(57)【要約】【課題】  アンプ分離型センサのセンサヘッド部と信号処理部とを結ぶセンサ用ケーブルであって、その全長を容易に延長可能であり、かつ、信号の高速伝送を実行するにあたり、その全長が長くなっても、信号減衰、ノイズ混入を極力抑制可能としたセンサ用ケーブルを提供すること。【解決手段】  導体端子（３５）を保持する第１のコネクタハーフ（３１）と、導体端子（３６）を保持する第２のコネクタハーフ（３２）と、第１のコネクタハーフの導体端子と、第２のコネクタハーフの導体端子とを電気的に接続する電気コード（３３）と、電気コードを流れる信号の波形整形を行う波形整形回路（３４）と、を設け、第１のコネクタハーフと第２のコネクタハーフとを、互いに着脱自在な構成とする。【選択図】  図３
2005285043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンプ分離型センサのセンサヘッド部と信号処理部とを接続するためのセンサ用ケーブルであって、
導体端子を保持する第１のコネクタハーフと、
導体端子を保持する第２のコネクタハーフと、
第１のコネクタハーフの導体端子と、第２のコネクタハーフの導体端子とを電気的に接続する電気コードと、
電気コードを流れる信号の波形整形を行う波形整形回路と、を具備し、
第１のコネクタハーフと第２のコネクタハーフとは、互いに着脱自在な構造を有し、
それにより、複数本を連結一体化して信号伝送することを可能とした、
ことを特徴とするセンサ用ケーブル。
【請求項２】
電気コードには、センサヘッドから出力されるセンシング信号を信号処理部へと伝送するための第１の通信線と、信号処理部から出力される制御信号をセンサヘッド部へと伝送するための第２の通信線と、が含まれることを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項３】
通信線がツイストペアであり、センシング信号、またはセンシング信号及び制御信号が高速差動伝送信号である、ことを特徴とする請求項２に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項４】
電気コードには、信号処理部から波形整形回路へと駆動用電源を供給するための給電線が更に含まれている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項５】
波形整形回路が、電気コードの途中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項６】
波形整形回路が、第１又は第２のコネクタハーフに内蔵されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項７】
波形整形回路が、波形整形バッファ、或いはシリアライザ及びデシリアライザを用いて構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル
【請求項８】
センサヘッド部が、２次元撮像素子を具備する変位センサ用のセンサヘッド部又は視覚センサ用のセンサヘッド部である、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項９】
導体端子をそれぞれ保持する第１のコネクタハーフと第２のコネクタハーフの各本体ケースは、それらコネクタハーフ同士が固定状態で連結されるように仕組まれている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ用ケーブル。
【請求項１０】
請求項１乃至９の何れかに記載のセンサ用ケーブルが複数本連結されてなるアンプ分離型センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アンプ分離型センサのセンサヘッド部と信号処理部とを接続するためのセンサ用ケーブルに係り、特に、複数本を連結一体化可能に構成することでその全長を容易に変更でき、かつ、全長が長くなっても正確な信号の高速伝送を可能としたセンサ用ケーブルに関する。
【背景技術】
【０００２】
所謂"センサ"と称されるものとしては、変位センサ、視覚センサ、近接センサ、マイクロ波センサ、測長センサ等々、その動作原理を異にする多種多様なセンサが知られている。更には、動作原理が同一のセンサであっても、そのバリエーション（仕様）にも多種多様なものがある。
