WO2001031607A9 - Unite de capteur montable contigue - Google Patents

Description

明細書 連装用センサュニッ ト 技術分野

この発明は、 例えば、 ファイバタイプの光電センサ、 センサヘッ ド分 離型の近接センサ、 センサヘッ ド分離型の超音波センサ等の本体ュニッ 卜として好適な連装用センサユニッ トに係り、 特に、 相隣接するセンサ ュニッ 卜間での信号の伝達を光を介して双方向に行なえるようにした連 装用センサュニッ卜に関する。 背景技術

例えば、 工場の F A等では、 物体の有無や位置等を検出するために、 光電センサ、 近接センサ、 超音波センサ等の種々のセンサが使用される。 中でもファイバタイプの光電センサ等のへッド分離型のセンサは、 セン サへッ ドを狭小な空間に配置できることから、 小型高密度化した制御対 象機器に対して広く使用されている。 なお、 ここで言う 『センサ』 には、 検出値としきい値との比較によリスイッチング出力を生成出力するもの と、 検出値をそのままアナログ又はデジタルで出力するものとの双方が 含まれる。

ファイバタイプの光電センサのようなへッ ド分離型のセンサの場合、 センサへッ ドと本体ュニッ 卜とはケーブル （光電センサの場合には光フ アイバケーブル、 近接センサや超音波センサの場合には電気ケーブル） で結ばれる。 本体ュニッ トは当業界ではアンプ部等とも呼ばれる。以下、 この明細害中では本体ュニッ トのことを 『センサュニッ ト』 と称するこ ととする。 センサュニッ 卜のハウジングには、 センサへッ ドを駆動するための駆 動回路やセンサへッ ド部からの信号を処理して所望の形態の出力信号を 生成するための信号処理回路等が収容される。 換言すれば、 センサュニ ッ 卜のハウジングには、 センサヘッ ドと連繋して目的とするセンシング 機能を実現するためのセンシング系回路が収容される。

多数のセンサュニッ トを制御盤等に高密度に収容するために、 従来、 連装用センサュニッ 卜が開発されている。 連装用センサュニッ 卜を多数 密に隣接して連装してなるセンサシステムの一例が第 1 4図に示されて いる。 なお、 図示例の連装用センサユニッ トは、 ファイバタイプの光電 センサの本体ユニッ ト （通称アンプ部） を構成するものである。

同図に示されるように、 このセンサシステムは、 制御盤等の内部に敷 設された D I Nレール 3 0 1 に対して、 複数の連装用センサュニッ ト 3 0 0 , 3 0 0…を互いに密に隣接させて装着したものである。すなわち、 各センサュニッ ト 3 0 0は、 そのハウジングの底面に設けられた D I N レール嵌合溝 3 0 2を D I Nレール 3 0 1 にはめ込むことにより、 D I Nレール 3 0 1 に沿って整列状態で固定される。

各センサュニッ 卜 3 0 0のハウジングの図中後面からは、 往路光ファ ィバケーブル 3 0 3と復路光ファイバケーブル 3 0 4とからなる一対の 光ファイバケーブルが引き出され、これらの光ファイバケーブル 3 0 3， 3 0 4の先端は検知領域に配置されたセンサヘッ ド 3 0 3 a， 3 0 4 a に結合される。

各センサュニッ ト 3 0 0の図中前面からは、 ュニッ トハウジング内の センシング系回路 （図示せず） で生成されたスイッチング出力や受光光 量値出力を取り出すための電気ケーブル （又は電気コード） 3 0 5が引 き出されている。 この電気ケーブル 3 0 5は、 図示しない、 プログラマ ブルロジックコントローラ （P L C ) 等の制御機器に結合される。 光ファイバケーブル 3 0 3， 3 0 4の先端のセンサへッ ド部 3 0 3 a， 3 0 4 aにより、 透過光や反射光の変化によリ物体の有無や位置が検出 されると、 センサュニッ ト 3 0 0側のセンシング系回路が作動すること によリ、 ケーブル 3 0 5を通じてプログラマブルロジックコントロ一ラ ( P L C ) 等の制御機器に対して、 その検出信号 （スイッチング出力や 受光光量値出力等） が送出される。

このように、 以上説明したセンサシステムによれば、 各センサュニッ ト 3 0◦のハウジング外形を連装方向に扁平なものとすると共に、 その ハウジング底面に D I Nレール嵌合溝 3 0 2を設けているため、 制御盤 内に D I Nレール 1 さえ敷設しておけば、 多数の独立したセンサュニッ ト 3 0 0を互いに密に隣接してコンパク 卜に装着可能となる利点がある。 昨今、 センサユニッ トに内蔵されるセンシング系回路は、 多様な検出 物体乃至検出条件にも広範に応ずることができるように、 高機能化乃至 高性能化が進む傾向にある。 そのため、 任意の検出物体乃至検出条件に 合わせてセンシング系回路を最適な動作状態に設定するためには、 セン サュニッ ト毎に多数のデータ項目に関する設定作業やモニタ作業が必要 となる。

これらの設定やモニタのための作業は、 個々のセンサュニッ 卜のハウ ジング外表面に備え付けられた微細な設定キーや必ずしも視認性の十分 でない表示器を介して手動操作で行われるのが通例であるから、 その作 業は面倒で長時間を要するのが現状である。

センサュニッ 卜のハウジングはコンパク ト化の要請から益々小型乃至 薄型化が進む傾向にあるから、 この問題を個々のュニッ 卜ハウジング上 の設定キーの操作性や表示器の視認性の改善によリ解決することには限 界がある。

