JP2726098B2 - 多光軸式光電スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は複数対の投光素子及び受光素子を備え、いず
れかの光軸が遮光状態となったことを検出する多光軸式
光電スイッチに関する。

（従来の技術） この種の光電スイッチは、広い範囲で物体の有無を検
出できるため、例えばプレス装置の安全装置として利用
される。その基本的構成は、検出物が通過する領域の全
体に複数対の投光素子及び受光素子を設け、あたかも複
数の透過形光電スイッチを組み合わせた構成である。こ
の構成では、１つの光軸に検出物が侵入してその光軸が
遮られたときに、その遮られた光軸の受光素子の隣の光
軸の投光素子からの光が入射して入光状態と見なされる
ことを防止しなくては、検出物の確実な検出ができな
い。このため従来は、複数の投光素子を所定のタイミン
グで順次発光させると共に、受光回路側に投光タイミン
グに対応する同期信号を信号ケーブルを介して送り、発
光している投光素子に対応する受光素子のみを有効化す
る構成としていた。

しかし、この構成では、投光装置と受光装置とを信号
ケーブルにて接続する必要があるため、設置時の配線作
業が相当に面倒になるという大きな欠点があった。

そこで、本出願人は、投光・受光装置間のワイヤレス
化を可能にする技術を開発し、既に出願した（特願昭61
−199863号）。これは、物体検出用の複数対の投光素子
及び受光素子に加えて同期用の投光素子及び受光素子を
設け、この同期用投光素子及び受光素子を利用して光信
号で同期信号を受光装置に送信する構成である。しか
し、このように同期信号を光を介して送信する場合に
は、同期用の受光素子に検出用の投光素子からの光が入
光して信号の授受に混乱が生ずることを防止するため
に、同期用の光信号と検出用の光信号とは明確に区別し
なくてはならない。このために、上記先行技術では、第
５図に示すように、投光装置１側には発振周波数が異な
る第１及び第２の２つの発振回路2,3を設け、同期用の
投光素子４と検出用の投光素子５群とを異なる周波数で
発光させている。一方、受光装置６側では、同期用の受
光素子７からの信号を増幅する同期用増幅回路８と検出
用の受光素子９からの信号を増幅する検出用増幅回路10
とにバンドパスフィルタを設ける等して周波数選択機能
を与え、同期用の受光素子７が検出用の投光素子５から
の光を受けても、同期用増幅回路８がその受光信号を増
幅しないように構成していた。このように構成すれば、
投光装置と受光装置とを同期信号のための信号ケーブル
で接続しなくとも済むから、配線作業が著しく簡単にな
るという利点が得られる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記構成では、投光装置１側に２つの
発振回路2,3を設けたり、受光装置６側の各増幅回路8,1
0に周波数選択機能を与えたりする必要があり、全体の
回路構成が相当に複雑になるという欠点がある。

そこで、本発明の目的は、極力簡単な構成で同期信号
を光を介して送信することができ、もって投光・受光装
置間のワイヤレス化を可能にしながら、全体の回路構成
を簡素にできる多光軸式光電スイッチを提供するにあ
る。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の多光軸式光電スイッチは、複数対の検出用投
光素子及び受光素子と、１対の同期用投光素子及び受光
素子と、前記各投光素子を順次所定の投光タイミングで
且つ同期用投光素子の発光期間を検出用投光素子の発光
期間よりも長くして発光させる投光回路と、前記同期用
投光素子に対応する同期用受光素子からの受光信号を積
分して所定の積分レベルに達したことを条件に前記投光
タイミングに対応したタイミングの同期信号を順次出力
する同期信号生成回路と、前記検出用投光素子に対応す
る検出用受光素子からの受光信号を前記同期信号と同期
をとりつつ検出しその受光信号の有無に応じて遮光信号
を出力する受光回路とを具備せる構成としたところに特
徴を有する。

また、この場合、同期用の投光素子から発せられる光
信号を高周波数でオンオフを繰り返すバースト信号とし
てもよい。

（作用） 同期用投光素子から投光される光信号は、検出用投光
素子から投光される光信号に比べて発光期間を長くされ
ている。このため、同期用受光素子に同期用投光素子か
らの光信号が入光したときには、その受光信号は同期信
号生成回路で積分レベルに達し、同期信号生成路から同
期信号が出力される。しかし、検出用投光素子からの光
信号が同期用受光素子に入光したときには、その光信号
の発光期間は短いから受光信号は積分レベルに達せず、
同期信号は受光回路に与えられない。こうして同期用の
光信号と検出用の光信号とは明確に区別される。

