(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数隣接させて連装可能でかつセンサヘ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ユ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ユ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ユニット。
【請求項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ユニット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ユニット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、請求項１に記載の連装用センサユニット。
【請求項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、請求項２に記載の連装用センサユニット。
【請求項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ユ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、請求項３に記載の連装用センサユニット。
【請求項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したデータ転送制御手段を有する、請求項１〜４のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【請求項６】
光電センサとして構成された請求項１〜５のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【請求項７】
超音波センサとして構成された請求項１〜５のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【請求項８】
近接センサとして構成された請求項１〜５のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【請求項９】
互いに隣接させて連装された複数の連装用センサユニットからなり、
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ユ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ユ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。
【請求項１０】
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ユニット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、
連装用センサユニット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ユニット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、請求項９に記載のセンサシステム。
【請求項１１】
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、請求項１０に記載のセンサシステム。
【請求項１２】
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ユ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、請求項１１に記載のセンサシステム。
【請求項１３】
連装用センサユニット内には、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、請求項９〜１２のいずれかに記載のセンサシステム。
【請求項１４】
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項９〜１３のいずれかに記載のセンサシステム。
【請求項１５】
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項９〜１３のいずれかに記載のセンサシステム。
【請求項１６】
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項９〜１３のいずれかに記載のセンサシステム。
【請求項１７】
複数隣接させて連装可能でかつセンサヘ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ユニット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ユニット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。
【請求項１８】
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、請求項１７に記載の連装用センサユニット。
【請求項１９】
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、請求項１７に記載の連装用センサユニット。
【請求項２０】
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、請求項１７に記載の連装用センサヘッド。
【請求項２１】
光電センサとして構成された請求項１７〜２０のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【請求項２２】
超音波センサとして構成された請求項１７〜２０のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【請求項２３】
近接センサとして構成された請求項１７〜２０のいずれかに記載の連装用センサユニット。
【発明の詳細な説明】
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ユニットとして好適な連装用センサユニットに係り、特に、相隣接するセンサユニット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ユニットに関する。
背景技術
例えば、工場のＦＡ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ヘッド分離型のセンサは、センサヘ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り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ヘッド分離型のセンサの場合、センサヘッドと本体ユニットとはケーブル（光電センサの場合には光ファイバケーブル、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。本体ユニットは当業界ではアンプ部等とも呼ばれる。以下、この明細書中では本体ユニットのことを『センサユニット』と称することとする。
センサユニットのハウジングには、センサヘッドを駆動するための駆動回路やセンサヘ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、センサユニットのハウジングには、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。
多数のセンサユニットを制御盤等に高密度に収容するために、従来、連装用センサユニットが開発されている。連装用センサユニット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１４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ＤＩＮレール３０１に対して、複数の連装用センサユニット３００，３００…を互いに密に隣接させて装着したものである。すなわち、各センサユニット３００は、そのハウジングの底面に設けられたＤＩＮレール嵌合溝３０２をＤＩＮレール３０１にはめ込むことにより、ＤＩＮレール３０１に沿って整列状態で固定される。
各センサユニット３００のハウジングの図中後面からは、往路光ファイバケーブル３０３と復路光ファイバケーブル３０４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３０３，３０４の先端は検知領域に配置されたセンサヘッド３０３ａ，３０４ａに結合される。
各センサユニット３００の図中前面からは、ユ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）３０５が引き出されている。この電気ケーブル３０５は、図示しない、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等の制御機器に結合される。
光ファイバケーブル３０３，３０４の先端のセンサヘッド部３０３ａ，３０４ａにより、透過光や反射光の変化により物体の有無や位置が検出されると、センサユニット３００側のセンシング系回路が作動することにより、ケーブル３０５を通じてプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）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、各センサユニット３００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ＤＩＮレール嵌合溝３０２を設けているため、制御盤内にＤＩＮレール１さえ敷設しておけば、多数の独立したセンサユニット３００を互いに密に隣接してコンパクト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、センサユ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、個々のセンサユニット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。
センサユニット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、この問題を個々のユニット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り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ユニット列において、隣接センサユニット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、センサユニット列の端部に位置するセンサユニットからデータを各センサユニットに伝送して設定したり、逆に個々のセンサユニットのデータを端部に位置するセンサユニット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、相隣接するセンサユニット間において、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９−６４７１２号公報には、隣接する検出スイッチ（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、各検出スイッチ内部の制御基板に順次隣接スイッチから電力を供給するとともに、上流側検出スイッチより受け取った同期信号を遅延して下流側検出スイッチへと送出することにより、隣接検出スイッチ間での投光タイミングに一定の時間差が生ずるようにした検出スイッ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１６個乃至６４個と言った極めて多数のセンサユ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、隣接するセンサユ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、センサユ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、いずれかのセンサユニット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ＤＩＮ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ユニット間において、双方向に信頼性の高いデータ伝送が可能なセンサユ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、隣接センサユ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、隣接センサユニット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ユ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、それによりセンサユ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
