JPH11260214A - 電子機器および透過型光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答時間を決定する発振子の周波数を精度よ
く監視できる電子機器を提供する。 【解決手段】 反射型光電スイッチ１０の動作中には、
比較部３４により第１発振子１６の応答時間を決定する
基準発振周波数が第２発振子１７の比較用の発振周波数
と所定関係を保持しているか否か、すなわち第１発振子
１６の発振周波数に異常がないか否かが精度よく監視さ
れる。そして、監視結果、発振子１６の発振周波数に異
常があれば、投光停止部３３により投光動作が停止させ
られるから、発振子１６の発振周波数に異常があり、光
電スイッチ１０の応答時間が不規則となって異常動作す
ることが未然に防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電子機器および
透過型光電スイッチに関し、特に動作速度が発振子の周
波数に依存する電子機器および透過型光電スイッチに関
する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】電子
機器一般において、内部回路にマイクロコンピュータ
（以下、マイコンと略す）の基準クロック用発振子など
を含み、マイコンの動作速度が発振子の周波数に依存す
る場合、電子機器自体の応答時間も発振周波数に依存す
る。このような電子機器の１つにセンサがある。従来の
センサには発振周波数の監視機能はなく、周波数の変動
によって応答時間が規定値より延びるような異常が生じ
たとしてもセンサ自身では検知できなかった。

【０００３】応答時間が延びることは次のような重大に
問題につながる。たとえば、プレス機械などに設置され
る人体検知用安全センサの場合、プレス機械の危険領域
に人体が達したにもかかわらず機械が所定応答時間以内
に停止制御されないために、人体が直接危険にさらされ
る。

【０００４】図７は、エリアセンサと危険部との間の安
全距離について示す図である。図７において、人体検知
用のエリアセンサとプレス機械の危険部との間に確保さ
れるべき距離（一般に、安全距離と呼ばれる）はエリア
センサとプレス機械自体の応答時間に比例する形で計算
するよう各国規格（たとえば、ｐｒＥＮ９９９）で定め
られているので、応答時間の正常、異常が人身の安全に
直結する。そのため、たとえば電気感知式保護装置の欧
州規格では、装置の単一故障によって応答時間が延びな
いことが要求される。（ｐｒＥＮ５０１００−１ ４．
２．２．３項）上述した電子機器において、発振周波数
の異常を検知するための対策として一般的に用いられて
いるのが、ウォッチドッグタイマによりマイコンの動作
を監視する方法である。しかし、ウォッチドッグタイマ
が監視すべき時間は、マイコンのプログラム構造やその
ときどきの処理ルートに依存するので正確な見積が難し
く、本質的な対策とはなり得なかった。

【０００５】それゆえにこの発明の目的は、応答時間を
決定する発振子の周波数を精度よく監視する機能を有し
た電子機器および透過型光電スイッチを提供することで
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の電子機
器は、応答時間を決定する周波数で発振する第１発振部
と、第１発振部の発振周波数と所定関係にある周波数で
発振する第２発振部とを有する。そして動作において、
第１発振部と第２の発振部の発振周波数が所定関係を保
持するか否かを診断する診断部と、診断部の診断結果に
応じて、動作を継続および停止のいずれかに制御する制
御部とを備えて構成される。

【０００７】請求項１に記載の電子機器によれば、電子
機器の動作中には診断部により第１発振部の応答時間を
決定する周波数が第２発振部の発振周波数と所定関係を
保持しているか否か、すなわち第１発振部の発振周波数
に異常がないか否かが精度よく監視される。そして、診
断部の診断結果、第１発振部の発振周波数に異常がある
ことが診断されると、応じて制御部により該電子機器の
動作が停止させられるから、第１発振部の発振周波数に
異常があり、それゆえに該電子機器の応答時間が不規則
となり、異常動作することが未然に防止できる。

【０００８】また、診断部によれば、第２発振部の発振
周波数に異常を来した場合でも、前述の所定関係が保持
されないことが診断される。したがって、該電子機器で
は、第１発振部のみでなく第２発振部の発振動作の異常
も診断することができて、応答時間を決定する第１発振
部の発振周波数の監視精度をより高めることができる。

【０００９】請求項２に記載の透過型光電スイッチは、
個別に制御されて、検出物体に投光動作する投光部と、
この投光部による投光を受光動作し応じて検出結果を出
力する受光部とを備える。

【００１０】そして投光部は、応答時間を決定する周波
数で発振する投光側発振部と、発振に同期する信号に応
じて投光動作を制御する投光制御部とを有する。

【００１１】また受光部は、応答時間を決定し、かつ同
期信号と所定関係にある周波数で発振する受光側発振部
と、投光部から同期信号を受信し、同期信号に応じて受
光動作を制御する受光制御部とを有する。

