(57)【要約】【課題】安価な構成で安全側故障確率を高めた光電センサの提供を可能とする。【解決手段】所定データ列の投光信号を所定周期で生成し、検出領域に投光する投光部１１２と、検出領域から到来した光信号を受光して受信信号を生成する受光部１２２と、受光部１２２により生成された所定周期での受信信号がデータ列と一致する場合に一致信号を生成するデータ照合部１２３と、データ照合部１２３により生成された一致信号に基づいて検出領域における物体有無を検出・出力する出力部１２５とを備えた光電センサ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定データ列の投光信号を所定周期で生成し、検出領域に投光する投光部と、
前記検出領域から到来した光信号を受光して受信信号を生成する受光部と、
前記受光部により生成された前記所定周期での受信信号が前記データ列と一致する場合に一致信号を生成するデータ照合部と、
前記データ照合部により生成された一致信号に基づいて前記検出領域における物体有無を検出・出力する出力部と
を備えた光電センサ。
【請求項２】
所定データ列の源信号を所定周期で生成する源信号生成部と、
前記源信号生成部により生成された源信号より特定周期のパルス列に変調した投光信号を生成し、検出領域に投光する投光部と、
前記検出領域から到来した光信号を受光して受信信号を生成する受光部と、
前記受光部により生成された受信信号を用いて源信号を復調する源信号復調部と、
前記源信号復調部により復調された所定周期での源信号が前記データ列と一致する場合に一致信号を生成するデータ照合部と、
前記データ照合部により生成された一致信号に基づいて前記検出領域における物体有無を検出・出力する出力部と
を備えた光電センサ。
【請求項３】
前記データ列は、内蔵スイッチまたは外部書込により変更可能とする
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、安価な構成で安全側故障確率を高めた光電センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在の汎用カテゴリー製品では、部品の故障や外乱による誤動作などの安全側故障確率は概ね５０％程度である。このような故障自体は一定数避けることができないため、故障が発生した際に常に安全を確保する必要がある。そこで、従来では、２重化などによりシステム全体で、または安全コンポーネントの使用によって、安全を確保している。安全コンポーネントでは、信頼性の高い部品の使用や、専用回路の構成、診断機能などを活用している（例えば特許文献１参照）。しかしながら、安全コンポーネントを用いた場合にはコストが非常にかかる。
【０００３】
一方、汎用カテゴリーの光電センサにおいても、安全側故障確率を高めることは、安全システムを構築する特定の用途において、重要な性能になりえるものである。例えば、エレベータのドア開閉監視やホームゲートの開閉監視など、人体を対象として検知を行うシステムや装置においては、システム設計上重要な性能になりえる。
【０００４】
従来の光電センサ単体の動作について、図１０，１１を参照しながら説明する。なお以下では、図１０（ｂ），１１（ｂ）に示すタイミングで検出領域に物体が存在しているものとする。
従来の光電センサでは、図１０（ａ）に示すように、投光部により、所定周期で投光信号を生成し、検出領域に対して投光する。次いで、受光部により、検出領域から到来した光信号を受光して受光信号を生成し、当該受光信号の信号振幅に対して閾値判定を行い、閾値を満たした場合にのみ、図１０（ｃ）に示すように受信信号を生成する。次いで、図１０（ｄ）に示すように、アップダウンカウンタにより、受信信号に応じてカウンタ値をカウントアップダウンする。次いで、図１０（ｅ）に示すように、出力部により、カウンタ値に対して閾値を用いてオン／オフ判定して出力信号を生成することで、検出領域における物体の有無を検出している。
【０００５】
一方、外乱によって、受信信号が失われる場合と、受信信号が発生する場合とがある。  ここで、外乱により受信信号が失われた場合には、図１１（ｃ）に示すように、受信信号が失われ（符号Ａ）、図１１（ｄ）に示すように、その分アップダウンカウンタによるカウンタ値が下がる。その結果、出力信号が本来オンである期間にオフとなる非危険側故障（安全側故障）が発生する場合がある（符号Ｃ）。
また、外乱により受信信号が発生した場合には、図１１（ｃ）に示すように、受信信号が発生し（符号Ｂ）、図１１（ｄ）に示すように、その分アップダウンカウンタによるカウンタ値が上がる。その結果、出力信号が本来オフである期間にオンとなる危険側故障が発生する場合がある（符号Ｄ）。
【０００６】