本発明者等は、 上記の問題を解決するべく鋭意研究の結果、 連装状態 にある一連のセンサュニッ 卜列において、 隣接センサュニッ 卜間で双方 向にデータを伝送することができれば、 例えば別途操作性の良好なデー タ設定器を設けて、 センサュニッ 卜列の端部に位置するセンサュニッ 卜 からデータを各センサュニッ 卜に伝送して設定したり、 逆に個々のセン サュニッ 卜のデータを端部に位置するセンサュニッ 卜へ伝送して視認性 の良好なデータ表示器でモニタしたりすることが可能となるとの着想を 得た。

斯かる着想を具体化するためには、 相隣接するセンサュニッ ト間にお いて、 双方向に確実にデータの伝送が可能な仕組みが必要であるが、 こ の種のセンサシステムの技術分野に関する限り、 この目的に流用できる 適切な従来技術を発見することができない。

例えば、特開平 9一 6 4 7 1 2号公報には、隣接する検出スィツチ（本 発明のセンサユニッ トに相当） 間の対抗面に、 雌コネクタと雄コネクタ とを形成し、 雌コネクタと雄コネクタとを嵌合させて電気的導通を確保 することにより、 各検出スィッチ内部の制御基板に順次隣接スィッチか ら電力を供給するとともに、 上流側検出スィツチよリ受け取った同期信 号を遅延して下流側検出スィツチへと送出することにより、 隣接検出ス ィツチ間での投光タィミングに一定の時間差が生ずるようにした検出ス ィツチシステムが提案されている。

しかしながら、 本発明者等の意図する双方向データ伝送システムを実 現するためには、 例えば 1 6個乃至 6 4個と言った極めて多数のセンサ ュニッ トを直列に接続する必要が有ることを考慮すると、 上記公報記載 技術のように、 隣接するセンサュニッ ト間の信号伝達手段として接触導 通型のコネクタを使用することは、 導通不良懸念要素が伝送経路中に多 数存在することとなり、 信頼性の点からは実用に供し難いとの結論に達 した。 なお、 同公報における同期信号は投光タイミング遅延用であるから、 その伝送の流れは一方向であり、 本発明者等が意図する双方向データ伝 送とは基本的に考え方が相違する。

加えて、 同公報記載の接触導通型コネクタを採用した場合、 センサュ ニッ トのハウジング側面には嵌合用の凹凸部が必要となることから、 金 型の設計もその分だけ精度を要求されると共に、 部品の保管や梱包にも 不便であり、 さらにコネクタ部は雄雌嵌合構造となるため、 いずれかの センサュニッ 卜にトラブルが生じて交換が必要な場合には、 そのセンサ ユニッ トだけを単独で D I Nレールから取り外すことができず、 交換作 業等のメンテナンスに多くの労力を費やすという問題点も指摘されてい る。

本発明は、 このような従来の問題点に着目してなされたもので、 その 目的とするところは、 センサシステムを構成する相隣接するセンサュニ ッ 卜間において、 双方向に信頼性の高いデータ伝送が可能なセンサュニ ッ トを提供することにある。

この発明の他の目的とするところは、 隣接センサュニッ ト間における 信頼性の高い双方向データ伝送を実現しつつも、 ハウジング側面が平坦 であることから、 隣接センサュニッ 卜に拘束されずに脱着を行うことが でき、 さらに、 金型の設計も容易で低コストに製作が可能なセンサュニ ッ トを提供することにある。

この発明の他の目的とするところは、 相隣接する一連のセンサュニッ ト列において、 双方向に確実にデータの伝達が可能であり、 それにより センサュニッ 卜全体を有機的に一体化して、 よリ高度なデータ設定操作 やデータモニタ操作を実現可能ならしめるセンサシステムを提供するこ とにある。

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、 以下の明細書 の記載により、 当業者であれば容易に理解されるであろう。 発明の開示

本発明のセンサュニッ トは、 複数隣接させて連装可能でかつセンサへ ッ ドとはケーブルで接続可能なハウジングを有する。

ここで、 『ケーブル』 とは、 光電センサの場合には光ファイバケープ ルが、 近接センサや超音波センサの場合には電気ケーブル（電気コード） がこれに相当する。 また、 『連装手段』 としては、 D I Nレールのほか、 任意の装着手段乃至装着構造が採用される。

ハウジング内には、 センシング系回路と、 第 1及び第 2の光通信系回 路とが収容される。

センシング系回路は、 センサへッ ドと連繋して目的とするセンシング 機能を実現する。 ここで、 『目的とするセンシング機能』 の内容は、 当 該センサュニッ 卜の種別 （光電センサ、 近接センサ、 超音波センサ等々） が何かに応じて区々である。

例えば、 当該センサュニッ 卜の種別が光電センサの場合、 センシング 機能とは、 検出媒体である所定の検出光線 （可視光線や赤外線等） を利 用した透過型や反射型の光電検出機能等がこれに相当する。 センサュニ ッ トの種別が近接センサの場合、 センシング機能とは、 内蔵する発振回 路の発振振幅や発振周波数等の特性が物体の接近によリ変化することを 利用した物体検出機能等がこれに相当する。 センサュニッ 卜が超音波セ ンサの場合、 検出媒体である超音波を利用した物体検出機能等がこれに 相当する。

なお、 『センシング系回路』 には、 目的とするセンシング機能を実現 するためのハードウェアが含まれることは勿論のこと、 マイクロプロセ ッサを必要に応じて機能構成するためのソフ トウヱァも含まれることは 言うまでもない。

第 1の光通信系回路は、 複数隣接させて連装した状態における一方の 側の隣接センサュニッ 卜と双方向光通信を行うための投受光素子を含ん でいる。 同様に、 第 2の光通信系回路は、 複数隣接させて連装した状態 における他方の側の隣接センサュニッ 卜と双方向光通信を行うための投 受光素子を含んでいる。

