JP5939851B2

JP5939851B2 - 光電センサおよび光電センサの故障検出方法

Info

Publication number: JP5939851B2
Application number: JP2012065550A
Authority: JP
Inventors: 秀昭丸藻
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2016-06-22
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: JP2013195355A

Description

この発明は、例えばエレベータのかご位置の検出に用いられる光電センサであって、光電センサを構成する光素子の故障状態を検出可能な光電センサおよび光電センサの故障検出方法に関する。

一般的な光電センサについて、図面を参照しながら説明する。図８は、一般的な光電センサの光素子の配置を示す構成図である。図８（ａ）は、光電センサの検出エリアに遮蔽物が存在しない場合を示し、図８（ｂ）は、光電センサの検出エリアに遮蔽物が存在する場合を示している。図８において、光ビームを投光する投光器５１および光ビームを受光する受光器５２は、コの字型の筐体において、互いに向かい合う位置に配置されている。

ここで、受光器５２に向けて投光器５１から投光された光ビームは、光電センサの検出エリア、すなわち投光器５１と受光器５２との間に遮蔽物６０が存在しない場合（図８（ａ））には、そのまま受光器５２で受光される。一方、投光器５１と受光器５２との間に遮蔽物６０が存在する場合（図８（ｂ））には、受光器５２に向けて投光器５１から投光された光ビームは、受光器５２で受光されない。

図９は、一般的な光電センサを、光ビームの形状とともに示すブロック構成図である。図９において、この光電センサは、投光器５１、受光器５２、バンドパス（ＢＰ）フィルタ５３およびパルス検出回路５４を備えている。この光電センサは、遮蔽物６０のような物体によって光が遮られ、受光器５２で受光される光ビームの光量が変化することを利用して、物体を検出するものである。

投光器５１は、太陽光のような外乱光が存在する環境にも対応するために、パルス状の光ビームを投光する。受光器５２は、投光器５１から投光されたパルス状の光ビームを受光する。ＢＰフィルタ５３は、受光器５２で受光された光ビームのＤＣ成分をフィルタリングする。

パルス検出回路５４は、ＢＰフィルタ５３でフィルタリングされた光ビームのパルスを検出した場合に、遮蔽物６０が存在しないとする検出信号を出力し、光ビームのパルスを検出しない場合に、遮蔽物６０が存在するとする検出信号を出力する。これにより、光電センサの検出エリアに遮蔽物６０が存在するか否かを検出することができる。

このような光電センサについて、光素子である投光器５１または受光器５２が故障した場合、光ビームのパルスが検出されなくなり、実際に遮蔽物６０が存在しているのか、それとも遮蔽物６０が存在しておらず、投光器５１または受光器５２の故障によって光ビームのパルスが検出されていないのかを区別することができなかった。そのため、投光器５１または受光器５２の故障状態を検出することができず、故障が潜在化する恐れがあった。

そこで、投光器の駆動電圧を０から規定電圧レベルまで変化させた場合における受光器の出力を観測し、この出力があらかじめ定めた値以上変化したときに、光電センサが正常に動作していると判断する光電センサの自己診断方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、投光器または受光器が故障した場合に、故障状態を容易に検出することができる。

特開２００４−１３２８６５号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
特許文献１の技術では、受光器が投光器からの光ビームを受光できる状態でしか、光素子の故障状態を検出することができず、受光器と投光器との間に遮蔽物が存在する状態では、光素子の故障状態を検出することができないという問題がある。

また、光素子の故障状態を高精度に検出するために、光電センサを同一検出エリアに対して２系統配置し、パルス検出回路の出力結果を比較（２重系による比較）して、出力結果が一致しているか一致していないかを判定することにより、光素子の故障状態を検出することが考えられる。

しかしながら、光電センサを２重系とすることで、光素子の故障状態を高精度に検出することができるものの、光電センサのコストが増大するとともに、パルス検出回路の出力結果を比較するための回路が別途必要になるので、光電センサのサイズが大型になるという問題がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、遮蔽物の有無によらず、低コストかつ省スペースで、光素子の故障状態を高精度に検出することができる光電センサおよび光電センサの故障検出方法を得ることを目的とする。

