JPH11355115A - 多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多重投光状態の発生等による誤検出を防止す
ると共に遮光状態の検出をより確実に行い得る多光軸光
電スイッチを提供することを目的とする。 【解決手段】 所定の投光タイミングを規定する信号を
出力する投光制御手段２３，２４と、投光制御手段２
３，２４からの投光タイミング信号に基づいて順次駆動
制御される複数の投光素子２１と、複数の投光素子２１
と対をなして対応するそれぞれの投光素子からの光を受
ける複数の受光素子３１と、複数の受光素子３１の受光
信号を前記投光タイミング信号に同期させて受光可能に
する受光制御手段３３，３４と、複数の投光素子２１に
供給される駆動電圧を検出する電圧検出手段２５と、電
圧検出手段２５で検出した駆動電圧に基づき複数の投光
素子２１の動作異常を検出する異常検出手段２６とを有
して構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、投光素子および受
光素子の対を複数備え、検出エリア内の投光素子の点灯
に同期して対となる受光素子からの受光信号を受光可能
にして検出エリア内の遮光状態を検出する多光軸光電ス
イッチに係り、特に、多重投光状態の発生等による誤検
出を防止すると共に遮光状態の検出をより確実に行い得
る多光軸光電スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】多光軸光電スイッチとは、投光器の投光
素子および受光器の受光素子の対からなる光軸を複数有
してこれらの光軸の何れかの光軸が物体により遮断した
ときに動作するスイッチをいい、従来より、広い検出エ
リアで物体の有無を検出できる「エリアセンサ」として
知られている。この多光軸光電スイッチは、特に工作機
械、パンチ機、プレス機、制動機、成形機、自動制御
機、巻線機、ロボット、鋳造機等のオペレータの安全を
守るために用いられ、プレス機等の危険な領域にこの多
光軸光電スイッチを配置して検出エリアとし、オペレー
タの手指など身体の一部がこの検出エリアに入ることに
より光軸の遮光を検出して、即座に機械の動作を停止ま
たは警報を発して保護している。また、多光軸光電スイ
ッチは工場の自動生産ラインに用いて移動する物品の有
無を検出し、物品を検出したとき次のステップに移る等
の自動制御のセンサとしても用いられている。

【０００３】この種の多光軸光電スイッチとして、例え
ば次のような「多光軸光電スイッチ」（以下、従来例と
いう）がある。この従来例の概略的構成は図１２および
図１３に示す通りである。ここで、図１２は従来の多光
軸光電スイッチの全体構成図、図１３は投光器１０２の
回路構成図である。図１２において本従来例の多光軸光
電スイッチは、対をなす投光素子２１１〜２１８および
受光素子３１１〜３１８を複数対（８対）設け、投光素
子制御回路１２４からの信号に基づき投光回路１２３内
の投光素子駆動回路１２９１〜１２９８を駆動して投光
素子２１１〜２１８を１個ずつ順次検出エリア内に向け
て発光させる。一方、受光素子群３１１〜３１８は複数
の入力端子を備えた受光回路１０３に接続され、それら
の受光素子群３１１〜３１８のうち発光している投光素
子と対をなす１つの受光素子のみが投光素子の発光タイ
ミングと同期して受光回路１０３により受光可能にされ
る。つまり、受光素子は、対となる投光素子の発光タイ
ミングでのみ動作し、自分の光軸以外のタイミングで発
光する投光素子からの光には反応しないようになってい
る。

【０００４】この場合、投光素子２１１〜２１８を順次
点灯させるために、投光回路１２３は、例えば図１３に
示すようにそれぞれの投光素子２１１〜２１８にシフト
レジスタ１２７１〜１２７８を接続し、これらのシフト
レジスタ１２７１〜１２７８をシリアルに接続した構成
としている。そして、投光素子制御回路１２４の端子Ｃ
からクロック信号を出力し、その出力タイミングでシフ
トレジスタ１２７１〜１２７８の出力状態を順次シフト
させるようにしている。また、このような構成は、上述
の受光回路１０３においても用いられている。

【０００５】受光素子３１１〜３１８による受光信号
は、受光アンプにより増幅された後、シフトレジスタ構
成の選択回路を介して比較回路に入力され、該比較回路
によって所定の基準レベルと比較され、何れかの受光素
子における受光量が低くなったと判断された時には、そ
の検出エリアのうちその投光素子と受光素子によりなる
光軸中に物体が侵入したことが判断される。ここで、１
つの受光素子が発光している時には、対をなす受光素子
からの受光信号のみを受光可能にするのは、次の理由に
よる。すなわち、投光素子から発せられる光がそれと対
をなす受光素子のみに入射されるとは限らず、その近傍
に設けられている受光素子にも比較的強度の大きい光と
して入射する場合がある。したがって、全ての受光素子
からの受光信号が等しく１つの比較回路に入力される構
成とすると、物体の侵入によってその光軸が遮光状態に
あるにもかかわらず受光状態と判断してしまい、物体の
侵入を正確に検出できなくなるからである。