ここで、 『双方向光通信』 とあるのは、 送信のみならず、 受信も可能 であることを意味している。 もっとも、 双方向光通信を全二重通信方式、 半二重通信方式のいずれの方式で実現するかは問わない。

また、 第 1及び第 2の光通信系回路には、 発光ダイオードやフォ トダ ィオード等の投受光素子が含まれることは勿論のこと、 送信用のソフ ト ウェア、 並直変換回路、 投光素子駆動回路、 受光素子出力増幅回路、 直 並変換回路、 受信用ソフ卜ウェア等の光通信に必要な種々の電気要素も 含まれることは言うまでもない。

なお、 『光通信系回路』 としたのは、 『センシング系回路』 との相違 を明確なものとするためである。 さらに、 投受光素子間のセンサハウジ ング内における光信号伝達経路の構成は任意に選択すればよい。 光ファ ィバゃプリズム、 ミラ一等の適宜な導光手段を用いて、 投受光素子間の 光路の全部又は一部を構成してもよい。

そして、 このような構成を採用すれば、 連装状態において、 両隣のセ ンサュニッ 卜との間で双方向に光通信が可能となり、 隣接センサュニッ ト間の信号伝達のために接触導通コネクタが不要となるため、 多数のセ ンサュニッ トを一連に繋げて信号伝送を行う場合にも高い信頼性が保証 される。

本発明の好ましい実施の形態においては、 ハウジングの一方の側面に は、 連装状態における一方の側の隣接センサュニッ 卜との間で双方向光 通信を行うための第 1 の光通信用窓が設けられ、 ハウジングの他方の側 面には、 連装状態における他方の側の隣接センサュニッ 卜との間で双方 向光通信を行うための第 2の光通信用窓が設けられ、 それにより、 連装 状態において、 両隣のセンサュニッ 卜との間で光通信用窓を介して光通 信可能とされる。

このような構成によれば、 両隣のセンサュニッ 卜との間で光通信用窓 を介して光通信を行うようにしたため、 センサハウジング側面を平坦な ものとすることができ、 ハウジング用金型設計の簡素化、 保管や梱包の 簡素化によるコストダウンが実現されるほか、 D I Nレール等への装着 に際して、 隣接ユニッ ト間の機械的結合に制約されることがなくなり、 脱着時の操作性も良好となる。

ハウジングの両側面の光通信用窓のそれぞれには光学レンズや可視光 遮断フィルタ等を配置してもよい。 このような構成によれば、 投受光素 子間の光通信における投受光効率やノイズ混入が改善されるから、 隣接 ユニッ ト間における位置決め精度許容幅が広がり、 光通信の信頼性が一 層向上する。

さらに、 光学レンズとして、 その平坦面を外側に向けかつ投受光素子 に共通とされた 1個の半割円筒状シリンドリカルレンズを採用すると共 に、 投受光素子が相隣接するセンサュニッ 卜間で投受光が相補われるよ うに、 シリンドリカルレンズの軸心方向へ離隔して配置されるようにし てもよい。

このような構成によれば、 一個の光学レンズで投受光を賄うことがで きるため、 光学系の構成簡素化、 光軸あわせの簡素化、 及びコストダウ ンが可能となる。

本発明の連装用センサユニッ トにおいては、 第 1 の光通信系回路と第 2の光通信系回路とを制御して、 両隣のセンサユニッ トとの間で、 バケ ッリ レー式にデータの双方向転送を可能としたデータ転送制御手段を設 けても良い。

このような構成によれば、 一方の側の隣接ュニッ 卜から受け取ったデ ータを、 他方の側の隣接ユニッ トに受け渡すことにより、 相隣接するセ ンサュニッ 卜間において、 迅速なるデータ伝送が可能となる。

なお、 以上説明した本発明のセンサユニッ トは、 センシング系回路の 構成さえ適切に設計すれば、 光電センサ、 近接センサ、 超音波センサの いずれとしても、 具現化することが出来ることは言うまでもない。 さらに、 本発明のセンサュニッ 卜を多数隣接してなるセンサシステム は、 それ自体としても斬新な構成乃至作用効果を有することは言うまで もない。

すなわち、 本発明のセンサシステムによれば、 隣接センサユニッ ト間 で双方向に信号送受が可能であるから、 この双方向通信機能を利用すれ ば、 センサュニッ ト列の一端に位置するセンサュニッ 卜から一連のセン サュニッ ト列を経由してモニタ要求コマンドを特定のセンサュニッ 卜に 送り込んで実行させる一方、 そのレスポンスであるモニタデータをセン サュニッ ト列を順次経由してコマンド送信元である端部のセンサュニッ 卜に返送させると言った構成を採用すれば、 多数又は任意のセンサュニ ッ 卜に対するモニタを個々のセンサュニッ 卜に対する個別操作なしに簡 単な操作で実施することが可能となる。