なお図１１では、外乱により受信信号が発生して危険側故障が発生する場合について示したが、故障やその他の外部要因により受信信号が発生した場合にも同様に危険側故障が発生する場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２２９３９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、従来の光電センサ単体では、故障や外乱などにより受信信号が発生した場合に危険側故障が発生する場合があるという課題があった。
【０００９】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、安価な構成で安全側故障確率を高めた光電センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る形態１の光電センサは、所定データ列の投光信号を所定周期で生成し、検出領域に投光する投光部と、検出領域から到来した光信号を受光して受信信号を生成する受光部と、受光部により生成された所定周期での受信信号がデータ列と一致する場合に一致信号を生成するデータ照合部と、データ照合部により生成された一致信号に基づいて検出領域における物体有無を検出・出力する出力部とを備えたものである。
【００１１】
また、この発明に係る形態２の光電センサは、所定データ列の源信号を所定周期で生成する源信号生成部と、源信号生成部により生成された源信号より特定周期のパルス列に変調した投光信号を生成し、検出領域に投光する投光部と、検出領域から到来した光信号を受光して受信信号を生成する受光部と、受光部により生成された受信信号を用いて源信号を復調する源信号復調部と、源信号復調部により復調された所定周期での源信号がデータ列と一致する場合に一致信号を生成するデータ照合部と、データ照合部により生成された一致信号に基づいて検出領域における物体有無を検出・出力する出力部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、上記のように構成を変更しただけで、構成部品などの追加はなく、安価な構成で安全側故障確率を高めた光電センサの提供が可能となる。ただし、出力部など専用の回路構成を必要とする部分は除く。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】この発明の実施の形態１に係る光電センサの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る光電センサによる動作を示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１に係る光電センサによる動作（通常動作）を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る光電センサによる動作（外乱時の動作）を示す図である。
【図５】図３のＥ部の詳細を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る光電センサの構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る光電センサによる動作を示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２に係る光電センサの動作（通常動作）を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る光電センサの動作（外乱時の動作）を示す図である。
【図１０】従来の光電センサの動作（通常動作）を示す図である。
【図１１】従来の光電センサの動作（外乱時の動作）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光電センサ１の構成を示す図である。なお図１では、透過型の光電センサを示している。
光電センサ１は、図１に示すように、投光器１１及び受光器１２からなる。投光器１１は、データ列記憶部１１１、投光部１１２及び制御部１１３から構成されている。受光器１２は、データ列記憶部１２１、受光部１２２、データ照合部１２３、アップダウンカウンタ１２４、出力部１２５及び制御部１２６から構成されている。
【００１５】
データ列記憶部１１１は、予め、投光部１１２で生成する投光信号のデータ列を記憶するものである。
投光部１１２は、データ列記憶部１１１に記憶されたデータ列の投光信号を所定周期で生成し、所定の検出領域に対して投光するものである。
制御部１１３は、投光器１１の各部を制御するものである。
【００１６】
データ列記憶部１２１は、予め、投光部１１２で生成する投光信号のデータ列を記憶するものである。
受光部１２２は、検出領域から到来した光信号を受光して受光信号を生成するものである。そして、受光部１２２は、受光信号の信号振幅に対して閾値判定を行い受信信号を生成する。
【００１７】