【０００６】また、投光器１０２側において、例えば投
光素子２１１〜２１８を駆動する回路に故障等が発生し
た場合には、シフトレジスタ１２７１〜１２７８が正常
に動作していても投光素子２１１〜２１８が所定のタイ
ミングで１個ずつ点灯されず、同時に２個以上の投光素
子が発光する不具合（以下、本明細書では「多重投光」
という）が生じる。このような多重投光が発生すると、
光軸を遮断している侵入物体がある場合でも、他の投光
素子からの光が遮光されずに本来発光タイミングとなっ
た投光素子に対応して設けられた受光素子に入光するお
それがある。すると、受光器１０３側では、投光素子か
らの入光信号があるとして遮光状態が判断されないこと
となる。なお、多重投光が発生する要因として、投光素
子の制御回路や駆動回路の故障等の他に、投光回路１２
３に使用されるシフトレジスタ１２７１〜１２７８にノ
イズ等の影響により誤ったデータがセットされた場合も
考えられる。

【０００７】このような多重投光の発生による誤検出を
防止するため、本従来例の多光軸光電スイッチでは次の
ような技法を採用している。すなわち、本従来例では、
複数の投光素子２１１〜２１８に供給される負荷電流を
検出する電流検出回路１２６と、この電流検出回路１２
６による電流検出値が本体点灯タイミングとなった投光
素子の点灯に要する負荷電流の範囲を上回っていたとき
は投光素子２１１〜２１８が動作異常であることを外部
に報知する状態検知手段１２６ｂとを備えた構成として
いる。つまり、本従来例では、所定タイミングで順次点
灯される複数の投光素子２１１〜２１８の負荷電流が電
流検出手段１２６により検出され、状態検知手段１２６
ｂによりこのときの検出電流値が所定範囲内にあるか否
かを判定する。これにより、１個の投光素子の点灯に要
する負荷電流の範囲を超えて負荷電流が検出される場
合、すなわちある点灯タイミングで複数個の投光素子が
同時に点灯する多重投光状態を検知することとして遮光
状態検出動作の信頼性を向上させるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の多光軸光電スイッチにあっては、投光素子に流れる
電流の和を見て設定値以上の電流が流れた場合に多重投
光が発生したと判断する方式なので、回路仕様として全
ての投光素子に流れる電流をほぼ等しく設計する必要が
あり、有効開口角を調整するために光軸ごとに異なった
電流値に設定することができないという問題点がある。
つまり、多光軸光電スイッチにおいては、必要な有効開
口角と光軸調整のし易さ等を両立させるために各光軸の
投光素子に流れる電流を光軸ごとに設定する場合がある
が、従来の多光軸光電スイッチにおいては、各光軸の投
光素子に流れる電流がほぼ同一である必要から光軸ごと
の電流設定を行えずに設計の自由度が低くなってしまう
という問題である。

【０００９】また、多重投光が発生する要因として、上
述した投光素子の投光回路（制御回路および駆動回路）
の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子に対
して誤った信号が供給される場合の他に、投光素子の制
御回路が正常動作している場合であっても装置内に金属
製の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等
によって投光素子の制御回路の出力端子同士がショート
（短絡）すること等が挙げられる。このような場合に投
光素子の制御回路に一般的なロジックＩＣを使用してい
ると、制御回路の出力信号は正常時の”Ｈ”レベルの半
分程度の電圧振幅しか得られず、１つの投光素子に流れ
る電流も半分程度となって、上記従来例のように投光素
子に流れる電流の総和を監視する方式では、このような
場合の多重投光を検出することは極めて困難になるとい
う事情もあった。

【００１０】本発明は、上記従来の問題点や事情に鑑み
てなされたものであって、投光素子の投光回路（制御回
路および駆動回路）の故障やノイズによる誤データの設
定等、投光素子に対して誤った信号が供給される場合、
或いは、装置内に金属製の異物が混入したり、基板実装
時の半田のブリッジ等によって投光素子の制御回路の出
力端子同士がショート（短絡）した場合等において発生
する多重投光等の投光素子の動作異常を検出して、多重
投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状
態の検出をより確実に行い得る多光軸光電スイッチを提
供することを目的としている。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、複数の投光素子と、所定の
投光タイミングを規定する信号を出力する投光制御手段
と、前記投光制御手段からの投光タイミング信号に基づ
いて前記複数の投光素子を順次駆動制御する各投光素子
駆動回路と、前記複数の投光素子と対をなして対応する
それぞれの投光素子からの光を受ける複数の受光素子
と、前記複数の受光素子の受光信号を前記投光タイミン
グ信号に同期させて受光可能にする受光制御手段と、を
有する多光軸光電スイッチにおいて、前記各投光素子駆
動回路の入力側又は出力側電圧を検出する電圧検出手段
と、前記電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき前記
複数の投光素子の動作異常を検出する異常検出手段と、
を有することを特徴としている。