【０００３】
ところで、昨今の技術発展に伴い、これらセンサの利用目的、使用態様は多様化し、それに伴い、ユーザが個々のセンサに求める機能・性能等も多様化している現状がある。そのような市場のニーズに鑑みて、多くのセンサメーカにおいて所謂多品種少量生産制が導入されている。この多品種少量生産制は、ユーザ個々のニーズに適切に対応できるというメリットが得られる一方、部品点数が増加するため従前の少品種大量生産制に比してコスト高となる上、部品管理が煩雑となるというデメリットがある。
【０００４】
そこで、昨今では、センサを、検出端（光電センサにあっては投受光素子、近接センサにあっては検知コイル等々）を含むセンサヘッド部と、センサヘッド部への電源供給並びにセンサヘッド部から得られる信号を処理する信号処理部とを、センサ用ケーブルで接続してなるアンプ分離型とし、センサヘッド部に関しては複数の機種に対応したものをそれぞれ用意する一方、信号処理部に関しては共通化を図ったセンサが提案されている（例えば特許文献１参照）。更に、本出願人は、前記アンプ分離型センサに倣い、先頃、複数の機種のセンサを想定して用意された複数機種のセンサヘッド部と、それぞれ所定のセンサヘッド部を想定した制御仕様に構成された複数機種の信号処理部とを、全機種に共通な仕様のコネクタ付ケーブルを介して適宜組み合わせる（接続する）ことにより、動作原理又は仕様の異なるセンサを適宜に製造可能とした技術を発案するに到った。このセンサによれば、信号処理部については従来通り一品種大量生産とすることができるから、全体としては多品種少量生産制ではあるものの、それに掛かるコストを抑えることが可能となる。
【特許文献１】特開２００３−７５１１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本出願人は、このアンプ分離型センサの開発以降も、市場のニーズを観察しつつ、更なる改良を試みてきた。中でも特に重視されたのがセンサヘッド部と信号処理部との信号伝送の高速化である。というのも、センサが高機能化するにつれ、センサヘッド部から信号処理部へと送られるセンシング信号、および信号処理部からセンサヘッド部へと送られる制御信号の大容量化が要求される。このため、良好な応答速度を維持するためには、信号伝送の高速化は必須となってくるのである。
【０００６】
特に、計測用センサの主流となっている２次元撮像素子を用いた変位センサにあっては、高速化は殊更必須のものとなる。２次元撮像素子としては、ＣＣＤ型、ＣＭＯＳ型が知られているが、いずれの場合も、そこから出力されるデータ量は、単にオン／オフ出力を生成するだけの汎用光電センサとは比較にならないほど多い。
【０００７】
ケーブルを介した信号伝送の高速化とは、すなわち、周波数をより高くすることを意味するが、周知の通り、周波数が高くなればなるほどノイズの影響を受けやすく、伝送線路の容量や抵抗による波形の鈍りの影響も無視できないようになって伝送速度、あるいは伝送距離が制限される。そのため、ケーブル長はできるだけ短くするのが望ましいのであるが、実際の現場では、信号処理部とセンサヘッド部とを相当距離（例えば５０ｍ程）離して設置しなければならないケースも多い。従前は、そのような場合、ケーブルの途中に外部電源で駆動する中継器を設けることで対応していた。しかしながら、特に可動部にセンサヘッド部を取り付ける場合などスペース上の制約から中継器を配置できない場合もあり、また中継器の電源コードの引き回しが煩雑である等の問題が指摘されており、この点について更なる改良が求められていた。
【０００８】
この発明は、上述の問題点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、アンプ分離型センサのセンサヘッド部と信号処理部とを結ぶセンサ用ケーブルであって、大容量のセンシング信号や制御信号を伝送する際にその全長を適宜の本数を連結一体化することにより容易に延長可能であり、かつ、途中に別途中継器を配置する必要のないセンサ用ケーブルを提供することにある。
【０００９】
この発明の他の目的とするところは、センサヘッド部と信号処理部とを結ぶセンサ用ケーブルの全長を容易に延長可能であり、かつ、センサ用ケーブルの全長を長くしても、安定した高速信号伝送を可能としたアンプ分離型センサを提供することにある。
