(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の投光素子と、
所定の投光タイミングを規定する信号を出力する投光制御手段と、
前記投光制御手段からの投光タイミング信号に基づいて前記複数の投光素子を順次駆動制御する各投光素子駆動回路と、
前記複数の投光素子と対をなして対応するそれぞれの投光素子からの光を受ける複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の受光信号を前記投光タイミング信号に同期させて受光可能にする受光制御手段と、を有する多光軸光電スイッチにおいて、
前記各投光素子駆動回路の入力側又は出力側電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき前記複数の投光素子の動作異常を検出する異常検出手段と、を有し、
前記電圧検出手段は、前記各投光素子駆動回路の入力側又は出力側電圧をスター結線された各抵抗の一端に印加し、かつ前記各抵抗の他端の共通接続点とアースとの間に検出抵抗を接続してなるものであり、
前記異常検出手段は、前記検出抵抗の前記共通接続点側の電位により、多重投光なる異常動作および回路短絡なる異常動作を検出することを特徴とする多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【請求項２】
前記異常検出手段は、比較手段を備え、前記投光制御手段の誤動作に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも低く、かつ、正常時の前記電圧よりも高い電圧である第１の比較電圧と、前記投光制御手段の出力端子間短絡に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも高く、かつ、正常時の前記電圧よりも低い電圧である第２の比較電圧とを、それぞれ前記電圧検出手段により検出される電圧と比較し、
前記電圧が前記第１の比較電圧よりも高い場合は多重投光なる異常動作を検出し、
前記電圧が前記第２の比較電圧よりも低い場合は回路短絡なる異常動作を検出することを特徴とする請求項１記載の多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【請求項３】
前記比較手段は、２つのコンパレータを有し、前記２つのコンパレータの各端に前記検出抵抗の前記共通接続点側の電圧を与え、かつ前記２つのコンパレータの他端それぞれに前記第１の比較電圧、前記第２の比較電圧を与えてなるものであることを特徴とする請求項２記載の多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【請求項４】
前記スター結線された各抵抗の前記共通接続点側の一端と前記共通接続点との間に、整流素子をそれぞれ前記抵抗から前記共通接続点への方向を順方向となるように設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【請求項５】
前記電圧検出手段の入力側電圧は前記投光タイミング信号の電圧であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【請求項６】
前記各投光素子駆動回路は各投光素子に供給される電流を前記投光タイミング信号に基づきオン／オフさせる複数のスイッチング手段を有し、前記電圧検出手段の出力側電圧は該各スイッチング手段の出力電圧であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【請求項７】
複数の投光素子と、
所定の投光タイミングを規定する信号を出力する投光制御手段と、
前記投光制御手段からの投光タイミング信号に基づいて前記複数の投光素子を順次駆動制御する各投光素子駆動回路と、
前記複数の投光素子と対をなして対応するそれぞれの投光素子からの光を受ける複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の受光信号を前記投光タイミング信号に同期させて受光可能にする受光制御手段と、を有する多光軸光電スイッチにおいて、
前記各投光素子駆動回路の出力側電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき前記複数の投光素子の動作異常を検出する異常検出手段と、
を有し
前記各投光素子駆動回路は、各投光素子に供給される電流を前記投光タイミング信号に基づきオン／オフさせる複数のスイッチング手段を有し、
前記電圧検出手段は、前記スイッチング手段の出力電圧をスター結線された各抵抗の一端に印加し、かつ前記各抵抗の他端の共通接続点とアースとの間に検出抵抗を接続し、さらに前記スター結線された各抵抗の前記共通接続点側の一端と前記共通接続点との間に、複数の整流素子をそれぞれ前記抵抗から前記共通接続点への方向を順方向となるように設けてなるものであり、
前記異常検出手段は、コンパレータを２つ有し、前記２つのコンパレータの各端に前記検出抵抗の前記共通接続点側の電圧を与え、かつ
前記一方の前記コンパレータの他端に前記投光制御手段の誤動作に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも低く、かつ、正常時の前記電圧よりも高い電圧である第１の比較電圧を、
他方の前記コンパレータの他端に前記投光制御手段の出力端子間短絡に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも高く、かつ、正常時の前記電圧よりも低い電圧である第２の比較電圧とを、それぞれ前記電圧検出手段により検出される電圧と比較し、
前記電圧が前記第１の比較電圧よりも高い場合は多重投光なる異常動作を検出し、
前記電圧が前記第２の比較電圧よりも低い場合は回路短絡なる異常動作を検出することを特徴とする多重投光検出可能な多光軸光電スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、投光素子および受光素子の対を複数備え、検出エリア内の投光素子の点灯に同期して対となる受光素子からの受光信号を受光可能にして検出エリア内の遮光状態を検出する多光軸光電スイッチに係り、特に、多重投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態の検出をより確実に行い得る多光軸光電スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
