(57)【要約】【課題】レーザを用いた光電センサを安全規格に応じた安全対策を講じつつ、小型化を実現可能な光電センサを提供する。【解決手段】光電スイッチの投光ヘッドは、投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、投光素子の投光量を所定値にするために第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ信号を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有する。またコントローラの制御部は、ヘッドケーブルを介して監視する第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて投光ヘッドの異常を検知し、投光素子の投光を抑制するよう構成されている。この構成によって、投光ヘッドとコントローラを分離した分離型の光電スイッチで、投光ヘッドの異常をコントローラ側で監視する構成としたため、投光ヘッド側に設ける部材を低減して、安全性を維持しつつセンサヘッドの小型化を図ることができる。【選択図】図５
2006238186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域に向けて検出光を投光する投光素子を有する投光ヘッドと、
前記投光ヘッドと個別に設けられ、前記投光素子の投光を制御すると共に、前記投光素子の前記検出領域からの光を受光する受光素子の検出情報に基づいて検出動作を行なう制御部を有するコントローラと、
前記投光ヘッドと前記コントローラとを電気的に接続するためのヘッドケーブルと、
を備える光電スイッチであって、
前記投光ヘッドは、
前記投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、
前記投光素子の投光量を所定値にするために前記第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ信号を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有し、
前記コントローラの制御部は、前記ヘッドケーブルを介して監視する前記第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を抑制するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、
前記投光素子と、第１のモニタ用受光素子と、投光量制御手段とを駆動するための投光素子駆動回路と、
前記第１のモニタ用受光素子で検出した信号に基づいてモニタ信号を生成するモニタ信号生成回路と、
を備え、
一方前記コントローラはさらに、
前記モニタ信号生成回路で生成されたモニタ信号を前記ヘッドケーブルを介して検出するためのモニタ信号検出回路と、
前記モニタ信号検出回路で得られた情報に基づき、前記投光ヘッドの異常を判定するための異常判定回路と、
前記投光ヘッドへの電力を供給するための電源制御回路と、
前記電源制御回路が前記投光素子駆動回路に対してパルス電力を供給するよう、タイミングを制御するためのタイミング制御回路と、
を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記投光素子が発した光の一部を受光する第２のモニタ用受光素子を備えており、
前記投光ヘッドの投光量制御手段は、前記第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を抑制するよう構成されてなり、
一方前記コントローラの制御部は、前記ヘッドケーブルを介して監視する前記第２のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を抑制するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記モニタ用受光素子から得られたモニタ信号の初期値を保持するモニタ信号初期値保持部を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記投光素子の連続点灯を検出して投光素子の点灯を制御するためのＤＣ点灯検出回路を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記ヘッドケーブルは、
投光素子を駆動する電力を供給するための電源線と、
投光素子の投光及び抑制を指示する指令線と、
ＧＮＤ線と、
を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記ヘッドケーブルは、
投光素子を駆動する電力を、投光素子を投光するタイミングで送出する信号電源線と、
ＧＮＤ線と、
を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記投光素子の発光面に面して配置された、内径の異なる複数のスリット穴を開口したスリット板と、
前記スリット板の複数のスリット穴のいずれかが前記投光素子の発光面に面するようにスリット板の位置を切替可能なスリット切替部と、
を備えており、
前記投光素子の発光面にスリット穴の一が面するように、前記スリット切替部でスリット板のスリット穴の位置を調整することで、投光素子のスポット径を所望の大きさに制限できるよう構成されており、
前記コントローラは、前記投光ヘッドのスリット板の位置を検出可能に構成してなることを特徴とする光電スイッチ。
スリット板を利用して照射スポット径を可変とした投光ヘッドにおいては、スリット穴を切り替えることで出射光量が変化するため、単一故障を検出するためのモニタ信号の基準値も変化するが、コントローラ側で投光ヘッドのスリット板の位置を検出することにより、選択されたスポット径に応じた適切な判別の基準値に変更することができる。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記コントローラはさらに、前記投光ヘッドの異常を検出した時に異常を報知する異常出力部を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記コントローラの制御部は、前記投光ヘッドの異常を検出した時に、前記電源制御回路を制御して前記投光素子の投光を停止するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の光電スイッチであって、さらに、
前記受光素子を備える受光ヘッドを備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項１２】
検出領域に向けて検出光を投光する投光素子として半導体レーザを備える投光ヘッドと、
前記投光素子の前記検出領域からの光を受光する受光素子を備える受光ヘッドと、
前記投光ヘッドと個別に設けられ、前記投光素子の投光を制御すると共に、前記受光素子の受光量に基づいて検出動作を行なう制御部を有するコントローラと、
前記投光ヘッドと前記コントローラとを電気的に接続するためのヘッドケーブルと、
を備える光電スイッチであって、
前記投光ヘッドは、
前記投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、
前記投光素子の投光量を所定値にするために前記第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ電圧を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有し、
前記コントローラの制御部は、前記ヘッドケーブルを介して監視する前記第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を停止するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、投光素子からの光を受光素子で受光し、受光量からの検出情報と閾値との比較で検出動作を行う光電スイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
光電スイッチは、非接触で検出対象を検出可能なセンサであり、工場の生産ライン等で移動する物体の有無を検出するため等に利用されている。一般には、物体の搬送経路に光を投射し、その光の反射光又は透過光を検出することにより、物体の有無を判定するものである。透過型の光電スイッチでは、投光部から投射された光が物体検出領域を通過する物体に遮られることにより受光部の受光量が変化することを利用し、この変化から物体の存在を判定することができる。透過型の光電スイッチは、ＬＥＤ（発光ダイオード）等の投光素子を有する投光ヘッドと、ＰＤ（フォトダイオード）等の受光素子を有する受光ヘッドを有する。投光ヘッドと受光ヘッドとを互いに対向するように配置し、これら投光ヘッドと受光ヘッドとの間で光電センサを形成する。
【０００３】
この種の光電スイッチには、透過型と拡散反射型と同軸回帰反射型とがある。このうち透過型では、投光ヘッドと受光ヘッドとが別体に構成されているのに対し、同軸回帰反射型と拡散反射型の光電スイッチは、投光ヘッドと受光ヘッドとを一体化して構成されている。一体型では、別体型に比べて配線の取り回しが簡素化されると共に、検出物体を挟んでセンサと反射板とを対向配置することにより検出距離が拡散反射型に比べて長くなるという利点がある。
【０００４】
また光電スイッチの投光ヘッドに使用する投光素子として、ＬＥＤに代わり、ＬＤ（半導体レーザ）を使用したものも開発されている。ＬＤはＬＥＤよりも光学特性に優れており、ＬＤを使用する光電センサは、ＬＥＤに比較して光源が小さいのでスポットが絞れ、スポットの視認性が良くなり、取り付け作業時の作業性を向上できる。また光量密度が大きいため小スポットで大きな光量を得ることができるため、検出性能を向上させることができる等の利点が得られる。
【０００５】
一方、レーザ光を扱う製品は様々な規格によって出力光に応じた安全対策が求められる。例えば、ＪＩＳ（日本工業規格）に規定されている「レーザ製品の放射安全基準」ではレーザ製品のレーザ光出力に応じてクラス分けされており、各クラス毎に必要とする安全対策が規定されている。このように、ＬＤを用いた光電センサでは、使用する国や地域、用途やクラスに応じて、安全性の規格に従って検出光として投光するレーザ光のパワーが規定以下に抑えられているかどうかを確認しなければならない。また、回路の単一故障発生時でもレーザの出射光量を所定のレベル以下に抑える必要がある。このための対策としては、故障した場合に備え、レーザの出力が最大となっても光電センサの外部に出射される光量がＣｌａｓｓ１での既定値以下になるように光学系の結合効率を落とすことが考えられる。しかしながらこの方法では、ＬＤの寿命を考慮した発光量にすると、透過型の光電センサであれば問題は少ないものの、拡散反射型では投光量が少なく、著しく性能が低下する。