【００１０】
この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下に記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のセンサ用ケーブルは、アンプ分離型センサのセンサヘッド部と信号処理部とを接続するためのセンサ用ケーブルである。このセンサ用ケーブルには、導体端子を保持する第１のコネクタハーフと、導体端子を保持する第２のコネクタハーフと、第１のコネクタハーフの導体端子と、第２のコネクタハーフの導体端子とを電気的に接続する電気コードと、電気コードを流れる信号の波形整形を行う波形整形回路と、が具備されている。そして、第１のコネクタハーフと第２のコネクタハーフとは、互いに着脱自在な構造を有しており、それにより、複数本を連結一体化して信号伝送することを可能としている。
【００１２】
電気コードには、少なくとも、センサヘッドから出力されるセンシング信号を信号処理部へと伝送するための通信線が含まれる。もっとも、センサヘッド部の駆動制御を信号処理部により行う場合には、更に、信号処理部から出力される制御信号をセンサヘッド部へと伝送するための第２の通信線が含まれるようにする。
【００１３】
このような本発明のセンサ用ケーブルによれば、適宜の本数を連結一体化することによりコード長を任意の長さに設定することができる。そして、このセンサ用ケーブルには、電気コードを流れる信号の波形整形を行う波形整形回路が備えられているため、信号伝送ケーブル全長が長くなっても、信号減衰を最小限に抑えることができ、それにより安定した高速信号伝送を行うことが可能となる。尚、波形整形回路はセンシング信号、またはセンシング信号及び制御信号に対して備えられる場合を含む。
【００１４】
好ましい実施の形態では、通信線はツイストペアとされ、センシング信号、またはセンシング信号及び制御信号が高速差動伝送信号とされる。すなわち、通信線としては、同軸ケーブルを採用することもできるのであるが、安価なツイストペアを採用することで製造コストを抑えることができる。また、ツイストペアを用いることにより屈曲耐性が向上し、可動部にセンサヘッドが取り付けられてケーブルが繰返し屈曲する使用状況においても断線することなく使用することが可能となる。高速差動伝送信号には、低電圧差動伝送（ＬＶＤＳ）信号を含む。
【００１５】
好ましい実施の形態では、電気コードには、信号処理部から波形整形回路へと駆動用電源を供給するための給電線が更に含まれる。このような態様によれば、波形整形回路への給電線を別途設けなくてすむため、電源コードの引き回し等の煩雑さが解消される。
【００１６】
尚、『波形整形回路』は、波形整形バッファ、或いはシリアライザ及びデシリアライザを用いて構成することができる。この波形整形回路は、構成電気コードの途中に設けてもよいし、第１又は第２のコネクタハーフ（ケース内）に設けても良い。
【００１７】
本発明は、特に、２次元撮像素子を具備する変位センサ又は視覚センサに好適である。これら２次元撮像素子が採用されるセンサは、もっぱらセンシング信号が大容量となりがちであるから、信号高速伝送を前提とした本発明のセンサ用ケーブルを採用することによる効果は一層顕著となるであろう。
【００１８】
本発明において好ましくは、導体端子をそれぞれ保持する第１のコネクタハーフと第２のコネクタハーフの各本体ケースは、それらコネクタハーフ同士が固定状態で連結されるように仕組まれる。このような態様によれば、導体端子或いは導体端子が搭載される配線基板へのストレスがほとんどなくなるため、製品としての耐久性の向上が図られる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のセンサ用ケーブルによれば、複数本を連結一体化することができるから、その全長を容易に変更することができ、かつ、各ケーブルには波形整形回路が設けられているため、ケーブル全長が長くなっても、信号減衰やノイズ混入に起因する検出エラー等を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、この発明の好適な実施の一形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に示す実施形態はあくまでも本発明の一例に過ぎず、本発明の要旨は特許請求の範囲の記載によってのみ特定されるものである。