多光軸光電スイッチとは、投光器の投光素子および受光器の受光素子の対からなる光軸を複数有してこれらの光軸の何れかの光軸が物体により遮断したときに動作するスイッチをいい、従来より、広い検出エリアで物体の有無を検出できる「エリアセンサ」として知られている。この多光軸光電スイッチは、特に工作機械、パンチ機、プレス機、制動機、成形機、自動制御機、巻線機、ロボット、鋳造機等のオペレータの安全を守るために用いられ、プレス機等の危険な領域にこの多光軸光電スイッチを配置して検出エリアとし、オペレータの手指など身体の一部がこの検出エリアに入ることにより光軸の遮光を検出して、即座に機械の動作を停止または警報を発して保護している。
また、多光軸光電スイッチは工場の自動生産ラインに用いて移動する物品の有無を検出し、物品を検出したとき次のステップに移る等の自動制御のセンサとしても用いられている。
【０００３】
この種の多光軸光電スイッチとして、例えば次のような「多光軸光電スイッチ」（以下、従来例という）がある。この従来例の概略的構成は図１２および図１３に示す通りである。ここで、図１２は従来の多光軸光電スイッチの全体構成図、図１３は投光器１０２の回路構成図である。図１２において本従来例の多光軸光電スイッチは、対をなす投光素子２１１〜２１８および受光素子３１１〜３１８を複数対（８対）設け、投光素子制御回路１２４からの信号に基づき投光回路１２３内の投光素子駆動回路１２９１〜１２９８を駆動して投光素子２１１〜２１８を１個ずつ順次検出エリア内に向けて発光させる。一方、受光素子群３１１〜３１８は複数の入力端子を備えた受光回路１０３に接続され、それらの受光素子群３１１〜３１８のうち発光している投光素子と対をなす１つの受光素子のみが投光素子の発光タイミングと同期して受光回路１０３により受光可能にされる。つまり、受光素子は、対となる投光素子の発光タイミングでのみ動作し、自分の光軸以外のタイミングで発光する投光素子からの光には反応しないようになっている。
【０００４】
この場合、投光素子２１１〜２１８を順次点灯させるために、投光回路１２３は、例えば図１３に示すようにそれぞれの投光素子２１１〜２１８にシフトレジスタ１２７１〜１２７８を接続し、これらのシフトレジスタ１２７１〜１２７８をシリアルに接続した構成としている。そして、投光素子制御回路１２４の端子Ｃからクロック信号を出力し、その出力タイミングでシフトレジスタ１２７１〜１２７８の出力状態を順次シフトさせるようにしている。また、このような構成は、上述の受光回路１０３においても用いられている。
【０００５】
受光素子３１１〜３１８による受光信号は、受光アンプにより増幅された後、シフトレジスタ構成の選択回路を介して比較回路に入力され、該比較回路によって所定の基準レベルと比較され、何れかの受光素子における受光量が低くなったと判断された時には、その検出エリアのうちその投光素子と受光素子によりなる光軸中に物体が侵入したことが判断される。
ここで、１つの受光素子が発光している時には、対をなす受光素子からの受光信号のみを受光可能にするのは、次の理由による。すなわち、投光素子から発せられる光がそれと対をなす受光素子のみに入射されるとは限らず、その近傍に設けられている受光素子にも比較的強度の大きい光として入射する場合がある。したがって、全ての受光素子からの受光信号が等しく１つの比較回路に入力される構成とすると、物体の侵入によってその光軸が遮光状態にあるにもかかわらず受光状態と判断してしまい、物体の侵入を正確に検出できなくなるからである。
【０００６】
また、投光器１０２側において、例えば投光素子２１１〜２１８を駆動する回路に故障等が発生した場合には、シフトレジスタ１２７１〜１２７８が正常に動作していても投光素子２１１〜２１８が所定のタイミングで１個ずつ点灯されず、同時に２個以上の投光素子が発光する不具合（以下、本明細書では「多重投光」という）が生じる。このような多重投光が発生すると、光軸を遮断している侵入物体がある場合でも、他の投光素子からの光が遮光されずに本来発光タイミングとなった投光素子に対応して設けられた受光素子に入光するおそれがある。すると、受光器１０３側では、投光素子からの入光信号があるとして遮光状態が判断されないこととなる。なお、多重投光が発生する要因として、投光素子の制御回路や駆動回路の故障等の他に、投光回路１２３に使用されるシフトレジスタ１２７１〜１２７８にノイズ等の影響により誤ったデータがセットされた場合も考えられる。
【０００７】
このような多重投光の発生による誤検出を防止するため、本従来例の多光軸光電スイッチでは次のような技法を採用している。すなわち、本従来例では、複数の投光素子２１１〜２１８に供給される負荷電流を検出する電流検出回路１２６と、この電流検出回路１２６による電流検出値が本体点灯タイミングとなった投光素子の点灯に要する負荷電流の範囲を上回っていたときは投光素子２１１〜２１８が動作異常であることを外部に報知する状態検知手段１２６ｂとを備えた構成としている。
つまり、本従来例では、所定タイミングで順次点灯される複数の投光素子２１１〜２１８の負荷電流が電流検出手段１２６により検出され、状態検知手段１２６ｂによりこのときの検出電流値が所定範囲内にあるか否かを判定する。これにより、１個の投光素子の点灯に要する負荷電流の範囲を超えて負荷電流が検出される場合、すなわちある点灯タイミングで複数個の投光素子が同時に点灯する多重投光状態を検知することとして遮光状態検出動作の信頼性を向上させるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の多光軸光電スイッチにあっては、投光素子に流れる電流の和を見て設定値以上の電流が流れた場合に多重投光が発生したと判断する方式なので、回路仕様として全ての投光素子に流れる電流をほぼ等しく設計する必要があり、有効開口角を調整するために光軸ごとに異なった電流値に設定することができないという問題点がある。つまり、多光軸光電スイッチにおいては、必要な有効開口角と光軸調整のし易さ等を両立させるために各光軸の投光素子に流れる電流を光軸ごとに設定する場合があるが、従来の多光軸光電スイッチにおいては、各光軸の投光素子に流れる電流がほぼ同一である必要から光軸ごとの電流設定を行えずに設計の自由度が低くなってしまうという問題である。