【０００６】
このため従来のＬＤを用いた光電センサでは、投光ヘッド側にＬＤの光量を監視し制限する保護回路を設けていた。保護回路を有する光電センサの構成例を図２２のブロック図に示す。この図に示す光電センサは、コントローラ２００Ｄと投光ヘッド４００Ｄを別構成とした分離型光電センサである。投光ヘッド４００Ｄには、投光素子であるＬＤと、ＬＤのモニタ用受光素子であるモニタＰＤとを接続してＬＤを駆動するＬＤ駆動回路９６０と、ＬＤ駆動回路９６０に電源を供給する電源制御回路９５６と、モニタ用受光素子のモニタ電流を検出し、増幅するためのモニタ信号生成回路９６２とを備える。一方、コントローラ２００Ｄには、ＬＤをパルス駆動するように点灯タイミングを送出するためのＬＤタイミング制御回路９５８を備えている。一般にＬＤは、そのモジュール内にモニタＰＤ等のモニタ用受光素子を備えており、モニタ用受光素子の光量を検出することでＬＤの発光量を検知できる。したがってこの発光量を増幅して、ＡＰＣ回路９５５等で利得を調整してＬＤが所定の出力を維持するようにフィードバック制御を行う。
（保護回路）
【０００７】
さらに投光ヘッド４００Ｄは、保護回路として、モニタ信号生成回路９６２で得られたモニタ信号が所定のレベル（閾値）に達していないかを判定し、所定値に達した場合は電源制御回路９５６に対して電力制御もしくは電力遮断を指示するためのモニタ信号レベル判定回路９６４と、モニタ信号生成回路９６２の故障を検出するモニタ信号生成回路故障判定回路９６６と、投光素子のパルス点灯が直流点灯に切り替わっていないかを監視するＤＣ点灯防止回路９７０等を備える。このような保護回路の一例を図２３の回路図に示す。この図に示す投光ヘッド４００Ｄは、ＡＰＣ回路ブロック９５５Ｂと、モニタ信号レベル判定回路ブロック９６４Ｂと、モニタ信号生成回路故障判定回路ブロック９６６Ｂと、ＤＣ点灯防止回路ブロック９７０Ｂとを有している。
（ＡＰＣ回路ブロック９５５Ｂ）
【０００８】
ＡＰＣ回路ブロック９５５Ｂでは、投光素子であるＬＤとＬＤのモニタ用受光素子であるモニタＰＤとを組み込んだＬＤモジュール９６８を、パルス信号によりＯＮ／ＯＦＦさせる。具体的にはアンプＡＭＰ１でトランジスタＱ２をＯＮ／ＯＦＦさせる。アンプＡＭＰ１の＋側には、パルス信号を入力するパルス信号入力端子から抵抗Ｒ１、可変抵抗（トリマ）Ｒ２で分圧された信号が入力される。また−側には、アンプＡＭＰ１の出力をコンデンサＣ５を介して接続する一方で、モニタＰＤの出力信号側と接続されてフィードバックされると共に、抵抗Ｒ５を介して接地されている。アンプＡＭＰ１の出力側は、トランジスタＱ２のベースと接続されている。またトランジスタＱ２のエミッタ側は、保護抵抗Ｒ４を介してＬＤのアノードと接続されている。これにより、パルス信号が入力されるとトランジスタＱ２をＯＮにしてＬＤを駆動する。トランジスタＱ２のコレクタ側には、トランジスタＱ１を介して駆動電圧端子Ｖｃｃが接続されている。トランジスタＱ１のベースには、抵抗Ｒ３を介してトランジスタＱ３、Ｑ４、Ｑ５が接続されている。正常動作時には、トランジスタＱ１、Ｑ３、Ｑ４、Ｑ５はすべてＯＮとなっている。故障等異常発生時にＬＤをＯＦＦするには、トランジスタＱ１をＯＦＦすることでＬＤへの電流供給を絶つことで実現している。トランジスタＱ１をＯＦＦするには、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタＱ１のベース側電圧Ｖｂが、エミッタ側電圧Ｖｅより−０．６Ｖ以上高くなるようにすればよい。
（ＤＣ点灯防止回路ブロック９７０Ｂ）
【０００９】
トランジスタＱ１のベース側には、抵抗Ｒ３及び接地されたコンデンサＣ１を介してＰＮＰ型トランジスタＱ３のエミッタが接続されており、ＤＣ点灯防止回路ブロック９７０Ｂを構成している。トランジスタＱ３のベース側には、パルス信号入力端子が接続される。パルス信号が何らかの異常によりＨＩＧＨのままになると、ＬＤがパルス点灯からＤＣ点灯となる。この場合は、トランジスタＱ３がＯＦＦされ、トランジスタＱ１のエミッタからベース方向へ抵抗Ｒ３を経由してコンデンサＣ１が充電され、トランジスタＱ１のベース側電圧Ｖｂがエミッタ側電圧Ｖｅよリ−０．６Ｖ以上高くなる。この結果、トランジスタＱ１がＯＦＦされ、ＬＤへのＶｃｃの供給を絶つことでＬＤ出力を停止させる。
（モニタ信号レベル判定回路ブロック９６４Ｂ）
【００１０】
一方、抵抗Ｒ５がモニタＰＤのアノードと接続された側には、モニタ信号レベル判定回路ブロック９６４Ｂが接続されている。モニタ信号レベル判定回路ブロック９６４Ｂは、比較器ＣＭＰ１の−側に抵抗Ｒ５を接続している。また＋側は抵抗Ｒ６、トリマＲ７で分圧されると共に、コンデンサＣ２を介して接地している。さらに比較器ＣＭＰ１の出力側は、トランジスタＱ４のベースと接続される。比較器ＣＭＰ１の出力は、正常動作時にはＯＮするように、トリマＲ７が調整される。このモニタ信号レベル判定回路ブロック９６４Ｂは、抵抗Ｒ５以外の部材の単一故障に対応している。ＬＤのモニタＰＤは、ＬＤの光出力と対応してリニアにモニタ電流を発生させる。モニタ電流は、抵抗Ｒ５による電圧降下でモニタ電圧を発生させる。このモニタ電圧が、抵抗Ｒ６とＲ７による分圧で規定される所定値以上になると、比較器ＣＭＰ１の出力がＯＦＦされ、トランジスタＱ４をＯＦＦする。トランジスタＱ４がＯＦＦすると、上記と同様にコンデンサＣ１の電荷が抜けず、トランジスタＱ１がＯＦＦしてＶｃｃの供給を絶ち、ＬＤ出力を強制的にＯＦＦとする。
（モニタ信号生成回路故障判定回路９６６Ｂ）
【００１１】
さらに、ＡＰＣ回路ブロック９５５ＢのアンプＡＭＰ１の出力側は、モニタ信号生成回路故障判定回路９６６Ｂを構成する比較器ＣＭＰ２の−側と接続されており、抵抗Ｒ５の故障に対応している。比較器ＣＭＰ２の＋側は、抵抗Ｒ８、Ｒ９で分圧されると共に、コンデンサＣ３を介して接地している。また比較器ＣＭＰ２の出力は、トランジスタＱ５のベースと接続されている。これにより、抵抗Ｒ５が短絡故障してモニタ信号レベル判定回路９６４が機能しない場合でも、アンプＡＭＰ１の出力を比較器ＣＭＰ２で監視して、トランジスタＱ５をＯＦＦとしてトランジスタＱ２への電流供給を絶ち、ＬＤ出力を停止できる。すなわち、抵抗Ｒ５が短絡故障すると、ＡＰＣ回路ブロック９５５Ｂはモニタ電圧がＯＶのままとなるため、モニタ電圧に基づくアンプＡＭＰ１の出力が最大電圧となる。アンプＡＭＰ１の出力が最大出力となったことを比較器ＣＭＰ２で検出し、トランジスタＱ５をＯＦＦする。トランジスタＱ５がＯＦＦすると、上記と同様にコンデンサＣ１の電荷が抜けず、トランジスタＱ１がＯＦＦとなり、ＬＤ出力を強制的にＯＦＦとする。
【００１２】
なお、比較器ＣＭＰ１、２の出力側はそれぞれ、抵抗Ｒ１１とコンデンサＣ６、抵抗Ｒ１２とコンデンサＣ７に接続されており、異常時の電圧値をコンデンサで所定時間保持することにより、ＯＦＦ状態を持続させる。
【００１３】
以上のように、従来のＬＤを用いた光電センサでは、安全基準に対応するための制御をヘッド側で行っていたため、投光ヘッドに各種保護回路を設ける必要があり、その結果部品点数が多く、回路構成が複雑になり、投光ヘッドが大型化するという問題があった。このため、近年の光電センサの一層の小型化の要求に応えることができなかった（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開２００３−０８６８３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、レーザを用いた光電センサを安全規格に応じた安全対策を講じつつ、小型化を実現可能な光電センサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の光電スイッチは、検出領域に向けて検出光を投光する投光素子を有する投光ヘッドと、投光ヘッドと個別に設けられ、投光素子の投光を制御すると共に、投光素子の検出領域からの光を受光する受光素子の検出情報に基づいて検出動作を行なう制御部を有するコントローラと、投光ヘッドとコントローラとを電気的に接続するためのヘッドケーブルとを備える。この光電スイッチの投光ヘッドは、投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、投光素子の投光量を所定値にするために第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ信号を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有する。またコントローラの制御部は、ヘッドケーブルを介して監視する第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて投光ヘッドの異常を検知し、投光素子の投光を抑制するよう構成されている。この構成によって、投光ヘッドとコントローラを分離した分離型の光電スイッチで、投光ヘッドの異常をコントローラ側で監視する構成としたため、投光ヘッド側に設ける部材を低減して、安全性を維持しつつセンサヘッドの小型化を図ることができる。
【００１６】
また、本発明の第２の光電スイッチでは、投光ヘッドがさらに、投光素子と、第１のモニタ用受光素子と、投光量制御手段とを駆動するための投光素子駆動回路と、第１のモニタ用受光素子で検出した信号に基づいてモニタ信号を生成するモニタ信号生成回路とを備える。一方コントローラはさらに、モニタ信号生成回路で生成されたモニタ信号をヘッドケーブルを介して検出するためのモニタ信号検出回路と、モニタ信号検出回路で得られた情報に基づき、投光ヘッドの異常を判定するための異常判定回路と、投光ヘッドへの電力を供給するための電源制御回路と、電源制御回路が投光素子駆動回路に対してパルス電力を供給するよう、タイミングを制御するためのタイミング制御回路とを備える。この構成によって、モニタ信号に基づいて投光ヘッドの異常をコントローラ側で監視することができ、投光ヘッド側に設ける部材を低減して、安全性を維持しつつセンサヘッドの小型化を図ることができる。
【００１７】