データ照合部１２３は、閾値を満たした所定周期での受信信号に対し、データ列記憶部１２１に記憶されたデータ列との照合を行うものである。そして、当該所定周期での受信信号がデータ列と一致する場合にのみ、一致信号を生成する。
【００１８】
アップダウンカウンタ１２４は、所定期間内にデータ照合部１２３により一致信号が生成された場合に自身が保持するカウンタ値をカウントアップし、当該期間内に一致信号が生成されない場合には当該カウンタ値をカウントダウンするものである。なお、カウンタ値の上限は予め設定されている。
【００１９】
出力部１２５は、アップダウンカウンタ１２４のカウンタ値に応じて出力信号を生成し、当該出力信号に基づいて検出領域における物体有無を検出するものである。ここで、出力部１２５は、カウンタ値が下限値（＝０）の場合には出力信号を生成せず検出領域に物体が存在すると判定し、カウンタ値が上限値の場合には出力信号を生成して検出領域に物体が存在しないと判定し、それ以外の場合には前の判定結果を維持する。
制御部１２６は、受光器１２の各部を制御するものである。
【００２０】
次に、上記のように構成された光電センサ１の動作について、図２〜５を参照しながら説明する。
光電センサ１では、図３（ａ）に示すように、まず、投光部１１２は、データ列記憶部１１１に記憶されたデータ列の投光信号を所定周期で生成し、所定の検出領域に対して投光する（ステップＳＴ２１）。ここで、投光部１１２は、投光信号として、例えば図５（ａ）に示すような複数ビットのデータからなるデータ列を生成する。
そして、図３（ｂ）に示すように、検出領域に物体が存在する場合には、投光部１１２から投光された投光信号が当該物体により遮蔽され、受光部１２２側には到達しない。また、検出領域に物体が存在しない場合には、投光部１１２から投光された投光信号は受光部１２２側に到達する。
【００２１】
次いで、受光部１２２は、検出領域から到来した光信号を受光して受光信号を生成する（ステップＳＴ２２）。そして、受光部１２２は、受光信号の信号振幅に対して閾値判定を行い、図３（ｃ）に示すように、受光信号が閾値判定を満たす場合にのみ受信信号を生成する（ステップＳＴ２３）。さらに、データ照合部１２３は、閾値を満たした所定周期での受信信号に対し、データ列記憶部１２１に記憶されたデータ列との照合を行う（ステップＳＴ２４）。ここで、正常な受信信号では、図５（ｃ）の１周期目に示すように、図５（ａ）の投光信号と同一パタンのデータ列となる。そして、図３（ｄ），図５（ｄ）に示すように、所定周期での受信信号がデータ列と一致する場合にのみ一致信号を生成する（ステップＳＴ２５）。
【００２２】
一方、外乱により発生した受信信号では、例えば図５（ｃ）の２周期目に示すように、図５（ａ）に示す投光信号のデータ列と一致する可能性は低い。そこで、受光部１２２で得られた受信信号を投光信号のデータ列と比較することで、正常な受信信号と、外乱により発生した受信信号とを判別することができる。そして、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、外乱により受信信号が発生した場合には、データ照合部１２３では一致信号の生成は行われない（符号Ｂ）。
なお、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、外乱により受光信号が失われた場合も、データ照合部１２３にてこれを特定することができ、一致信号の生成は行われない（符号Ａ）。
【００２３】
次いで、アップダウンカウンタ１２４は、図３（ｅ）に示すように、所定期間内にデータ照合部１２３により一致信号が生成された場合に自身が保持するカウンタ値をカウントアップし、当該期間内に受信信号が生成されない場合には当該カウンタ値をカウントダウンする（ステップＳＴ２６）。なお図３では、アップダウンカウンタ１２４の上限値が３である場合を示している。
【００２４】
次いで、出力部１２５は、図３（ｆ）に示すように、アップダウンカウンタ１２４のカウンタ値に応じて出力信号を生成し、検出領域における物体有無を検出する（ステップＳＴ２７）。図３の例では、出力部１２５は、カウンタ値が０の場合には出力信号を生成せず検出領域に物体が存在すると判定し、カウンタ値が３の場合には出力信号を生成して検出領域に物体が存在しないと判定し、カウンタ値が１，２の場合には前の判定結果を維持する。
【００２５】
ここで、図４に示すように、外乱により受信信号が発生した場合には、これをデータ照合部１２３で特定することができ、一致信号の生成を行わないため、危険側故障の発生を回避することができる（符号Ｄ）。
なお、外乱により受光信号が失われた場合には、これをデータ照合部１２３で特定することができるため、一致信号の生成が行われず、非危険側故障（安全側故障）が発生する（符号Ｃ）。
【００２６】
また、図３〜５では、外乱により受信信号が発生した場合に危険側故障の発生を回避する動作について示したが、これに限るものではなく、部品の故障などにより受信信号が発生した場合についても同様に、危険側故障の発生を回避することができる。