【００１２】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載の多光軸光電スイッチにおいて、前記電圧検出手段の
入力側電圧は前記投光タイミング信号の電圧であるこ
と、を特徴としている。さらに、請求項３記載の発明
は、請求項１記載の多光軸光電スイッチにおいて、前記
各投光素子駆動回路は各投光素子に供給される電流を前
記投光タイミング信号に基づきオン／オフさせる複数の
スイッチング手段を有し、前記電圧検出手段の出力側電
圧は該各スイッチング手段の出力電圧であること、を特
徴としている。そして、請求項４記載の発明は、請求項
１〜３のいずれか１項記載の多光軸光電スイッチにおい
て、前記電圧検出手段が、前記各投光素子駆動回路の電
圧を１つに纏める抵抗ネットワークを有し、前記異常検
出手段が、該抵抗ネットワークの出力が１方に、リファ
レンス電位が他方に入力され、異常信号を出力する比較
回路であること、を特徴としている。さらに、請求項５
記載の発明は、請求項４記載の多光軸光電スイッチにお
いて、前記異常検出手段が、前記比較回路を２個有し、
１方の比較回路のリファレンス電位は、前記投光制御手
段の誤動作に起因する２重投光時の前記抵抗ネットワー
クの出力値よりも低く、かつ、正常時の前記抵抗ネット
ワークの出力値よりも高い電位であること、他方の比較
回路のリファレンス電位は、前記投光制御手段の出力端
子間短絡に起因する２重投光時の前記抵抗ネットワーク
の出力値よりも高く、かつ、正常時の前記抵抗ネットワ
ークの出力値よりも低い電位であること、を特徴として
いる。

【００１３】以上の構成により、これにより、投光制御
手段の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子
に対して誤った信号が供給される場合、或いは、金属製
の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等に
よって投光制御手段の信号線同士がショート（短絡）し
た場合等により発生する多重投光等の投光素子の動作異
常を何れの場合であっても検出することができ、多重投
光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態
の検出をより確実に行うことができる。また、予め動作
異常の原因別に検出され得る電圧を認識しておけば、電
圧検出手段によって検出した電圧値によって動作異常の
原因を特定することが可能となる。また、電圧検出手段
をスター状の抵抗ネットワーク等で実現して、１つの検
出電圧に基づき多重投光検出手段で動作異常を検知する
ようしたので回路規模を小さくすることができる。さら
に、投光素子に供給される駆動電圧を監視する手法であ
るため、投光素子に流れる電流値の影響を受けることが
無く、各光軸ごとに最適な電流値に設定できるなど設計
の自由度を向上させることも可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の多光軸光電スイッ
チの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明す
る。図１は本発明の一実施形態に係る多光軸光電スイッ
チの構成図である。また図２は本実施形態の多光軸光電
スイッチの全体の斜視図、図３は本実施形態の多光軸光
電スイッチ（８本の光軸の場合）の投光器２における主
要部分のより詳細な回路構成図である。

【００１５】図１および図２において、本実施形態の多
光軸光電スイッチ１は投光器２および受光器３から構成
され、投光器２の投光素子２１と受光器３の受光素子３
１とを対向配置させて投光素子２１から発せられる光軸
（光ビーム）５により検出エリアを形成している。ま
た、図１において、投光器２は、複数の投光素子２１
（２１１〜２１Ｎ）、投光素子駆動回路２２１〜２２
Ｎ、投光素子切替回路２３、投光器制御回路２４、電圧
検出回路２５、多重投光検出回路２６を備えて構成され
ている。また受光器３は、複数の受光素子３１（３１１
〜３１Ｎ）、受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎ、受光素
子切替回路３３、受光器制御回路３４、出力回路３５お
よび受光信号処理回路３６および表示器６を備えて構成
されている。

【００１６】まず投光器２側では、複数の投光素子２１
（２１１〜２１Ｎ）は発光ダイオード等で実現され、受
光器３との対向面に所定のピッチでＮ個配設されてい
る。Ｎ個の投光素子２１１〜２１Ｎはそれぞれ投光素子
駆動回路２２１〜２２Ｎにより駆動制御される。Ｎ個の
投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎは、例えば図３に示す
ように、一端を電源電位Ｖｃｃに接続した投光素子２１
１〜２１Ｎの他端と接地電位ＧＮＤ間に直列接続された
ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８および抵抗Ｒ１１〜Ｒ１
８のエミッタフォロワ回路によって構成され、ＮＰＮト
ランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング制御により駆動制
御が行われる。また、投光素子切替回路２３および投光
器制御回路２４は投光制御手段に該当し、投光器制御回
路２４は所定の投光タイミングを規定するクロックを投
光素子切替回路２３に対して出力し、投光素子切替回路
２３はＮ個の投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎを時分割
スキャンする。投光素子切替回路２３は従来例と同様に
シリアル接続されたシフトレジスタ等で構成され、投光
器制御回路２４からのクロックタイミングでシフトレジ
スタの出力状態を順次シフトさせ、投光素子駆動回路２
２１〜２２Ｎを時分割スキャンして、投光素子２１１〜
２１Ｎを順次点灯させる。