【０００９】
また、多重投光が発生する要因として、上述した投光素子の投光回路（制御回路および駆動回路）の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子に対して誤った信号が供給される場合の他に、投光素子の制御回路が正常動作している場合であっても装置内に金属製の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等によって投光素子の制御回路の出力端子同士がショート（短絡）すること等が挙げられる。このような場合に投光素子の制御回路に一般的なロジックＩＣを使用していると、制御回路の出力信号は正常時の”Ｈ”レベルの半分程度の電圧振幅しか得られず、１つの投光素子に流れる電流も半分程度となって、上記従来例のように投光素子に流れる電流の総和を監視する方式では、このような場合の多重投光を検出することは極めて困難になるという事情もあった。
【００１０】
本発明は、上記従来の問題点や事情に鑑みてなされたものであって、投光素子の投光回路（制御回路および駆動回路）の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子に対して誤った信号が供給される場合、或いは、装置内に金属製の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等によって投光素子の制御回路の出力端子同士がショート（短絡）した場合等において発生する多重投光等の投光素子の動作異常を検出して、多重投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態の検出をより確実に行い得る多光軸光電スイッチを提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の多光軸光電スイッチの発明は、複数の投光素子と、
所定の投光タイミングを規定する信号を出力する投光制御手段と、
前記投光制御手段からの投光タイミング信号に基づいて前記複数の投光素子を順次駆動制御する各投光素子駆動回路と、
前記複数の投光素子と対をなして対応するそれぞれの投光素子からの光を受ける複数の受光素子と、
前記複数の受光素子の受光信号を前記投光タイミング信号に同期させて受光可能にする受光制御手段と、を有する多光軸光電スイッチにおいて、
前記各投光素子駆動回路の入力側又は出力側電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき前記複数の投光素子の動作異常を検出する異常検出手段と、を有し、
前記電圧検出手段は、前記各投光素子駆動回路の入力側又は出力側電圧をスター結線された各抵抗の一端に印加し、かつ前記各抵抗の他端の共通接続点とアースとの間に検出抵抗を接続してなるものであり、
前記異常検出手段は、前記検出抵抗の前記共通接続点側の電位により、多重投光なる異常動作および回路短絡なる異常動作を検出することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の多光軸光電スイッチにおいて、前記異常検出手段が、比較手段を備え、前記投光制御手段の誤動作に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも低く、かつ、正常時の前記電圧よりも高い電圧である第１の比較電圧と、前記投光制御手段の出力端子間短絡に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも高く、かつ、正常時の前記電圧よりも低い電圧である第２の比較電圧とを、それぞれ前記電圧検出手段により検出される電圧と比較し、前記電圧が前記第１の比較電圧よりも高い場合は多重投光なる異常動作を検出し、
前記電圧が前記第２の比較電圧よりも低い場合は回路短絡なる異常動作を検出することを特徴としている。
さらに、請求項３記載の発明は、請求項２記載の多光軸光電スイッチにおいて、前記比較手段が、２つのコンパレータを有し、前記２つのコンパレータの各端に前記検出抵抗の前記共通接続点側の電圧を与え、かつ前記２つのコンパレータの他端それぞれに前記第１の比較電圧、前記第２の比較電圧を与えてなるものであることを特徴としている。
さらに、請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の多光軸光電スイッチにおいて、前記スター結線された各抵抗の前記共通接続点側の一端と前記共通接続点との間に、整流素子をそれぞれ前記抵抗から前記共通接続点への方向を順方向となるように設けたことを特徴としている。
さらに、請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の多光軸光電スイッチにおいて、前記電圧検出手段の入力側電圧が前記投光タイミング信号の電圧であることを特徴としている。
さらに、請求項６記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の多光軸光電スイッチにおいて、前記各投光素子駆動回路が各投光素子に供給される電流を前記投光タイミング信号に基づきオン／オフさせる複数のスイッチング手段を有し、前記電圧検出手段の出力側電圧は該各スイッチング手段の出力電圧であることを特徴としている。
そして、請求項７記載の多重投光検出可能な多光軸光電スイッチの発明は、複数の投光素子と、所定の投光タイミングを規定する信号を出力する投光制御手段と、前記投光制御手段からの投光タイミング信号に基づいて前記複数の投光素子を順次駆動制御する各投光素子駆動回路と、前記複数の投光素子と対をなして対応するそれぞれの投光素子からの光を受ける複数の受光素子と、前記複数の受光素子の受光信号を前記投光タイミング信号に同期させて受光可能にする受光制御手段と、を有する多光軸光電スイッチにおいて、前記各投光素子駆動回路の出力側電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき前記複数の投光素子の動作異常を検出する異常検出手段と、を有し、前記各投光素子駆動回路は、各投光素子に供給される電流を前記投光タイミング信号に基づきオン／オフさせる複数のスイッチング手段を有し、前記電圧検出手段は、前記スイッチング