【００２７】
以上のように、この実施の形態１によれば、所定のデータ列の投光信号を生成し、受信信号を当該データ列と照合して一致する場合にのみ一致信号を生成するように構成したので、故障や外乱により受信信号が発生した場合に危険側故障の発生確率を大幅に低減することができ、安価な構成で安全側故障確率を高めた光電センサの提供が可能となる。
【００２８】
なお、従来の光電センサにおいて、他のセンサとの相互干渉を回避するため、各々異なる投光パタンで投光信号を生成し、検出領域へ投光するものが知られている。この従来技術は、所定データ列の投光信号を用いるという点において本発明と類似するところがある。しかしながら、従来技術の目的は、時間的に発光タイミングの異なる投光信号を用いることで干渉を防ぐ目的に対して、本発明は、所定データ列の投光信号を用いることで、当該投光信号に基づく受信信号と、故障や外乱などによる受信信号とを区別でき、誤動作を論理的に低減できるものである。よって、上記従来技術とは目的・効果が全く異なる。
また、従来の光電センサが単一のパルス単位で動作するのに対して、本発明では複数のパルス（データ列）で動作するので、動作時間は長くなる問題点があるが、人体を対象とした光電センサでは従来の光電センサのように数百μｓの動作時間は必要でなく、数十ｍｓの動作時間で十分であり欠点にならない。
【００２９】
実施の形態２．
実施の形態１では、投光信号を所定のデータ列で構成する場合について示した。それに対して、実施の形態２では、所定のデータ列で源信号を構成し、当該源信号を特定周期のパルス列に変調した投光信号を構成する場合について示す。
【００３０】
図６はこの発明の実施の形態２に係る光電センサ２の構成を示す図である。なお図６では、透過型の光電センサを示している。
光電センサ２は、図６に示すように、投光器２１及び受光器２２からなる。投光器２１は、データ列記憶部２１１、源信号生成部２１２、投光部２１３及び制御部２１４から構成されている。受光器２２は、データ列記憶部２２１、受光部２２２、源信号復調部（アップダウンカウンタを含む）２２３、データ照合部２２４、出力部２２５及び制御部２２６から構成されている。
【００３１】
データ列記憶部２１１は、予め、源信号生成部２１２で生成する源信号のデータ列を記憶するものである。
源信号生成部２１２は、データ列記憶部２１１に記憶されたデータ列の源信号を所定周期で生成するものである。
【００３２】
投光部２１３は、源信号生成部２１２により生成された源信号を特定周期のパルス列に変調することで、投光信号を生成し、所定の検出領域に対して投光するものである。
制御部２１４は、投光器２１の各部を制御するものである。
【００３３】
データ列記憶部２２１は、予め、源信号生成部２１２で生成する源信号のデータ列を記憶するものである。
受光部２２２は、検出領域から到来した光信号を受光して受光信号を生成するものである。そして、受光部２２２は、受光信号の信号振幅に対して閾値判定を行い受信信号を生成する。
【００３４】
源信号復調部２２３は、アップダウンカウンタをもち、所定期間内に受光部２２２により受信信号が生成された場合に自身が保持するカウンタ値をカウントアップし、当該期間内に受信信号が生成されない場合には当該カウンタ値をカウントダウンするものである。なお、カウンタ値の上限は予め設定されている。受信信号はこのアップダウンカウンタにて源信号に復調される。
【００３５】
データ照合部２２４は、源信号復調部２２３により復調された所定周期での源信号に対し、データ列記憶部２２１に記憶されたデータ列との照合を行うものである。そして、当該所定周期での源信号がデータ列と一致する場合にのみ、一致信号を生成する。
【００３６】
出力部２２５は、データ照合部２２４により生成された一致信号を出力信号として生成し、当該出力信号に基づいて検出領域における物体有無を検出するものである。
制御部２２６は、受光器２２の各部を制御するものである。
【００３７】
次に、上記のように構成された光電センサ２の動作について、図７〜９を参照しながら説明する。
光電センサ２では、図８（ａ）に示すように、まず、源信号生成部２１２は、データ列記憶部２１１に記憶されたデータ列の源信号を所定周期で生成する（ステップＳＴ７１）。ここで、源信号生成部２１２は、源信号として、例えば図８（ａ）に示すような複数ビットのデータからなるデータ列を生成する。
【００３８】
次いで、投光部２１３は、図８（ｂ）に示すように、源信号生成部２１２により生成された源信号データを用いて、所定周期のパルス列に変調した投光信号を生成し、所定の検出領域に対して投光する（ステップＳＴ７２）。なお図８では、投光部２１３は、所定周期の投光信号として、複数パルス列からなる信号を生成している。
そして、図８（ｃ）に示すように、検出領域に物体が存在する場合には、投光部２１３から投光され投光信号が当該物体により遮蔽され、また、検出領域に物体が存在しない場合には、受光部２２２へ照射される。
