(57)【要約】【課題】コントローラと、このコントローラに接続されるヘッドとで構成される検出センサシステムにおいて、コントローラに複数のヘッドが直列接続される構成であっても、コントローラとヘッドとでの信号授受を安定化できる検出センサシステムを提供する。【解決手段】コントローラ１０には複数のヘッド２０，３０がバスライン接続され、コントローラ１０には出力回路４０，６０が設けられるとともに、各ヘッド２０，３０には出力回路４０，６０に対応した入力回路５０，７０が設けられ、出力回路４０，６０は、入力回路５０，７０における同期制御信号を入力回路５０，７０の電源電圧範囲よりも大きい範囲の拡大電圧範囲の信号で送信し、入力回路５０，７０は、ＣＲフィルタ回路、及び、出力回路４０，６０からの拡大電圧範囲の信号から入力回路５０，７０の電源電圧範囲の信号を取り出すクランプ回路を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラと該コントローラに接続されるヘッドとから構成され、前記コントローラには複数の前記ヘッドがバスライン接続可能な構成となっており、同期制御信号に基づいて各ヘッドが順に検出動作を行い、前記コントローラには少なくとも出力回路が設けられるとともに、前記各ヘッドには少なくとも前記出力回路に対応した入力回路が設けられ、出力回路は、前記入力回路における同期制御信号を前記入力回路の電源電圧範囲よりも大きい範囲の拡大電圧範囲の信号で送信し、前記入力回路は、ＣＲフィルタ回路、及び、前記出力回路からの前記拡大電圧範囲の信号から前記入力回路の電源電圧範囲の信号を取り出すクランプ回路を備えることを特徴とする検出センサシステム。
【請求項２】
前記拡大電圧範囲の信号は、前記電源電圧範囲に対し高電位側及び低電位側において拡大した電圧範囲の信号であることを特徴とする請求項１に記載の検出センサシステム。
【請求項３】
前記拡大電圧範囲の信号は、前記電源電圧範囲に対し高電位側及び低電位側において同量だけ拡大した電圧範囲の信号であることを特徴とする請求項２に記載の検出センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出センサシステムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば光電スイッチなどの検出スイッチには、対をなす投光素子と受光素子が一列に配置され、投光素子を順に駆動させて光を出射させるとともに受光素子を順に駆動させて受光信号を取り込むものが提案されている（例えば特許文献１等）。この種の検出スイッチの一例として、一対の投光・受光器を適宜の場所に複数設置して検出センサシステムを構成することが考えられる。つまり、コントローラと、このコントローラに接続されるヘッド（投光器、受光器）とで構成され、コントローラと複数のヘッド（投光器、受光器）とをケーブルで接続する。詳しくは、コントローラに、ケーブルで、投光器を有するヘッドと接続するとともに、コントローラに、ケーブルで、受光器を有するヘッドと接続し、コントローラから投光器を有するヘッドへのパルス信号により所定のタイミングで投光させ、受光器を有するヘッドで受光してコントローラに送る。このとき、コントローラとヘッドとの間の通信については、一方に出力回路が設けられているとともに他方に受信回路が設けられている。ここで、図６に示すように、出力回路１００に対し、複数の入力回路１１０，１１１，…が直列に、即ち、バスライン１２０に対してぶら下がるように接続することが可能である。耐ノイズ性向上のために入力回路１１０，１１１，…にはＣＲフィルタ回路が設けられている。
【特許文献１】特開２００５−５１３１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この直列接続時に、図７に示すように、出力回路１００から離れた入力回路ほどケーブルの線抵抗等により信号（電圧）が降下（圧縮）される傾向にある。また、図８に示すように、ＣＲフィルタ回路におけるコンデンサと抵抗の部品ばらつきの影響でＣＲフィルタ回路通過後の波形の立ち上がり、立ち下りの傾きが変わる（ばらつく）。これにより、図９に示すように、立ち上がり、立ち下がりの両方で処理を行っているとすると、第１の入力回路１１０（図６参照）の立ち下がりの前に第２の入力回路１１１（図６参照）が立ち上がりがくるため処理がおかしくなる虞がある。なお、時定数を小さくすれば波形は急峻となるが、ノイズに弱くなるため小さくできない。
【０００４】