この発明に係る光電センサは、被検出体が光を遮ることにより、被検出体の有無を検出する光電センサであって、パルス状の光ビームを投光する投光部と、投光部と対向して配置され、投光部との間に被検出体が存在しない場合に、投光部からの光ビームを受光する第１受光部と、投光部と第１受光部との間に被検出体が存在する場合に、被検出体で反射された投光部からの光ビームを受光する位置に配置された第２受光部と、第１受光部での受光結果と第２受光部での受光結果とが相補関係にない場合に、投光部、第１受光部または第２受光部の故障状態を検出する故障検出部と、を備え、第１受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出せず、第２受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出した場合に、第１受光部がＯＮ故障であると判定することを特徴とする。

この発明に係る光電センサの故障検出方法は、被検出体が光を遮ることにより、被検出体の有無を検出する光電センサであって、パルス状の光ビームを投光する投光部と、投光部と対向して配置され、投光部からの光ビームを受光する第１受光部と、被検出体で反射された投光部からの光ビームを受光する位置に配置された第２受光部と、を備えた光電センサの故障検出方法において、第１受光部および第２受光部で投光部からの光ビームを受光する受光ステップと、第１受光部での受光結果と第２受光部での受光結果とが相補関係にない場合に、投光部、第１受光部または第２受光部の故障状態を検出する故障検出ステップと、第１受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出せず、第２受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出した場合に、第１受光部がＯＮ故障であると判定するステップと、を備えたことを特徴とする。

この発明に係る光電センサおよび光電センサの故障検出方法によれば、故障検出部（ステップ）は、投光部との間に被検出体が存在しない場合に、投光部からのパルス状の光ビームを受光する第１受光部での受光結果と、投光部と第１受光部との間に被検出体が存在する場合に、被検出体で反射された投光部からの光ビームを受光する位置に配置された第２受光部での受光結果とが相補関係にない場合に、投光部、第１受光部または第２受光部の故障状態を検出し、第１受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出せず、第２受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出した場合に、第１受光部がＯＮ故障であると判定する。
そのため、遮蔽物の有無によらず、低コストかつ省スペースで、ＯＮ故障時の故障箇所を特定することができる。

（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係る光電センサの光素子の配置を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサを示すブロック構成図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサの第１パルス検出回路および第２パルス検出回路の動作を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサの故障検出部を示す構成図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサにおける物体検出および故障検出の状態を示す論理図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサの光素子の配置を示す別の構成図である。この発明の実施の形態１に係る光電センサの光素子の配置を示すさらに別の構成図である。（ａ）、（ｂ）は、一般的な光電センサの光素子の配置を示す構成図である。一般的な光電センサを、光ビームの形状とともに示すブロック構成図である。

以下、この発明に係る光電センサおよび光電センサの故障検出方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る光電センサの光素子の配置を示す構成図である。図１（ａ）は、光電センサの検出エリアに遮蔽物が存在しない場合を示し、図１（ｂ）は、光電センサの検出エリアに遮蔽物が存在する場合を示している。

図１において、光ビームを投光する投光器（投光部）１および光ビームを受光する第１受光器（第１受光部）２１は、コの字型の筐体において、互いに向かい合う位置に配置されている。第１受光器２１は、投光器１との間（検出エリア）に遮蔽物（被検出体）１０が存在しない場合（図１（ａ））に、投光器１からの光ビームを受光する。

また、光ビームを受光する第２受光器（第２受光部）２２は、コの字型の筐体において、投光器１と同じ側であって、投光器１と第１受光器２１との間に遮蔽物１０が存在する場合（図１（ｂ））に、遮蔽物１０で反射された投光器１からの光ビームを受光する位置に配置されている。なお、遮蔽物１０は、投光器１からの光ビームを第２受光器２２に十分反射させることができるように、光反射性の高い材質で形成されている。