【００１７】電圧検出回路２５は電圧検出手段に該当
し、Ｎ個の投光素子２１１〜２１Ｎに供給される駆動電
圧を検出する。図３の回路構成例では、ＮＰＮトランジ
スタＱ１〜Ｑ８のエミッタ電位を、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８
およびダイオードＤ１〜Ｄ８を組み合わせたスター状の
抵抗ネットワークで検出している。また、多重投光検出
回路２６は異常検出手段に該当し、電圧検出回路２５で
検出した駆動電圧に基づきＮ個の投光素子２１１〜２１
Ｎの動作異常を検出する。図３の構成例では、２つのコ
ンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２およびレファレンス電位
Ｖａｂ，Ｖｂｃを生成する抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによっ
て構成し、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎがリフ
ァレンス電位ＶａｂからＶｂｃまでの範囲内にあれば正
常動作、該範囲外であれば異常動作と判断している。

【００１８】また受光器３側では、複数の受光素子３１
（３１１〜３１Ｎ）はフォトトランジスタ等で実現さ
れ、投光器２側のＮ個の投光素子駆動回路２２１〜２２
Ｎと同一ピッチでＮ個配設されている。Ｎ個の受光素子
３１１〜３１Ｎはそれぞれ受光信号増幅回路３２１〜３
２Ｎにより増幅される。また、受光素子切替回路３３お
よび受光器制御回路３４は受光制御手段に該当し、受光
器制御回路３４は投光タイミングと同期したクロックを
受光素子切替回路３３に対して出力し、受光素子切替回
路３３はＮ個の受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎを時分
割スキャンする。つまり、Ｎ個の受光素子３１１〜３１
Ｎは対となるＮ個の投光素子２１１〜２１Ｎの投光タイ
ミングのみ動作するように選択的に駆動され、自分の光
軸以外のタイミングで発光する投光素子からの光には反
応しないようになっている。すなわち、投光素子切替回
路３３は従来例と同様にシリアル接続されたシフトレジ
スタ等で構成され、受光器制御回路３４からのクロック
タイミングでシフトレジスタの出力状態を順次シフトさ
せ、受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎを時分割スキャン
して、受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎの出力である受
光信号を受光信号処理回路３６に出力させる。さらに表
示器６は、当該多光軸光電スイッチ１の状態を表示する
もので、例えば赤と緑の表示をする表示灯を１個用いた
ものであれば、全ての光軸が一致したとき緑で点灯し、
それ以外の場合は赤で点灯するとか、また、単色の表示
灯であれば全ての光軸が一致したときは点灯し、それ以
外の場合は消灯するようにし、さらに上記異常動作が確
認されたときには表示灯を点滅させるといったものであ
る。なお、本実施形態では、表示器６を受光器３側に設
置しているが、投光器２側、或いは投光器２および受光
器３の両方に設置するようにしてもよい。

【００１９】受光信号処理回路３６は、例えば受光信号
を増幅する増幅回路、増幅された受光信号を所定のしき
い値と比較して入光／遮光状態を表す２値信号に変換す
る２値化回路、並びに、この２値信号で入射光状態を判
別する検波回路等で構成されている。受光信号処理回路
３６の出力は受光器制御回路３４に供給されて、受光器
制御回路３４において、全ての光軸について一致して入
光状態の場合には検出エリアへの物体の侵入が無かった
とし、また１光軸でも遮光状態となった場合には検出エ
リアへの物体の侵入があったと判断する。この判断結果
は、出力回路３５を介して当該多光軸光電スイッチ１が
設置されているプレス機等に通知されて動作停止等の制
御が行われる。

【００２０】次に、以上説明したような構成を備えた本
実施形態の多光軸光電スイッチ１における動作について
各図を参照して説明する。基本的な動作については図４
を用いて、また本実施形態の特徴である異常動作時にお
ける誤検出防止のための電圧検出回路２５および多重投
光検出回路２６の動作については図５乃至図１０を用い
て説明する。ここで、図４は多光軸光電スイッチ１の要
部タイミングチャート、図５は正常動作時における投光
器２の部分構成を示した動作説明図、図６は正常動作時
における投光器２の要部タイミングチャート、図７は異
常動作（多重投光発生）時における投光器２の部分構成
を示した動作説明図、図８は異常動作（多重投光発生）
時における投光器２の要部タイミングチャート、図９は
異常動作（回路短絡発生）時における投光器２の部分構
成を示した動作説明図、図１０は異常動作（回路短絡発
生）時における投光器２の要部タイミングチャートであ
る。

