JP3959970B2 - 反射型光電スイッチ - Google Patents
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Description
【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（ＰＤ）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。
▲１▼：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▼：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。
▲３▼：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（ＬR）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。
▲１▼：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）
▲２▼：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）
▲３▼：投光回路、受光回路の故障
▲４▼：電源線、出力線の断線、短絡、漏電
▲５▼：電源線、出力線の地絡、漏電
【００２３】
▲１▼〜▲５▼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（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ＰK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ΔＶａ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ΔＶａ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Ｃ2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（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ΔＶｂ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ＶO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ΔＶｂ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（＝−ΔＶｂ）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Ｃ1A，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ΔＶｂ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（＝ＶC＋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
【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（ＰＤ）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。
▲１▼：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▼：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。
▲３▼：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（ＬR）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。
▲１▼：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）
▲２▼：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）
▲３▼：投光回路、受光回路の故障
▲４▼：電源線、出力線の断線、短絡、漏電
▲５▼：電源線、出力線の地絡、漏電
【００２３】
▲１▼〜▲５▼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（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ＰK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ΔＶａ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ΔＶａ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Ｃ2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（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ΔＶｂ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ＶO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ΔＶｂ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（＝−ΔＶｂ）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Ｃ1A，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ΔＶｂ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（＝ＶC＋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
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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