本発明のセンサユニットは、複数隣接させて連装可能でかつセンサヘ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ブルが、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、ＤＩＮ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。ここで、『目的とするセンシング機能』の内容は、当該センサユニットの種別（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、当該センサユニット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。センサユ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り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。センサユニット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ェア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ユニット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ユニット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、発行ダイオードやフォトダイ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、受信用ソフト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。光ファイバやプリズム、ミラー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、両隣のセンサユニットとの間で双方向に光通信が可能となり、隣接センサユ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、多数のセンサユ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ユニット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ユニット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る。
このような構成によれば、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、ＤＩＮ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ユ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設けても良い。
このような構成によれば、一方の側の隣接ユニット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、相隣接するセンサユニット間において、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、本発明のセンサユニット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、センサユニット列の一端に位置するセンサユニットから一連のセンサユ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ユニット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ユ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ユニット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ユニットに対するモニタを個々のセンサユニット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ユニットに対するデータ設定を個々のセンサユニット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ユニット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図は一連のセンサユ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図はセンサユ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図は一連のセンサユ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図はセンサユニット内のハードウェア並びにソフト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ャートであり、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１０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１１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１２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１３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１４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ユニット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ユニット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ユニットとして具現化されている。
同図に示されるように、センサユニット１は扁平な略直方体上のはハウジング２を有する。ハウジング２の後端部の３からは、往路光ファイバケーブル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４ａ，５ａ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・コントローラ（ＰＬＣ）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ＤＩＮレールに装着するためのＤＩＮ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１１には右側通信用の光通信用窓１２が配置され、ハウジング２の左側面１３には左側通信用の光通信用窓１４が配置されている。これらの光通信用窓１２，１４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１２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１４の背後には赤外線を使用した左側通信用の一対の発光素子と受光素子（図示せず）とが配置されている。
多数のセンサユニット１をＤＩＮ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ＤＩＮレール装着溝９を利用してＤＩＮレール１０上に密に装着すると、それらのセンサユニット一は互いに密に隣接して１列に整列される。このとき、先ほど説明した光通信用窓１２と光通信用窓１４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１５に示されるように、それらの光通信用窓１２，１４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。
センサユニット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１ａ，１ｂ，１ｃ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１ａ，１ｂ，１ｃ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１６が収容されている。回路基板１６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１１，１３と平行な姿勢で支持されている。
回路基板１６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）１７と受光素子（例えば、フォトダイオード）１８とが取り付けられている。それらの素子１７，１８は、ハウジング右側面１１に設けられた光通信用窓１２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１６の図中左側面には、左側通信用の受光素子（例えば、フォトダイオード）１９と発光素子（例えば、赤外線発光ダイオード）２０とが取り付けられている。それらの素子１９，２０は、ハウジング左側面１３に設けられた光通信用窓１４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１２，１４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１７から発せられる光を受光素子１９にて受ける処理を相隣接するセンサユ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２０から発せられる光を受光素子１８にて受ける処理を相隣接するセンサユ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、センサユニット１ａ，１ｂ，１ｃ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１２，１４には、隣接するセンサユ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１１の光通信用窓１２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２１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１３の光通信用窓１４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２２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、センサユニット１ａの発光素子１７から発せされた赤外光は、シリンドリカルレンズ２１の略上半分の作用により収束されて、光通信用窓１２から平行光となって外部へと放出される。光通信用窓１２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１ｂの光通信用窓１４に到達する。光通信用窓１４に入射した赤外光は、シリンドリカルレンズ２２の略上半分の作用により集光されて、センサユニット１ｂの受光素子１９に入射される。