【００２１】
本発明が適用されたアンプ分離型センサの構成が図１に示されている。同図に示されるように、このアンプ分離型センサは、センサヘッド部１と、信号処理部２とを１又は２以上のセンサ用ケーブルで接続してなるものである。
【００２２】
センサヘッド部としては、変位センサ、視覚センサ、近接センサ、マイクロ波センサ、測長センサ等々、種々のものを適用することができる。
【００２３】
信号処理部２は、この例では、センサヘッド部１からのセンシング信号の取り込み並びにセンサヘッド１への制御信号送信を担うセンサインターフェース２１と、プログラム可能な論理回路であるＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）２２と、マイクロプロセッサを主体として構成されるＣＰＵ２３と、入出力インターフェース２４とが、伝送経路を介して直列に接続されて構成されている。
【００２４】
本発明のセンサ用ケーブルが採用されたアンプ分離型センサの一例が図２に示されている。この例では、検出対象物体Ｗに向けてラインビームＬＢを照射する変位センサヘッド１と、信号処理部２とが、２本のセンサ用ケーブル（３ａ，３ｂ）により接続されている。各センサ用ケーブルは、波形整形回路が形成された配線基板が内蔵された雌型コネクタ３１と雄型コネクタ３２と、それらコネクタを結ぶ電気コード３３を具備してなる。尚、同図において、符号１２で示されるのは、センサヘッド１から引き出された電気コードであり、その構造は、センサ用ケーブルの電気コードと同様である。また、同図において、符号１１で示されるのは、電気コード１２に接続されたコネクタであり、その構造はセンサ用ケーブルの雄型コネクタ３２と同様である。
【００２５】
図３は本発明に係るセンサ用ケーブルの構造を示す内部透視図である。同図に示されるように、雌型コネクタ３１の外殻ケース内には、配線基板３４が搭載されている。同図には明示されていないが、雌型コネクタ３１の一端側（同図左端）には、同一仕様の他のセンサ用ケーブルの雄型コネクタ３２が挿入される開口及び雄型コネクタ収容スペースが設けられており、開口からやや奥まった箇所に導体端子３５が配置されている。一方、雄型コネクタ３２にあっては、外殻ケースの端面（同図右端）に導体端子３６が僅かに突出する態様で配置されている。
【００２６】
本発明に係るセンサ用ケーブルの詳細構造が図４に示されている。尚、図３と同一のものには同一符号を付してその説明を省略する。
【００２７】
図４に示されるように、雌型コネクタ３１は、配線基板３４と、上部外殻ケース３１ａと下部外殻ケース３２との組立体とされている。導体端子３５は、この例では配線基板３４に固定接続されている。同図に符号３３０で示されるのは、電気コード３３に含まれるセンシング信号通信線（第１の通信線）と、制御信号通信線（第２の通信線）である。各通信線は、この例では、ツイストペアで構成されている。
【００２８】
本発明のセンサ用ケーブルの連結状態が図５に示されている。同図（ａ）は、連結前の状態を、同図（ｂ）は連結後の状態をそれぞれ示している。
【００２９】
同図（ａ）に示されるように、雄型コネクタ３２は、雌型コネクタ３１の開口３１０に挿入（圧入）される。両コネクタが適切に連結されると、同図（ｂ）に示されるように、導体端子３５と導体端子３６とは密着状態で電気的に接続される。この状態において、両コネクタの接続安定性は、両コネクタの外殻ケース同士の接続強度に依存している。
【００３０】
従前の一般的なコネクタ構造が図６に示されている。同図に明らかなように、従前のこの種のコネクタの多くは、一方のコネクタの導体端子ｂは、外殻ケースｃより突出された状態で保持されている。このようなコネクタの接続態様では、導体端子間の結合強度によってコネクタが固定されているので、接続された状態であってもケーブルが引っ張られたり動かされたりするとコネクタが動かされ、これによって導体端子も動かされて回路基板との接続部に応力が生じる。この応力により基板回路の破損や断線など故障が生じ易かった。
【００３１】
これに対し、本発明のセンサ用ケーブルにあっては、コネクタ接続時にも、導体端子（回路基板）にかかる応力が少ないため、耐久性の向上が図られている。