また、 上の例で、 モニタ要求コマンドをデータ設定コマンドに代えれ ば、 多数又は任意のセンサュニッ 卜に対するデータ設定を個々のセンサ ュニッ卜に対する個別操作なしに簡単な操作で実施することが可能とな る。 図面の簡単な説明 第 1 図は本発明に係るセンサュニッ 卜の実施の一形態を示す斜視図で あり、 第 2図は本発明に係るセンサシステムの実施の一形態を示す斜視 図であり、 第 3図は一連のセンサュニッ ト内における投受光素子配置と 光通信用窓との位置関係を示す断面図であり、 第 4図はセンサュニッ ト 内における投受光素子とレンズとの位置関係を示す模式的斜視図であり、 第 5図は一連のセンサュニッ ト内における投受光素子配置とレンズが嵌 められた光通信用窓との位置関係を示す断面図であり、 第 6図はセンサ ュニッ ト内のハードウエア並びにソフ 卜ウェア構成を示す機能ブロック 図であり、 第 7図は相互干渉防止処理を説明するための前提となるセン サユニッ ト配置の一例を示すセンサシステムの模式的斜視図であり、 第 8図は相互干渉防止処理を説明するためのタイミングチヤ一卜であり、 第 9図は双方向データ通信処理を説明するための前提となるセンサュニ ッ 卜配置の一例を示すセンサシス亍厶の模式的斜視図であり、 第 1 0図 は双方向データ通信処理を説明するためのタイミングチャートであり、 第 1 1図は光通信用窓の 2つの例を示すセンサユニッ トハウジングの説 明的側面図であり、 第 1 2図は近接センサにおいて具現化された本発明 のセンサシステムの斜視図であり、 第 1 3図は超音波センサにおいて具 現化された本発明のセンサシステムの斜視図であり、 第 1 4図は従来の センサシステムの構成を示す斜視図である。 発明を実施するための最良の形態

以下、 本発明に係るセンサュニッ 卜並びにセンサシステムの好適な実 施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明に係るセンサュニッ 卜の実施の一形態が第 1図に示されている。 なお、 図示例のセンサユニッ ト 1 は、 ファイバタイプの光電センサュニ ッ トとして具現化されている。 同図に示されるように、 センサュニッ 卜 1 は扁平な略直方体上のハウ ジング 2を有する。 ハウジング 2の後端部 3からは、 往路光ファイバケ —ブル 4と復路光ファイバケーブル 5とが引き出されている。 これら 2 本の光ファイバケーブル 4 , 5の先端は、 検出領域に配置された後述す るセンサヘッ ドへ 4 a， 5 aに繋がれている。

ハウジング 2の前端部 6からは、コネクタ 7を介して電気ケーブル（電 気コード） 8が引き出されている。 この電気ケーブル 8は、 ハウジング 内部のセンシング系回路 （図示せず） の出力信号 （例えば、 オンオフ信 号や光量値信号等） を導出するためのものである。 この電気ケーブル 8 は、 例えば、 プログラマブル · ロジック · コントロ一ラ （P L C ) 等の 制御機器 （図示せず） へと繋がれる。 ハウジング 2の底面には、 後述す る D I Nレールに装着するための D I Nレール装着溝 9が形成されてい る。

ハウジング 2の右側面 1 1 には右側通信用の光通信用窓 1 2が配置さ れ、 ハウジング 2の左側面 1 3には左側通信用の光通信用窓 1 4が配置 されている。 これらの光通信用窓 1 2， 1 4は、 図では貫通孔として描 かれているが、 実際には、 赤外線は透過するものの可視光線は遮断する 樹脂製フィルタで塞がれ、 その表面はハウジング側面と同一レベルの平 坦面とされている。

後に詳細に説明するが、 右側面の光通信用窓 1 2の背後には赤外線を 使用した右側通信用の一対の発光素子と受光素子 （図示せず） が配置さ れ、 左側面の光通信用窓 1 4の背後には赤外線を使用した左側通信用の —対の発光素子と受光素子 （図示せず） とが配置されている。

多数のセンサュニッ 卜 1 を D I Nレールに装着した状態が第 2図の斜 視図に示されている。 同図に示されるように、 多数のセンサユニッ ト 1 をその底部の D I Nレール装着溝 9を利用して D I Nレール 1 0上に密 に装着すると、 それらのセンサュニッ ト 1 は互いに密に隣接して一列に 整列される。 このとき、 先ほど説明した光通信用窓 1 2と光通信用窓 1 4とは互いに対向する。 これにより、 後述するように、 図中矢印 1 5に 示されるように、 それらの光通信用窓 1 2， 1 4を介して、 相隣接する センサユニッ ト 1 ， 1 間で赤外線を利用した双方向光通信が可能となる。 センサュニッ ト 1 のハウジング 2内における発光素子及び受光素子の 支持構造の一例が第 3図のハウジング断面図に示されている。 図では、 3台のセンサユニッ ト 1 a， 1 b， 1 cが互いに密に隣接して配置され た状態が示されている。

同図に示されるように、 各センサユニッ ト 1 a， l b , 1 cのハウジ ング 2内には、 各種の回路部品を搭載した回路基板 1 6が収容されてい る。 回路基板 1 6は、 図示しない支持機構を介して、 ハウジング 2の左 右側面 1 1 ， 1 3と平行な姿勢で支持されている。

回路基板 1 6の図中右側面には、 右側通信用の発光素子 （例えば、 赤 外線発光ダイオード） 1 フと受光素子 （例えば、 フォトダイオード） 1 8とが取り付けられている。 それらの素子 1 フ， 1 8は、 ハウジング右 側面 1 1 に設けられた光通信用窓 1 2と対向するように位置決めされて いる。 同様にして、 回路基板 1 6の図中左側面には、 左側通信用の受光 素子 （例えば、 フォ 卜ダイオード） 1 9と発光素子 （例えば、 赤外線発 光ダイオード） 2 0とが取り付けられている。 それらの素子 1 9， 2 0 は、 ハウジング左側面 1 3に設けられた光通信用窓 1 4と対向するよう に位置決めされている。 なお、 図では省略されているが、 左右の光通信 用窓 1 2， 1 4は、 可視光遮断フィルタで塞がれている。

