JP2751281B2 - 光スイッチ装置 - Google Patents

光スイッチ装置

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JP2751281B2 JP63332165A JP33216588A JP2751281B2 JP 2751281 B2 JP2751281 B2 JP 2751281B2 JP 63332165 A JP63332165 A JP 63332165A JP 33216588 A JP33216588 A JP 33216588A JP 2751281 B2 JP2751281 B2 JP 2751281B2
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Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 この発明は,アクチュエータに接触してアクチュエー
タを動かす物体を,スイッチ内部において光学的に検知
する光スイッチ装置に関する。
従来の光の強度変化を利用したスイッチでは光源の発
光量が不安定であるため高精度なスイッチング動作がで
きない。また,光源のモニタ用受光素子を設置し,発光
量制御を行なうものもあるが,モニタ用受光素子のバッ
ファ出力と比較するための安定な基準電位が必要とな
る。しかも,信号用受光素子のバッファ出力と比較する
スレッシホールド・レベルとしても安定した基準電位を
必要とする。しかし,この安定した基準電位を用いる
と,コストが高くなり,回路規模も大きくなりローコス
ト化,小型化が要求されるスイッチには向いていないと
いう問題点がある。
以上の点について第6図から第8図を参照して詳述す
る。
第6図は光スイッチの基本原理を示している。
光スイッチ装置は,光源と,受光素子と,受光素子の
受光量を変化させることのできるアクチュエータとを有
している。アクチュエータの移動量と受光素子の受光量
は1対1に対応している。アクチュエータの移動によっ
て受光量が変化したときに,あるスレッシホールド・レ
ベルと比較してそれよりも大きいか,小さいかに応じて
スイッチ出力が生成される。
第7図は従来のスイッチ装置の電気的構成例を示して
いる。光源51は定電流回路52によって駆動される。光源
51からの投射光を受光してその強度に応じた出力信号を
発生する信号用受光素子53の受光信号はバッファ回路
(増幅回路,電流/電圧変換回路等)を経て比較回路55
に与えられる。比較回路55には基準電位発生回路56から
出力される基準となるスレッシホールド・レベルが与え
られており,比較回路55は受光信号をこのスレッシホー
ルド・レベルと比較してその結果を表わす信号を出力回
路57に与える。出力回路57は上記比較結果を適当な形態
のスイッチ出力に変換して出力する。上述のように,受
光素子53に入射する光量がアクチュエータの変位によっ
て変化する。この従来の回路は,光源51の発光量が温度
等の変化によって変動した場合,スイッチ出力の動作点
が変化してしまうという問題がある。
そこで,光源51の発光量を温度変化等にかかわらず一
定になるように制御したものが第8図に示されている。
第8図において,モニタ用受光素子58が設けられ,光
源51からの投射光の一部がこの受光素子58に受光され
る。モニタ用受光素子58の出力信号はバッファ回路59を
経て発光量制御回路61に与えられる。一方,高精度基準
電位発生回路60から発生する基準電位も制御回路61に与
えられる。制御回路61は,これらの2つの入力の比較結
果に応じて,光源51の発光量が常に一定となるように光
源51を制御する。
信号用受光素子53の出力信号はバッファ54を経て比較
回路55に与えられる。比較回路55には高精度基準電位発
生回路62の出力する基準電位(スレッシホールド・レベ
ル)が与えられ,比較回路55は受光素子53の出力信号の
レベルとスレッシホールド・レベルとを比較してその結
果を出力回路57に与えるので,出力回路57からは適当な
形態に変換されたスイッチ出力が出力される。
しかしながら,第8図の回路では,発生回路60の基準
電位がドリフトすると発光量が変わってしまうので,高
精度なスイッチングには高精度な基準電位が必要となっ
てくる。高精度な基準電位を発生する回路を用いると,
コストが高くなり,回路規模も大きくなってしまい,ロ
ーコスト化,小型化が要求されるスイッチには向いてい
ない。
発明の背景 この発明は比較的簡単な構成でかつ高精度のスイッチ
ングが可能で,しかも多方向からの検知物を検出できる
光スイッチ装置を提供することを目的とする。
この発明による光スイッチ装置は,投射光を出射する
光源,光源からの投射光の一部を受光する信号用受光装
置,光源からの投射光の他の一部を受光するモニタ用受
光素子,アクチュエータの変位にともなって信号用受光
装置に入射する光の強度を変化させる遮光手段,モニタ
用受光素子の出力信号に基づいてスレッシホールド・レ