【００１２】さらに受光制御部は同期信号の受信時に、
受光側発振部の発振周波数と同期信号が前述の所定関係
を保持するか否かを診断する診断部を有し、診断部の診
断結果に応じて、受光動作または検出結果の出力を継続
または停止するよう構成される。

【００１３】請求項２に記載の透過型光電スイッチによ
れば、該スイッチの投受光動作による物体検出中には、
診断部により同期信号、すなわち投光側発振部の発振信
号と受光側発振部の発振信号の周波数が所定関係を保持
しているか否かが診断されるから、少なくとも一方の発
振周波数に異常がないか否かが精度よく監視される。

【００１４】そして診断部の診断結果、前述の所定関係
を保持していないと診断されると受光部の受光動作は停
止させられるから投光部および受光部の少なくとも一方
の応答時間が不規則になり該光電スイッチの本来の機能
精度が保証されなくなって異常動作が引起こされること
が未然に防止される。

【００１５】また請求項２に記載の投光制御部は診断部
の診断結果に応じて投光動作を継続または停止するよう
構成されてもよい。

【００１６】これにより、診断部の診断結果に応じて、
投光動作も継続または停止させられる。それゆえに、診
断部により前述の所定関係が保持されていないと診断さ
れると、投光部の投光動作も受光部のそれと同様にして
停止させられるから、受光部側の受光動作停止中の無駄
な投光動作は回避されて、電力消費量を低減できる。

【００１７】また、前述の診断部による診断結果は外部
に報知されるように構成されてもよい。

【００１８】これにより、診断結果は外部報知されるの
で、利用者は応答時間精度が低下したことを速やかに知
って、その対応策がとりやすくなる。

【００１９】前述の電子機器または光電スイッチは人体
または物体が機械の危険部に達する前に危険部の動作を
停止させるために、該機械に設けられる物体検知用の安
全センサに適用されてもよい。

【００２０】したがって、上述の電子機器または透過型
光電スイッチが物体検知用の安全センサに適用された場
合、応答時間精度の低下に伴う安全センサとしての検出
精度低下が未然に防止される。それゆえに、人体または
物体が危険部に接近して災害が発生することを確実に防
止できる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて光電スイッチを例示して説明するが、適用される電
子機器は光電スイッチに限定されない。

【００２２】図１はこの発明の第１の実施の形態による
反射型光電スイッチ１０の機能ブロック図である。図２
は図１の反射型光電スイッチ１０の外観図である。

【００２３】図１において単光軸の反射型光電スイッチ
１０は該スイッチ１０自体の動作のＯＮ／ＯＦＦを表示
するＯＮ／ＯＦＦ表示灯１１、動作の異常を表示する異
常表示灯１２、電源端子を介して外部からの電源を各部
へ供給するための電源回路１３、検出物体にＬＥＤ１５
から単光軸の光を照射するためにＬＥＤ１５を駆動制御
する投光回路１４、該スイッチ１０自体の動作周期を決
定するための第１発振子１６、第１発振子１６の発振周
波数が正常であることを検出するために用いられる第２
発振子１７、検出物体で反射された光を受光し、その受
光レベルに基づいた信号を出力する受光回路１８および
ＰＤ１９、検出物体の検出結果（有／無）を制御出力端
子を介して外部に出力するための出力回路２０、ＥＥＰ
ＲＯＭ２１およびマイコン３０を含む。

【００２４】マイコン３０は該光電スイッチ１０を集中
的に実行制御するためのものであって、投光タイミング
部３１、受光タイミング部３２、投光停止部３３、比較
部３４、ゲート３５および判別部３６を含む。

【００２５】なお、投光停止部３３は比較部３４から投
光停止を入力すると、投光タイミング部３１からの信号
を投光回路１４に与えないで、投光回路１４による投光
が停止されるようにするが、通常は、投光タイミング部
３１の信号を投光回路１４に与えるように動作する。

【００２６】ゲート３５は比較部３４から受光停止を入
力すると受光回路１８の出力信号を判別部３６に与えな
いように動作するが、通常は受光タイミング部３２のタ
イミング制御に応じて受光回路１８の出力を入力して判
別部３６に与えるよう動作する。