以上の構成によれば、 発光素子 1 フから発せられる光を受光素子 1 9 にて受ける処理を相隣接するセンサュニッ ト間で繰り返すことにより、 図中矢印 Aに示される方向へと信号を送信することができる。 また、 発 光素子 2 0から発せられる光を受光素子 1 8にて受け取る処理を相隣接 するセンサュニッ ト間で繰り返すことにより、 図中矢印 Bに示される方 向へと信号を送信することができる。 つまり、 図示の例では、 センサュ ニッ ト 1 a， 1 b , 1 c間において、 双方向へデータ伝送が可能となる。 ハウジング 2の左右の光通信用窓 1 2， 1 4には、 隣接するセンサュ ニッ ト間で対向する発光素子と受光素子との間の光送受効率を改善する ためにレンズを配置しても良い。 レンズとしては、 任意の光学レンズ、 フレネルレンズ等を使用することができる。

レンズとして半割円筒状のシリンドリカルレンズを使用した例が第 4 図及び第 5図に示されている。 それらの図から明らかなように、 ハウジ ング右側面 1 1 の光通信用窓 1 2には、 その平坦面を外側に向けて、 半 割円筒状のシリンドリカルレンズ 2 1がその円筒軸を図中上下方向へ向 けた姿勢で配置されている。 同様にして、 ハウジング左側面 1 3の光通 信用窓 1 4には、 その平坦面を外側に向けて、 半割円筒状のシリンドリ カルレンズ 2 2がその円筒軸を図中上下方向へ向けた姿勢で配置されて いる。

そのため、 センサュニッ 卜 1 aの発光素子 1 フから発せされた赤外光 は、 シリンドリカルレンズ 2 1 の略上半分の作用により収束されて、 光 通信用窓 1 2から平行光となって外部へと放出される。 光通信用窓 1 2 から放出された赤外光は、 そのまま進んで、 隣接センサユニッ ト 1 の 光通信用窓 1 4に到達する。 光通信用窓 1 4に入射した赤外光は、 シリ ンドリカルレンズ 2 2の略上半分の作用によリ集光されて、 センサュニ ッ ト 1 bの受光素子 1 9に入射される。

同様にして、 センサュニッ 卜 1 bの発光素子 2 0から発せられた赤外 光は、 シリンドリカルレンズ 2 2の略下半分の作用により収束されて、 光通信用窓 1 4から平行光となって外部へと放出される。 光通信用窓 1 W

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4から放出された赤外光は、 そのまま進んで、 隣接センサユニッ ト 1 a の光通信用窓 1 2に到達する。 光通信用窓 1 2に入射した赤外光は、 シ リンドリカルレンズ 21の略下半分の作用によリ集光されて、 センサュ ニッ ト 1 aの受光素子 1 8に入射される。

5 センサュニッ ト 1 の電気的なハードウエア構成並びにソフ トウエア構 成が第 6図の機能プロック図に示されている。

同図に示されるように、 このセンサユニッ ト 1の電気的な構成は、 C P Uによってソフ 卜ウェア的に実現される各種の処理機能 （ 1 00〜 1 09) と、 専用の回路によってハードウェア的に実現される各種の処理

10 機能 （201 〜 220) とから構成される。

先ず、 センシング系回路の構成について説明する。 計測制御部 1 00 は、 投光制御部 1 01 を介して、 投光制御部 203を制御し、 発光素子 (L ED) 201から赤外線を放出させる。 受光素子 （P D) 202が 受光することによって生じた信号は、 増幅回路部 204を介して増幅さ

15 れた後、 AZDコンバータ 205を介してデジタル信号に変換されて、 受光制御部 1 02を介して、 計測制御部 1 00に取り込まれる。 計測制 御部 1 00では、受光制御部 1 02から得られる受光データをそのまま、 あるいは予め設定されたしきい値と比較して二値化した後、 制御出力部 1 08を介して、 制御出力部 21 8から外部へと送出する。

20 次に、右側通信系回路並びに左側通信系回路の構成について説明する。

通信制御部 1 03は、 送受信制御部 1 04を制御する。 送受信制御部 1 04は、 左おの投光駆動部 2 1 1， 21 3を制御することにより、 左右 の通信用発光素子 （L ED) 20フ， 209から赤外線を隣接するセン サュニッ 卜に対して放出する。 隣接する左右のセンサュニッ 卜から到来

25 する赤外線は左右の受光素子 （ P D) 206， 208で受光された後、 その受光信号は増幅回路 21 0, 21 2を介して増幅された後、 送受信 制御部 1 0 4を介して通信制御部 1 0 3へと到来する。 通信制御部 1 0 3では、 所定のプロ トコルに基づいて、 送受信信号を制御することによ リ、 左右の隣接するセンサとの間で光通信を行う。

次に、 表示灯制御系回路の構成について説明する。 表示灯制御部 1 0 6は表示灯 2 1 4を点灯制御する。 又、 スイッチング入力検知部 1 0 5 は外部の設定スィッチ ■ポタン 2 1 5からの信号を処理する。 さらに、 電源部 2 1 6は、 センサ全体に対して電源を供給する。

なお、 外部リセッ ト部 2 1 フから得られた信号は、 リセッ ト部 1 0 9 を介して計測制御部 1 0 0へと送られ、計測制御のリセッ 卜が行われる。 以上説明したように、 本発明のセンサユニッ ト 1 は、 複数隣接させて 連装可能でかつセンサヘッ ド 4 a， 5 aとは光ファイバケーブル 4， 5 で接続可能なハウジング 2を有する。 このハウジング 2内には、 センサ ヘッ ド 4 a， 5 aと連繋して目的とするセンシング機能を実現するため のセンシング系回路と、 複数隣接させて連装した状態における右側の隣 接センサユニッ トと双方向光通信を行うための投受光素子 2 0 8， 2 0 9を含む右側光通信系回路 （2 1 0， 2 1 1 等） と、 複数隣接させて連 装した状態における左側の隣接センサュニッ 卜と双方向光通信を行うた めの投受光素子 2 0 6， 2 0 7を含む左側光通信系回路 （ 2 1 2， 2 1 3等） と、 が収容されている。 それにより、 連装状態において、 両隣の センサュニッ 卜との間で双方向に光通信が可能とされているものである。 また、 センサュニッ ト 1 のハウジング 2の左右側面 1 1， 1 3は平坦 であり、 凹凸コネクタは設けられていない。 そのため、 D I Nレール 1 0に対して抜き差しする際に、 両隣のセンサュニッ 卜により動作が拘束 されることがない。 その結果、 D I Nレール 1 0への脱着作業が容易と なる。 加えて、 ハウジング製作用金型には側面凹凸コネクタの配慮が不 要であるから、 金型設計も容易である。 W