ベルを発生する回路,および信号用受光装置の出力信号
を上記スレッシホールド・レベルと比較してスイッチ出
力を発生する出力回路を備え,上記光源と上記信号用受
光装置とが,上記光源からの光を上記信号用受光装置に
導くレンズを挟んで対向して配置され,上記光源と上記
信号用受光装置と上記レンズとが一つのケース内に収め
られ,上記遮光手段がケースに進退自在に設けられた複
数のアクチュエータと,これらのアクチュエータの内端
の動きにそれぞれ連動して,上記光源から上記信号用受
光装置への光路を進退する複数の遮光部材とを備え,上
記複数のアクチュエータの外端が異なる方向に向ってケ
ースの外側に突出しているものである。
この発明によると,モニタ用受光素子の出力信号に基
づいてスイッチングの動作点を定めるスレッシホールド
・レベルを作成しているので,スレッシホールド・レベ
ルは光源の発光量の変化を反映し,光源発生量の変化に
かかわらず常に高精度のスイッチングを期待することが
できる。また,安定かつ高精度の基準電位発生回路を用
意する必要がないので,比較的安価に提供でき,しかも
回路全体もコンパクトにできる。
さらにこの発明によると,複数のアクチュエータがケ
ースに進退自在に設けられており,アクチュエータの外
端は異なる方向に向ってケース外に突出している。一
方,ケース内には光源とレンズと信号用受光装置が内蔵
され,光源と信号用受光装置はレンズを挟んで対向して
いる。上記複数のアクチュエータの内端の動きにそれぞ
れ連動する複数の遮光部材が設けられ,この遮光部材が
光源から信号用受光装置への光路を進退する。
したがって,被検出物が異なる方向からアクチュエー
タの外端に作用してもこれを検出することができる。こ
の発明によるスイッチ装置は被検出物の有無のみなら
ず,その被検出物が作用する方向も検知することが可能
である。
実施例の説明 第1図はこの発明の実施例を示している。
光スイッチ装置のケース10の内部に,光源としての発
光ダイオード(LED)11,ボール・レンズ12,15,ハーフ・
ミラー13,モニタ用フォトダイオード14および信号用フ
ォトダイオード16が配置されている。LED11はたとえば
直径100μmの発光径をもつもので,ボール・レンズ
(たとえば直径5mm)の焦点位置に置かれる。LED11の出
射光はボール・レンズ12によってコリメートされる。こ
のコリメート出射光の一部はハーフ・ミラー13によって
偏向され,モニタ用フォトダイオード14に受光される。
コリメート出射光の残りの部分は直進し,ボール・レン
ズ(たとえば直径5mm)によって集光される。この収束
光の光スポット径はLED11の発光径と同じ100μmとな
る。収束光は焦点位置を過ぎると拡散して信号用フォト
ダイオード16によって受光される。
上記の投射光の光軸に垂直な平面内において,光スイ
ッチ装置のケース10の内部に進退自在に2つのアクチュ
エータ21,22が設けられている。アクチュエータ21,22の
ケース10外に露出している部分は蛇腹25によって囲まれ
ている。また,アクチュエータ21,22はばね26によって
外方に向って付勢され,かつストッパによってその突出
量が規制されている。2つのアクチュエータ21,22は一
直線状に配置され,それらの内端にナイフ・エッジ21a,
22aが設けられている。これらのナイフ・エッジ21a,22b
は,投射光がボール・レンズ15によって集光されるその
焦点位置に向って進むように配置されている。またナイ
フ・エッジ21a,22aは光軸方向にわずかにずれている。
第2図は,投射光のスポット(LED11の発光領域の結
像)SPと,このスポット位置を進退するナイフ・エッジ
21a,22bと,フォトダイオード16の受光領域16aとの関係
を示すものである。ナイフ・エッジ21aまたは21bがスポ
ットSPに向って進むと,投射光が遮光され,フォトダイ
オード16に受光される光量が減少する。ナイフ・エッジ
21aまたは22b(すなわちアクチュエータ21または22)の
移動量(押し込み量)に対して,フォトダイオード16の
出力信号のレベルは第4図に示すように変化する。フォ
トダイオード16の出力信号を適当な(たとえば中間のレ
ベルの)のスレッシホールド・レベルによって弁別する
ことによってスイッチ出力を得ることができる。スイッ
チングの分解能は光スポットSPの1/1000程度となるた
め,スイッチ精度は〜0.1μm程度のものが得られる。
光源として半導体レーザを用いると,スイッチ精度をさ
らに高めることができる。
第1図および第2図に示す光スイッチ装置では,2個の
アクチュエータ21,22が設けられているので,2方向から
来る移動物体(検知物)に対処できる。4方向にアクチ
ュエータを設け,これらの内端に第2図に鎖線23a,24a
で示すものを含めてそれぞれナイフ・エッジを設けれ
ば,4方向の検知が可能となる。この場合にも,すべての
ナイフ・エッジ21a〜24aを光軸方向にわずかにずらして