さらに、本発明の第３の光電スイッチでは、投光ヘッドがさらに、投光素子が発した光の一部を受光する第２のモニタ用受光素子を備えている。また投光ヘッドの投光量制御手段は、第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて投光ヘッドの異常を検知し、投光素子の投光を抑制するよう構成されている。一方コントローラの制御部は、ヘッドケーブルを介して監視する第２のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて投光ヘッドの異常を検知し、投光素子の投光を抑制するよう構成されている。この構成によって、投光ヘッドに複数の２つのモニタ用受光素子を備え、一方のモニタ用受光素子で投光ヘッド側でフィードバック制御を行うと共に、他方のモニタ用受光素子でコントローラ側でも投光ヘッドの異常監視を行うという二重の制御を実現でき、投光ヘッド側に設ける部材を低減してセンサヘッドの小型化を図りながら、信頼性高く光電スイッチを利用できる。コントローラは、ヘッドケーブルを介して第２のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号を監視することで、投光ヘッドの異常を検知し、異常発生時には投光を抑制もしくは停止する制御を行う。これにより投光ヘッドとコントローラの両方で、投光素子の異常を監視する２重フィードバックが実現できる。
【００１８】
さらにまた、本発明の第４の光電スイッチは、投光ヘッドがさらに、モニタ用受光素子から得られたモニタ信号の初期値を保持するモニタ信号初期値保持部を備える。一般にモニタ用受光素子はモニタ電流のばらつきが大きいため、基準投光量に対するモニタ信号が一定となるように、トリマ等でゲインを投光ヘッド毎に調整する必要がある。これに対して、投光ヘッド内にモニタ信号の初期値を記憶させることにより、面倒なトリマ調整等を行うことなく、コントローラ側で接続された投光ヘッドに応じて適切な異常判定が可能となる。
【００１９】
さらにまた、本発明の第５の光電スイッチは、投光ヘッドがさらに、投光素子の連続点灯を検出して投光素子の点灯を制御するためのＤＣ点灯検出回路を備える。この構成によって、投光素子の点灯状態をＤＣ点灯検出回路で監視し、何らかの原因でパルス点灯から直流点灯になったことをＤＣ点灯検出回路が検出すると、投光素子を消灯させる等の処理を行い、安全を確保できる。
【００２０】
さらにまた、本発明の第６の光電スイッチは、ヘッドケーブルが、投光素子を駆動する電力を供給するための電源線と、投光素子の投光及び抑制を指示する指令線と、ＧＮＤ線とを備える。この構成によって、指令線からの指令がある場合に投光素子を点灯させ、投光ヘッドの異常をコントローラ側で検出する等して投光を抑制する場合に信号をＯＦＦすることで、投光指令線と投光抑制指令線とを共通にして、ヘッドケーブルの信号線の本数を低減でき、投光ヘッドの小型化に寄与し得る。
【００２１】
さらにまた、本発明の第７の光電スイッチは、ヘッドケーブルが、投光素子を駆動する電力を、投光素子を投光するタイミングで送出する信号電源線と、ＧＮＤ線とを備える。この構成によって、電源線で送出する電力をパルス状に送出し、投光素子を点灯する際にのみ電力を供給することで、指令線と電源線を共通にできる。このため、さらに信号線の本数を低減して省配線を図ることができる。
【００２２】
さらにまた、本発明の第８の光電スイッチは、投光ヘッドがさらに、投光素子の発光面に面して配置された、内径の異なる複数のスリット穴を開口したスリット板と、スリット板の複数のスリット穴のいずれかが投光素子の発光面に面するようにスリット板の位置を切替可能なスリット切替部とを備えており、投光素子の発光面にスリット穴の一が面するように、スリット切替部でスリット板のスリット穴の位置を調整することで、投光素子のスポット径を所望の大きさに制限できるよう構成されており、コントローラは、投光ヘッドのスリット板の位置を検出可能に構成している。スリット板を利用して照射スポット径を可変とした投光ヘッドにおいては、スリット穴を切り替えることで出射光量が変化するため、単一故障を検出するためのモニタ信号の基準値も変化するが、コントローラ側で投光ヘッドのスリット板の位置を検出することにより、選択されたスポット径に応じた適切な判別の基準値に変更することができる。
【００２３】
さらにまた、本発明の第９の光電スイッチは、コントローラがさらに、投光ヘッドの異常を検出した時に異常を報知する異常出力部を備える。この構成によってコントローラ側でエラー報知を行うことができる。
【００２４】
さらにまた、本発明の第１０の光電スイッチは、コントローラの制御部は、投光ヘッドの異常を検出した時に、電源制御回路を制御して投光素子の投光を停止するよう構成されている。この構成によって異常発生時にコントローラ側で投光を停止できる。
【００２５】
さらにまた、本発明の第１１の光電スイッチは、さらに受光素子を備える受光ヘッドを備える。
【００２６】
さらにまた、本発明の第１２の光電スイッチは、検出領域に向けて検出光を投光する投光素子として半導体レーザを備える投光ヘッドと、投光素子の検出領域からの光を受光する受光素子を備える受光ヘッドと、投光ヘッドと個別に設けられ、投光素子の投光を制御すると共に、受光素子の受光量に基づいて検出動作を行なう制御部を有するコントローラと、投光ヘッドとコントローラとを電気的に接続するためのヘッドケーブルとを備える。この光電スイッチでは、投光ヘッドが、投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、投光素子の投光量を所定値にするために第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ電圧を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有する。またコントローラの制御部は、ヘッドケーブルを介して監視する第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて投光ヘッドの異常を検知し、投光素子の投光を停止するよう構成されている。この構成によって、投光ヘッドとコントローラを分離した分離型の光電スイッチであって、投光ヘッドの異常をコントローラ側で監視する構成としたため、投光ヘッド側に設ける部材を低減して、安全性を維持しつつセンサヘッドの小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の光電スイッチによれば、ＬＤ等の投光素子を使用した光電スイッチの単一故障を検出、制御可能としつつ、センサヘッドの小型化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための光電スイッチを例示するものであって、本発明は光電スイッチを以下のものに特定しない。また、本明細書は特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。特に実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。
【００２９】
本発明の光電スイッチは、コントローラと投光ヘッドとを分離したアンプ分離型の光電センサに適用できる。ここで、受光部はどのような形態であってもよく、透過型あるいは反射型等の種々の光電センサに適用できる。例えば図１（ａ）に示すように、受光ヘッド５００Ａを投光ヘッド４００Ａ、コントローラ２００Ａと別体で構成した透過型光電センサに適用したり、又は図１（ｂ）に示すように、投光ヘッドと受光ヘッドを一体とした反射型光電センサの一体型投受光ヘッド４００Ｂとして、コントローラ２００Ｂとヘッドケーブル３００Ｂで接続する構成としたり、あるいは図１（ｃ）に示すように受光部５００Ｃを透過型光電センサのコントローラ２００Ｃと一体として、投光ヘッド４００Ｃをヘッドケーブル３００Ｃで接続する構成とすることもできる。以下、本発明を図１（ａ）の透過型光電センサに適用する例について説明する。なお、検出光の反射光の受光量を検出する反射型の光電センサを構成する場合は、投光ヘッドから投光された光が検出対象物で反射して受光ヘッドに入射するように、投光ヘッド及び受光ヘッドの位置及び方向がセットされる。あるいは、投光ヘッド及び受光ヘッドを一体化した投受光ヘッドとすることもできる。また、センサヘッドとコントローラとの間を接続するヘッドケーブルは電気ケーブルの他、光ファイバ等も利用できる。
【００３０】
透過型光電スイッチは、上述の通り、投光ヘッドと受光ヘッドとをコントローラに接続し、投光ヘッドの投光素子から放出される光を受光ヘッドで受光して検出し、その受光量の変化で対象物の通過等を検出できる。図２に、本発明の一実施の形態に係る光電スイッチとして、投光ヘッド４００と受光ヘッド５００とを、コントローラ２００に接続した光電スイッチのブロック図を示す。この図に示す光電スイッチは、投光ヘッド４００と受光ヘッド５００とが、ヘッドケーブル３００によって接続されている。投光ヘッド４００は投光部１０を、受光ヘッド５００は受光部５０をそれぞれ備える。投光部１０は対象物に対して光を投光し、この光が対象物で遮光されることなく受光部５０で受光するか、あるいは遮光されて受光量が低下するかを検出することで対象物の有無を判定する。コントローラ２００は投光部１０を駆動するために所定のパルスを投光ヘッド４００に出力する。投光素子１２は、制御部４０によって投光電源制御回路２２から発される発振パルスによって駆動されて、パルス光を外部の検出対象に向って発する。受光された光は受光素子にて光電変換され、受光素子増幅回路５６、コントローラ増幅回路６８、Ａ／Ｄ変換器７０を経て制御部４０に送られる。これによって、パルス光に同期した検波が施され、Ｉ／Ｏ回路４２から、検出結果を表わすＯＮ／ＯＦＦ信号として出力される。
（投光部１０）
【００３１】
投光部１０は、投光用の投光素子１２と、投光素子１２を駆動するための投光回路１４とを備える。投光素子１２は、ＬＥＤやＬＤ等が利用できる。特にＬＤはＬＥＤに比べて光量が多く指向性が高いので、スポット径を絞って検出の精度が向上する。また、ＬＤが照射されるスポット径が視認できるので、設置時の作業性にも優れる。よって、本実施の形態では光学特性に優れるＬＤを投光素子１２として利用している。さらにＬＤを駆動する投光回路１４は、投光ＡＰＣ回路１６と、モニタＰＤ等のモニタ用受光素子１８を備える。投光ＡＰＣ回路１６は、ＬＤを駆動する駆動電力をＬＤに供給し、ＬＤの出力すなわち発光量が所定値となるよう制御する。
【００３２】
さらに投光ヘッド４００は、コントローラの発光量や出力状態等を表示するための表示灯２０を備える。これら投光ＡＰＣ回路１６や表示灯２０は、投光電源線を介してコントローラ２００の投光電源制御回路２２、ヘッド表示灯電源制御回路２４から各々駆動電力の供給を受ける。
【００３３】
投光素子１２の発光量は、投光ＡＰＣ回路１６により制御される。投光ＡＰＣ回路１６はモニタＰＤで検出した発光量に基づき、発光量が所定値となるように電流量を調整してＬＤを駆動するというフィードバック制御を行う。図２に示す例では、投光ＡＰＣ回路１６はＬＤ及びモニタ用受光素子１８であるモニタＰＤと接続されており、モニタＰＤはＬＤの漏れ光等を受光できる位置に隣接されている。モニタＰＤは、ＬＤパッケージに内蔵させることもできる。