図２は、この発明の実施の形態１に係る光電センサを示すブロック構成図である。図２において、この光電センサは、投光器１、第１受光器２１、第２受光器２２、パルス発生回路３、第１パルス検出回路４１、第２パルス検出回路４２、物体検出回路５および故障検出回路（故障検出部）６を備えている。この光電センサは、遮蔽物１０が光を遮ることにより、遮蔽物１０の有無を検出するものである。

投光器１は、太陽光のような外乱光が存在する環境にも対応するために、パルス状の光ビームを投光する（図９参照）。ここで、投光器１が光ビームを投光している状態をＯＮ状態とし、光ビームを投光していない状態をＯＦＦ状態とする。

第１受光器２１および第２受光器２２は、投光器１から投光されたパルス状の光ビームを受光する。なお、第１受光器２１および第２受光器２２の後段に、受光された光ビームのＤＣ成分をフィルタリングするＢＰフィルタを設けてもよい。パルス発生回路３は、投光器１がパルス状の光ビームを投光するためのパルス信号を発生して、投光器１に出力する。

第１パルス検出回路４１および第２パルス検出回路４２は、それぞれ第１受光器２１および第２受光器２２で受光した光ビームのパルスを検出した場合に、ＯＮ状態の信号を出力し、光ビームのパルスを検出しない場合に、ＯＦＦ状態の信号を出力する。

また、第１パルス検出回路４１および第２パルス検出回路４２によるＯＮ状態またはＯＦＦ状態の判定は、図３に示されるように、光ビームのパルスのポジティブエッジ、ネガティブエッジ、またはその両方を検出したときから、一定時間はＯＮ状態と判定し、一定時間パルスが検出されなければＯＦＦ状態と判定する。なお、一定時間は、任意に設定可能な時間とする。

物体検出回路５は、第１パルス検出回路４１および第２パルス検出回路４２の出力信号に基づいて、検出エリアにおける遮蔽物１０の有無を検出して検出信号を出力する。このとき、物体検出回路５は、第１パルス検出回路４１からの信号のみ、第２パルス検出回路４２からの信号のみ、または第１パルス検出回路４１からの信号と第２パルス検出回路４２からの信号との論理和に基づいて、遮蔽物１０の有無を検出する。

具体的には、物体検出回路５は、例えば第１パルス検出回路４１からＯＮ状態の信号を受信した場合に、遮蔽物１０が存在しないとする検出信号を出力し、第１パルス検出回路４１からＯＦＦ状態の信号を受信した場合に、遮蔽物１０が存在するとする検出信号を出力する。

故障検出回路６は、第１パルス検出回路４１および第２パルス検出回路４２の出力信号に基づいて、具体的には、第１受光器２１での受光結果と第２受光器２２での受光結果とが相補関係にない場合に、投光部器、第１受光器２１または第２受光器２２の故障状態を検出し、故障信号を出力する。

そのため、故障検出回路６は、図４に示されるように、ＥＸＯＲ（排他的論理和）回路により構成されている。なお、図４では、第１パルス検出回路４１および第２パルス検出回路４２は、図示を省略している。図４において、第１受光器２１での受光結果と第２受光器２２での受光結果とが相補関係にある場合には、故障信号がＨ（正常）で出力され、相補関係にない場合には、故障信号がＬ（故障）で出力される。

図５は、この発明の実施の形態１に係る光電センサにおける物体検出および故障検出の状態を示す論理図である。図５において、状態Ｂ、Ｃが正常状態にある場合の検出論理であり、状態Ｂは検出エリアに遮蔽物１０が存在しない状態を示し、状態Ｃは検出エリアに遮蔽物１０が存在する場合を示している。また、状態Ａ、Ｄ、Ｅが故障状態にある場合の検出論理である。すなわち、光電センサが正常状態にある場合には、第１受光器２１での受光結果と第２受光器２２での受光結果とが、必ず相補関係になることを示している。