本発明は、このような背景の下になされたものであり、その目的は、コントローラと、このコントローラに接続されるヘッドとで構成される検出センサシステムにおいて、コントローラに複数のヘッドが直列接続される構成であっても、コントローラとヘッドとでの信号授受を安定化できる検出センサシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明では、コントローラと該コントローラに接続されるヘッドとから構成され、前記コントローラには複数の前記ヘッドがバスライン接続可能な構成となっており、同期制御信号に基づいて各ヘッドが順に検出動作を行い、前記コントローラには少なくとも出力回路が設けられるとともに、前記各ヘッドには少なくとも前記出力回路に対応した入力回路が設けられ、出力回路は、前記入力回路における同期制御信号を前記入力回路の電源電圧範囲よりも大きい範囲の拡大電圧範囲の信号で送信し、前記入力回路は、ＣＲフィルタ回路、及び、前記出力回路からの前記拡大電圧範囲の信号から前記入力回路の電源電圧範囲の信号を取り出すクランプ回路を備えることを要旨とする。
【０００６】
請求項１に記載の発明によれば、出力回路において、入力回路における同期制御信号が入力回路の電源電圧範囲よりも大きい範囲の拡大電圧範囲の信号で送信される。そして、入力回路において、ＣＲフィルタ回路により耐ノイズ性が向上するとともに、クランプ回路により出力回路からの拡大電圧範囲の信号から入力回路の電源電圧範囲の信号が取り出される。よって、ケーブル延長時の電圧降下の影響を受けにくくすることができるとともに、ＣＲフィルタ回路のばらつきの影響を受けにくくすることができる。
【０００７】
請求項２に記載のように、請求項１に記載の検出センサシステムにおいて、前記拡大電圧範囲の信号は、前記電源電圧範囲に対し高電位側及び低電位側において拡大した電圧範囲の信号であるとよい。
【０００８】
特に、請求項３に記載のように、請求項２に記載の検出センサシステムにおいて、前記拡大電圧範囲の信号は、前記電源電圧範囲に対し高電位側及び低電位側において同量だけ拡大した電圧範囲の信号であるとよりよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、コントローラと、このコントローラに接続されるヘッドとで構成される検出センサシステムにおいて、コントローラに複数のヘッドが直列接続される構成であっても、コントローラとヘッドとでの信号授受を安定化できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
本実施形態の検出センサシステムは、図１に示すように、コントローラ１０とセンサヘッド（投光器側）２０とセンサヘッド（受光器側）３０とから構成されている。図１では、６個のセンサヘッド２０及び６個のセンサヘッド３０が用意されている。各センサヘッド２０は投光素子を備えているとともに、各センサヘッド３０は投光素子を備えている。そして、対をなすセンサヘッド２０，３０においてセンサヘッド２０から投光されてセンサヘッド３０でその光を受光するように配置されている。ヘッド２０，３０はコントローラ１０に接続される。
【００１１】
コントローラ１０には複数のセンサヘッド２０，３０がバスライン接続可能な構成となっている。詳しくは、コントローラ１０から延長ケーブル１が延びており、バスラインとして用いられる。この延長ケーブル１に対し分岐ケーブル３により各センサヘッド２０が接続されている。同様に、コントローラ１０から延長ケーブル２が延びており、バスラインとして用いられる。この延長ケーブル２に対し分岐ケーブル４により各センサヘッド３０が接続されている。
【００１２】
コントローラ１０には出力回路４０が設けられ、出力回路４０には延長ケーブル１の一端が接続されている。また、センサヘッド２０には出力回路４０に対応した入力回路５０が設けられ、入力回路５０には分岐ケーブル３の先端または延長ケーブル１の他端が接続されている。同様に、コントローラ１０には出力回路６０が設けられ、出力回路６０には延長ケーブル２の一端が接続されている。また、センサヘッド３０には出力回路６０に対応した入力回路７０が設けられ、入力回路７０には分岐ケーブル４の先端または延長ケーブル２の他端が接続されている。
【００１３】
コントローラ１０からセンサヘッド２０にケーブル１，３を通して同期制御信号が送られ、この同期制御信号に基づいて各ヘッドが順に検出動作を行う（センサヘッド２０において同期がとられて投光動作が実行される）。また、コントローラ１０からセンサヘッド３０にケーブル２，４を通して同期制御信号が送られ、この同期制御信号に基づいて各ヘッドが順に検出動作を行う（センサヘッド３０において同期がとられて受光動作が実行される）。そして、ヘッド２０，３０によりヘッド２０，３０間の検出領域の物体の有無を検出することができる。即ち、遮光されれば物体があることになる。具体的には、例えば進行禁止区域に作業者が進入したことが検出される。コントローラ１０は、例えば進行禁止区域への作業者の進入が検出されると警報器等の安全機器を作動させるようになっている。
【００１４】
ここで、出力回路と入力回路について、詳しくは、コントローラ１０には出力回路及び入力回路が設けられるとともにヘッド２０，３０には出力回路及び入力回路が設けられ、出力回路と入力回路とはケーブルで接続されている。図１では、コントローラ１０の出力回路及びヘッド２０，３０の入力回路のみを示す。
【００１５】
図２には、出力回路４０，６０の電気的構成を示す。