【００２７】出力回路２０は比較部３４からＯＦＦ信号
を入力すると動作を停止するが、通常は判別部３６の出
力信号に従う制御出力端子を用いた出力動作を行なう。

【００２８】動作において、マイコン３０は第１発振子
１６の出力信号を基準クロックとして入力しながら、投
光と受光が投光タイミング部３１から受光タイミング部
３２への同期信号によって同期制御されるよう動作す
る。

【００２９】投光回路１４により駆動されたＬＥＤ１５
から光が検出物体に照射されると、検出物体で反射され
た光はＰＤ１９で受光される。その受光信号は受光回路
１８で増幅およびフィルタリングされた後、ゲート３５
において、受光タイミング部３２によって制御される期
間だけ、判別部３６に与えられる。そして、所定の入光
状態が判別部３６において判別されると、応じて出力回
路２０から制御出力端子を介してＯＮ信号が出力され
る。

【００３０】このとき、マイコン３０は第１発振子１６
から入力する基準クロック信号と第２発振子１７から入
力する基準クロック信号周波数の比較用クロック信号を
比較部３４において周波数比較する。今、第１発振子１
６の基準クロック信号の周波数を２０ＭＨｚおよび第２
発振子１７の比較用クロック信号のそれを２ＭＨｚと
し、かつ両信号の周波数の固体ばらつきと温度依存性を
含めた最悪相対精度を１％とすれば、比較部３４は、両
信号を入力した比較結果が第２発振子１７が１０周期出
力する間に第１発振子１６出力が９９〜１０１周期分カ
ウントされれば両者の周波数関係は正常であると判別
し、そうでなければ異常と判別して投光停止、受光停止
およびＯＦＦ信号出力し、該光電スイッチ１０を安全側
へ制御する。

【００３１】光電スイッチ１０の状態は、ＯＮ／ＯＦＦ
表示灯１１と異常表示灯１２とによって表示される。正
常動作の場合、マイコン３０により入光状態に応じてＯ
Ｎ／ＯＦＦ表示灯１１が点灯あるいは消灯し、異常表示
灯１２は消灯しているが、上述したように第１および第
２発振子１６および１７の発振周波数の関係が所定範囲
外などの異常状態では、マイコン３０によりＯＮ／ＯＦ
Ｆ表示灯１１は消灯し、異常表示灯１２が点灯する。

【００３２】このとき、マイコン３０によりＥＥＰＲＯ
Ｍ２１には該光電スイッチ１０が異常状態になったこと
が記録される。したがって、光電スイッチ１０の電源投
入後は、まずＥＥＰＲＯＭ２１の内容を読みに行くよう
にマイコン３０をプログラミングしておけば、光電スイ
ッチ１０において一旦上述したような異常状態が検知さ
れた後は、投受光動作が一度も実行されることなく出力
回路２０により出力を常にＯＦＦに保ち、異常表示灯１
２を用いて異常状態を報知し続けることができる。

【００３３】したがって、利用者は異常表示灯１２の表
示を見て前述した異常状態への対応を速やかに行なうこ
とができる。

【００３４】図３はこの発明の第２の実施の形態による
透過型光電スイッチの機能ブロック図である。図４は図
３の透過型光電スイッチの外観図である。

【００３５】図３の多光軸の透過型光電スイッチ４０
は、検出物体に光を照射する投光器４１および投光器４
１による投光が検出物体で遮られずに受光される入光状
態であるか否かを検出して出力する受光器４２を含む。

【００３６】投光器４１はマイコン４１Ａ、電源端子か
ら外部電源を各部に供給するための電源回路５０、ＬＥ
Ｄ１〜ＬＥＤ８による投光を逐次駆動する逐次投光回路
５１、投光器４１自体の動作周期を決定するための第１
発振子５２を含む。

【００３７】マイコン４１Ａは投光器４１を集中的に実
行制御するためのものであって、投光タイミング部１Ａ
および送信部２Ａを含む。投光タイミング部１Ａは逐次
投光回路５１を第１発振子５２の出力する基準クロック
信号に同期しながら各光軸に対応のＬＥＤ１〜ＬＥＤ８
を逐次点灯させるよう制御するとともに、受光器４２に
よる受光のタイミングを投光のタイミングに一致させる
ための第１発振子５２の基準クロック信号に従う同期信
号を送信部２Ａを介して送信させる。

【００３８】受光器４２はマイコン４２Ａ、電源端子か
らの外部電源を各部に供給するための電源回路６０、Ｐ
Ｄ１〜ＰＤ８による受光信号を逐次選択的に入力する光
軸選択回路６１、受光器４２自体の動作周期を決定する
ための第３発振子６２、選択された受光信号を増幅およ
びフィルタリングする受光回路６３、受光回路６３出力
の受光信号が入光状態であるか否かを検出結果信号とし
て制御出力端子を介して出力するための出力回路６４、
ＥＥＰＲＯＭ６５、ＯＮ／ＯＦＦ表示灯６６および異常
表示灯６７を含む。