【００３９】
次いで、受光部２２２は、検出領域から到来した光信号を受光して受光信号を生成する（ステップＳＴ７３）。そして、受光部２２２は、受光信号の信号振幅に対して閾値判定を行い、図８（ｄ）に示すように、受光信号が閾値判定を満たす場合にのみ受信信号を生成する（ステップＳＴ７４）。
【００４０】
次いで、源信号復調部２２３は内蔵するアップダウンカウンタにより、図８（ｅ）に示すように、所定期間内に受光部２２２により受信信号が生成された場合に自身が保持するカウンタ値をカウントアップし、当該期間内に受信信号が生成されない場合には当該カウンタ値をカウントダウンする（ステップＳＴ７５）。なお図８では、アップダウンカウンタの上限値が２である場合を示している。
【００４１】
同じく、源信号復調部２２３は、アップダウンカウンタのカウンタ値に応じて受信信号を源信号に復調する（ステップＳＴ７６）。図８の例では、源信号復調部２２３は、カウンタ値が０の場合には源信号を生成せず、カウンタ値が２の場合には源信号を生成し、カウンタ値が１の場合には前の判定結果を維持する。
【００４２】
次いで、データ照合部２２４は、源信号復調部２２３により復調された所定周期での源信号に対し、データ列記憶部２２１に記憶されたデータ列との照合を行う（ステップＳＴ７７）。ここで、正常な受信信号から復調された源信号では、図８（ｆ）の１周期目に示すように、図８（ａ）の源信号と同一パタンのデータ列となる。
そして、データ照合部２２４は、図８（ｇ）に示すように、所定周期での源信号がデータ列と一致する場合にのみ一致信号を生成し、出力部２２５は、この一致信号を出力信号として生成して検出領域に物体が存在しないと判定する。また、データ照合部２２４は、所定周期での源信号がデータ列と一致しない場合には一致信号を生成せず、出力部２２５は、検出領域に物体が存在すると判定する（ステップＳＴ７８）。
【００４３】
一方、外乱により発生した受信信号（図９の符号Ｂ）から復調された源信号では、例えば図９（ｆ）の２周期目に示すように、図８（ａ）に示す源信号のデータ列と一致する可能性は低い。そこで、データ照合部２２４は、源信号復調部２２３で得られた源信号を元の源信号のデータ列と比較することで、正常な受信信号と、外乱により発生した受信信号とを判別することができる。そして、外乱により発生した受信信号から復調された源信号に対しては、一致信号の生成を行わないため、危険側故障の発生を回避することができる。
なお、図９（ｄ）に示すように、外乱により受信信号が失われた場合（図９の符号Ａ）も、データ照合部２２４にてこれを特定することはでき、一致信号の生成は行われないため、非危険側故障（安全側故障）が発生する（図９の符号Ｃ）。
【００４４】
また、図８，９では、外乱により受信信号が発生した場合に危険側故障の発生を回避する動作について示したが、これに限るものではなく、部品の故障などにより受信信号が発生した場合についても同様に、危険側故障の発生を回避することができる。
【００４５】
以上のように、この実施の形態２によれば、所定のデータ列の源信号を生成して当該源信号の変調信号を用いて投光信号を生成し、受信信号から復調した源信号を当該データ列と照合して一致する場合にのみ出力信号を生成するように構成しても、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００４６】
なお、実施の形態１，２の光電センサ１，２では、透過型の光電センサを用いて説明を行ったが、これに限るものではなく、反射型の光電センサに対しても同様に適用可能である。
【００４７】
なお、実施の形態１，２の光電センサ１，２では、外乱要因、部品故障の場合に安全側故障確率を確実に高めることができるが、唯一、本発明の同一機種を並べて使用する場合に、同じデータ列が使用されるため誤認識する可能性が残る。そこで、データ列記憶部１１１，１２１，２１１，２２１のデータ列を内蔵スイッチや外部書込により書き換え可能とすることで、非常に高い安全側故障確率を得ることができる。
【００４８】
また、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１，２  光電センサ
１１，２１  投光器
１２，２２  受光器
１１１，１２１，２１１，２２１  データ列記憶部
１１２，２１３  投光部
１２２，２２２  受光部
１２３，２２４  データ照合部
１２４  アップダウンカウンタ
１２５，２２５  出力部
１１３，１２６，２１４，２２６  制御部
２１２  源信号生成部
２２３  源信号復調部
【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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