図２において、駆動信号増幅回路４１と電流バッファ４２と保護回路４３を備えている。駆動信号増幅回路４１はＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ１とＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ２とＮＰＮトランジスタＱ３と抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３とダイオードＤ１を備えている。
【００１６】
駆動信号増幅回路４１は、０〜＋５ボルトの信号を、−２〜＋９．５ボルトの信号に増幅するための回路である。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ１のソースが＋５ボルトラインと接続されるとともにドレインに抵抗Ｒ２の一端が接続され、抵抗Ｒ２の他端が−２ボルトラインと接続されている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ１のソース・ゲート間には抵抗Ｒ１が接続されている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ１のゲートにはパルス信号が入力される。
【００１７】
Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ２のソースが−２ボルトラインと接続されるとともに、ドレインが抵抗Ｒ３の一端と接続され、抵抗Ｒ３の他端が＋９．５ボルトラインと接続されている。Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ２のゲートはＰチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ１のドレインと接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ３は、コレクタが＋９．５ボルトラインと接続され、エミッタがダイオードＤ１を介してＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインと接続され、ベースはＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ２のドレインと接続されている。
【００１８】
電流バッファ４２は、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ４とＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ５と抵抗Ｒ４，Ｒ５と双方向ツェナーダイオード４４，４５とダイオードＤ５，Ｄ６を備えている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ４のソースが＋９．５ボルトラインと接続されているとともにドレインがＮチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ５のドレインと接続され、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ５のソースは−２ボルトラインと接続されている。Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ４のゲートは抵抗Ｒ４を介してＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタと接続されている。また、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ５のゲートには抵抗Ｒ５を介してＮＰＮトランジスタＱ３のエミッタと接続されている。
【００１９】
Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ４のソース・ゲート間には双方向ツェナーダイオード４４が接続されている。同様に、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ５のソース・ゲート間には双方向ツェナーダイオード４５が接続されている。また、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ４にはダイオードＤ５が並列接続されている。同様に、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ５にはダイオードＤ６が並列接続されている。さらに、Ｐチャネル型ＭＯＳトランジスタＱ４のソースはコンデンサＣ３を介して−２ボルトラインと接続されている。
【００２０】
電流バッファ４２は、出力インピーダンスを下げており、具体的には、電流バッファ４２の出力が最長１００ｍのケーブルと、そこにつながる複数のヘッド（受け側の入力回路が入っている）を駆動すべく大電流を流すことができるようになっている。
【００２１】