おく。さらに,複数の受光素子(受光装置)を設け,か
つ各受光素子を各ナイフ・エッジに対応させて配置すれ
ば,どのナイフ・エッジが変位したか,すなわち物体が
どの方向から到来したかを検知できるようになる。さら
に第1図に示す光スイッチ装置は透過型のものである
が,反射型の光スイッチ装置も考えられうる。たとえば
受光素子16の位置に凹面鏡等の反射体を設けるととも
に,ナイフ・エッジを黒色として光を吸収するように
し,上記反射体によって反射した光を信号用受光素子で
受光する。
第3図は光スイッチ装置の電気的構成を示している。
この図において,LED11は定電流回路31によって駆動され
る。信号用フォトダイオード16およびモニタ用フォトダ
イオード14の出力信号はそれぞれバッファ回路32,33を
経て比較回路34に与えられる。モニタ用フォトダイオー
ド14の出力信号はバッファ回路33によってそれに応じた
適当なレベルに変換され,スレッシホールド・レベルと
して用いられる。比較回路34の比較結果が出力回路35に
与えられ,出力回路35からスイッチ出力が発生する。こ
の回路によると,温度,電源電圧変動,発光効率の変化
等によってLED11の出力が変動しても,それに応じてス
レッシホールド・レベルが変化するので,高精度化を図
ることができるとともに,回路構成の簡素化を図ること
ができる。また,信号用受光素子,モニタ用受光素子お
よびそれぞれのバッファ回路を同特性にし,信号用受光
素子の受光量とモニタ用受光素子が等しくなったときに
スイッチングさせるようにすると,温度,電源電圧等の
変動に対してより強い高精度な光スイッチが実現でき
る。
第5図はLED11の発光量が変化したことに応じて信号
用受光素子16の出力信号がP1からP2に変化した様子を示
している。信号用受光素子16およびモニタ用受光素子14
はLED11の発光量のうちの一定の割合を受光している
(信号用受光素子16の受光量はもちろんナイフ・エッジ
の位置によって変わる)。したがって,LED11の発光量が
変化すると信号用受光素子16の受光量のみならずモニタ
用受光素子14の受光量も変化する。モニタ用受光素子14
の受光量の変化によって,スレッシホールド・レベルも
L1からL2に変化する。したがって,スイッチ動作点は常
に一定位置に保たれ,LED11の発光量が変動しても光スイ
ッチ装置は常に一定位置でオン/オフする。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の実施例を示し,光スイッチ装置の断
面図,第2図はナイフ・エッジの平面図,第3図は光ス
イッチ装置の電気回路を示すブロック図,第4図は信号
用フォトダイオードの出力特性を示すグラフである。 第5図は光源の発光量が変化したときの状態を示すグラ
フである。 第6図は光スイッチの原理を示すグラフである。 第7図および第8図は従来の光スイッチの電気的構成を
それぞれ示すブロック図である。 11……LED, 14……モニタ用フォトダイオード, 16……信号用フォトダイオード, 21,22……アクチュエータ, 21a,22a,23a,24a……ナイフ・エッジ, 32,33……バッファ回路, 34……比較回路,
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 牧 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 立石電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−138776(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】投射光を出射する光源, 光源からの投射光の一部を受光する信号用受光装置, 光源からの投射光の他の一部を受光するモニタ用受光素
    子, アクチュエータの変位にともなって信号用受光装置に入
    射する光の強度を変化させる遮光手段, モニタ用受光素子の出力信号に基づいてスレッシホール
    ド・レベルを発生する回路,および 信号用受光装置の出力信号を上記スレッシホールド・レ
    ベルと比較してスイッチ出力を発生する出力回路を備
    え, 上記光源と上記信号用受光装置とが,上記光源からの光
    を上記信号用受光装置に導くレンズを挟んで対向して配
    置され,上記光源と上記信号用受光装置と上記レンズと
    が一つのケース内に収められ, 上記遮光手段がケースに進退自在に設けられた複数のア
    クチュエータと,これらのアクチュエータの内端の動き
    にそれぞれ連動して,上記光源から上記信号用受光装置
    への光路を進退する複数の遮光部材とを備え,上記複数
    のアクチュエータの外端が異なる方向に向ってケースの
    外側に突出している, 光スイッチ装置。
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