【００２１】まず、本実施形態の多光軸光電スイッチ１
における基本的な動作は、投光器２の投光素子２１１〜
２１Ｎを投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎによって所定
間隔でサイクリックにスキャン投光させ、該投光タイミ
ングに同期して対となる受光器３の受光信号増幅回路３
２１〜３２Ｎもサイクリックにスキャン受光させて各光
軸の入光／遮光を検出する。すなわち、投光器２からの
投光タイミングは図４（イ）に示される投光第１光軸か
ら投光第Ｎ光軸までの信号波形の如くであり、投光器制
御回路２４からのタイミング制御により、所定間隔で投
光素子切替回路２３および投光素子駆動回路２２１〜２
２Ｎを介して、投光素子２１１〜２１Ｎが順にスキャン
投光する。また受光器３では、図４（ロ）に示される受
光第１光軸から受光第Ｎ光軸までの受光タイミングとな
るように、受光器制御回路３４からのタイミング制御に
より、投光器２の投光タイミングに同期して対となる受
光素子３１１〜３１Ｎの受光信号増幅回路３１１〜３１
Ｎを動作させてスキャン受光する。ここで、投光器制御
回路２４の投光タイミングと受光器制御回路３４の受光
タイミング間の同期は、信号線８を介して受光器３側か
ら投光器２側に同期認識パルスパターンを送信して行っ
ている。なお、この同期は、このような電気信号を用い
る手法の他に、光学的なバースト信号を送信して行う手
法も考えられる。この場合、受光器３側の表示器による
状態表示であれば、投光器２および受光器３間の信号線
８が不要となる。

【００２２】さらに受光器３の受光信号の検出は、図４
（ハ）に示すように、第１光軸から第Ｎ光軸までの受光
信号（受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎの出力）を、受
光信号処理回路３６の増幅回路で増幅し、２値化回路で
はこの増幅された受光信号（アナログ出力）を所定のし
きい値と比較して入光／遮光状態を表す２値信号に変換
する（同図（ａ）および（ｂ）参照）。すなわち、しき
い値を越えていれば入光状態と判定してパルスを出力し
（値１）、しきい値以下であれば遮光状態と判定してパ
ルスを出力しない（値０）。さらに検波回路で検波され
た信号により、受光器制御回路３４では、全ての光軸に
ついて一致して入光状態の場合には検出エリアへの物体
の侵入が無かったとし、また１光軸でも遮光状態となっ
た場合には検出エリアへの物体の侵入があったと判断す
る。

【００２３】次に、本実施形態の多光軸光電スイッチ１
の異常動作時における誤検出防止のための投光器２の主
要部の動作について詳細に説明する。なお、以下の説明
では、光軸を第１から第８までの８光軸とし、多重投光
検出回路２６において、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによって
生成されるレファレンス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃをそれぞれ
２．２Ｖ，１．５Ｖとし、抵抗ネットワークの接続点の
電位Ｖｎがリファレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂ
ｃ＝１．５Ｖまでの範囲内にあれば正常動作と判断し、
該範囲外であれば異常動作と判断するものとする。

【００２４】まず、多重投光や回路の短絡が発生してい
ない正常動作時の投光器２の主要部（電圧検出回路２５
および多重投光検出回路２６）の動作について図５およ
び図６を参照して説明する。なお図５では、第１光軸か
ら第３光軸までの投光素子２１１〜２１３および投光素
子駆動回路２２１〜２２３とそれらに接続される電圧検
出回路２５（抵抗ネットワーク）の一部分を示してい
る。また同図中に付記されている電圧波形は、第２光軸
の投光タイミングにおけるもの（図６中のタイミングＴ
１に相当）を示している。投光器２においては、図６
（ａ）〜（ｈ）に示すように、投光素子切替回路２３の
出力である駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ８の電圧波形は、投光
素子２１１〜２１Ｎをスキャン投光するべく順次サイク
リックに展開される。第２光軸の投光タイミングＴ１に
おいては、投光素子切替回路２３からの駆動電圧ＶＣ１
〜ＶＣ３（図５）は、駆動電圧ＶＣ２のみ５Ｖで他の駆
動電圧は０Ｖである。したがって、投光素子駆動回路２
２２のトランジスタＱ２のみがオン状態となって投光素
子２１２に規定の電流が流れ、該投光素子２１２のみが
発光することとなる。この時、投光素子駆動回路２２２
と電圧検出回路２５（抵抗ネットワーク）との接続点の
電位、すなわちＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタ電位
は約４．４Ｖであり、抵抗ネットワークの接続点の電位
Ｖｎは抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８の分圧により約１．９Ｖとな
る（図６（ｉ）参照）。この抵抗ネットワークの接続点
電位Ｖｎ＝１．９Ｖは、コンパレータＣＭＰ１において
リファレンス電位Ｖｂｃ＝１．５Ｖ以上であるのでコン
パレータＣＭＰ１の出力は０Ｖ（値０）となり（図６
（ｊ）参照）、コンパレータＣＭＰ２においてリファレ
ンス電位Ｖａｂ＝２．２Ｖ以下であるのでコンパレータ
ＣＭＰ２の出力は５Ｖ（値１）となる（図６（ｋ）参
照）。すなわち、抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎ
は、リファレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂｃ＝
１．５Ｖまでの範囲内にあるので正常動作と判断される
こととなる。