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さらに、 レンズとしてシリンドリカルレンズ 2 1， 2 2を採用すると、 一対の発光素子と受光素子とに対してレンズが共通となリ、 光軸合わせ の容易化やレンズ収納スペースのコンパク 卜化が達成される。

次に、 第 7図並びに第 8図を参照して、 以上説明したセンサユニッ ト 5 1 を複数使用した光電センサシステムにおける相互干渉防止動作につい て説明する。

センサュニッ 卜の配置例が第フ図に示されており、 相互干渉防止用の 同期信号送受信タイミングが第 8図に示されている。 この例では、 3台 のセンサユニッ ト S 1， S 2 , S 3が使用されている。

10 それら図において、 S T E P 1 は、 第 1 センサュニッ 卜 S 1が投光後、 微少時間 （D T) 遅れて第 2センサュニッ 卜 S 2へと同期信号を送信す る動作を示している。

また、 S T E P 2は、 第 2センサユニッ ト S 2が同期信号の受信から 微少時間 （D T) 遅れて投光後、 さらに微少時間 （D T) 遅れて、 第 3 15 センサュニッ 卜 S 3へと同期信号を送信する動作を示している。つまり、 この S T E P 2では、 第 2センサュニッ ト S 2は、 第 1センサュニッ ト S 1から第 3センサュニッ ト S 3へとバケツリレーの要領で同期信号を 転送している。

また、 S T E P 3は、第 1 センサュニッ 卜 S 1が投光後、微少時間（D 20 T) 遅れて第 2センサュニッ ト S 2へと同期信号を送信する動作を示し ている。

さらに、 S T E P 4は、 第 2センサュニッ 卜 S 2が同期信号の受信か ら微少時間 （D T) 遅れて投光後、 さらに微少時間 （D T) 遅れて、 第 3センサュニッ ト S 3へと同期信号を送信する動作を示している。 つま 25 リ、 この S T E P 4においても、 第 2センサユニッ ト S 2は、 第 1セン サュニッ 卜 S 1 から第 3センサュニッ ト S 3へとバケツリ レーの要領で 同期信号を転送している。

ここで、 第 1 センサュニッ 卜 S 1 は、 一定周期毎に投光を行う。 又、 同期信号送信時は、 受信確認のために、 ハンドシェイクを行っても良い。 以上の動作 S T E P 1 〜 S T E P 4によれば、 各センサュニッ ト S 1 〜S 3における投光パルスは相互に一定時間ずらされる。 その結果、 隣 接センサュニッ ト間における投光パルスの相互干渉防止が図られる。 次に、 本発明の要部であるセンサュニッ 卜相互間における双方向デー タ通信について説明する。 センサュニッ トの配置例が第 9図に示されて おり、 データ送受信タイミングが第 1 0図に示されている。 この例でも、 3台のセンサユニッ ト S 1， S 2 , S 3が使用されている。 なお、 各デ ータ送信は、 投光パルスに同期して行われる。

第 1 センサュニッ ト S 1が第 3センサュニッ トミ 3に対してデータ要 求コマンドを送出し、 これに応答して第 3センサュニッ トミ 3がデータ 要求コマンドを実行して要求されたデータを第 1センサュニッ 卜 S 1 に 返送することにより、 第 1センサユニッ ト S 1が要求したデータを取得 する手順を説明する。

それらの図において、 S丁 E P 1 はセンサュニッ ト S 1 がセンサュニ ッ 卜 S 2へとデータ要求コマンドを送信する動作を示している。

また、 S T E P 2は、 第 2センサユニッ ト S 2力 次の投光周期の到 来を待ってから、 第 3センサユニッ ト S 3へとデータ要求コマンドを送 信する動作を示している。 つまり、 この S T E P 2では、 第 2センサュ ニッ ト S 2は、 第 1 センサュニッ 卜 S 1から第 3センサュニッ ト S 3へ とバケツリレーの要領でデータ要求コマンドを転送している。

また、 S T E P 3は、 第 3センサユニッ ト S 3力 次の投光周期の到 来を待ってから、 第 2センサユニッ ト S 2へと要求されたデータを送信 する動作を示している。 さらに、 S T E P 4は、 第 2センサュニッ ト S 2が、 次の投光周期の 到来を待ってから、 第 1センサュニッ 卜 S 1 へと要求されたデータを送 信する動作を示している。 つまり、 この S T E P 2では、 第 2センサュ ニッ ト S 2は、 第 3センサュ二ッ ト S 3から第 1センサュ二ッ ト S 1 へ とバケツリレーの要領で要求されたデータを転送している。

以上の動作 S T E P "！ 〜 S T E P 4によれば、 第 1 センサュニッ ト S 1が第 3センサュニッ 卜 S 3に対してデータ要求コマンドを送出し、 こ れに応答して第 3センサュニッ ト 3がデータ要求コマンドを実行して 要求されたデータを第 1センサュニッ ト S 1 に返送することによリ、 第 1センサュニッ 卜 S 1 は要求したデータを取得することができる。