そして、受光回路は検出用受光素子からの受光信号を
その同期信号と同期をとりつつ検出するから、検出用受
光素子に発光期間が長い同期用の光信号が入光しても、
それに影響されることなく検出用の光信号だけを検出で
きる。

この構成では、同期用の光信号と検出用の光信号とは
それらの発光期間の長さによって区別される。従って、
従来のように投光装置側に２つの発振器を設け且つ受光
装置側の受光アンプに周波数選択機能を与えるという複
雑な構成としなくとも済む。

また、同期用の投光素子から発せられる光信号をバー
スト信号としたときには、外乱光による影響を受け難く
なる上、発光期間が長い光信号を受けるものでありなが
ら、同期用受光素子からの受光信号を増幅する受光アン
プとして、発光期間が短い光信号を受ける検出用受光素
子からの受光信号を増幅する受光アンプと同様な狭帯域
特性のアンプを使用できるようになる。

（実施例） 以下本発明の一実施例について第１図ないし第３図を
参照して説明する。

まず、投光装置11側について述べるに、これは１個の
同期用投光素子12及び複数個の検出用投光素子13,14並
びにこれらを駆動するための投光回路15を備える。投光
素子12〜14はLEDにて構成され、検出物の通過領域を横
切って光を投射するように設けられている。なお、検出
用投光素子は図面を簡略化するために２個のみ図示した
が、多くの場合は検出物の通過領域の幅全域にわたり多
数個設けられる。投光回路15は、発振器16、タイミング
生成回路17及び駆動回路18〜20からなり、発振器16及び
タイミング生成回路17にて生成した所定の投光タイミン
グで各駆動回路18〜20を介して各投光素子12〜14を順次
繰り返し点灯させ、そのうち特に同期用投光素子12から
発せられる光信号は検出用投光素子13,14から発せられ
る光信号に比べて発光期間が長くなるようにしている。
具体的には、本実施例では発振器16の発振周波数を例え
ば100KHZに設定しており、第３図（Ａ）〜（Ｃ）に示す
ように、同期用投光素子12のための信号は100KHZの周波
数でオンオフを繰り返して光信号はペースト信号として
発せられ、その発光期間は約100μsecである。また、検
出用投光素子13,14のための投光信号は短いパルス幅
で、その光信号の発光期間は同期用投光素子12からの光
信号の1/20に相当する約５μsecとなっている。

次に、受光装置21側について述べるに、これは上記し
た同期用及び検出用の各投光素子12〜14と対をなすよう
に配置された同期用受光素子22と検出用受光素子23,24
とを備える。同期用投光素子12と同期用受光素子22とで
同期チャンネルが形成され、検出用投光素子13,14と検
出用受光素子23,24とで検出用のＡチャンネル及びＢチ
ャンネルが形成される。

各受光素子22〜24は例えばフォトダイオードから構成
され、前記投光素子12〜14からの光信号を受光信号S_SY,
S_a,S_bに光電変換する。それらの受光信号は３個の受光
アンプ25〜27にて増幅される。これらの受光アンプ25〜
27は略同一の狭い帯域特性のものである。

受光アンプ25によって増幅された同期用受光素子22か
らの受光信号S_SY（第３図（Ｄ）参照）は積分回路28に
入力され、その積分レベルが所定値に達すると、同図
（Ｇ）に示すように、コンパレータ29から単安定マルチ
バイブレータ30にトリガ信号S_Tが与えられるようになっ
ている。ここで、コンパレータ29のスレッショルドレベ
ルは、同期チャンネルの発光期間が長い光信号が入力す
るときにはトリガ信号S_Tを出力するが、Ａチャンネル又
はＢチャンネルの発光期間が短い光信号が入力するとき
にはトリガ信号S_Tを出力しないようにされている。ま
た、上記単安定マルチバイブレータ30はトリガ信号S_Tの
立下がりでトリガされ、第３図（Ｈ）に示すように、所
定パルス幅のＡチャンネル同期信号S_AAを出力する。更
に、このＡチャンネル同期信号S_AAは、次段の単安定マ
ルチバイブレータ31にも与えられ、ここから第３図
（Ｉ）に示すようにＡチャンネル同期信号S_AAの立上が
りでトリガされた所定パルス幅のＢチャンネル同期信号
S_BBを出力する。そして、上記各単安定マルチバイブレ
ータ30,31から出力される各同期信号S_AA,S_BBのパルス幅
は、前記投光回路12における投光タイミングに対応する
ように設定され、第３図（Ｂ）（Ｃ）（Ｈ）（Ｉ）から
明らかなように、同期信号S_AA,S_BBの出力中に各検出用
発光素子13,14が発光する関係になっている。従って、
以上述べた積分回路28、コンパレータ29、各単安定マル
チバイブレータ30,31は同期信号生成回路32を構成し、
この同期信号生成回路32により同期用受光素子13,14か
らの受光信号S_a,S_bを積分して所定の積分レベルに達し
たことを条件に前記投光タイミングに対応するタイミン
グで同期信号S_AA,S_BBを順次出力するようにされてい
る。