【００３４】
一方モニタ用受光素子１８の一形態であるモニタＰＤは、モニタ信号増幅回路２６と接続されており、ヘッドケーブル３００に含まれるモニタ線を介してコントローラ２００のＬＤ発光量モニタ回路２８に受光量をモニタ電圧として送出する。モニタ信号増幅回路２６は、モニタ用受光素子１８のばらつきを抑えるための部材であり、トリマ等により構成されている。ＬＤ発光量モニタ回路２８は、Ａ／Ｄ変換器３０でアナログ信号をデジタル信号に変換した後、制御部４０に対し、モニタＰＤで検出したモニタ電圧を出力する。このようにモニタ信号増幅回路２６は、投光素子１２の発光量をモニタ用受光素子１８でモニタするモニタ回路を構成しており、制御部４０はモニタ回路を介してモニタ電圧を監視することで、投光ヘッドの異常を検出できる。モニタ電圧が所定の閾値を越える等の異常が検出されると、制御部４０は投光電源制御回路２２を制限、遮断する等により投光ヘッド４００への電流供給を停止でき、これによって投光素子の障害等に対応できる。このように、投光ヘッド４００により投光量のフィードバック制御を行う一方で、コントローラ２００側では投光ヘッド４００の異常検出を行うという二重のフィードバックを実現している。
【００３５】
またモニタ用受光素子は、複数設けることもできる。例えばモニタＰＤを投光ヘッド用と、コントローラ用にそれぞれ用意し、投光ヘッドでの制御は投光ヘッド用モニタＰＤを、コントローラでの制御はコントローラ用モニタＰＤを、それぞれ使用できる。この際、図３に示すように、一のＬＤ１２Ａの前後から出る光の内、後方から出射される光をモニタするよう、ＬＤ１２Ａの後方にモニタＰＤ１８Ａを配置し、投光ヘッド４００Ｄ及びコントローラにそのモニタ電流を伝達しても良い。あるいは図４に示すように、ＬＤ１２Ｂの後方に配置したモニタＰＤ１８Ｂに加えて、ＬＤ１２Ｂの前方にも第２のモニタＰＤ１８Ｃを配置し、ＬＤ１２Ｂが前に出射した光を第２のモニタＰＤ１８Ｃで検出して、一方のモニタＰＤを投光ヘッド４００Ｅでの投光量制御に、他方のモニタＰＤをコントローラ側の検知に、それぞれ用いても良い。
【００３６】
なお本明細書において検出情報とは、典型的には受光素子で検出された受光量であり、受光量型光電センサにおいては、受光量の大小に基づいて検出対象の有無等を判別する検出動作を行う。ただ、検出情報は受光量に限られず、他の情報も利用できる。例えば、受光素子として位置検出フォトダイオード（ＰＳＤ）や２分割ＰＤを用いた距離型（位置型）光電センサでは、その受光位置に基づいて検出動作を行うことができる。このような光電センサにも本発明を適用可能である。
（受光部５０）
【００３７】
一方、受光ヘッド５００に含まれる受光部５０は、受光用の受光素子５２と、受光素子５２を駆動するための受光回路５４とを備える。受光回路５４は受光素子増幅回路５６、受光部電源回路５８等を備える。受光素子５２はＰＤ等が利用できる。この受光素子５２は受光素子増幅回路５６と接続されており、受光素子５２で受光した受光量は受光素子増幅回路５６で増幅されて、ヘッドケーブル３００に含まれる信号線を介してコントローラ２００側のコントローラ増幅回路６８に送出される。コントローラ増幅回路６８で増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器７０を介してデジタル信号に変換され、制御部４０に入力される。これによって、受光素子５２の受光量をコントローラ２００側で検出して検出の判定を行い、最終的にＩ／Ｏ回路４２の出力から判定結果を出力する。このＩ／Ｏ回路４２は、２系統の出力１、２と１系統の入力１を備えている。また受光部電源回路５８は、受光ヘッド５００の駆動電力を供給するため部材であり、ヘッドケーブル３００の電源線を介してコントローラ２００のヘッド電源回路６０に接続される。ヘッド電源回路６０は、コントローラ２００の制御部４０によって制御される。
【００３８】
なお、複数種のセンサヘッドをコントローラに接続可能とする場合、各センサヘッドを識別する識別機能を備えることができる。図２の例では、コントローラ２００に投光ヘッド４００を識別するための投光ヘッド識別回路６３、受光ヘッド５００を識別するための受光ヘッド識別回路６２をそれぞれ設けている。これらヘッド識別回路を各々信号線に接続して投光ヘッド４００、受光ヘッド５００の識別信号を検出し、Ａ／Ｄ変換器６４、６５を介して制御部４０に送出することで、制御部４０で各センサヘッドを識別している。
【００３９】
コントローラ２００は、上述のように制御部４０に、投光電源制御回路２２、ヘッド表示灯電源制御回路２４、ＬＤ発光量モニタ回路２８、コントローラ増幅回路６８、ヘッド識別回路６２、ヘッド電源回路６０等を接続している。さらに制御部４０は、各種設定値等を記憶するための記憶部４４、コントローラ２００側の情報を表示するための表示回路４６、コントローラ２００に対して各種設定や操作を行うため、設定値調整を受け付けるためのユーザインタフェースである操作部を接続したスイッチ入力回路４８、加えて外部との入出力を行うＩ／Ｏ回路４２等を接続している。またコントローラ２００は、これらの回路を駆動するためのコントローラ電源回路６６も備えている。以上の構成のコントローラ２００にヘッドケーブル３００を介して投光ヘッド４００と受光ヘッド５００の組を一又は複数接続して、投光素子１２で投光した光を受光素子５２で受光し、対象物を検出してその結果を出力する。
（実施例１）
【００４０】
本発明の実施例１に係る光電センサの構成を、図５のブロック図に示す。この図に示す光電センサは、投光ヘッド４００をヘッドケーブル３００を介してコントローラ２００と接続しており、投光ヘッド４００は、投光素子１２であるＬＤ１２ａと、モニタ用受光素子であるモニタＰＤ１８ａと、投光量制御手段を構成する投光ＡＰＣ回路１６を含む投光素子駆動回路であるＬＤ駆動回路４６０と、モニタＰＤ１８ａで検出した受光量に基づいてモニタ信号を生成するモニタ信号生成回路４６２と、モニタ信号生成回路４６２で生成したモニタ信号の初期値を保持するモニタ信号初期値保持部４６４を備える。投光ＡＰＣ回路１６等の制御手段は、ゲートアレーやマイコン等で構成してもよい。一方コントローラ２００は、モニタ信号生成回路４６２で生成したモニタ信号を検出するモニタ信号検出回路２５０と、モニタ信号検出回路２５０で得られた情報に基づき、投光ヘッド４００の異常を判定する異常判定回路２５２と、異常判定回路２５２に基づいて異常出力を行う異常出力部２５４と、投光ヘッド４００への電力を供給するための電源制御回路２５６と、電源制御回路２５６が投光素子駆動回路に対してパルス電力を供給するようタイミングを制御するタイミング制御回路２５８とを備える。なお、図５においては受光ヘッドの図示を省略している。この図に示す投光ヘッド４００は、投光ヘッド４００をコントローラ２００と分離した分離型光電センサにおいて、図２２に示したような各種の保護回路を投光ヘッド４００から可能な限り除去し、代わりにコントローラ２００側で異常検出するよう構成しているので、投光ヘッド４００側の投光ＡＰＣ回路１６等による制御と併せて、単一故障に対応した信頼性の高い動作を維持しつつ投光ヘッドの部材を低減して小型化を図ることができる。
（投光回路）
【００４１】
図５に対応する投光ヘッドの回路例を、図６に示す。この図に示す投光ヘッド４００は、ＬＤ駆動回路４６０として、基準電圧生成回路４６６と、アンプＡＭＰ１と、ＬＤ１２ａとモニタＰＤ１８ａとを組み込んだＬＤモジュール４６８とを備え、またモニタ信号生成回路４６２として、パワー調整トリマ４７０と、アンプＡＭＰ２とを備える。さらにアンプＡＭＰ２は、フィルタ４７２を介してモニタ信号出力端子と接続されている。この投光ヘッド４００は、コントローラ２００の電源制御回路２５６から、タイミング制御回路２５８で規定されたタイミングでＬＤ駆動パルス入力を入力され、これに応じてＬＤ駆動回路４６０でＬＤ１２ａを駆動する。またモニタＰＤ１８ａの受光量に応じて、パワー調整トリマ４７０で調整された所定のモニタ電圧を生成し、これをＬＤ駆動回路４６０に返して制御を行うと共に、モニタ信号線からモニタ信号出力Ｖｍｏｎとしてコントローラ２００側に送出する。パワー調整トリマ４７０は、ＬＤモジュール４６８毎に存在するモニタＰＤ１８ａのばらつきを補正する。すなわち、一定の入力に対してモニタＰＤ１８ａが検出する受光量が一定値となるように、パワー調整トリマ４７０を調整する。図５等に示すコントローラ２００は、モニタ信号出力をモニタ信号検出回路２５０でＡ／Ｄ変換して異常判定回路２５２に送出し、投光ヘッド４００の異常判定を行う。これにより、コントローラ２００側で投光ヘッド４００の異常を検出できるので、必要に応じて異常判定回路２５２に接続された異常出力部２５４でアラーム等の警告信号を出力し、エラー報知を実現できる。このように、コントローラ２００側でも投光ヘッド４００の異常を検知しているため、異常出力部２５４で外部への異常発生出力が可能となる。またコントローラ２００に表示回路４６等の表示手段を備え、異常時には表示手段で異常表示を行うこともできる。
【００４２】
さらに投光ヘッドのより具体的な回路例を、図７に示す。この図に示す投光ヘッド４００は、基準電圧生成回路４６６として、パルス入力端子に直列に接続された抵抗Ｒ１、Ｒ２と、アンプＡＭＰ１とを備える。アンプＡＭＰ１の＋側には、抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧された電圧値Ｖ１を入力し、−側とアンプＡＭＰ１の出力との間にはコンデンサＣ１が接続される。さらにアンプＡＭＰ１の出力はトランジスタＱ１のベースと接続されている。さらにトランジスタＱ１のエミッタは、抵抗Ｒ３を介してＬＤモジュール４６８と接続されている。一方パルス入力端子は、逆素子ダイオード等を介してＯＰアンプ用ＤＣ化電源と接続されている。基準電圧生成回路４６６は、このような構成に限られず、既知の構成を適宜採用できる。
【００４３】
またモニタ信号生成回路４６２を構成するパワー調整トリマ４７０は、可変抵抗Ｒ６で構成され、ＧＮＤを介してＬＤモジュール４６８のモニタＰＤ１８ａ側に接続され、さらにアンプＡＭＰ１の−側及びアンプＡＭＰ２の＋側とも接続されている。一方、アンプＡＭＰ２の−側は抵抗Ｒ４とＲ５で分圧されると共に、抵抗Ｒ４の他端はアンプＡＭＰ２の出力側と接続されている。加えてアンプＡＭＰ２の出力側は、フィルタ４７２を構成するコンデンサＣ２を介してモニタ信号出力端子となる。このコンデンサＣ２は、ＤＣ点灯検出回路として機能する。このような簡素な回路構成により、モニタＰＤ１８ａで検出されたモニタ信号をモニタ電圧Ｖ２として、ＬＤ駆動回路４６０にフィードバックすると共に、モニタ信号出力端子からモニタ信号出力Ｖｍｏｎとしてコントローラ側に出力できる。