【００３２】
本発明に係るセンサ用ケーブルの雌型コネクタ３１の内部回路構成が図７に示されている。この例では、センサヘッド部側からは、電気コード３３の通信線Ｓ１（ツイストペア）により、センシング信号（映像信号、同期信号）が伝送されてくる。このセンシング信号は、回路基板上に搭載された波形整形バッファ７１と７２により波形整形され、信号処理部側の電気コード３３の通信線Ｓ２へと伝送される。また、信号処理部側からは、電気コード３３の通信線Ｓ３により、制御信号（設定信号、投光制御信号、制御信号）が伝送されてくる。この制御信号は、回路基板上に搭載された波形整形バッファ７３と７４により波形整形され、センサヘッド部側の電気コード３３の通信線Ｓ４へと伝送される。尚、この例では、コネクタ３１には、信号処理部から波形整形バッファ７１、７２、７３、７４へと駆動用電源を供給するための給電線が引き込まれており、ＤＣ−ＤＣコンバータ７５により各バッファに３，３Ｖの電源が供給されるように構成されている。
【００３３】
尚、本発明に係るセンサ用ケーブルの雌型コネクタ３１の内部回路構成は図８のような構成とすることもできる。この例では、センサヘッド部側からは、電気コード３３の通信線Ｓ１（ツイストペア）により、センシング信号（映像信号、同期信号）が伝送されてくる。このセンシング信号は、回路基板上に搭載されたデシリアライザ８１によりシリアル信号が１０ビットのパラレル信号に変換された後、シリアライザ８２により再びシリアル信号に変換され、信号処理部側の電気コード３３の通信線Ｓ２へと伝送される。また、信号処理部側からは、電気コード３３の通信線Ｓ３により、制御信号（設定信号、投光制御信号、制御信号）が伝送されてくる。この制御信号は、回路基板上に搭載されたデシリアライザ８３によりシリアル信号が１０ビットのパラレル信号に変換された後、シリアライザ８４により再びシリアル信号に変換され、センサヘッド部側の電気コード３３の通信線Ｓ４へと伝送される。尚、この例でも、コネクタ３１には、信号処理部からシリアライザ８２，８４とデシリアライザ８１，８３へと駆動用電源を供給するための給電線が引き込まれており、ＤＣ−ＤＣコンバータ８６により３，３Ｖの電源が供給されるように構成されている。尚、この例では、シリアライザとデシリアライザが波形整形回路としての役割を担っていることから、それらにクロックを供給するためのオシレータ（ＯＳＣ）８５が搭載されている。
【００３４】
本発明の変形例が図９に示されている。この例に示されるセンサ用ケーブルは、一端側に雌側コネクタ３１が、他端側に雄型コネクタ３２が設けられている。雌側コネクタ３１からは電気コード３３ａが引き出され、雄側コネクタ３１からは電気コード３３ｂが引き出されている。そして、それら電気コード３３ａと３３ｂとの間には、両電気コードを接続する中継器４０が設けられている。そして、この例では、回路基板３４は中継器４０に内蔵されている。
【００３５】
本発明の変形例に係るセンサ用ケーブルの雌型コネクタ３１の内部回路構成が図１０に示されている。この例では、センサヘッド部側からは、電気コード３３ａの通信線Ｓ１（ツイストペア）により、センシング信号（映像信号、同期信号）が伝送されてくる。このセンシング信号は、回路基板上に搭載された波形整形バッファ１０１と１０２により波形整形され、信号処理部側の電気コード３３ｂの通信線Ｓ２へと伝送される。また、信号処理部側からは、電気コード３３ｂの通信線Ｓ３により、制御信号（設定信号、投光制御信号、制御信号）が伝送されてくる。この制御信号は、回路基板上に搭載された波形整形バッファ１０３と１０４により波形整形され、センサヘッド部側の電気コード３３ａの通信線Ｓ４へと伝送される。尚、この例でも、コネクタ３１には、信号処理部から波形整形バッファ１０１、１０２、１０３、１０４へと駆動用電源を供給するための給電線が引き込まれており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０５により各バッファに３，３Ｖの電源が供給されるように構成されている。
【００３６】