手段の出力電圧をスター結線された各抵抗の一端に印加し、かつ前記各抵抗の他端の共通接続点とアースとの間に検出抵抗を接続し、さらに前記スター結線された各抵抗の前記共通接続点側の一端と前記共通接続点との間に、複数の整流素子をそれぞれ前記抵抗から前記共通接続点への方向を順方向となるように設けてなるものであり、前記異常検出手段は、コンパレータを２つ有し、前記２つのコンパレータの各端に前記検出抵抗の前記共通接続点側の電圧を与え、かつ前記一方の前記コンパレータの他端に前記投光制御手段の誤動作に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも低く、かつ、正常時の前記電圧よりも高い電圧である第１の比較電圧を、他方の前記コンパレータの他端に前記投光制御手段の出力端子間短絡に起因する２重投光時に前記電圧検出手段により検出される電圧よりも高く、かつ、正常時の前記電圧よりも低い電圧である第２の比較電圧とを、それぞれ前記電圧検出手段により検出される電圧と比較し、前記電圧が前記第１の比較電圧よりも高い場合は多重投光なる異常動作を検出し、前記電圧が前記第２の比較電圧よりも低い場合は回路短絡なる異常動作を検出することを特徴としている。
【００１３】
以上の構成により、これにより、投光制御手段の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子に対して誤った信号が供給される場合、或いは、金属製の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等によって投光制御手段の信号線同士がショート（短絡）した場合等により発生する多重投光等の投光素子の動作異常を何れの場合であっても検出することができ、多重投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態の検出をより確実に行うことができる。
また、予め動作異常の原因別に検出され得る電圧を認識しておけば、電圧検出手段によって検出した電圧値によって動作異常の原因を特定することが可能となる。また、電圧検出手段をスター状の抵抗ネットワーク等で実現して、１つの検出電圧に基づき多重投光検出手段で動作異常を検知するようしたので回路規模を小さくすることができる。さらに、投光素子に供給される駆動電圧を監視する手法であるため、投光素子に流れる電流値の影響を受けることが無く、各光軸ごとに最適な電流値に設定できるなど設計の自由度を向上させることも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の多光軸光電スイッチの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態に係る多光軸光電スイッチの構成図である。また図２は本実施形態の多光軸光電スイッチの全体の斜視図、図３は本実施形態の多光軸光電スイッチ（８本の光軸の場合）の投光器２における主要部分のより詳細な回路構成図である。
【００１５】
図１および図２において、本実施形態の多光軸光電スイッチ１は投光器２および受光器３から構成され、投光器２の投光素子２１と受光器３の受光素子３１とを対向配置させて投光素子２１から発せられる光軸（光ビーム）５により検出エリアを形成している。
また、図１において、投光器２は、複数の投光素子２１（２１１〜２１Ｎ）、投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎ、投光素子切替回路２３、投光器制御回路２４、電圧検出回路２５、多重投光検出回路２６を備えて構成されている。また受光器３は、複数の受光素子３１（３１１〜３１Ｎ）、受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎ、受光素子切替回路３３、受光器制御回路３４、出力回路３５および受光信号処理回路３６および表示器６を備えて構成されている。
【００１６】
まず投光器２側では、複数の投光素子２１（２１１〜２１Ｎ）は発光ダイオード等で実現され、受光器３との対向面に所定のピッチでＮ個配設されている。Ｎ個の投光素子２１１〜２１Ｎはそれぞれ投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎにより駆動制御される。Ｎ個の投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎは、例えば図３に示すように、一端を電源電位Ｖｃｃに接続した投光素子２１１〜２１Ｎの他端と接地電位ＧＮＤ間に直列接続されたＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８および抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８のエミッタフォロワ回路によって構成され、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８のスイッチング制御により駆動制御が行われる。
また、投光素子切替回路２３および投光器制御回路２４は投光制御手段に該当し、投光器制御回路２４は所定の投光タイミングを規定するクロックを投光素子切替回路２３に対して出力し、投光素子切替回路２３はＮ個の投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎを時分割スキャンする。投光素子切替回路２３は従来例と同様にシリアル接続されたシフトレジスタ等で構成され、投光器制御回路２４からのクロックタイミングでシフトレジスタの出力状態を順次シフトさせ、投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎを時分割スキャンして、投光素子２１１〜２１Ｎを順次点灯させる。
【００１７】