【００３９】マイコン４２Ａは受光器４２を集中的に実
行制御するためのものであってゲート１Ｂ、判別部２
Ｂ、受光タイミング部３Ｂおよび受信・比較部４Ｂを含
む。

【００４０】光電スイッチ４０のほとんどの機能はマイ
コン４１Ａおよび４２Ａによって実行される。投光タイ
ミングと受光タイミングは、投光器４１から受光器４２
へ送信される同期信号によって同期制御される。投光器
４１ではマイコン４１Ａの投光タイミング部１Ａが第１
発振子５２の出力信号に同期して各光軸に対応のＬＥＤ
１〜ＬＥＤ８を逐次点灯させるとともに、送信部２Ａを
介して同期信号を出力する。

【００４１】受光器４２のマイコン４２Ａでは、同期信
号を受信・比較部４Ｂで入力して、受光タイミング部３
Ｂは入力した同期信号に従い光軸選択回路６１により点
灯しているＬＥＤと同じ光軸のＰＤ出力の受光信号を選
択させる。

【００４２】選択された受光信号は受光回路６３で増幅
およびフィルタリングされた後、ゲート１Ｂに与えられ
る。ゲート１Ｂでは受光タイミング部３Ｂによる同期信
号を用いて制御された期間だけ受光信号が判別部２Ｂに
与えられる。そして判別部２Ｂで全光軸に対して入光状
態であることが判別されれば、出力回路６４がＯＮ信号
を制御出力端子を介して外部出力する。

【００４３】このとき、投光器４１および受光器４２で
は、マイコン４１Ａおよび４２Ａが第１および第３発振
子５２および６２の出力信号を基準クロックとして利用
し動作する。受光器４２では、投光器４１からの同期信
号を自分の基準クロック周波数の比較用信号としても利
用する。今、受光器４２の第３発振子６２の出力信号と
投光器４１からの同期信号の周波数をそれぞれ２０ＭＨ
ｚおよび２００ｋＨｚとし、かつ両周波数の固体ばらつ
きと温度依存性を含めた最悪相対精度を１％とする。す
ると、同期信号が１０周期入力する間に第３発振子６２
の出力信号が１９０〜１０１０周期分カウントされれば
両者の周波数関係は正常であるといえる。

【００４４】受光器４２のマイコン４２Ａ内部の受信・
比較部４Ｂは以上のような２つの周波数信号を入力する
とともに上述の周波数関係を比較し、その関係が異常で
あれば受光タイミング部３Ｂを受光停止させ、出力回路
６４に出力を強制ＯＦＦさせるという該光電スイッチ４
０の安全側への制御を行なう。

【００４５】光電スイッチ４０の状態は、ＯＮ／ＯＦＦ
表示灯６６と異常表示灯６７によって表示される。正常
動作の場合、入光状態に応じてＯＮ／ＯＦＦ表示灯６６
が点灯あるいは消灯し、異常表示灯６７は消灯している
が、同期信号と第３発振子６２の発振周波数の関係が所
定範囲外などの異常状態であることが受信・比較部４Ｂ
により判別されると、応じてマイコン４２ＡによりＯＮ
／ＯＦＦ表示灯６６が消灯され、異常表示灯６７が点灯
して、該光電スイッチ４０が異常状態であることが外部
報知される。したがって、利用者は異常表示灯６７の点
灯を確認して、このような異常状態への対応を速やかに
とることができる。

【００４６】このとき、マイコン４２Ａは受光器４２の
ＥＥＰＲＯＭ６５に該光電スイッチ４０が上述したよう
な異常状態になったことを記録する。光電スイッチ４０
の電源投入後、まずＥＥＰＲＯＭ６５の内容が読込まれ
るようにマイコン４２Ａをプログラミングしておけば、
光電スイッチ４０が一旦上述した異常状態を検知した
後、受光動作が一度も実行されることなく出力回路６４
による出力、ならびにＯＮ／ＯＦＦ表示灯６６の表示を
常にＯＦＦに保ち、異常表示灯６７も異常状態を示し続
ける。

【００４７】このとき、投光器４１と受光器４２間の通
信が双方向通信とすれば、受光器４２から投光器４１へ
上述した異常状態が検知された旨の異常信号を送信し、
投光器４１がこれを受信し応じて投光動作を停止するよ
うに制御することも可能である。