尚、本発明の変形例に係るセンサ用ケーブルの雌型コネクタ３１の内部回路構成は図１１のような構成とすることもできる。この例では、センサヘッド部側からは、電気コード３３ａの通信線Ｓ１（ツイストペア）により、センシング信号（映像信号、同期信号）が伝送されてくる。このセンシング信号は、回路基板上に搭載されたデシリアライザ１１１によりシリアル信号が１０ビットのパラレル信号に変換された後、シリアライザ１１２により再びシリアル信号に変換され、信号処理部側の電気コード３３ｂの通信線Ｓ２へと伝送される。また、信号処理部側からは、電気コード３３ｂの通信線Ｓ３により、制御信号（設定信号、投光制御信号、制御信号）が伝送されてくる。この制御信号は、回路基板上に搭載されたデシリアライザ１１３によりシリアル信号が１０ビットのパラレル信号に変換された後、シリアライザ１１４により再びシリアル信号に変換され、センサヘッド部側の電気コード３３ａの通信線Ｓ４へと伝送される。尚、この例でも、コネクタ３１には、信号処理部からシリアライザ１１２，１１４とデシリアライザ１１１，１１３へと駆動用電源を供給するための給電線が引き込まれており、ＤＣ−ＤＣコンバータ１１６により３，３Ｖの電源が供給されるように構成されている。尚、この例でも、シリアライザとデシリアライザが波形整形回路としての役割を担っていることから、それらにクロックを供給するためのオシレータ（ＯＳＣ）１１５が搭載されている。
【００３７】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、その全長を容易に延長可能であり、かつ、信号の高速伝送を実行するにあたり、その全長が長くなっても、信号減衰、ノイズ混入を極力抑制可能としたセンサ用ケーブルが提供される。
【００３８】
また、上記実施の形態ではセンシング信号及び制御信号の両方に波形整形回路を設けた例を示したが、制御信号に高速信号伝送を必要としない場合には、高速差動伝送を行うセンシング信号のみに波形整形回路を設けるようにしても良い。
【００３９】
尚、上記実施の形態では、センサ用ケーブルを２本連結した例を示したが、３本以上連結することも当然ながらに可能である。
【００４０】
また、上記実施の形態では、変位センサを例にとって示したが、本発明のセンサ用ケーブルは、アンプ分離型の各種センサに広く適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明が適用されたアンプ分離型センサの構成図である。
【図２】本発明のセンサ用ケーブルが採用されたアンプ分離型センサの一例を示す図である。
【図３】センサ用ケーブルの構造を示す内部透視図である。
【図４】センサ用ケーブルの構造を示す分解斜視図である。
【図５】本発明のセンサ用ケーブルの耐久性を説明するための図である。
【図６】一般的なコネクタ構造を示す図である。
【図７】コネクタの内部回路構成を示す図（その１）である。
【図８】コネクタの内部回路構成を示す図（その２）である。
【図９】本発明の変形例を示す図である。
【図１０】変形例のコネクタの内部回路構成を示す図（その１）である。
【図１１】変形例のコネクタの内部回路構成を示す図（その２）である。
【符号の説明】
【００４２】
１    センサヘッド部
２    信号処理部
３    センサ用ケーブル
１１    コネクタハーフ
１２    電気コード
２１    センサＩ／Ｆ
２２    ＦＰＧＡ
２３    ＣＰＵ
２４    入出力Ｉ／Ｆ
３１    雌型コネクタ
３２    雄型コネクタ
３３    電気コード
３４    回路基板
３５    導体端子
３６    導体端子
４０    中継器
７１，７２，７３，７４  波形整形バッファ
７５    ＤＣ−ＤＣコンバータ
８１，８３  デシリアライザ
８４，８５  シリアライザ
３３０    ツイストペア
【図１】
2005285043.tif 000003
【図２】
2005285043.tif 000004
【図３】
2005285043.tif 000005
【図４】
2005285043.tif 000006
【図５】
2005285043.tif 000007
【図６】
2005285043.tif 000008
【図７】
2005285043.tif 000009
【図８】
2005285043.tif 000010
【図９】
2005285043.tif 000011
【図１０】
2005285043.tif 000012
【図１１】
2005285043.tif 000013