同様にして、センサユニット１ｂの発光素子２０から発せられた赤外光は、シリンドリカルレンズ２２の略下半分の作用により収束されて、光通信用窓１４から平行光となって外部へと放出される。光通信用窓１４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１ａの光通信用窓１２に到達する。光通信用窓１２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り集光されて、センサユニット１ａの受光素子１８に入射される。
センサユニット１の電気的なハードウェア構成並びにソフトウェア構成が第６図の機能ブ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、ＣＰＵによってソフトウェア的に実現される各種の処理機能（１００〜１０９）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１００は、投光制御部１０１を介して、投光制御部２０３を制御し、発光素子（ＬＥＤ）２０１から赤外線を放出させる。受光素子（ＰＤ）２０２が受光することによって生じた信号は、増幅回路部２０４を介して増幅された後、Ａ／Ｄ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１０２を介して、計測制御部１００に取り込まれる。計測制御部１００では、受光制御部１０２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１０８を介して、制御出力部２１８から外部へと送出する。
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１０３は、送受信制御部１０４を制御する。送受信制御部１０４は、左右の投光駆動部２１１，２１３を制御することにより、左右の通信用発光素子（ＬＥＤ）２０７，２０９から赤外線を隣接するセンサユニットに対して放出する。隣接する左右のセンサユニットから到来する赤外線は左右の受光素子（ＰＤ）２０６，２０８で受光された後、その受光信号は増幅回路２１０，２１２を介して増幅された後、送受信制御部１０４を介して通信制御部１０３へと到来する。通信制御部１０３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り、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１０６は表示灯２１４を点灯制御する。又、スイッチング入力検知部１０５は外部の設定スイッチ・ボタン２１５からの信号を処理する。さらに、電源部２１６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２１７から得られた信号は、リセット部１０９を介して計測制御部１００へと送られ、計測制御のリセットが行われる。
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４ａ，５ａ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４ａ，５ａ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２０８，２０９を含む右側光通信系回路（２１０，２１１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ユニットと双方向光通信を行うための投受光素子２０６，２０７を含む左側光通信系回路（２１２，２１３等）と、が収容されている。それにより、連装状態において、両隣のセンサユニット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、センサユニット１のハウジング２の左右側面１１，１３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、ＤＩＮレール１０に対して抜き差しする際に、両隣のセンサユニットにより動作が拘束されることがない。その結果、ＤＩＮレール１０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。
さらに、レンズとしてシリンドリカルレンズ２１，２２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り、光軸合わせの容易化やレンズ収納スペースのコンパクト化が達成される。
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。
センサユニットの配置例が第７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Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３が使用されている。
それら図において、ＳＴＥＰ１は、第１センサユニットＳ１が投光後、微少時間（ＤＴ）遅れて第２センサユニットＳ２へと同期信号を送信する動作を示している。
また、ＳＴＥＰ２は、第２センサユニットＳ２が同期信号の受信から微少時間（ＤＴ）遅れて投光後、さらに微少時間（ＤＴ）遅れて、第３センサユニットＳ３へと同期信号を送信する動作を示している。つまり、このＳＴＥＰ２では、第２センサユニットＳ２は、第１センサユニットＳ１から第３センサユニットＳ３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、ＳＴＥＰ３は、第１センサユニットＳ１が投光後、微少時間（ＤＴ）遅れて第２センサユニットＳ２へと同期信号を送信する動作を示している。
さらに、ＳＴＥＰ４は、第２センサユニットＳ２が同期信号の受信から微少時間（ＤＴ）遅れて投光後、さらに微少時間（ＤＴ）遅れて、第３センサユニットＳ３へと同期信号を送信する動作を示している。つまり、このＳＴＥＰ４においても、第２センサユニットＳ２は、第１センサユニットＳ１から第３センサユニットＳ３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センサユニットＳ１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ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４によれば、各センサユニットＳ１〜Ｓ３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、隣接センサユ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ユニット相互間における双方向データ通信について説明する。センサユ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１０図に示されている。この例でも、３台のセンサユニットＳ１，Ｓ２，Ｓ３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センサユニットＳ１が第３センサユニットＳ３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センサユニットＳ３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センサユニットＳ１に返送することにより、第１センサユニットＳ１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、ＳＴＥＰ１はセンサユニットＳ１がセンサユニットＳ２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、ＳＴＥＰ２は、第２センサユニットＳ２が、次の投光周期の到来を待ってから、第３センサユニットＳ３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ＳＴＥＰ２では、第２センサユニットＳ２は、第１センサユニットＳ１から第３センサユニットＳ３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、ＳＴＥＰ３は、第３センサユニットＳ３が、次の投光周期の到来を待ってから、第２センサユニットＳ２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、ＳＴＥＰ４は、第２センサユニットＳ２が、次の投光周期の到来を待ってから、第１センサユニットＳ１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ＳＴＥＰ２では、第２センサユニットＳ２は、第３センサユニットＳ３から第１センサユニットＳ１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ＳＴＥＰ１〜ＳＴＥＰ４によれば、第１センサユニットＳ１が第３センサユニットＳ３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センサユニットＳ３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センサユニットＳ１に返送することにより、第１センサユニットＳ１は要求したデータを取得することができる。
本発明のセンサユニット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１１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１２として構成したものである。この投受光共用窓１２内には、発光素子１７と受光素子１８との双方が配置されている。同図（ｂ）の例は、投光用専用窓１２ａと受光用専用窓１２ｂとを別々に設けたものである。投光用専用窓１２ａ内には発光素子１７が配置されており、受光用専用窓１２ｂ内には受光素子１８が配置されている。
本発明のセンサユニット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１２図に示されている。この例では、センサヘッド２３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、これはユニット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。センサヘッド２３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１３図に示されている。この例では、センサヘッド２４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、センサヘッド２４で検出される超音波受波レベル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。
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ユニット間において、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、ＤＩＮレール等への装着時の操作を容易とすると共に、低コスト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、それによりセンサユ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。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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