【００４４】
なお、異常を監視するためのモニタ信号は、電流値、電圧値のいずれも利用できる。モニタ電流をモニタ電圧に変換するには、例えば抵抗を用いてＩ−Ｖ変換することで実現できる。本実施の形態では、モニタＰＤで得られた電流を増幅後、パワー調整トリマで生成されるモニタ電圧Ｖｍｏｎをモニタ信号として主に使用している。
（モニタ電流）
【００４５】
また、コントローラ側で投光ヘッドの異常を監視するために、モニタ電流のみを用いることもできる。モニタ電流のみで異常を監視するには、単にモニタＰＤのモニタ電流をＩ−Ｖ変換したモニタ電圧Ｖｍｏｎが所定の閾値よりも大きくなった場合、すなわち投光出力の超過やモニタＰＤ等の部品の故障のみを判定するのでは不十分となる。パワー調整トリマ等、他の部品の故障をも検知するためには、閾値を２つ用いて、モニタ電流のＩ−Ｖ変換値がＧＮＤ側に落ちたことも検知することで、実現することが可能となる。具体的には、ウィンドウコンパレータ等の比較器を用いて上限閾値及び下限閾値を設定し、この範囲内を正常閾値として、モニタ電流を監視し、上限閾値以上又は下限閾値以下となったときに異常と判定する。これにより、投光出力の超過と、投光素子のＤＣ点灯や断線等による未点灯の両方を監視できる。またこの構成によって、モニタＰＤ以外の故障を検知しその状態を伝えるためのヘッドケーブルの信号線が不要となり、投光ヘッドの更なる小型化に寄与する。
【００４６】
また、モニタ信号出力にＨＰＦ（ハイパスフィルタ）等のフィルタを適用して、直流成分をカットし交流化してからコントローラ側に送信することもできる。これにより、故障してＤＣ点灯状態になった場合には、モニタ出力の信号がＧＮＤレベルのため、コントローラ側でパルス電源に同期した点灯タイミングのみでモニタ出力を監視することで、直流点灯異常であると判定でき、異常監視の処理負担を軽減できる。一方、モニタ信号出力にＨＰＦ等のフィルタがない場合、消灯時にもモニタ出力を監視しないとＤＣ点灯していることが検出できないため、異常監視の処理負担が大きくなる。
（異常検出手順）
【００４７】
以上のように、コントローラがモニタ電流を正常閾値と比較して異常を検出する手順を、図８のフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳ１でモニタ電流を取得し、ステップＳ２でＡ／Ｄ変換してモニタ信号を生成する。次にステップＳ３で、投光ヘッド側への出力制御を行う。ここではモニタ信号を所定の基準値（閾値）と比較し、上限閾値よりも高い場合は投光出力が上限を超えていると判断して、ステップＳ３−１に進み投光素子の出力を停止させる、あるいは出力量を制限する等の投光制限処理を行う。また上限閾値より低い場合はステップＳ４に進み、下限閾値よりも高いかどうかを判定し、低い場合は投光素子が連続点灯している、あるいは断線等により未点灯であると判断してステップＳ４−１に進み、所定の投光制限処理を行う。
【００４８】
なお、本明細書において投光制限処理とは、投光信号を停止したり、供給する電源を遮断する等してＬＤの点灯を停止する場合の他、電流量を制限して一定光量に低下させる制御も含む。あるいは図９に示すように、ＬＤ１２Ｃと並列にスイッチＳＷを配置し、ＳＷのＯＮ／ＯＦＦを制御することでＬＤ１２Ｃへの電流供給をバイパスさせて点灯を抑える方式でもよい。このように、投光信号や電源供給を停止せずとも、投光を停止又は抑制することで安全が確保できるので、これらの処理も投光制限処理に含む。また異常が一旦発生すると、出力を落とす、あるいはリセット等の処理があるまで、投光素子の出力を０に維持することもできる。
（ヘッドケーブル３００）
【００４９】
投光ヘッド４００とコントローラ２００間は、ヘッドケーブル３００によって電気的に接続される。ヘッドケーブル３００に含める必要のある信号の種類としては、投光ヘッド４００を駆動する電力を供給するための電源線、投光素子の投光を指示する投光指令線、投光ヘッド４００の異常をコントローラ２００側で検出した際に投光の抑制を投光ヘッド４００に指示するための投光抑制指令線、及びＧＮＤ（グランド）線の４種類となる。ここで、従来の構成では、図２２等に示したとおり、ヘッドケーブルに必要な信号線は、電源線Ｖｃｃ、ＬＤ点灯のためのパルス信号線、及びＧＮＤ線の３種類であった。すなわち、従来は投光ヘッド側で故障検出を行っていたため、コントローラ側で異常検出して投光ヘッド側に投光抑制を指示する必要はなかった。すなわち、ヘッドケーブルには投光抑制信号線を含める必要はなかった。これに対して本発明では、投光ヘッドの異常検出をコントローラ側で行うため、異常検出時に投光を制御するための投光抑制信号線が必要となり、ヘッドケーブルに含まれる信号線が増えることとなる。
【００５０】
そこで、投光指令を抑制指令を共通化することにより信号線を１本減らすことができる。ここでは、ＬＤ駆動回路４６０で投光素子をＯＮさせる投光指令、及びＯＦＦさせる投光制御指令を、スイッチングで実現させる。具体的には、図１０に示すように、投光ヘッド内の電源線とＬＤ１２Ｄとの間にトランジスタ等のスイッチング素子ＳＷ２を設けた回路において、投光指令があるときはスイッチング素子ＳＷ２をＯＮさせて投光させ、投光抑制指令があるときはＯＦＦさせることでＬＤ１２Ｄの投光を抑制すなわちＯＦＦできる。これによって投光指令線と投光抑制指令線を共通にして、ヘッドケーブルに必要な信号線の本数を３本に低減できる。
【００５１】
ただ、この場合においても、電源を供給する電源線と、スイッチング素子を駆動する投光指令及び投光抑制指令の信号線とを個別に設ける必要がある。そこで、これらも共通にすることで更に信号線を１本低減して２本の信号線でヘッドケーブルを構成できる。具体的には、図１１に示すように、投光ヘッドには電源とＬＤ１２Ｅとのスイッチング手段を設けることなく、投光ヘッドに電源供給するのみでＬＤ１２Ｅが点灯するよう構成する。このように、電源線Ｖｃｃをパルス信号とすることで、コントローラ２００から投光ヘッドへの電源線と、投光指令及び投光制御指令を投光ヘッドに伝える信号線とを共通化することができ、ヘッドケーブルの線数を２本にできる。投光指令及び投光制御指令の２つの指令線を電源線と統合して、投光指令がある場合のみ電源を供給する構成によって、信号線を２本に減らすことができ、ヘッドケーブルの小型化、低コスト化のみならず、省配線により投光ヘッドの小型化、低コスト化にも貢献できる。
【００５２】
次に、図７の投光ヘッドが異常を検出する様子を、パルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示した図１２〜図１５のグラフに基づいて説明する。なお、これらの図においてＧはＧＮＤ（グランド）レベルを示している。図１２は投光ヘッドの正常動作時を示しており、パルス入力に応じてＶ１、Ｖ２がほぼ等しい振幅で出力される。またモニタ信号出力Ｖｍｏｎは、パワー調整トリマで投光ヘッド部毎のばらつきが調整された結果、いずれの投光ヘッドも正常閾値範囲内に収まる。
【００５３】
一方、図１３はパワー調整トリマＲ６以外で異常が生じた場合の動作を示している。例えば、抵抗Ｒ１又はＲ２がオープン若しくはショートすると、Ｖ１の振幅が変わるので、図１３に示していない。この場合は、ＬＤが消灯するか、又は過大に発光する。このためＶｍｏｎの振幅は正常閾値より大きいか、又は小さくなるので、異常を判定できる。図１３（ａ）のようにＶｍｏｎが正常閾値を下回る異常の例としては、抵抗Ｒ１のオープン、Ｒ２のショート、Ｒ３のオープン等が挙げられ、また図１３（ｂ）のようにＶｍｏｎが正常閾値を上回る異常の例としては、Ｒ２のオープン、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間のショート等が挙げられる。
【００５４】
次に図１４は、パワー調整トリマＲ６自体に異常が生じた場合の動作を示している。例えばＲ６がオープンした場合、図１４（ｂ）に示すように、モニタＰＤのダイオード特性のため、Ｖ１は０．６Ｖが出力され、ＬＤ光量は少なくなる。またＶｍｏｎは正常閾値以上となる。逆にＲ６がショートした場合は、図１４（ａ）に示すように、Ｖ１は０Ｖとなり、ＬＤは最大出力となる。この場合、Ｖｍｏｎは正常閾値以下となる。
【００５５】
さらに図１５は、パルス入力がＤＣとなった場合の動作を示している。パルス電源が故障してＤＣ電源となった場合等は、ＤＣ点灯検出回路であるコンデンサＣ２によりＶｍｏｎは０Ｖとなるので、正常閾値以下となる。
【００５６】
なお、以上は投光ヘッド側の異常をコントローラ側で検出する例を説明したが、コントローラ自身の単一故障もコントローラで検出できるよう構成することもできる。例えば、コントローラの制御部等を構成するマイコンのＰｉｎがショートした場合は、モニタ信号検出回路２５０等でＡ／Ｄ変換した値が正常な値でなくなるため、異常と判定できる。
（実施例２）
【００５７】
以上の実施例１では、可変抵抗を１個使用する例を説明した。次に、本発明の実施例２として、可変抵抗を２個使用する例を説明する。実施例２では、図７の回路図において、パワー調整トリマＲ６を固定抵抗とし、固定抵抗Ｒ２及びＲ５を可変抵抗とする。この場合の異常検出動作は、上記実施例１と同様である。実施例１では、投光ヘッド４００のＬＤモジュール４６８毎のモニタ電流のばらつきを、可変抵抗であるパワー調整トリマＲ６で調整していた。この場合、Ｒ６で調整された抵抗値に応じて、ＬＤの発光遅れも変化するため、ＬＤの発光パルス幅も変化してしまうという問題がある。これに対して、実施例２ではＲ２及びＲ５を可変抵抗とすることで、Ｒ６を固定抵抗とでき、ＬＤモジュールのモニタ電流のばらつきに起因するＬＤ発光遅れのばらつきも改善できるという利点が得られる。実施例２の回路においては、ＬＤの出力調整を可変抵抗Ｒ２で行うが、この調整に伴ってＶ１、Ｖ２の電圧も変化するため、モニタ信号出力Ｖｍｏｎも一定でなくなる。そこで、可変抵抗Ｒ５でアンプＡＭＰ２のゲインを調整し、モニタ信号出力Ｖｍｏｎを所定電圧に調整する。
（実施例３）
【００５８】
さらに実施例３として、図７の回路において、ＤＣ点灯検出回路ブロックとして機能するコンデンサＣ２を省略することもできる。コントローラ側の処理速度に余裕があれば、パルス入力のＨＩＧＨ側とＬＯＷ側のときに、モニタ信号を取り込み、故障判定を行うことでＤＣ点灯検出回路ブロックを省略できる。この判定アルゴリズムは、正常動作であれば、パルス電源のＬＯＷ側であればＬＤは点灯していないため、モニタ信号出力Ｖｍｏｎは０Ｖであるが、パルス電源が故障しＤＣ電源となっておれば、ＬＤはＤＣ点灯するため、ＬＯＷ側でも一定の電圧が出力される。これを検出すると、故障と判定してパルス電源を遮断あるいは制限できる。以上のように、コントローラ側でＤＣ点灯を検出できる場合は、投光ヘッド側に設ける部材をさらに削減できるので、投光ヘッドの更なる小型化、低コスト化に寄与できる。