【００２５】次に、投光素子切替回路２３等の制御回路
の故障により多重投光が発生している異常動作時の投光
器２の主要部（電圧検出回路２５および多重投光検出回
路２６）の動作について図７および図８を参照して説明
する。なお図７では、図５と同様に、第１光軸から第３
光軸までの投光素子２１１〜２１３および投光素子駆動
回路２２１〜２２３とそれらに接続される電圧検出回路
２５（抵抗ネットワーク）の一部分を示している。また
同図中に付記されている電圧波形は、第２光軸の投光タ
イミングにおけるもの（図８中のタイミングＴ１に相
当）を示している。投光器２においては、図８（ａ）〜
（ｈ）に示すように、投光素子切替回路２３の出力であ
る駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ８の電圧波形は、投光素子２１
１〜２１Ｎをスキャン投光するべく順次サイクリックに
展開される。第２光軸の投光タイミングＴ１において第
２光軸および第３光軸の多重投光が発生している場合に
は、投光素子切替回路２３からの駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ
３（図７）は、駆動電圧ＶＣ２およびＶＣ３が５Ｖで他
の駆動電圧は０Ｖである。したがって、投光素子駆動回
路２２２および２２３のトランジスタＱ２およびＱ３が
オン状態となって、投光素子２１２および２１３が発光
することとなる。この時、ＮＰＮトランジスタＱ２およ
びＱ３のエミッタ電位は約４．４Ｖであり、抵抗ネット
ワークの接続点の電位Ｖｎは抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８の分圧
により約２．５Ｖとなる（図８（ｉ）参照）。この抵抗
ネットワークの接続点電位Ｖｎ＝２．５Ｖは、コンパレ
ータＣＭＰ１においてリファレンス電位Ｖｂｃ＝１．５
Ｖ以上であるのでコンパレータＣＭＰ１の出力は０Ｖ
（値０）となり（図８（ｊ）参照）、コンパレータＣＭ
Ｐ２においてリファレンス電位Ｖａｂ＝２．２Ｖ以上で
あるのでコンパレータＣＭＰ２の出力も０Ｖ（値０）と
なる（図８（ｋ）参照）。すなわち、抵抗ネットワーク
の接続点電位Ｖｎは、リファレンス電位Ｖａｂ＝２．２
ＶからＶｂｃ＝１．５Ｖまでの範囲外にあるので異常動
作状態にあると判断されることになる。

【００２６】さらに、回路の短絡が発生している異常動
作時の投光器２の主要部（電圧検出回路２５および多重
投光検出回路２６）の動作について図９および図１０を
参照して説明する。なお図９では、図５と同様に、第１
光軸から第３光軸までの投光素子２１１〜２１３および
投光素子駆動回路２２１〜２２３とそれらに接続される
電圧検出回路２５（抵抗ネットワーク）の一部分を示し
ている。また同図中に付記されている電圧波形は、第２
光軸の投光タイミングにおけるもの（図８中のタイミン
グＴ１に相当）を示している。投光器２においては、図
１０（ａ）〜（ｈ）に示すように、投光素子切替回路２
３の出力である駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ８の電圧波形は、
投光素子２１１〜２１Ｎをスキャン投光するべく順次サ
イクリックに展開される。投光素子切替回路２３の出力
である駆動電圧ＶＣ２およびＶＣ３間で信号線が短絡
（ショート）している場合には、第２光軸の投光タイミ
ングＴ１および第３光軸の投光タイミングにおいて、投
光素子切替回路２３からの駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ３（図
９）は、ショートしていない時のＶＣ２が５．０Ｖ、Ｖ
Ｃ３が０Ｖであるので、ＶＣ２とＶＣ３の出力インピー
ダンスが同じであれば、駆動電圧ＶＣ２およびＶＣ３が
２．５Ｖで他の駆動電圧は０Ｖである。したがって、投
光素子駆動回路２２２および２２３のトランジスタＱ２
およびＱ３がオン状態となって、投光素子２１２および
２１３が発光することとなる。この時、ＮＰＮトランジ
スタＱ２およびＱ３のエミッタ電位は約１．９Ｖであ
り、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎは抵抗Ｒ２０
〜Ｒ２８の分圧により約０．８６Ｖとなる（図１０
（ｉ）参照）。この抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎ
＝０．８６Ｖは、コンパレータＣＭＰ１においてリファ
レンス電位Ｖｂｃ＝１．５Ｖ以下であるのでコンパレー
タＣＭＰ１の出力は５Ｖ（値１）となり（図１０（ｊ）
参照）、コンパレータＣＭＰ２においてリファレンス電
位Ｖａｂ＝２．２Ｖ以下であるのでコンパレータＣＭＰ
２の出力も５Ｖ（値１）となる（図１０（ｋ）参照）。
すなわち、抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎは、リフ
ァレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂｃ＝１．５Ｖま
での範囲外にあるので異常動作状態にあると判断される
ことになる。

【００２７】なお、本実施形態においては、上述したよ
うに、多重投光発生時にはコンパレータＣＭＰ１および
ＣＭＰ２の出力は共に０Ｖ（値０）となり、投光素子切
替回路２３の出力端子間の短絡発生時にはコンパレータ
ＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力は共に５Ｖ（値１）とな
るので、コンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力値
の組み合わせによって異常動作状態の（多重投光か短絡
かの）切り分けが可能である。また、各光軸の投光素子
２１１〜２１８に流れる電流は、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８の
抵抗値により設定される。ここで、光軸ごとに電流値を
設定する場合には、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８の抵抗値を変更
すればよく、このような場合であっても、投光素子駆動
回路２２１〜２２８に使用しているエミッタフォロワ回
路の出力抵抗が十分に低いので、各光軸間のＮＰＮトラ
ンジスタのエミッタ端子の電圧差は十分少なく、回路動
作上特に問題になることはない。