【００４８】図５は、図３の機能ブロックの変形例を示
す図である。図５では透過型光電スイッチ４０ａにおけ
る周波数異常検出および安全確保機能として、投光器４
１ａ側で図１で示された基準クロックを出力する第１発
振子５２および基準クロックの周波数を比較するための
信号を出力する第２発振子５３を有して、比較部３Ａに
より両発振子の出力信号の周波数関係に前述したような
周波数異常状態が検出された場合には投光タイミング部
１Ａに投光停止が与えられる。

【００４９】投光タイミング部１Ａは投光停止を入力す
ると、投光動作を強制的に停止すると同時に、送信部２
Ａを介して受光器４２ａ側に周波数異常状態が検出され
旨の異常信号を送信する。

【００５０】受光器４２ａ側では受信・比較部４Ｃが異
常信号が受信されたことに応じて受光タイミング部３Ｂ
の受光機能を強制停止させるとともに出力回路６４の出
力動作を強制停止させるよう制御する。

【００５１】これにより、受光タイミング部３Ｂはゲー
ト１ＢをＯＦＦ状態に設定するので、受光動作は行なわ
れなくなる。また、このとき、マイコン４２ＢによりＯ
Ｎ／ＯＦＦ表示灯６６は強制的にＯＦＦ表示状態に設定
されるとともに、異常表示灯６７は点灯して異常状態を
外部報知するよう設定される。したがって、利用者は異
常表示灯６７の点灯状態を確認して上述の異常状態への
対応を速やかにとることができる。

【００５２】図６は、この発明の第２の実施の形態によ
る多光軸光電スイッチの人体侵入検知用センサとしての
設置例を示す図である。人体侵入検知用のセンサは、プ
レス機械などの危険なエリアへの入口に取付けられ、機
械が稼動中で危険な状態のときに、人の侵入があった場
合、それを検知し直ちに機械を止めるために用いられ
る。機械全体の大きさをコンパクトにするため、図７で
示したような安全距離を最短となるように設計したとき
は、上述したような発振周波数に基づく正常／異常判定
機能は危険回避のための特に有効な手法となり得る。

【００５３】今回開示された実施の形態はすべての点で
例示であって制限的なものではないと考えられるべきで
ある。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求
の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味お
よび範囲内でのすべての変更が含まれることが意図され
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態による反射型光電
スイッチの機能ブロック図である。

【図２】図１の反射型光電スイッチの外観図である。

【図３】この発明の第２の実施の形態による透過型光電
スイッチの機能ブロック図である。

【図４】図３の透過型光電スイッチの外観図である。

【図５】図３の機能ブロックの変形例を示す図である。

【図６】この発明の第２の実施の形態による多光軸光電
スイッチの人体侵入検知用センサとして設置例を示す図
である。

【図７】エリアセンサと危険部との間の安全距離につい
て示す図である。

【符号の説明】

１１および６６ ＯＮ／ＯＦＦ表示灯 １２および６７ 異常表示灯 １６および５２ 第１発振子 １７および５３ 第２発振子 ６２ 第３発振子 ３０、４１Ａ、４２Ａ、４１Ｂ、および４２Ｂ マイコ
ン なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 応答時間を決定する周波数で発振する第
   １発振部と、 前記第１発振部の発振周波数と所定関係にある周波数で
   発振する第２発振部と、 動作において、前記第１発振部と前記第２の発振部の発
   振周波数が前記所定関係を保持するか否かを診断する診
   断部と、 前記診断部の診断結果に応じて、前記動作を継続および
   停止のいずれかに制御する制御部とを備える、電子機
   器。
2. 【請求項２】 個別に制御されて、検出物体に投光動作
   する投光部と、前記投光部による投光を受光動作し応じ
   て検出結果を出力する受光部とを備えた透過型光電スイ
   ッチであって、 前記投光部は、 応答時間を決定する周波数で発振する投光側発振部と、 前記発振に同期する信号に応じて前記投光動作を制御す
   る投光制御部とを有し、 前記受光部は、 応答時間を決定し、かつ前記同期信号と所定関係にある
   周波数で発振する受光側発振部と、 前記投光部から前記同期信号を受信し、該同期信号に応
   じて前記受光動作を制御する受光制御部とを有し、 前記受光制御部は、 前記同期信号の受信時に、前記受光側発振部の発振周波
   数と前記同期信号が前記所定関係を保持するか否かを診
   断する診断部を有し、前記診断部の診断結果に応じて、
   前記受光動作または検出結果の出力を継続または停止す
   ることを特徴とする、透過型光電スイッチ。