電圧検出回路２５は電圧検出手段に該当し、Ｎ個の投光素子２１１〜２１Ｎに供給される駆動電圧を検出する。図３の回路構成例では、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８のエミッタ電位を、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８およびダイオードＤ１〜Ｄ８を組み合わせたスター状の抵抗ネットワークで検出している。また、多重投光検出回路２６は異常検出手段に該当し、電圧検出回路２５で検出した駆動電圧に基づきＮ個の投光素子２１１〜２１Ｎの動作異常を検出する。図３の構成例では、２つのコンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２およびレファレンス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃを生成する抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによって構成し、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎがリファレンス電位ＶａｂからＶｂｃまでの範囲内にあれば正常動作、該範囲外であれば異常動作と判断している。
【００１８】
また受光器３側では、複数の受光素子３１（３１１〜３１Ｎ）はフォトトランジスタ等で実現され、投光器２側のＮ個の投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎと同一ピッチでＮ個配設されている。Ｎ個の受光素子３１１〜３１Ｎはそれぞれ受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎにより増幅される。
また、受光素子切替回路３３および受光器制御回路３４は受光制御手段に該当し、受光器制御回路３４は投光タイミングと同期したクロックを受光素子切替回路３３に対して出力し、受光素子切替回路３３はＮ個の受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎを時分割スキャンする。つまり、Ｎ個の受光素子３１１〜３１Ｎは対となるＮ個の投光素子２１１〜２１Ｎの投光タイミングのみ動作するように選択的に駆動され、自分の光軸以外のタイミングで発光する投光素子からの光には反応しないようになっている。すなわち、投光素子切替回路３３は従来例と同様にシリアル接続されたシフトレジスタ等で構成され、受光器制御回路３４からのクロックタイミングでシフトレジスタの出力状態を順次シフトさせ、受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎを時分割スキャンして、受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎの出力である受光信号を受光信号処理回路３６に出力させる。
さらに表示器６は、当該多光軸光電スイッチ１の状態を表示するもので、例えば赤と緑の表示をする表示灯を１個用いたものであれば、全ての光軸が一致したとき緑で点灯し、それ以外の場合は赤で点灯するとか、また、単色の表示灯であれば全ての光軸が一致したときは点灯し、それ以外の場合は消灯するようにし、さらに上記異常動作が確認されたときには表示灯を点滅させるといったものである。なお、本実施形態では、表示器６を受光器３側に設置しているが、投光器２側、或いは投光器２および受光器３の両方に設置するようにしてもよい。
【００１９】
受光信号処理回路３６は、例えば受光信号を増幅する増幅回路、増幅された受光信号を所定のしきい値と比較して入光／遮光状態を表す２値信号に変換する２値化回路、並びに、この２値信号で入射光状態を判別する検波回路等で構成されている。受光信号処理回路３６の出力は受光器制御回路３４に供給されて、受光器制御回路３４において、全ての光軸について一致して入光状態の場合には検出エリアへの物体の侵入が無かったとし、また１光軸でも遮光状態となった場合には検出エリアへの物体の侵入があったと判断する。この判断結果は、出力回路３５を介して当該多光軸光電スイッチ１が設置されているプレス機等に通知されて動作停止等の制御が行われる。
【００２０】
次に、以上説明したような構成を備えた本実施形態の多光軸光電スイッチ１における動作について各図を参照して説明する。基本的な動作については図４を用いて、また本実施形態の特徴である異常動作時における誤検出防止のための電圧検出回路２５および多重投光検出回路２６の動作については図５乃至図１０を用いて説明する。ここで、図４は多光軸光電スイッチ１の要部タイミングチャート、図５は正常動作時における投光器２の部分構成を示した動作説明図、図６は正常動作時における投光器２の要部タイミングチャート、図７は異常動作（多重投光発生）時における投光器２の部分構成を示した動作説明図、図８は異常動作（多重投光発生）時における投光器２の要部タイミングチャート、図９は異常動作（回路短絡発生）時における投光器２の部分構成を示した動作説明図、図１０は異常動作（回路短絡発生）時における投光器２の要部タイミングチャートである。
【００２１】
まず、本実施形態の多光軸光電スイッチ１における基本的な動作は、投光器２の投光素子２１１〜２１Ｎを投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎによって所定間隔でサイクリックにスキャン投光させ、該投光タイミングに同期して対となる受光器３の受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎもサイクリックにスキャン受光させて各光軸の入光／遮光を検出する。
すなわち、投光器２からの投光タイミングは図４（イ）に示される投光第１光軸から投光第Ｎ光軸までの信号波形の如くであり、投光器制御回路２４からのタイミング制御により、所定間隔で投光素子切替回路２３および投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎを介して、投光素子２１１〜２１Ｎが順にスキャン投光する。
また受光器３では、図４（ロ）に示される受光第１光軸から受光第Ｎ光軸までの受光タイミングとなるように、受光器制御回路３４からのタイミング制御により、投光器２の投光タイミングに同期して対となる受光素子３１１〜３１Ｎの受光信号増幅回路３１１〜３１Ｎを動作させてスキャン受光する。ここで、投光器制御回路２４の投光タイミングと受光器制御回路３４の受光タイミング間の同期は、信号線８を介して受光器３側から投光器２側に同期認識パルスパターンを送信して行っている。なお、この同期は、このような電気信号を用いる手法の他に、光学的なバースト信号を送信して行う手法も考えられる。この場合、受光器３側の表示器による状態表示であれば、投光器２および受光器３間の信号線８が不要となる。
