の投光指示信号に対しては再度第一の光量および第二の光量による投光を行い、以降、これらのパターンを繰り返す。ここでは１回おきにパターンを変更しているがこれに限らず、例えば第一の光量・第二の光量のパターンを１回実施した後、第一の光量のみのパターンを９回行うようなサイクルとしても構わない。

即ち、本実施の形態によれば、投光指示信号の周期が十分短い場合や、投光素子１１がまだ新しく劣化のおそれが少ない場合、投光窓１３や受光窓２４へ汚れが付着するおそれが少ない環境で用いる場合などにおいて、診断の頻度を減らすことにより、相対的に第一の光量による物体検知時間を長くすることで、より確実な物体検知を行うことが可能となる。

続いて、本発明に係る第３の実施例について、図５を用いて説明する。前述した実施の形態においては、投光指示信号が与えられた後、第一の光量による投光と第二の光量による投光を続けて行うものであったが、本実施の形態においては、投光指示信号が与えられた際、第一の光量による投光と、第二の光量による投光との間に、所定時間の投光を行わない期間（無投光期間）を設けている。

即ち、本実施の形態において光量指示部１２は第一の光量による投光を開始した後、内部のタイマカウンタにて時間経過を計測し、所定時間ｔ１経過後に消灯状態へと変更する。そのうえで、更に無投光期間に相当する所定時間ｔ２の経過を同様に計測した後、投光素子１１に対し、予め定められた所定時間ｔ３だけ第二の光量で投光を行うよう制御を行ったうえで、投光量を第二の光量から消灯状態へと変更する。このｔ１からｔ３に加え、次の投光指示信号が与えられるまでの期間を合わせたものを投光の１周期として制御を行うよう構成される。

このような無投光期間を設けることにより得られる効果について説明する。本発明に係る光電センサが日光や外部照明など、光量検出におけるノイズ源の影響を受ける環境下に設置された場合において、この無投光期間における受光量が所定の閾値を上回るか否かを判定することで、ノイズの影響が当該光電センサの機能不全を引き起こすものか否かを判断することができる。換言すれば、無投光期間における受光量が既に所定の閾値を上回っているような場合であれば、第一の光量や第二の光量を投光した状態においても、検出対象物の有無を問わず、常に所定の閾値を上回るおそれがあり、光電センサが正常に物体を検出できなくなってしまう。本手法によれば、このような問題が生じているか否かを判定し、適切な対応を行うことが可能となる。なお、当該問題が生じている旨判断された場合、前述した警告部に類して外部（オペレータ）に何等かの警告表示を行うことが好ましい。

更に、上述した実施の形態では、第一の光量による投光を所定時間行った後、第二の光量による投光を行い、その後消灯する手法を記載したが、これに限らず、例えば図６に示すように、第一の光量による投光を所定時間行った後、第二の光量による投光を更に所定時間行い、投光指示信号が消えるまでの間、あるいは別途定めた所定時間に亘って新たに第三の光量による投光を行うように構成しても構わない。このとき、第一の光量、第二の光量による投光の時間は同じ時間であっても構わないし、個々に設定しても構わない。また、必要に応じて同様に第四以降の光量を用いても構わないことは言うまでも無い。

ここで第三の光量を用いる場合、仮に第三の光量を第二の光量未満（例えば、３０％）とすれば、第二の光量による診断水準よりも更に受光量が劣化した場合（投光素子１１が非常に劣化した場合、投光窓１３や受光窓２４が非常に汚れた場合など）であっても光電センサを正常に使用可能であるか否かを診断することが可能となる。対して、第三の光量を第二の光量より大きく、かつ第一の光量より小さいもの（例えば、７５％）とすれば、第二の光量による診断水準よりも緩い診断を行うことが可能となるため、例えば、第二の光量を用いた状態で正常な受光量が得られなければ緊急性の高い警報を報知し、第二の光量を用いた状態では正常な受光量が得られないが、第三の光量を用いた状態では正常な受光量が得られるのであれば、緊急性の低い警報を報知する、といった使い分けが可能となる。換言すれば、複数の投光量を使い分けて診断を行うことで、より精緻な診断結果を得ることが可能となる。

また、説明の便宜上、上述した各実施の形態および各図面において投光素子は所定時間、所定の光量で点灯し続けるものとして説明したが、これに限らず、一例として図５を挙げれば、所定時間ｔ１の間、ｔ１よりも短い時間（例えば１００μ秒周期）で点滅を繰り返すパルス波形状に点灯させるようにしても構わないし、更に、当該パルス波形の１波形内にてより短い時間（例えば１μ秒周期）で点滅を繰り返す、バースト波形状に点灯させるようにしても構わない。

なお、上述した実施の形態においては、光電センサにおける投光部および受光部にそれぞれ電源ライン、GNDラインおよび信号ラインが直接かつ一体に設けられている構造について述べたが、これに限らず、各ラインは投光部および／または受光部と例えばコネクタで接続された、分離可能なものであっても構わないし、電力供給に際して電池などの内蔵電源を用いるのであれば、電源ラインおよびGNDラインを省略しても本願発明の趣旨を損なわないことは言うまでもない。

以上の通り、本発明によれば、簡易な構造にて受光量にかかる自己診断機能を有する、効率的な運用が可能な光電センサを提供することが可能となる。

１ 投光部
１１ 投光素子
１２ 光量指示部
１３ 投光窓
１４、２５ ケーブル
１４１、２５１ 電源ライン
１４２、２５２ GNDライン
１４３、２５３ 信号ライン
２ 受光部
２１ 受光素子
２２ 検出部
２３ 警告部
２４ 受光窓
３ 検出対象物

Claims (4)

1. 検出領域に向けて光を発する投光部と、
   検出領域を経て到来する光を受光する受光部と、
   前記受光部における受光量と所定の閾値を比較し、比較結果に基づいて検出領域中の物体の有無を判断する検出部とを備え、
   前記投光部は、当該投光部に電力を供給する電源線と、当該投光部に対し前記投光のＯＮ／ＯＦＦを択一的に選択指示されるための単一の信号線とを有してなる光電センサにおいて、
   前記投光部は前記信号線を介して投光を指示された場合、第一の投光量を所定時間投光した後、前記第一の投光量より少ない第二の投光量を所定時間投光することを特徴とする光電センサ。
2. 前記第一の投光量による投光を行った後、前記第二の投光量による投光を行うまでの間に、投光を行わない所定時間を設けることを特徴とする、請求項１記載の光電センサ。
3. 前述した第一の投光量を所定時間投光した後、前記第一の投光量より少ない第二の投光量を所定時間投光する投光パターンを光量変動モードとして実行可能であるとともに、
   第一の投光量にて所定時間投光させた後投光を終了させ、次の前記信号線を介した指示を待つ投光パターンを通常モードとして実行可能とし、
   前記光量指示部は、前記投光の指示を受ける都度、前記光量変動モードまたは通常モードのいずれか一方のみを実行し、第一の所定回数だけ当該一方のモードを連続して実行した後に投光の指示を受けた場合は、前記投光の指示を受ける都度、前記光量変動モードまたは通常モードの他方のみを予め設定された第二の所定回数だけ実行するよう構成されたことを特徴とする、請求項１又は２記載の光電センサ。
4. 前記投光部が前記第二の投光量に基づいて投光している際の受光量が前記閾値以下であると前記検出部が判断した場合に警告を発する警告部を備えたことを特徴とする、請求項１乃至３いずれか1項記載の光電センサ。

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