本発明のセンサュニッ ト 1 のハウジング 2に設けられる光通信用窓と しては様々な構成を採用することができる。 第 1 1 図にはその二つの例 が示されている。 同図 （a ) の例は、 先に説明した投受光共用窓 1 2と して構成したものである。 この投受光共用窓 1 2内には、 発光素子 1 7 と受光素子 1 8との双方が配置されている。 同図 （b ) の例は、 投光用 専用窓 1 2 aと受光用専用窓 1 2 bとを別々（こ設けたものである。 投光 用専用窓 1 2 a内には発光素子 1 7が配置されており、 受光用専用窓 1 2 b内には受光素子 1 8が配置されている。

本発明のセンサュニッ ト 1 は、 ファイバタイプの光電センサ以外にも 様々なセンサとして具現化することができる。 近接センサとして具現化 した例が第 1 2図に示されている。 この例では、 センサヘッ ド 2 3には、 インダクタンス要素であるコイルまたは静電容量要素である電極が設け られ、 これはュニッ 卜ハウジング内に収容されるセンシング系回路に含 まれる他の回路要素と共に発振回路を構成している。 センサへッ ド 2 3 に検出物体が接近すると発振回路のインダクタンスまたは静電容量が変 化することにより、 発振振幅や発振周波数が変化する。 このような発振 特性の変化により、 検出物体の存在を判定することができる回路が一般 に採用される。

超音波センサとして具現化した例が第 1 3図に示されている。 この例 では、 センサへッ ド 2 4として、 超音波送受波ホーンが採用されている。 この場合、 センサユニッ ト内に収容されるセンシング系回路としては、 センサへッ ド 2 4で検出される超音波受波レベルの変化によリ検出物体 の存在を判定することができる回路が一般に採用される。 産業上の利用可能性

以上の説明で明らかなように、 本発明のセンサユニッ トによれば、 セ ンサシステムを構成する相隣接するセンサュニッ 卜間において、 双方向 に高信頼性をもってデータの伝達が可能となる。

また、 この本発明のセンサユニッ トによれば、 隣接センサユニッ ト間 における信頼性の高い双方向信号伝達を実現できることに加え、 ハウジ ング側面を平坦に構成することができるため、 D I Nレール等への装着 時の操作を容易とすると共に、 低コス卜に製作が可能となる。

さらに、 この発明のセンサシステムによれば、 相隣接する一連のセン サユニッ ト列において、 双方向に確実にデータの伝達が可能であり、 そ れによりセンサュニッ ト全体を有機的に一体化して、 より高度なデータ 設定操作やデータモニタ操作が可能となる。

Claims

請求の範囲

1 . 複数隣接させて連装可能でかつセンサへッ ドとはケーブルで接続 可能なハウジングを有し、

ハウジング内には、

センサヘッ ドと連繋して目的とするセンシング機能を実現するための センシング系回路と、

複数隣接させて連装した状態における一方の側の隣接センサュニッ ト と双方向光通信を行うための投受光素子を含む第 1 の光通信系回路と、 複数隣接させて連装した状態における他方の側の隣接センサュニッ ト と双方向光通信を行うための投受光素子を含む第 2の光通信系回路と、 が収容されており、

それにより、 連装状態において、 両隣のセンサユニッ トとの間で双方 向に光通信が可能とされた連装用センサュニッ 卜。

2 . ハウジングの一方の側面には、 連装状態における一方の側の隣接 センサュニッ 卜との間で双方向光通信を行うための第 1の光通信用窓が 設けられ、

ハウジングの他方の側面には、 連装状態における他方の側の隣接セン サュニッ 卜との間で双方向光通信を行うための第 2の光通信用窓が設け られ、

それにより、 連装状態において、 両隣のセンサユニッ トとの間で光通 信用窓を介して光通信可能とされた、 請求の範囲第 1項に記載の連装用 センサュニッ ト。

3 . ハウジングの両側面の光通信用窓のそれぞれには光学レンズが配 置され、

それにより、投受光素子間の光通信における投受光効率が改善される、 請求の範囲第 2項に記載の連装用センサュニッ ト。

4 . ハウジングの両側面の光通信用窓のそれぞれに配置される光学レ ンズが、 その平坦面を外側に向けかつ投受光素子に共通とされた 1個の シリンドリカルレンズとされ、 さらに投受光素子は相隣接するセンサュ ニッ ト間で投受光が相補われるように、 シリンドリカルレンズの軸心方 向へ離隔して配置される、 請求の範囲第 3項に記載の連装用センサュニ ッ 卜。

5 . 第 1 の光通信系回路と第 2の光通信系回路とを制御して、 両隣の センサュニッ 卜との間で、 バケツリ レー式にデータの双方向転送を可能 としたデータ転送制御手段を有する、 請求の範囲第 1項〜第 4項のいず れかに記載の連装用センサュニッ ト。

6 . 光電センサとして構成された請求の範囲第 1 項〜第 5項のいずれ かに記載の連装用センサュニッ 卜。

7 . 超音波センサとして構成された請求の範囲第 1項〜第 5項のいず れかに記載の連装用センサユニッ ト。

8 . 近接センサとして構成された請求の範囲第 1 項〜第 5項のいずれ かに記載の連装用センサュニッ 卜。

9 . 互いに隣接させて連装された複数の連装用センサュニッ トからな り、

連装用センサユニッ トの各々は、 センサヘッ ドとケーブルで接続可能 なハウジングを有し、

ハウジング内には、

センサへッ ドと連繋して目的とするセンシング機能を実現するための センシング系回路と、

複数隣接させて連装した状態における一方の側の隣接センサュニッ ト と双方向光通信を行うための投受光素子を含む第 1 の光通信系回路と、 複数隣接させて連装した状態における他方の側の隣接センサュニッ ト と双方向光通信を行うための投受光素子を含む第 2の光通信系回路と、 が収容されており、