【００２８】以上説明したように、本実施形態の多光軸
光電スイッチでは、電圧検出回路２５によってＮ個の投
光素子２１１〜２１Ｎに供給される駆動電圧を検出し、
多重投光検出回路２６によって電圧検出回路２５で検出
した駆動電圧に基づきＮ個の投光素子２１１〜２１Ｎの
動作異常を検出するので、投光素子の制御回路（投光器
制御回路２４、投光素子切替回路２３等）の故障やノイ
ズによる誤データの設定等、投光素子２１１〜２１Ｎに
対して誤った信号が供給される場合、或いは、金属製の
異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等によ
って投光素子の制御回路の信号線同士がショート（短
絡）した場合等により発生する多重投光等の投光素子の
動作異常を何れの場合であっても検出することができ、
多重投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮
光状態の検出をより確実に行うことができる。特に、本
実施形態では、多重投光検出回路２６におけるコンパレ
ータＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力値の組み合わせによ
って、動作異常（多重投光か短絡か）の切り分けが可能
である。また、電圧検出回路２５における抵抗ネットワ
ークにより、全光軸の異常を１つの多重投光検出回路２
６で検知することができるので、回路規模を小さくする
ことができる。さらに、投光素子駆動回路２２１〜２２
Ｎの駆動電圧波形を監視する手法であるため、投光素子
２１１〜２１Ｎに流れる電流値の影響を受けることが無
く、各光軸ごとに最適な電流値に設定できるなど設計の
自由度を向上させることも可能である。

【００２９】（実施形態の変形例）次に、上記実施形態
に係る多光軸光電スイッチ１の変形例として、電圧検出
回路２５の他の回路構成を例示する。図１１は、本変形
例の多光軸光電スイッチ（８本の光軸の場合）の投光器
２における主要部分のより詳細な回路構成図であり、上
記実施形態の図３に置き代わるものである。すなわち図
１１において、電圧検出回路２５は、投光素子２１１〜
２１８に供給される駆動電圧を検出するもので、ＮＰＮ
トランジスタＱ１〜Ｑ８のベース電位（投光素子切替回
路２３の出力）を、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８およびダイオー
ドＤ１〜Ｄ８を組み合わせたスター状の抵抗ネットワー
クで検出している。また、多重投光検出回路２６は、２
つのコンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２およびレファレン
ス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃを生成する抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ
によって構成し、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎ
がリファレンス電位ＶａｂからＶｂｃまでの範囲内にあ
れば正常動作、該範囲外であれば異常動作と判断してい
る。

【００３０】本変形例の電圧検出回路では、図３の回路
構成と比較して、各光軸の投光素子駆動回路２２１〜２
２Ｎの電圧波形を取り出す位置が異なり、ＮＰＮトラン
ジスタＱ１〜Ｑ８のベース端子より抵抗ネットワークに
接続した構成であるが、本変形例においても投光素子駆
動回路２２１〜２２ＮにＮＰＮトランジスタによるエミ
ッタフォロワ回路を使用しているため、抵抗ネットワー
クに入力される電圧波形は、上記実施形態（図３による
構成）のものよりＮＰＮトランジスタのベース・エミッ
タ間電圧Ｖｂｅ分だけ高い電圧となる。したがって、多
重投光検出回路２６のレファレンス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃ
を、それぞれベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ分だけ高い
値に設定すれば、上記実施形態における図５乃至図１０
の説明がそのまま適用されることとなって、上記と同等
の効果を奏することは明らかである。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の多光軸光
電スイッチによれば、電圧検出手段によって複数の投光
素子に供給される駆動電圧を検出し、異常検出手段によ
って電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき複数の投
光素子の動作異常を検出することとしたので、投光制御
手段の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子
に対して誤った信号が供給される場合、或いは、金属製
の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等に
よって投光制御手段の信号線同士がショート（短絡）し
た場合等により発生する多重投光等の投光素子の動作異
常を何れの場合であっても検出することができ、多重投
光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態
の検出をより確実に行い得る多光軸光電スイッチを提供
することができる。また、本発明の多光軸光電スイッチ
によれば、電圧検出手段により、投光タイミング信号ま
たは該投光タイミング信号に基づきオン／オフして複数
の投光素子の発光を制御する複数のスイッチング手段の
電圧を検出することとし、例えば、予め動作異常の原因
別に検出され得る電圧を認識しておけば、電圧検出手段
によって検出した電圧値によって動作異常の原因を特定
することが可能となる。また、電圧検出手段をスター状
の抵抗ネットワーク等で実現して、１つの検出電圧に基
づき多重投光検出手段で動作異常を検知するようにすれ
ば、回路規模を小さくすることができる。さらに、投光
素子に供給される駆動電圧を監視する手法であるため、
投光素子に流れる電流値の影響を受けることが無く、各
光軸ごとに最適な電流値に設定できるなど設計の自由度
を向上させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る多光軸光電スイッチ
の構成図である。