【００２２】
さらに受光器３の受光信号の検出は、図４（ハ）に示すように、第１光軸から第Ｎ光軸までの受光信号（受光信号増幅回路３２１〜３２Ｎの出力）を、受光信号処理回路３６の増幅回路で増幅し、２値化回路ではこの増幅された受光信号（アナログ出力）を所定のしきい値と比較して入光／遮光状態を表す２値信号に変換する（同図（ａ）および（ｂ）参照）。すなわち、しきい値を越えていれば入光状態と判定してパルスを出力し（値１）、しきい値以下であれば遮光状態と判定してパルスを出力しない（値０）。さらに検波回路で検波された信号により、受光器制御回路３４では、全ての光軸について一致して入光状態の場合には検出エリアへの物体の侵入が無かったとし、また１光軸でも遮光状態となった場合には検出エリアへの物体の侵入があったと判断する。
【００２３】
次に、本実施形態の多光軸光電スイッチ１の異常動作時における誤検出防止のための投光器２の主要部の動作について詳細に説明する。
なお、以下の説明では、光軸を第１から第８までの８光軸とし、多重投光検出回路２６において、抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによって生成されるレファレンス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃをそれぞれ２．２Ｖ，１．５Ｖとし、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎがリファレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂｃ＝１．５Ｖまでの範囲内にあれば正常動作と判断し、該範囲外であれば異常動作と判断するものとする。
【００２４】
まず、多重投光や回路の短絡が発生していない正常動作時の投光器２の主要部（電圧検出回路２５および多重投光検出回路２６）の動作について図５および図６を参照して説明する。なお図５では、第１光軸から第３光軸までの投光素子２１１〜２１３および投光素子駆動回路２２１〜２２３とそれらに接続される電圧検出回路２５（抵抗ネットワーク）の一部分を示している。また同図中に付記されている電圧波形は、第２光軸の投光タイミングにおけるもの（図６中のタイミングＴ１に相当）を示している。
投光器２においては、図６（ａ）〜（ｈ）に示すように、投光素子切替回路２３の出力である駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ８の電圧波形は、投光素子２１１〜２１Ｎをスキャン投光するべく順次サイクリックに展開される。第２光軸の投光タイミングＴ１においては、投光素子切替回路２３からの駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ３（図５）は、駆動電圧ＶＣ２のみ５Ｖで他の駆動電圧は０Ｖである。したがって、投光素子駆動回路２２２のトランジスタＱ２のみがオン状態となって投光素子２１２に規定の電流が流れ、該投光素子２１２のみが発光することとなる。
この時、投光素子駆動回路２２２と電圧検出回路２５（抵抗ネットワーク）との接続点の電位、すなわちＮＰＮトランジスタＱ２のエミッタ電位は約４．４Ｖであり、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎは抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８の分圧により約１．９Ｖとなる（図６（ｉ）参照）。この抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎ＝１．９Ｖは、コンパレータＣＭＰ１においてリファレンス電位Ｖｂｃ＝１．５Ｖ以上であるのでコンパレータＣＭＰ１の出力は０Ｖ（値０）となり（図６（ｊ）参照）、コンパレータＣＭＰ２においてリファレンス電位Ｖａｂ＝２．２Ｖ以下であるのでコンパレータＣＭＰ２の出力は５Ｖ（値１）となる（図６（ｋ）参照）。すなわち、抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎは、リファレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂｃ＝１．５Ｖまでの範囲内にあるので正常動作と判断されることとなる。
【００２５】
次に、投光素子切替回路２３等の制御回路の故障により多重投光が発生している異常動作時の投光器２の主要部（電圧検出回路２５および多重投光検出回路２６）の動作について図７および図８を参照して説明する。なお図７では、図５と同様に、第１光軸から第３光軸までの投光素子２１１〜２１３および投光素子駆動回路２２１〜２２３とそれらに接続される電圧検出回路２５（抵抗ネットワーク）の一部分を示している。また同図中に付記されている電圧波形は、第２光軸の投光タイミングにおけるもの（図８中のタイミングＴ１に相当）を示している。
投光器２においては、図８（ａ）〜（ｈ）に示すように、投光素子切替回路２３の出力である駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ８の電圧波形は、投光素子２１１〜２１Ｎをスキャン投光するべく順次サイクリックに展開される。第２光軸の投光タイミングＴ１において第２光軸および第３光軸の多重投光が発生している場合には、投光素子切替回路２３からの駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ３（図７）は、駆動電圧ＶＣ２およびＶＣ３が５Ｖで他の駆動電圧は０Ｖである。したがって、投光素子駆動回路２２２および２２３のトランジスタＱ２およびＱ３がオン状態となって、投光素子２１２および２１３が発光することとなる。