それにより、 連装状態において、 両隣のセンサユニッ トとの間で双方 向に光通信が可能とされたセンサシステム。

1 0 . 連装用センサユニッ トのハウジングの一方の側面には、 連装状態 における一方の側の隣接センサュニッ 卜との間で双方向光通信を行うた めの第 1 の光通信用窓が設けられ、

連装用センサュニッ 卜のハウジングの他方の側面には、 連装状態にお ける他方の側の隣接センサュニッ 卜との間で双方向光通信を行うための 第 2の光通信用窓が設けられ、

それにより、 連装状態において、 両隣のセンサユニッ トとの間で光通 信用窓を介して光通信可能とされた、 請求の範囲第 9項に記載のセンサ システム。

1 1 . 連装用センサユニッ トのハウジングの両側面の光通信用窓のそれ ぞれには光学レンズが配置され、

それによリ、投受光素子間の光通信における投受光効率が改善される、 請求の範囲第 1 0項に記載のセンサシステム。

1 2 . 連装用センサユニッ トのハウジングの両側面の光通信用窓のそれ ぞれに配置される光学レンズが、 その平坦面を外側に向けかつ投受光素 子に共通とされた 1個のシリンドリカルレンズとされ、 さらに投受光素 子は相隣接するセンサュニッ 卜間で投受光が相補われるように、 シリン ドリカルレンズの軸心方向へ離隔して配置される、 請求の範囲第 1 1 項 に記載のセンサシス亍厶。

1 3 . 連装用センサュニッ 卜内には、 第 1の光通信系回路と第 2の光通 信系回路とを制御して、 両隣のセンサユニッ トとの間で、 バケツリレー 式にデータの双方向転送を可能とするためのデータ転送制御手段を有す る、 請求の範囲第 9項〜第 1 2項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 4 . 連装用センサユニッ トが光電センサとして構成された請求の範囲 第 9項〜第 1 3項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 5 . 連装用センサシステムが超音波センサとして構成された請求の範 囲第 9項〜第 1 3項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 6 . 連装用センサュニッ 卜が近接センサとして構成された請求の範囲 第 9項〜第 1 3項のいずれかに記載のセンサシス亍厶。

補正害の請求の範囲

[2001年〗 月 1 5曰 （1 5. 01. 01 ) 国際事務局受理：新しい請求の範囲 1 7-23が加えられた；他の請求の範囲は変更なし。 （ 2頁） ] 式にデータの双方向転送を可能とするためのデータ転送制御手段を有す る、 請求の範囲第 9項〜第 1 2項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 4. 連装用センサユニッ トが光電センサとして構成された請求の範囲 第 9項〜第 1 3項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 5. 連装用センサシステムが超音波センサとして構成された請求の範 囲第 9項〜第 1 3項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 6. 連装用センサユニッ トが近接センサとして構成された請求の範囲 第 9項〜第 1 3項のいずれかに記載のセンサシステム。

1 フ. （追加） 複数隣接させて連装可能でかつセンサへッ ドと接続可能 なハウジングを有し、

ハウジングの一方の側面には、 連装状態における一方の側の隣接セン サュニッ 卜との間で双方向光通信を行うための第 1 の光通信用窓が設け られ、

ハウジングの他方の側面には、 連装状態における他方の側の隣接セン サュニッ 卜との間で双方向光通信を行うための第 2の光通信用窓が設け られ、

それにより、 連装状態において、 両隣のセンサユニッ トとの間で光通 信用窓を介して光通信可能とされた、 連装用センサユニッ ト。

1 8. (追加） 第 1 並びに第 2の光通信用窓が、 それぞれ 1個の投受光 共用窓とされている、 請求の範囲第 1 7項に記載の連装用センサュニッ 卜

1 9. (追加） 第 1 並びに第 2の光通信用窓が、 それぞれ一対の投光専 用窓と受光専用窓とされている、 請求の範囲第 1 7項に記載の連装用セ ンサュニッ 卜。

20. (追加） 第 1 並びに第 2の光通信用窓が、 それぞれ可視光遮断フ ィルタで塞がれている、 請求の範囲第 1 フ項に記載の連装用センサへッ 補正された用紙 （条約第 19条） ド'。

1 . (追加） 光電センサとして構成された請求の範囲第 1 7項〜第 2 項のいずれかに記載の連装用センサュニッ卜。

2 . (追加） 超音波センサとして構成された請求の範囲第 1 7項〜第 0項のいずれかに記載の連装用センサュニット。

3 . (追加） 近接センサとして構成された請求の範囲第 1 7項〜第 2 項のいずれかに記載の連装用センサュニッ ト。

補正された用紙 （条約第 W宋 条約第 1 9条 （1 ) に基づく説明童

請求の範囲第 1 7項〜第 2 3項に記載の発明は、 主として、 光通信用 窓に特徴のある発明である。

請求の範囲第 1 7項に記載の発明は、 連装状態において、 両隣のセン サュニッ卜との間でハウジング両側面の光通信用窓を介して光通信可能 とされている。 このような構成によれば、 光通信用窓の位置決め精度さ え適切であれば、 一連のハウジングを一列横隊に並べるだけで、 ハウジ ング相互間における光通信のための投受光を実現できる。

請求の範囲第 1 8項に記載の発明によれば、 投受光素子は一括して一 箇所に配置される。 請求の範囲第 1 9項に記載の発明によれば、 投受光 素子は别々の箇所に配置される。

請求の範囲第 2 0項に記載の発明によれば、 可視光の遮断により、 外 乱光による光通信の誤動作が防止される。

請求の範囲第 2 1項〜第 2 3項に記載の発明は、 上記の光通信用窓を 使用するハウジング間光通信の構成を、 光電センサ、 超音波センサ、 並 びに、 近接センサに応用したものである。