保護回路４３は、短絡及び雷サージ保護のための回路であって、ダイオードＤ２，Ｄ３と抵抗Ｒ６よりなる。ダイオードＤ２のカソードが＋９．５ボルトラインと接続され、アノードはＭＯＳトランジスタＱ４，Ｑ５のドレイン及びダイオードＤ３のカソードと接続されている。ダイオードＤ３のアノードは−２ボルトラインと接続されている。ダイオードＤ２，Ｄ３の間の接続点には抵抗Ｒ６の一端が接続されている。
【００２２】
抵抗Ｒ６の他端にはコイルＬ１の一端が接続され、コイルＬ１の他端が出力端子（接続端子）Ｐ２となっている。コイルＬ１の一端と−２ボルトラインとの間にはコンデンサＣ１が接続されている。コイルＬ１とコンデンサＣ１で平滑回路を構成している。−２ボルトラインとグランドラインとの間にコンデンサＣ２及びダイオードＤ４が接続されている。
【００２３】
図３には、入力回路５０，７０の電気的構成を示す。
図３において、信号入力端子Ｐ３は抵抗Ｒ１０を介してグランドラインと接続されている。この後段において、信号入力端子Ｐ３には、コンデンサＣ１０と抵抗Ｒ１１よりなるＣＲフィルタ回路５１が備えられている。即ち、抵抗Ｒ１１は一端が信号入力端子Ｐ３と接続され、他端がコンデンサＣ１０の一方の電極に接続され、コンデンサＣ１０の他方の電極がグランドラインと接続されている。
【００２４】
さらに、ＣＲフィルタ回路５１の後段には、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１２よりなるＣＲフィルタ回路５２が備えられている。即ち、抵抗Ｒ１２は一端が抵抗Ｒ１１・コンデンサＣ１０間に接続され、他端がコンデンサＣ１１の一方の電極に接続され、コンデンサＣ１１の他方の電極がグランドラインと接続されている。
【００２５】
ＣＲフィルタ回路５２の出力端子はダイオードＤ１０を介してグランドラインと接続されている。ダイオードＤ１０は、アノードがグランドライン側となるとともにカソードがＣＲフィルタ回路５２の出力端子側となっている。また、ＣＲフィルタ回路５２の出力端子はダイオードＤ１１を介して＋５ボルトラインと接続されている。ダイオードＤ１１は、カソードが＋５ボルトライン側となるとともにアノードがＣＲフィルタ回路５２の出力端子側となっている。そして、ダイオードＤ１０により最低電位がグランド電位にクランプされるとともにダイオードＤ１１により最高電位が＋５ボルトにクランプされる。両ダイオードＤ１０，Ｄ１１によりクランプ回路が構成されている。なお、抵抗Ｒ１２はダイオードがクランプしやすいようにインピーダンスを下げる効果もある。
【００２６】
ＣＲフィルタ回路５２の後段には標準Ｃ−ＭＯＳロジックＩＣ５３が接続されている。標準Ｃ−ＭＯＳロジックＩＣ５３は、シュミットトリガ機能付きインバータまたはバッファを用いることができる。
【００２７】
次に、検出センサシステムの作用を説明する。
図２の出力回路４０，６０において、その入力端子Ｐ１に、図４のＰ１で示すパルス信号が入力される。このとき、パルス信号がＨレベル、即ち、５ボルトであると、トランジスタＱ１がオフとなるとともにトランジスタＱ２がオフとなる。トランジスタＱ２のオフにより、電流バッファ４２のトランジスタＱ４がオフするとともにトランジスタＱ５がオンする。トランジスタＱ５のオンにより電流バッファ４２の出力は−２ボルトとなる。
【００２８】
一方、出力回路４０，６０の入力端子Ｐ１において、図４のＰ１で示すパルス信号がＬレベル、即ち、０ボルトであると、トランジスタＱ１がオンとなるとともにトランジスタＱ２がオンとなる。トランジスタＱ２のオンにより、電流バッファ４２のトランジスタＱ４がオンするとともにトランジスタＱ５がオフする。トランジスタＱ４のオンにより電流バッファ４２の出力は＋９．５ボルトとなる。
【００２９】
このようにして、出力回路４０，６０の出力端子Ｐ２から、図４のＰ２で示すパルス信号が出力される。この信号（Ｐ２）は、−２ボルトから＋９．５ボルトの範囲で変化するパルス信号である。即ち、出力回路４０，６０は、入力回路５０，７０における同期制御信号を入力回路５０，７０の電源電圧範囲よりも大きい範囲の拡大電圧範囲の信号で送信する。
【００３０】
図２の出力回路４０，６０から信号がケーブルを通して図３の入力回路５０，７０に送られる。図３の入力回路５０，７０において、その入力端子Ｐ３の波形としては、図４のＰ３で示す波形となる。このときの波形は図４のＰ２で示す矩形波が、入力回路のコンデンサの影響でわずかに鈍る。
【００３１】
そして、図３のＣＲフィルタ回路５１を通過すると、図４においてＰ４に示すような充放電カーブとなる。この信号は、−２〜＋９．５ボルトの範囲で変化する信号（充放電する信号）である。
【００３２】
さらに、図３のＣＲフィルタ回路５２を通過すると共にクランプ用ダイオードＤ１０，Ｄ１１により図４においてＰ５に示す波形となる。この信号は、入力回路５０，７０の電源電圧範囲である０〜＋５ボルトの範囲で変化する信号（充放電する信号）である。即ち、ダイオードＤ１０，Ｄ１１により上下がクランプされる。また、コンデンサＣ１１と抵抗Ｒ１２よりなるＣＲフィルタ回路５２は、コンデンサＣ１０と抵抗Ｒ１１よりなるＣＲフィルタ回路５１と同じ時定数であるので、図４のＰ４の状態から更に鈍ることはない。