（実施例４）
【００５９】
次に実施例４として、投光ヘッドの他の回路構成例を図１６に示す。この図に示す投光ヘッドは、ＬＤの駆動電流を入力するためのパルス電源入力端子と、アンプＡＭＰ１とＬＤとモニタＰＤとを組み込んだＬＤモジュールと、パルス入力線と接続されたパルス電源入力端子から入力されるパルス電流を、投光素子に供給するＯＮ／ＯＦＦを切り替えるスイッチング素子であるトランジスタＱ１とを備える。またモニタ信号生成回路として、パワー調整トリマを構成する可変抵抗Ｒ５を備える。さらにパルス電源入力端子は、直列に接続された抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１、コンデンサＣ１を介して接地される。またコンデンサＣ１とダイオードＤ１との接点は、抵抗Ｒ２を介して、アンプＡＭＰ１の出力側と接続される。またアンプＡＭＰ１の＋側入力は、パルス電源を抵抗Ｒ３、Ｒ４で分圧して接続されており、ＡＭＰ１の基準電圧はこの抵抗Ｒ３、Ｒ４の分圧にて生成される。一方、抵抗Ｒ１、ダイオードＤ１との間には、トランジスタＱ１のベースが接続される。トランジスタＱ１のコレクタ側はパルス電源入力端子と接続されており、エミッタ側はＬＤのアノード側と接続される。またモニタＰＤのアノード側は、可変抵抗Ｒ５を介して接地される。これにより、可変抵抗Ｒ５はモニタＰＤの受光量に応じたモニタ電流に基づいて、モニタ電圧Ｖｍｏｎを発生させる。さらに可変抵抗Ｒ５とモニタＰＤのアノード側との接点であるモニタ電圧Ｖｍｏｎ（モニタ信号出力端子）は、アンプＡＭＰ１の−側入力と接続されている。これにより、モニタ電圧ＶｍｏｎでアンプＡＭＰ１をＯＮ／ＯＦＦできる。つまりモニタ電圧Ｖｍｏｎが基準電圧以下ではアンプＡＭＰ１はＯＦＦであり、モニタ電圧Ｖｍｏｎが基準電圧以上になるとＯＮする。この投光ヘッドは、コントローラ２００の電源制御回路２５６から、タイミング制御回路２５８で規定されたタイミングでＬＤ駆動パルス入力を入力され、これに応じてＬＤを駆動する。またモニタＰＤの受光量に応じて、パワー調整トリマで調整された所定のモニタ電圧を生成し、これをＬＤ駆動回路側に返して制御を行う。
【００６０】
一方、この投光ヘッドはモニタ信号を増幅してコントローラ側に送出するためのモニタ信号増幅回路２６を備えている。モニタ信号増幅回路２６はアンプＡＭＰ２で構成され、アンプＡＭＰ２の＋側入力を可変抵抗Ｒ５と接続している。またアンプＡＭＰ２の出力側は、コンデンサＣ２を介してモニタ電圧Ｖｍｏｎの出力端子すなわちモニタ信号出力線とする。さらにアンプＡＭＰ２の出力側は、抵抗Ｒ７、Ｒ６を介して接地されており、抵抗Ｒ７、Ｒ６で分圧した値をアンプＡＭＰ２の−側入力としている。これにより、可変抵抗Ｒ５の電圧出力をアンプＡＭＰ２で増幅して出力できるので、耐ノイズ性を増すことができる。
（実施例５）
【００６１】
以上の実施例では、投光ヘッドとコントローラを接続する信号線、すなわちヘッドケーブルに含まれる信号線として、パルス入力線、モニタ信号出力線、ＧＮＤ線の３線を使用する例を説明した。次に実施例５として、ヘッドケーブルをＶｃｃ線、パルス入力線、モニタ信号出力線、ＧＮＤ線の４線とした投光ヘッドの回路構成例を、図１７に示す。この図に示す投光ヘッドは、ＤＣ電源であるＶｃｃ線からＬＤ駆動電源用の電力を得ている。この投光ヘッドも上記と同様に、パルス入力線から入力されるパルス電流でトランジスタＱ１をＯＮ／ＯＦＦしてＬＤを駆動する。またこの投光ヘッドも、アンプＡＭＰ２で構成されるモニタ信号増幅回路２６を備えている。その動作原理は、上記実施例４とほぼ同様であり、詳細説明を省略する。
（モニタ信号初期値保持機能）
【００６２】
また投光ヘッドは、モニタ用受光素子から得られたモニタ信号の初期値を保持するモニタ信号初期値保持機能を備えてもよい。投光ヘッドは、モニタ電流のばらつきに対応するため、モニタ電流の初期値（基準値）を記憶させ、そのデータをコントローラ側に送出することで、投光ヘッド内の異常を検知する閾値設定を投光ヘッド毎に変更することができる。一般にモニタＰＤ等のモニタ用受光素子は、モニタ電流のばらつきが大きいため、基準投光量に対するモニタ信号が一定となるように、トリマ等でゲインを投光ヘッド毎に調整する必要がある。これに対して、本実施の形態では、投光ヘッド内のモニタ信号初期値保持部４６４にモニタ信号の初期値を記憶させることにより、このようなトリマ調整等の面倒な作業を行うことなく、コントローラ側で接続された投光ヘッドに応じて自動的に設定を調整し、適切な異常検出が可能となる。
【００６３】
次に実施例６として、モニタ信号初期値保持機能を備える受光ヘッドの回路例を、図１８に示す。なお、図６で説明した部材と同じ部材については、図１８についても同様であるため、その詳細説明を省略する。この図に示す投光ヘッドは、受光ヘッドと一体型とした反射型ヘッドとしている。反射型ヘッドは、受光電源線を介してコントローラ２００側から受ける電圧で表示灯を駆動するための受光側のヘッド表示灯点灯回路４７４と、受光ヘッドの各種処理を行うと共に、信号線から受光信号をコントローラ側に送出する制御回路４７６と、受光電源線の電圧を制御回路４７６の駆動電圧に変換するレギュレータ４７８と、受光電源線の電圧を検出する電圧検出回路４８０と、モニタ信号の初期値を保持するモニタ信号初期値保持部４６４の一形態であるＥＥＰＲＯＭ４８２とを備える。ＥＥＰＲＯＭ４８２は、ＣＬＫ信号として投光素子であるＬＤ１２ａの駆動パルスを入力し、またＣＳ線でモニタ信号出力線をＤＡＴＡ線と切り替え可能としている。このＥＥＰＲＯＭ４８２に、モニタＰＤ１８ａで得られるモニタ信号の初期値を記憶しておき、所定の動作を経てコントローラ２００側から読み込み可能とする。
【００６４】
コントローラ側からヘッドケーブルの受光電源線を介して受光ヘッドに出力される電源電圧は、一般に制御回路４７６の駆動電圧とヘッド表示灯点灯回路４７４の駆動電圧とを加算した可変電圧となっている。この可変電圧レベルの一つを、受光ヘッドの動作モードを切り替えるための内部動作切替制御電圧として使用することで、ＥＥＰＲＯＭ４８２のＣＳ及びモニタ信号出力線の信号切替を行うことができる。具体的には、受光電源線の可変電圧を内部動作切替制御電圧として、電圧検出回路４８０で受光ヘッド内部の動作モードの切り替えを検出し、コントローラがＥＥＰＲＯＭ４８２にアクセス可能な動作モードに切り替える。そして、ＬＤ１２ａの駆動パルスをＣＬＫ信号としてＥＥＰＲＯＭ４８２に入力すれば、モニタ信号出力線よりＤＡＴＡとして、モニタ電流の初期値が出力される。これによりコントローラ２００は、接続された受光ヘッドのモニタ信号出力線からモニタ信号の初期値を取得し、これに応じた設定に調整できる。このように、モニタ電流のばらつきに対応するため投光ヘッド側にモニタ電流の初期値を記憶させ、その値をコントローラ２００側で検出することで、ヘッド内の異常を検知する閾値設定を投光ヘッド毎に適切に設定することができる。なお、図１８の例では、モニタ信号出力線をＥＥＰＲＯＭ４８２のＤＡＴＡ線と切り替え可能としたが、モニタ信号線に代わって制御回路４７６から出力される受光側の信号線を利用して、ＥＥＰＲＯＭのＤＡＴＡ線と切り替え可能とすることもできる。
（実施例７）
【００６５】
次に、実施例７として、投光ヘッドがスリット板を備える光電センサについて、図１９〜図２１に基づいて説明する。図１９はスリット板４８４を示す図であり、図１９（ａ）はスリット板４８４の平面図、図１９（ｂ）はスリット板４８４を投光素子であるＬＤ１２Ｆの発光面と投光用レンズ１１２ａの間に配置した状態を示す断面図をそれぞれ示している。また図２０はスリット板４８４のスリット穴４８６を切り替えた状態を示す断面図であり、図２０（ａ）は内径の小さいスリット穴４８６Ａ、図２０（ｂ）は内径の大きいスリット穴４８６Ｂについて、ＬＤ１２Ｆのスポット径をそれぞれ示している。さらに図２１は、このようなスリット板４８４の位置をコントローラ側で検出するための回路例を示す回路図である。
【００６６】
図１９（ａ）に示すように、スリット板４８４は内径の異なるスリット穴４８６を複数形成した板材である。このスリット板４８４を、図１９（ｂ）に示すように投光素子であるＬＤ１２Ｆの発光面の前面で投光用レンズ１１２ａに光を入光する経路に、いずれかのスリット穴４８６が面するように配置する。これにより、投光ヘッドが検出領域に投光する際にスリット板４８４を通過するので、スリット穴４８６に応じた照射スポット径とできる。
【００６７】
またスリット板４８４は、複数のスリット穴４８６がそれぞれＬＤ１２Ｆの発光面に、互いの中心軸が一致するように、スリット切替部４８８で切り替え可能である。図１９（ｂ）の例では、スリット板４８４を上下方向にスライド式に移動させて、スリット穴４８６を切り替えている。図２０（ａ）に示すように、小さいスリット穴４８６Ａを選択した場合は、投光素子であるＬＤ１２Ｆの光がスリット穴４８６Ａで大部分制限されるので、投光用レンズ１１２ａを介して出射される出射光の照射スポット径を小さくできる。一方、図２０（ｂ）に示すように大きいスリット穴４８６Ｂを選択した場合は、ＬＤの光がスリット穴４８６Ｂで制限される量が少なくなり、出射光の照射スポット径を大きくできる。このように、スリット板４８４を切り替えることでＬＤ１２Ｆから発する光のスポット径を切り替えることが可能となる。
【００６８】
なお図１９の例では、スリット穴４８６を大小２つ設けているが、３以上設けることも可能であることはいうまでもない。またこの例では細長いスリップ状のスリット板４８４をスライド式に移動させてスポット径を切り替えているが、スリット板を円盤状に形成し、ターレットの様に回転させてスポット径を切り替える構成も採用できる。あるいは絞り状にスリット穴を連続的に可変としたスリット板を採用することもできる。
【００６９】