一方、受光アンプ26の出力ラインは、Ａチャンネル同
期信号S_AAが与えられるアンドゲート33を介して積分回
路34に接続されている。従って、受光アンプ26によって
増幅された検出用受光素子23からの受光信号S_a（第３図
（Ｅ）参照）は、Ａチャンネル同期信号S_AAが与えられ
るときに限り積分回路34に入力される。その積分回路34
の出力ラインはコンパレータ35に接続され、積分回路34
の積分レベルが所定値に達したときにコンパレータ35の
出力がハイレベルになるようにしている。また、受光ア
ンプ27の出力ラインは、Ｂチャンネル同期信号S_BBが与
えられるアンドゲート36を介して積分回路37に接続され
ている。従って、受光アンプ27によって増幅された検出
用受光素子24からの受光信号S_b（第３図（Ｆ）参照）
は、やはりＢチャンネル同期信号S_BBが与えられるとき
に限り積分回路37に入力される。この積分回路37の出力
ラインはコンパレータ38に接続され、積分回路37の積分
レベルが所定値に達したときにコンパレータ38の出力が
ハイレベルになるようにされている。そして、両コンパ
レータ35,38の出力ラインはナンドゲート39を介して出
力回路40に接続され、両コンパレータ35,38のいずれか
または双方がローレベルになったときにナンドゲート39
の出力端子をハイレベルにして出力回路40に遮光信号S₀
を出力する。従って、以上述べたアンドゲート33,36、
積分回路34,37、コンパレータ35,38及びナンドゲート39
は検出用受光素子23,34からの受光信号S_a,S_bを同期信号
S_AA,S_BBと同期をとりつつ検出しその受光信号S_a,S_bの有
無に応じて遮光信号S₀を出力する受光回路41を構成す
る。

上記構成において、各投光素子12〜14と受光素子22〜
24との間の光軸中に遮蔽物が存在しない場合、各投光素
子12〜14から発せられた光信号は遮られることなく各受
光素子22〜24に入射する。この結果得られる各受光信号
S_SY,S_a,S_bは第３図（Ｄ）（Ｅ）（Ｆ）に示す通りであ
る。同期用受光素子22からの受光信号S_SYに基づいては
既に述べたように同期信号生成回路32によってＡ及びＢ
の両チャンネルの同期信号S_AA,S_BBが生成される。この
同期信号S_AA,S_BBは、投光回路11における投光タイミン
グに対応するように予め設定されているから、第３図
（Ｈ）に示すように、Ａチャンネルの投光素子13が点灯
される直前にＡチャンネル同期信号S_AAに応じてアンド
ゲート33が開かれることになる。この結果、受光信号S_a
にはＡチャンネルの光信号に対応する部分のみならず、
同期チャンネルやＢチャンネルの光信号に対応する部分
も含まれるという事情があっても、そのうちＡチャンネ
ルの光信号に対応する部分のみが積分回路34に入力さ
れ、他のチャンネルの光信号に対応する部分は積分回路
34に入力されなくなる。また、Ｂチャンネルについても
同様に、投光素子14が点灯される直前にＢチャンネル同
期信号S_BBに応じてアンドゲート36が開かれるから、受
光信号S_bのうちＢチャンネルの光信号に対応する部分の
みが積分回路37に入力されるようになる。これにて、各
チャンネルにおいて、他のチャンネルからの影響を受け
ることなく受光信号S_a,S_bを正確に検出することができ
る。

一方、同期用受光素子22からの受光信号S_SYにも第３
図（Ｄ）に示すように他のチャンネルからのノイズn_A,n
_Bが含まれる。しかし、同期信号生成回路32のコンパレ
ータ29は、発光期間が短い光信号が入力するときにはト
リガ信号S_TGを出力しない。従って、他のチャンネルか
らのノイズn_A,n_Bを契機に投光タイミングとずれた同期
信号S_AA,S_BBがアンドゲート33,36に与えられてしまい、
そのために受光信号S_a,S_bを正確に検出できなくなるこ
とは確実に防止できる。