この時、ＮＰＮトランジスタＱ２およびＱ３のエミッタ電位は約４．４Ｖであり、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎは抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８の分圧により約２．５Ｖとなる（図８（ｉ）参照）。この抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎ＝２．５Ｖは、コンパレータＣＭＰ１においてリファレンス電位Ｖｂｃ＝１．５Ｖ以上であるのでコンパレータＣＭＰ１の出力は０Ｖ（値０）となり（図８（ｊ）参照）、コンパレータＣＭＰ２においてリファレンス電位Ｖａｂ＝２．２Ｖ以上であるのでコンパレータＣＭＰ２の出力も０Ｖ（値０）となる（図８（ｋ）参照）。すなわち、抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎは、リファレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂｃ＝１．５Ｖまでの範囲外にあるので異常動作状態にあると判断されることになる。
【００２６】
さらに、回路の短絡が発生している異常動作時の投光器２の主要部（電圧検出回路２５および多重投光検出回路２６）の動作について図９および図１０を参照して説明する。なお図９では、図５と同様に、第１光軸から第３光軸までの投光素子２１１〜２１３および投光素子駆動回路２２１〜２２３とそれらに接続される電圧検出回路２５（抵抗ネットワーク）の一部分を示している。また同図中に付記されている電圧波形は、第２光軸の投光タイミングにおけるもの（図８中のタイミングＴ１に相当）を示している。
投光器２においては、図１０（ａ）〜（ｈ）に示すように、投光素子切替回路２３の出力である駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ８の電圧波形は、投光素子２１１〜２１Ｎをスキャン投光するべく順次サイクリックに展開される。投光素子切替回路２３の出力である駆動電圧ＶＣ２およびＶＣ３間で信号線が短絡（ショート）している場合には、第２光軸の投光タイミングＴ１および第３光軸の投光タイミングにおいて、投光素子切替回路２３からの駆動電圧ＶＣ１〜ＶＣ３（図９）は、ショートしていない時のＶＣ２が５．０Ｖ、ＶＣ３が０Ｖであるので、ＶＣ２とＶＣ３の出力インピーダンスが同じであれば、駆動電圧ＶＣ２およびＶＣ３が２．５Ｖで他の駆動電圧は０Ｖである。したがって、投光素子駆動回路２２２および２２３のトランジスタＱ２およびＱ３がオン状態となって、投光素子２１２および２１３が発光することとなる。
この時、ＮＰＮトランジスタＱ２およびＱ３のエミッタ電位は約１．９Ｖであり、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎは抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８の分圧により約０．８６Ｖとなる（図１０（ｉ）参照）。この抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎ＝０．８６Ｖは、コンパレータＣＭＰ１においてリファレンス電位Ｖｂｃ＝１．５Ｖ以下であるのでコンパレータＣＭＰ１の出力は５Ｖ（値１）となり（図１０（ｊ）参照）、コンパレータＣＭＰ２においてリファレンス電位Ｖａｂ＝２．２Ｖ以下であるのでコンパレータＣＭＰ２の出力も５Ｖ（値１）となる（図１０（ｋ）参照）。すなわち、抵抗ネットワークの接続点電位Ｖｎは、リファレンス電位Ｖａｂ＝２．２ＶからＶｂｃ＝１．５Ｖまでの範囲外にあるので異常動作状態にあると判断されることになる。
【００２７】
なお、本実施形態においては、上述したように、多重投光発生時にはコンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力は共に０Ｖ（値０）となり、投光素子切替回路２３の出力端子間の短絡発生時にはコンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力は共に５Ｖ（値１）となるので、コンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力値の組み合わせによって異常動作状態の（多重投光か短絡かの）切り分けが可能である。
また、各光軸の投光素子２１１〜２１８に流れる電流は、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８の抵抗値により設定される。ここで、光軸ごとに電流値を設定する場合には、抵抗Ｒ１１〜Ｒ１８の抵抗値を変更すればよく、このような場合であっても、投光素子駆動回路２２１〜２２８に使用しているエミッタフォロワ回路の出力抵抗が十分に低いので、各光軸間のＮＰＮトランジスタのエミッタ端子の電圧差は十分少なく、回路動作上特に問題になることはない。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態の多光軸光電スイッチでは、電圧検出回路２５によってＮ個の投光素子２１１〜２１Ｎに供給される駆動電圧を検出し、多重投光検出回路２６によって電圧検出回路２５で検出した駆動電圧に基づきＮ個の投光素子２１１〜２１Ｎの動作異常を検出するので、投光素子の制御回路（投光器制御回路２４、投光素子切替回路２３等）の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子２１１〜２１Ｎに対して誤った信号が供給される場合、或いは、金属製の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等によって投光素子の制御回路の信号線同士がショート（短絡）した場合等により発生する多重投光等の投光素子の動作異常を何れの場合であっても検出することができ、多重投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態の検出をより確実に行うことができる。
特に、本実施形態では、多重投光検出回路２６におけるコンパレータＣＭＰ１およびＣＭＰ２の出力値の組み合わせによって、動作異常（多重投光か短絡か）の切り分けが可能である。また、電圧検出回路２５における抵抗ネットワークにより、全光軸の異常を１つの多重投光検出回路２６で検知することができるので、回路規模を小さくすることができる。さらに、投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎの駆動電圧波形を監視する手法であるため、投光素子２１１〜２１Ｎに流れる電流値の影響を受けることが無く、各光軸ごとに最適な電流値に設定できるなど設計の自由度を向上させることも可能である。
【００２９】
（実施形態の変形例）