また、この発明の実施の形態１では、投光器１は、上述したように、パルス状の光ビームを投光する（図９参照）。このパルス状の光ビームは、外乱光の影響を抑制するとともに、状態Ｂ、Ｃにおける第１受光器２１または第２受光器２２のＯＮ故障を検出する際にも効果を有する。

すなわち、投光器１がパルス状の光ビームを投光するものではなく、常時点灯しているものだとすると、状態Ｂで第１受光器２１がＯＮ故障状態（実際にはビーム光を受光していないのに、光素子の故障によりビーム光を受光していると判断される状態）にある場合は、遮蔽物１０が検出エリアに存在していると、遮蔽物１０が抜けるまでＯＮ故障を検出することができない。

この場合において、投光器１がパルス状の光ビームを投光することにより、第１受光器２１がＯＮ故障状態にあると、第１パルス検出回路４１でパルスが検出されないので、第１受光器２１がＯＮ故障状態にあることを検出することができる。すなわち、投光器１がパルス状の光ビームを投光することにより、ＯＮ故障時の故障箇所を特定することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、故障検出部は、投光部との間に被検出体が存在しない場合に、投光部からのパルス状の光ビームを受光する第１受光部での受光結果と、投光部と第１受光部との間に被検出体が存在する場合に、被検出体で反射された投光部からの光ビームを受光する位置に配置された第２受光部での受光結果とが相補関係にない場合に、投光部、第１受光部または第２受光部の故障状態を検出し、第１受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出せず、第２受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出した場合に、第１受光部がＯＮ故障であると判定する。
そのため、遮蔽物の有無によらず、低コストかつ省スペースで、ＯＮ故障時の故障箇所を特定することができる。

なお、上記実施の形態１において、投光器１からの光ビームが第２受光器２２に漏れ出したり、回り込んだりすることを防止して、検出精度を向上させるために、図６に示されるように、投光器１が指向性を有する光ビームを投光してもよい。また、その他の方法として、図７に示されるように、投光器１と第２受光器２２との間に、カバー３０を配置してもよい。

１投光器（投光部）、３パルス発生回路、５物体検出回路、６故障検出回路（故障検出部）、１０遮蔽物、２１第１受光器（第１受光部）、２２第２受光器（第２受光部）、４１第１パルス検出回路、４２第２パルス検出回路、３０カバー。

Claims

被検出体が光を遮ることにより、被検出体の有無を検出する光電センサであって、
パルス状の光ビームを投光する投光部と、
前記投光部と対向して配置され、前記投光部との間に前記被検出体が存在しない場合に、前記投光部からの光ビームを受光する第１受光部と、
前記投光部と前記第１受光部との間に前記被検出体が存在する場合に、前記被検出体で反射された前記投光部からの光ビームを受光する位置に配置された第２受光部と、
前記第１受光部での受光結果と前記第２受光部での受光結果とが相補関係にない場合に、前記投光部、前記第１受光部または前記第２受光部の故障状態を検出する故障検出部と、
を備え、
前記第１受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出せず、前記第２受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出した場合に、前記第１受光部がＯＮ故障であると判定することを特徴とする光電センサ。
被検出体が光を遮ることにより、被検出体の有無を検出する光電センサであって、
パルス状の光ビームを投光する投光部と、
前記投光部と対向して配置され、前記投光部からの光ビームを受光する第１受光部と、
前記被検出体で反射された前記投光部からの光ビームを受光する位置に配置された第２受光部と、
を備えた光電センサの故障検出方法において、
前記第１受光部および前記第２受光部で前記投光部からの光ビームを受光する受光ステップと、
前記第１受光部での受光結果と前記第２受光部での受光結果とが相補関係にない場合に、前記投光部、前記第１受光部または前記第２受光部の故障状態を検出する故障検出ステップと、
前記第１受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出せず、前記第２受光部からの信号がＯＮ状態を検出しかつパルスを検出した場合に、前記第１受光部がＯＮ故障であると判定するステップと、
を備えたことを特徴とする光電センサの故障検出方法。