スポット径が小さく絞られると光量が小さくなるので、その分ＬＤの出力を大きくしても規格上許容され、より高精度な検出が可能となる。しかしながらこの場合、ＬＤの出力を大きくすると出射光量が変化するため、単一故障を検出するためのモニタ電流の基準値（閾値）も変化することとなる。このため、従来はスリット板を切り替えると、スリット板又は選択したスリット穴に応じてモニタ電流の閾値をトリマ等で設定し直す必要があり、手間がかかっていた。そこで本実施の形態では、スリット板の位置に応じてヘッド識別電圧を変化させ、この値をコントローラで検出させることで、コントローラ側は選択されたスポット径を認識でき、これに応じたモニタ電流の閾値に設定することができる。また選択されたスポット径に応じて、異常時の投光停止や投光量制限といった投光抑制動作を変更することもできる。あるいは異常時の動作設定以外にも、例えばスポット径に応じて駆動パルス信号のタイミングを変更したり、駆動電流を変更して投光ヘッド側に供給するようにもできる。このように、投光ヘッドの内部状態をコントローラ側で自動的に識別可能とする構成は、例えば複数種類の投光ヘッドを使用する場合に、これらを区別する方法としても利用できる。例えば複数種類の投光ヘッドを混在させてコントローラに接続する場合、コントローラ側にルックアップテーブルを用意し、各投光ヘッドからヘッド識別信号と初期値データを取得してテーブルを参照することで、各ヘッド部の特性に応じて正しく対応できる。
【００７０】
図２１に、スリット板４８４の位置をコントローラ２００側で検出する投光ヘッド識別回路６３を備える光電センサの回路例を示す。この図に示す光電センサも、投光ヘッド４００と受光ヘッドをコントローラ２００に接続しており、投光ヘッド４００は、投光素子１２及びモニタ用受光素子１８、モニタ電圧を生成する可変抵抗、モニタ電圧を増幅してモニタ出力とする投光アンプ等を備える。なお、モニタ信号出力等は、上述した構成と同様の構成が採用できるので、図２１では詳細を省略している。また受光ヘッド５００は、受光素子５２、受光量を増幅して出力信号とする受光アンプ等を備える。さらに投光ヘッド４００は、スライド移動可能なスリット板４８４と、スリット板４８４をスライド移動させてスリット穴４８６を切り替えるためのスリット切替部４８８を備えている。一方受光ヘッド５００は、スライド板のスリット位置に関するスリット位置情報を生成するための抵抗Ｒ１、Ｒ２と、これら抵抗Ｒ１、Ｒ２を切り替えて信号出力に加えるためのスイッチＳＷ３を備える。このスイッチＳＷ３とスライド板とは機械的に連動しており、スライド板が移動されると、スイッチＳＷ３も抵抗を切り替える。これにより、スライド位置に応じたスライド位置情報が、抵抗Ｒ１、Ｒ２の抵抗値に応じて生成されるので、コントローラ２００は信号出力から投光ヘッドの種別及びスライド位置をコントローラ２００側で認識でき、モニタ電流の閾値や投光抑制の指令命令を変更することが可能となる。以上の実施例７は、投光ヘッドと受光ヘッドを一体化した反射型タイプを採用することが好ましい。上記の構成では、スイッチＳＷ３を制御するための配線が必要となるが、一体型ではヘッド内部での配線が可能であるため、コントローラ側との信号線の数を低減でき、簡素化に寄与できる。
【００７１】
以上のように本発明の実施の形態では、レーザを用いたヘッドコントローラ分離型光電センサにおいて、ヘッドにおいてはＬＤのモニタ電流のみを検知し、それを増幅してコントローラ側に送り、コントローラ側で異常の検出、判定を行うよう構成している。これにより、ヘッドの小型化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本発明の光電スイッチは、工場の生産ライン等で対象物の有無を検出する光電センサ等に好適に利用でき、透過型、反射型のいずれの光電センサにも適用できる。さらに、光ファイバを用いた光電センサにも本発明を適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明を適用可能な光電センサの例を示す図であり、図１（ａ）は透過型光電センサ、図１（ｂ）は反射型光電センサ、図１（ｃ）は透過型光電センサのコントローラと投光ヘッドを一体とした構成をそれぞれ示す模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光電スイッチを示すブロック図である。
【図３】モニタＰＤをＬＤの後方に配置した例を示す模式図である。
【図４】モニタＰＤをＬＤの前方及び後方に各々配置した例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光電センサの構成を示すブロック図である。
【図６】図５に対応する投光ヘッドの回路例を示すブロック図である。
【図７】図６の投光ヘッドのより具体的な回路例を示す回路図である。
【図８】コントローラがモニタ電流を正常閾値と比較して異常を検出する手順を示すフローチャートである。
【図９】ＬＤと並列にスイッチＳＷを配置して投光を抑制する構成を示す模式図である。
【図１０】投光素子をＯＮさせる投光指令、及びＯＦＦさせる投光制御指令を、スイッチングで実現させる構成例を示す模式図である。
【図１１】電源線と、投光指令及び投光抑制指令の信号線とを共通にした構成例を示す模式図である。
【図１２】投光ヘッドの正常動作時におけるパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１３】図１３はパワー調整トリマＲ６以外で異常が生じた場合のパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１４】パワー調整トリマＲ６自体に異常が生じた場合のパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１５】パルス入力がＤＣとなった場合のパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例４に係る光電センサの投光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施例５に係る光電センサの投光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施例６に係る光電センサのモニタ信号初期値保持機能を備える投光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図１９】スリット板の形状を示す図であり、図１９（ａ）はスリット板の平面図、図１９（ｂ）はスリット板を発光面と投光用レンズの間に配置した状態を示す断面図である。
【図２０】スリット板のスリット穴を切り替えた状態を示す断面図であり、図２０（ａ）はスリット穴の内径が小さい場合、図２０（ｂ）はスリット穴の内径が大きい場合の、投光素子のスポット径をそれぞれ示す断面図である。
【図２１】スリット板の位置をコントローラ側で検出するための回路例を示す回路図である。
【図２２】保護回路を有する光電センサの構成例を示すブロック図である。
【図２３】保護回路を構成する回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
【００７４】
２００、２００Ａ、２００Ｂ、２００Ｃ、２００Ｄ…コントローラ
３００、３００Ｂ、３００Ｃ…ヘッドケーブル
４００、４００Ａ、４００Ｃ、４００Ｄ、４００Ｅ…投光ヘッド
４００Ｂ…一体型投受光ヘッド
５００、５００Ａ…受光ヘッド；５００Ｃ…受光部
１０…投光部
１２…投光素子；１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃ、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２ａ…ＬＤ
１４…投光回路；１６…投光ＡＰＣ回路
１８…モニタ用受光素子；１８ａ、１８Ａ、１８Ｂ、１８Ｃ…モニタＰＤ
２０…表示灯；２２…投光電源制御回路；２４…ヘッド表示灯電源制御回路
２６…モニタ信号増幅回路；２８…ＬＤ発光量モニタ回路；３０…Ａ／Ｄ変換器
４０…制御部；４２…Ｉ／Ｏ回路；４４…記憶部；４６…表示回路
４８…スイッチ入力回路；５０…受光部；５２…受光素子
５４…受光回路；５６…受光素子増幅回路；５８…受光部電源回路
６０…ヘッド電源回路；６２…受光ヘッド識別回路；６３…投光ヘッド識別回路
６４、６５、７０…Ａ／Ｄ変換器
６６…コントローラ電源回路；６８…コントローラ増幅回路
１１２ａ…投光用レンズ
２５０…モニタ信号検出回路；２５２…異常判定回路；２５４…異常出力部
２５６…電源制御回路；２５８…タイミング制御回路
４６０…ＬＤ駆動回路；４６２…モニタ信号生成回路；４６４…モニタ信号初期値保持部
４６６…基準電圧生成回路；４６８…ＬＤモジュール
４７０…パワー調整トリマ；４７２…フィルタ；４７４…ヘッド表示灯点灯回路
４７６…制御回路；４７８…レギュレータ
４８０…電圧検出回路；４８２…ＥＥＰＲＯＭ
４８４…スリット板；４８６…スリット穴
４８６Ａ…内径の小さいスリット穴；４８６Ｂ…内径の大きいスリット穴
４８８…スリット切替部
９５５…ＡＰＣ回路；９５５Ｂ…ＡＰＣ回路ブロック；９５６…電源制御回路
９５８…ＬＤタイミング制御回路
９６０…ＬＤ駆動回路；９６２…モニタ信号生成回路
９６４…モニタ信号レベル判定回路；９６４Ｂ…モニタ信号レベル判定回路ブロック
９６６…モニタ信号生成回路故障判定回路
９６６Ｂ…モニタ信号生成回路故障判定回路ブロック
９６８…ＬＤモジュール
９７０…ＤＣ点灯防止回路；９７０Ｂ…ＤＣ点灯防止回路ブロック
【図１】
2006238186.tif 000003
【図２】
2006238186.tif 000004
【図３】
2006238186.tif 000005
【図４】
2006238186.tif 000006
【図５】
2006238186.tif 000007
【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】
2006238186.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2006238186.tif 000016
【図１５】
2006238186.tif 000017
【図１６】
2006238186.tif 000018
【図１７】
2006238186.tif 000019
【図１８】
2006238186.tif 000020
【図１９】
2006238186.tif 000021
【図２０】
2006238186.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年2月24日(2006.2.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出領域に向けて検出光を投光する投光素子を有する投光ヘッドと、
前記投光ヘッドと個別に設けられ、前記投光素子の投光を制御すると共に、前記投光素子の前記検出領域からの光を受光する受光素子の検出情報に基づいて検出動作を行なう制御部を有するコントローラと、
前記投光ヘッドと前記コントローラとを電気的に接続するためのヘッドケーブルと、
を備える光電スイッチであって、
前記投光ヘッドは、