次に、上記実施形態に係る多光軸光電スイッチ１の変形例として、電圧検出回路２５の他の回路構成を例示する。図１１は、本変形例の多光軸光電スイッチ（８本の光軸の場合）の投光器２における主要部分のより詳細な回路構成図であり、上記実施形態の図３に置き代わるものである。
すなわち図１１において、電圧検出回路２５は、投光素子２１１〜２１８に供給される駆動電圧を検出するもので、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８のベース電位（投光素子切替回路２３の出力）を、抵抗Ｒ２０〜Ｒ２８およびダイオードＤ１〜Ｄ８を組み合わせたスター状の抵抗ネットワークで検出している。また、多重投光検出回路２６は、２つのコンパレータＣＭＰ１，ＣＭＰ２およびレファレンス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃを生成する抵抗Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃによって構成し、抵抗ネットワークの接続点の電位Ｖｎがリファレンス電位ＶａｂからＶｂｃまでの範囲内にあれば正常動作、該範囲外であれば異常動作と判断している。
【００３０】
本変形例の電圧検出回路では、図３の回路構成と比較して、各光軸の投光素子駆動回路２２１〜２２Ｎの電圧波形を取り出す位置が異なり、ＮＰＮトランジスタＱ１〜Ｑ８のベース端子より抵抗ネットワークに接続した構成であるが、本変形例においても投光素子駆動回路２２１〜２２ＮにＮＰＮトランジスタによるエミッタフォロワ回路を使用しているため、抵抗ネットワークに入力される電圧波形は、上記実施形態（図３による構成）のものよりＮＰＮトランジスタのベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ分だけ高い電圧となる。したがって、多重投光検出回路２６のレファレンス電位Ｖａｂ，Ｖｂｃを、それぞれベース・エミッタ間電圧Ｖｂｅ分だけ高い値に設定すれば、上記実施形態における図５乃至図１０の説明がそのまま適用されることとなって、上記と同等の効果を奏することは明らかである。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の多光軸光電スイッチによれば、電圧検出手段によって複数の投光素子に供給される駆動電圧を検出し、異常検出手段によって電圧検出手段で検出した駆動電圧に基づき複数の投光素子の動作異常を検出することとしたので、投光制御手段の故障やノイズによる誤データの設定等、投光素子に対して誤った信号が供給される場合、或いは、金属製の異物が混入したり、基板実装時の半田のブリッジ等によって投光制御手段の信号線同士がショート（短絡）した場合等により発生する多重投光等の投光素子の動作異常を何れの場合であっても検出することができ、多重投光状態の発生等による誤検出を防止すると共に遮光状態の検出をより確実に行い得る多光軸光電スイッチを提供することができる。
また、本発明の多光軸光電スイッチによれば、電圧検出手段により、投光タイミング信号または該投光タイミング信号に基づきオン／オフして複数の投光素子の発光を制御する複数のスイッチング手段の電圧を検出することとし、例えば、予め動作異常の原因別に検出され得る電圧を認識しておけば、電圧検出手段によって検出した電圧値によって動作異常の原因を特定することが可能となる。また、電圧検出手段をスター状の抵抗ネットワーク等で実現して、１つの検出電圧に基づき多重投光検出手段で動作異常を検知するようにすれば、回路規模を小さくすることができる。さらに、投光素子に供給される駆動電圧を監視する手法であるため、投光素子に流れる電流値の影響を受けることが無く、各光軸ごとに最適な電流値に設定できるなど設計の自由度を向上させることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る多光軸光電スイッチの構成図である。
【図２】実施形態の多光軸光電スイッチの全体の斜視図である。
【図３】実施形態の多光軸光電スイッチ（８本の光軸の場合）の投光器における主要部分の詳細な回路構成図である。
【図４】実施形態の多光軸光電スイッチの要部タイミングチャートである。
【図５】正常動作時における投光器の部分構成を示した動作説明図である。
【図６】正常動作時における投光器の要部タイミングチャートである。
【図７】異常動作（多重投光発生）時における投光器の部分構成を示した動作説明図である。
【図８】異常動作（多重投光発生）時における投光器の要部のタイミングチャートである。
【図９】異常動作（回路短絡発生）時における投光器の部分構成を示した動作説明図である。
【図１０】異常動作（回路短絡発生）時における投光器の要部のタイミングチャートである。
【図１１】変形例の多光軸光電スイッチの投光器における主要部分のより詳細な回路構成図である。
【図１２】従来の多光軸光電スイッチの全体構成図である。
【図１３】従来の多光軸光電スイッチにおける投光器の回路構成図である。
【符号の説明】
１  多光軸光電スイッチ
２  投光器
３  受光器
５  光軸（光ビーム）
６  表示器
８  信号線
２１，２１１〜２１Ｎ  投光素子
２２１〜２２Ｎ  投光素子駆動回路
２３  投光素子切替回路（投光制御手段）
２４  投光器制御回路（投光制御手段）
２５  電圧検出回路（抵抗ネットワーク）
２６  多重投光検出回路（異常検出手段）
３１，３１１〜３１Ｎ  受光素子
３２１〜３２Ｎ  受光信号増幅回路
３３  受光素子切替回路（受光制御手段）
３４  受光器制御回路（受光制御手段）
３５  出力回路
３６  受光信号処理回路
Ｖｃｃ  電源電位
ＧＮＤ  接地電位
Ｑ１〜Ｑ８  ＮＰＮトランジスタ
Ｒ１１〜Ｒ２８，Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｃ  抵抗
Ｄ１〜Ｄ８  ダイオード
ＣＭＰ１，ＣＭＰ２  コンパレータ
ＶＣ１〜ＶＣ８  投光素子駆動電圧
Ｖｎ  抵抗ネットワークの接続点電位
Ｖａｂ，Ｖｂｃ  リファレンス電位
【図１】
0003986162.tif 000002
【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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