【図２】実施形態の多光軸光電スイッチの全体の斜視図
である。

【図３】実施形態の多光軸光電スイッチ（８本の光軸の
場合）の投光器における主要部分の詳細な回路構成図で
ある。

【図４】実施形態の多光軸光電スイッチの要部タイミン
グチャートである。

【図５】正常動作時における投光器の部分構成を示した
動作説明図である。

【図６】正常動作時における投光器の要部タイミングチ
ャートである。

【図７】異常動作（多重投光発生）時における投光器の
部分構成を示した動作説明図である。

【図８】異常動作（多重投光発生）時における投光器の
要部のタイミングチャートである。

【図９】異常動作（回路短絡発生）時における投光器の
部分構成を示した動作説明図である。

【図１０】異常動作（回路短絡発生）時における投光器
の要部のタイミングチャートである。

【図１１】変形例の多光軸光電スイッチの投光器におけ
る主要部分のより詳細な回路構成図である。

【図１２】従来の多光軸光電スイッチの全体構成図であ
る。

【図１３】従来の多光軸光電スイッチにおける投光器の
回路構成図である。

【符号の説明】

１ 多光軸光電スイッチ ２ 投光器 ３ 受光器 ５ 光軸（光ビーム） ６ 表示器 ８ 信号線 ２１，２１１〜２１Ｎ 投光素子 ２２１〜２２Ｎ 投光素子駆動回路 ２３ 投光素子切替回路（投光制御手段） ２４ 投光器制御回路（投光制御手段） ２５ 電圧検出回路（抵抗ネットワーク） ２６ 多重投光検出回路（異常検出手段） ３１，３１１〜３１Ｎ 受光素子 ３２１〜３２Ｎ 受光信号増幅回路 ３３ 受光素子切替回路（受光制御手段） ３４ 受光器制御回路（受光制御手段） ３５ 出力回路 ３６ 受光信号処理回路 Ｖｃｃ 電源電位 ＧＮＤ 接地電位 Ｑ１〜Ｑ８ ＮＰＮトランジスタ Ｒ１１〜Ｒ２８，Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ 抵抗 Ｄ１〜Ｄ８ ダイオード ＣＭＰ１，ＣＭＰ２ コンパレータ ＶＣ１〜ＶＣ８ 投光素子駆動電圧 Ｖｎ 抵抗ネットワークの接続点電位 Ｖａｂ，Ｖｂｃ リファレンス電位

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の投光素子と、 所定の投光タイミングを規定する信号を出力する投光制
   御手段と、 前記投光制御手段からの投光タイミング信号に基づいて
   前記複数の投光素子を順次駆動制御する各投光素子駆動
   回路と、 前記複数の投光素子と対をなして対応するそれぞれの投
   光素子からの光を受ける複数の受光素子と、 前記複数の受光素子の受光信号を前記投光タイミング信
   号に同期させて受光可能にする受光制御手段と、を有す
   る多光軸光電スイッチにおいて、 前記各投光素子駆動回路の入力側又は出力側電圧を検出
   する電圧検出手段と、 前記電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき前記複数
   の投光素子の動作異常を検出する異常検出手段と、を有
   すること、 を特徴とする多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
2. 【請求項２】 請求項１記載の多光軸光電スイッチにお
   いて、 前記電圧検出手段の入力側電圧は前記投光タイミング信
   号の電圧であること、 を特徴とする請求項１記載の多重投光検出可能な多光軸
   光電スイッチ。
3. 【請求項３】 請求項１記載の多光軸光電スイッチにお
   いて、 前記各投光素子駆動回路は各投光素子に供給される電流
   を前記投光タイミング信号に基づきオン／オフさせる複
   数のスイッチング手段を有し、 前記電圧検出手段の出力側電圧は該各スイッチング手段
   の出力電圧であること、を特徴とする請求項１記載の多
   重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
4. 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか１項記載の多
   光軸光電スイッチにおいて、 前記電圧検出手段が、前記各投光素子駆動回路の電圧を
   １つに纏める抵抗ネットワークを有し、 前記異常検出手段が、該抵抗ネットワークの出力が１方
   に、リファレンス電位が他方に入力され、異常信号を出
   力する比較回路であること、 を特徴とする多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
5. 【請求項５】 請求項４記載の多光軸光電スイッチにお
   いて、 前記異常検出手段が、前記比較回路を２個有し、 １方の比較回路のリファレンス電位は、前記投光制御手
   段の誤動作に起因する２重投光時の前記抵抗ネットワー
   クの出力値よりも低く、かつ、正常時の前記抵抗ネット
   ワークの出力値よりも高い電位であること、 他方の比較回路のリファレンス電位は、前記投光制御手
   段の出力端子間短絡に起因する２重投光時の前記抵抗ネ
   ットワークの出力値よりも高く、かつ、正常時の前記抵
   抗ネットワークの出力値よりも低い電位であること、 を特徴とする多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。