なお、光軸中に検出物が位置してＡチャンネル又はＢ
チャンネルの光信号が遮られたときには、同期信号S_AA,
S_BBがアンドゲート33,36に与えられるにもかかわらず、
コンパレータ35又は38の出力ラインがハイレベルになら
ない。このため、ナンドゲート39の出力ラインがハイレ
ベルになって遮光信号S₀が出力回路40に与えられ、遮光
状態にあることが出力される。また、同期チャンネルの
光信号が遮られたときには、前記信号生成回路32のコン
パレータ29からトリガ信号S_TGが出力されないから、各
アンドゲート33,36に同期信号S_AA,S_BBは与えられない。
このため、受光回路41の積分回路34,37に受光信号S_a,S_b
が入力されないことになるから、やはりコンパレータ3
5,38の出力ラインがローレベルのままで遮光信号S₀が出
力回路40に与えられる。

このように本実施例によれば、同期用の光信号と検出
用の光信号とをその発光期間の長さで区別することがで
きる。従って、第５図に示した従来例のように投光装置
側に２つの発振器2,3を設け且つ受光装置側の増幅機8,1
0に周波数選択機能を与えるという複雑な構成としなく
とも済み、全体の回路構成を相当に簡素化することがで
きる。また、光信号をバースト信号化する場合でも、そ
のための発振器は１回路で済み、また両光信号の発光期
間を異ならせるとはいえ、そのための変更部分は回路定
数程度で済む。しかも、同期用投光素子12からの光信号
をバースト信号化した本実施例によれば、外乱光による
影響を受け難くなる上、発光期間が長い光信号を受ける
ものでありながら、同期チャンネル用の受光アンプ25と
して、受光信号S_a,S_bを増幅する受光アンプ26,27と同様
な狭帯域特性のアンプを使用できるようになる。この結
果、回路構成が一層簡素化され、低コスト化及び小形化
が可能になる。

なお、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、同期チャンネルの受光アンプとしてパルス幅が長い
受光信号を増幅できる広帯域の受光アンプを使用すれ
ば、必ずしも光信号をバースト信号としなくともよい。

また、第４図は本発明の異なる実施例の一部を示す。
これは、前記実施例における同期信号生成回路32にアン
ドゲート42を追加し、同期信号S_AA,S_BBが単安定マルチ
バイブレータ30,31から出力されている状態では初段の
単安定マルチバイブレータ30にトリガ信号が入力される
ことを禁止したものである。これによれば、外乱光によ
る単安定マルチバイブレータ30の再トリガを防止できて
信頼性を大きく向上させることができる。

その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定
されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で種々変
更して実施することができる。

［発明の効果］ 本発明は以上述べたように、同期用の光信号と検出用
の光信号とを発光期間の長さで区別するものであるか
ら、投光装置と受光装置との間のワイヤレス化を可能に
しながら、全体の回路構成を簡素にできるという優れた
効果を奏する。また、同期用の光信号をバースト信号と
したときには、狭帯域特性の受光アンプを使用できるよ
うになって回路構成を一層簡素化できるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の一実施例を示し、第１図
は全体のブロック図、第２図は同期信号生成回路の一部
を示す回路図、第３図は各部の電圧波形図、第４図は本
発明の他の実施例を示す第２図相当図、第５図は従来例
を示す全体のブロック図である。 図面中、12は同期用投光素子、13、14は検出用投光素
子、15は投光回路、22は同期用受光素子、23,24は検出
用受光素子、32は同期信号生成回路、41は受光回路であ
る。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数対の検出用投光素子及び受光素子と、
   １対の同期用投光素子及び受光素子と、前記各投光素子
   を順次所定の投光タイミングで且つ同期用投光素子の発
   光期間を前記検出用投光素子の発光期間よりも長くして
   発光させる投光回路と、前記同期用投光素子に対応する
   同期用受光素子からの受光信号を積分して所定の積分レ
   ベルに達したことを条件に前記投光タイミングに対応し
   たタイミングの同期信号を順次出力する同期信号生成回
   路と、前記検出用投光素子に対応する検出用受光素子か
   らの受光信号を前記同期信号と同期をとりつつつ検出し
   その受光信号の有無に応じて遮光信号を出力する受光回
   路とを具備してなる多光軸式光電スイッチ。
2. 【請求項２】同期用投光素子から発せられる光信号は高
   周波数でオンオフを繰り返すバースト信号であることを
   特徴とする請求項１記載の多光軸式光電スイッチ。