前記投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、
前記投光素子の投光量を所定値にするために前記第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ信号を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有し、
前記コントローラの制御部は、前記ヘッドケーブルを介して監視する前記第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を抑制するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項２】
請求項１に記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、
前記投光素子と、第１のモニタ用受光素子と、投光量制御手段とを駆動するための投光素子駆動回路と、
前記第１のモニタ用受光素子で検出した信号に基づいてモニタ信号を生成するモニタ信号生成回路と、
を備え、
一方前記コントローラはさらに、
前記モニタ信号生成回路で生成されたモニタ信号を前記ヘッドケーブルを介して検出するためのモニタ信号検出回路と、
前記モニタ信号検出回路で得られた情報に基づき、前記投光ヘッドの異常を判定するための異常判定回路と、
前記投光ヘッドへの電力を供給するための電源制御回路と、
前記電源制御回路が前記投光素子駆動回路に対してパルス電力を供給するよう、タイミングを制御するためのタイミング制御回路と、
を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項３】
請求項２に記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記投光素子が発した光の一部を受光する第２のモニタ用受光素子を備えており、
前記投光ヘッドの投光量制御手段は、前記第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を抑制するよう構成されてなり、
一方前記コントローラの制御部は、前記ヘッドケーブルを介して監視する前記第２のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を抑制するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記モニタ用受光素子から得られたモニタ信号の初期値を保持するモニタ信号初期値保持部を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記投光素子の連続点灯を検出して投光素子の点灯を制御するためのＤＣ点灯検出回路を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記ヘッドケーブルは、
投光素子を駆動する電力を供給するための電源線と、
投光素子の投光及び抑制を指示する指令線と、
ＧＮＤ線と、
を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記ヘッドケーブルは、
投光素子を駆動する電力を、投光素子を投光するタイミングで送出する信号電源線と、
ＧＮＤ線と、
を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記投光ヘッドはさらに、前記投光素子の発光面に面して配置された、内径の異なる複数のスリット穴を開口したスリット板と、
前記スリット板の複数のスリット穴のいずれかが前記投光素子の発光面に面するようにスリット板の位置を切替可能なスリット切替部と、
を備えており、
前記投光素子の発光面にスリット穴の一が面するように、前記スリット切替部でスリット板のスリット穴の位置を調整することで、投光素子のスポット径を所望の大きさに制限できるよう構成されており、
前記コントローラは、前記投光ヘッドのスリット板の位置を検出可能に構成してなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記コントローラはさらに、前記投光ヘッドの異常を検出した時に異常を報知する異常出力部を備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれかに記載の光電スイッチであって、
前記コントローラの制御部は、前記投光ヘッドの異常を検出した時に、前記電源制御回路を制御して前記投光素子の投光を停止するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかに記載の光電スイッチであって、さらに、
前記受光素子を備える受光ヘッドを備えることを特徴とする光電スイッチ。
【請求項１２】
検出領域に向けて検出光を投光する投光素子として半導体レーザを備える投光ヘッドと、
前記投光素子の前記検出領域からの光を受光する受光素子を備える受光ヘッドと、
前記投光ヘッドと個別に設けられ、前記投光素子の投光を制御すると共に、前記受光素子の受光量に基づいて検出動作を行なう制御部を有するコントローラと、
前記投光ヘッドと前記コントローラとを電気的に接続するためのヘッドケーブルと、
を備える光電スイッチであって、
前記投光ヘッドは、
前記投光素子が発した光の一部を受光する第１のモニタ用受光素子と、
前記投光素子の投光量を所定値にするために前記第１のモニタ用受光素子で得られる第１のモニタ電圧を一定にするように制御を行なう投光量制御手段とを有し、
前記コントローラの制御部は、前記ヘッドケーブルを介して監視する前記第１のモニタ用受光素子から得られたモニタ信号に基づいて前記投光ヘッドの異常を検知し、前記投光素子の投光を停止するよう構成されてなることを特徴とする光電スイッチ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
そこで、投光指令と抑制指令を共通化することにより信号線を１本減らすことができる。ここでは、ＬＤ駆動回路４６０で投光素子をＯＮさせる投光指令、及びＯＦＦさせる投光制御指令を、スイッチングで実現させる。具体的には、図１０に示すように、投光ヘッド内の電源線とＬＤ１２Ｄとの間にトランジスタ等のスイッチング素子ＳＷ２を設けた回路において、投光指令があるときはスイッチング素子ＳＷ２をＯＮさせて投光させ、投光抑制指令があるときはＯＦＦさせることでＬＤ１２Ｄの投光を抑制すなわちＯＦＦできる。これによって投光指令線と投光抑制指令線を共通にして、ヘッドケーブルに必要な信号線の本数を３本に低減できる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５４】
次に図１４は、パワー調整トリマＲ６自体に異常が生じた場合の動作を示している。例えばＲ６がオープンした場合、図１４（ｂ）に示すように、モニタＰＤのダイオード特性のため、Ｖ１は０．６Ｖが出力され、ＬＤ光量は少なくなる。またＶｍｏｎは正常閾値以上となる。逆にＲ６がショートした場合は、図１４（ａ）に示すように、Ｖ２は０Ｖとなり、ＬＤは最大出力となる。この場合、Ｖｍｏｎは正常閾値以下となる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７３】
【図１】本発明を適用可能な光電センサの例を示す図であり、図１（ａ）は透過型光電センサ、図１（ｂ）は反射型光電センサ、図１（ｃ）は透過型光電センサのコントローラと受光部を一体とした構成をそれぞれ示す模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る光電スイッチを示すブロック図である。
【図３】モニタＰＤをＬＤの後方に配置した例を示す模式図である。
【図４】モニタＰＤをＬＤの前方及び後方に各々配置した例を示す模式図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光電センサの構成を示すブロック図である。
【図６】図５に対応する投光ヘッドの回路例を示すブロック図である。
【図７】図６の投光ヘッドのより具体的な回路例を示す回路図である。
【図８】コントローラがモニタ電流を正常閾値と比較して異常を検出する手順を示すフローチャートである。
【図９】ＬＤと並列にスイッチＳＷを配置して投光を抑制する構成を示す模式図である。
【図１０】投光素子をＯＮさせる投光指令、及びＯＦＦさせる投光制御指令を、スイッチングで実現させる構成例を示す模式図である。
【図１１】電源線と、投光指令及び投光抑制指令の信号線とを共通にした構成例を示す模式図である。
【図１２】投光ヘッドの正常動作時におけるパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１３】図１３はパワー調整トリマＲ６以外で異常が生じた場合のパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１４】パワー調整トリマＲ６自体に異常が生じた場合のパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１５】パルス入力がＤＣとなった場合のパルス入力、Ｖ１、Ｖ２、Ｖｍｏｎの波形パターンを示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例４に係る光電センサの投光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施例５に係る光電センサの投光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施例６に係る光電センサのモニタ信号初期値保持機能を備える投光ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図１９】スリット板の形状を示す図であり、図１９（ａ）はスリット板の平面図、図１９（ｂ）はスリット板を発光面と投光用レンズの間に配置した状態を示す断面図である。
【図２０】スリット板のスリット穴を切り替えた状態を示す断面図であり、図２０（ａ）はスリット穴の内径が小さい場合、図２０（ｂ）はスリット穴の内径が大きい場合の、投光素子のスポット径をそれぞれ示す断面図である。
【図２１】スリット板の位置をコントローラ側で検出するための回路例を示す回路図である。
【図２２】保護回路を有する光電センサの構成例を示すブロック図である。
【図２３】保護回路を構成する回路例を示す回路図である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
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