【００３３】
さらに、図３の標準Ｃ−ＭＯＳロジックＩＣ５３により、図４のＰ６で示す信号が出力される。この信号は、０ボルトから＋５ボルトの範囲で変化するパルス信号である。
このようにして、入力回路５０，７０において、ＣＲフィルタ回路５１，５２（コンデンサＣ１０，Ｃ１１及び抵抗Ｒ１１，Ｒ１２）により耐ノイズ性が向上するとともに、クランプ回路（ダイオードＤ１０，Ｄ１１）により出力回路４０，６０からの拡大電圧範囲の信号から入力回路５０，７０の電源電圧範囲の信号が取り出される。図５で説明すると、ＣＲ充放電波形における高電位のなだらかになっている部分を使用せずにＣＲ充放電波形の一部しか使わない（立ち上がり、立ち下りの傾きのゆるい部分を使わずに急峻な部分を使用する）。ここで、図５において電源電圧範囲は充放電カーブにおける接線の傾きθが４５度以上であると、より好ましい。
【００３４】
よって、ＣＲフィルタ回路のばらつきやケーブル長による電圧降下の影響を受けにくくすることができる。詳しくは、ケーブル延長時の電圧降下の影響を受けにくくすることができるとともに、ＣＲフィルタ回路５１，５２のばらつきの影響を受けにくくすることができ、さらに、１個の出力回路４０，６０に対し多数の入力回路５０，７０を直列につないだときの遅延量増加を抑えることができる。
【００３５】
図９を用いて説明した入力回路での信号のオーバーラップの回避について言及する。図１のコントローラ１０から各センサヘッド２０に同期制御信号が出力され、各センサヘッド２０において投光動作が行われるとともに受信確認信号がコントローラ１０にケーブル１，３を介して戻され、この受信確認信号によりコントローラ１０から各センサヘッド３０に同期制御信号が出力され、各センサヘッド３０において受光動作が実行される。このような処理が行われる場合、各センサヘッド２０において信号のオーバーラップが回避されることにより、各センサヘッド２０で順に投光されるとともに、センサヘッド３０において順に受光が行われる。
【００３６】
以上のように本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）入力回路として、０〜５ボルトの一般的な標準ロジックＩＣ（５３）を使い、出力回路側で−２〜＋１０ボルトでオーバードライブし、入力回路では０〜５ボルトの標準ロジックＩＣ（５３）に合わせるようにＣＲフィルタ回路とダイオードクランプ回路を設けた。これにより、コントローラ１０と、このコントローラ１０に接続されるヘッド２０，３０とで構成される検出センサシステムにおいて、コントローラ１０に複数のヘッド２０，３０が直列接続される構成であっても、コントローラ１０とヘッド２０，３０とでの信号授受を安定化することができる。
【００３７】
（２）拡大電圧範囲の信号は、電源電圧範囲に対し高電位側及び低電位側において拡大した電圧範囲の信号であるので、コントローラ１０とヘッド２０，３０とでの信号授受をより安定化することができる。
【００３８】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・出力回路及び入力回路について、広義には、コントローラ１０には少なくとも出力回路４０，６０が設けられるとともに、各ヘッド２０，３０には少なくとも出力回路４０，６０に対応した入力回路５０，７０が設けられていればよい。
【００３９】
・入力回路５０，７０の電源電圧範囲を０〜＋５ボルトとした場合において拡大電圧範囲を−２〜＋９．５ボルトとしたが、これに限るものではない。例えば、拡大電圧範囲の信号は、入力回路５０，７０の電源電圧範囲に対し高電位側及び低電位側において同量だけ拡大した電圧範囲の信号であると、よりよい（例えば、入力回路５０，７０の電源電圧範囲を０〜＋５ボルトとした場合において、拡大電圧範囲を例えば−３〜＋８ボルトとする）。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本実施形態の検出センサシステムの全体構成図。
【図２】出力回路の電気的構成図。
【図３】入力回路の電気的構成図。
【図４】各部位における波形図。
【図５】波形図。
【図６】従来技術を説明するための回路図。
【図７】従来技術を説明するための波形図。
【図８】従来技術を説明するための波形図。
【図９】従来技術を説明するための波形図。
【符号の説明】
【００４１】
１０…コントローラ、２０…ヘッド、３０…ヘッド、４０…出力回路、５０…入力回路、５１…ＣＲフィルタ回路、５２…ＣＲフィルタ回路、６０…出力回路、７０…入力回路、Ｃ１０…コンデンサ、Ｃ１１…コンデンサ、Ｄ１０…ダイオード、Ｄ１１…ダイオード、Ｒ１１…抵抗、Ｒ１２…抵抗。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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