(57)【要約】【課題】動作光通信デバイスを動作表示デバイスと兼用または追加してリアルタイムに動作状態を空間または液間または光ファイバで光通信し、システムの信頼性と安全性を大幅に向上させる近接センサを提供する。【解決手段】本近接センサは、動作光通信および動作表示および受光通信に用いる１つまたは複数の発光デバイス部または受発光一体デバイス部および受光デバイス部を備える。可視光通信の場合は動作表示と動作光通信の２重変調、さらに受光デバイスを搭載した場合は近接センサとコントローラ間のフィードバック制御ができる双方向光通信をする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作光通信および動作表示に用いる、少なくとも発光機能を有する１つまたは複数の発光デバイス部と、
上記発光デバイス部をドライブする発光ドライブ部と、
検出物を非接触で検出する非接触センサ部と、
上記非接触センサ部のセンサ検出信号から検出物の位置、距離、速度、振動等の動作に対応して上記発光デバイス部を光通信制御と当該近接センサの動作表示制御とをするセンサ制御部と、
を備える、ことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
動作光通信および動作表示を兼用する発光デバイス部を１つまたは複数備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項３】
動作光通信専用の第１発光デバイス部とこの第１発光デバイス部をドライブする光通信ドライブ部とのセットと、
動作表示専用の第２発光デバイス部と、この第２発光デバイス部をドライブする発光ドライブ部とのセット、
を少なくとも１セットずつ備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の近接センサ。
【請求項４】
上記発光デバイス部が、可視光線発光をする電球形状の発光ダイオード、シート状の有機エレクトロルミネセンス、レーザダイオード、および赤外線発光ダイオードのうちの１種または２種以上の組み合わせであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項５】
上記発光デバイス部は、光通信データおよび動作表示データを含む二重変調光通信信号を出力する、ことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項６】
上記発光デバイス部が、発光部と受光センサとを組み合わせたことを特徴とする請求項１ないし３ないし５のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項７】
上記発光部と受光センサとを樹脂モールドで受発光一体型デバイス構成となし、発光部と受光センサとで双方向光通信を可能とした、請求項６に記載の近接センサ。
【請求項８】
当該近接センサの電源としてソーラセルを実装したことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項９】
上記非接触センサ部の位置、距離、速度、振動等の動作に対応して上記発光デバイス部の発光態様データおよび光通信態様データを事前に外部から書き換え可能に記憶する記憶部を備える、ことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれかに記載の近接センサと、この近接センサの光通信と動作表示とを兼用する発光デバイス部または動作光通信専用の発光デバイス部と無線または光ファイバを経由して光通信する光受信部と、を備えたことを特徴とする近接センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出物を非接触で検出する非接触センサ部と、非接触センサ部のセンサ信号から検出物の位置および距離および速度および振動等の動作に対応して所要の制御をするセンサ制御部とを備えた近接センサならびに該近接センサを用いた近接センサシステムに関するものである。
【０００２】
本発明の近接センサは近接スイッチと称するものも含む概念である。
【背景技術】
【０００３】
近接センサには検出物の導電度、電気容量、磁気などの電磁気特性や反射率、吸収率などの光学特性や環境温湿度など、検出項目の位置や距離や速度や振動など、に対応するために多種多用なセンサがある。また実機に取り付ける場合に位置、距離、角度、光軸などを適切に調整し、環境電磁界などの影響を最小にするために、自己診断し、結果を発光ダイオード（ＬＥＤ）の明滅や点滅パターン発光および有色発光で動作表示する技術が下記特許文献１等に開示されている。
【特許文献１】特開２００６−９２４８６号公報：平成１８年４月６日（２００６．４．６）公開
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記公報等に開示されている近接センサにおいては動作表示部を備えていたとしても近接センサを設置箇所に取り付けた後は、当該動作表示部は近接センサの不具合時や故障時以外等は用いられない。また、近接センサではその形状およびコスト面から安全かつ高速大容量で検出物の動作データ伝送を行うことは実現が困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明による近接センサは、動作光通信および動作表示に用いる少なくとも発光機能を有する１つまたは複数の発光デバイス部と、上記発光デバイス部をドライブする発光ドライブ部と、検出物を非接触で検出する非接触センサ部と、上記非接触センサ部のセンサ検出信号から検出物の位置、距離、速度、振動等の動作に対応して上記発光デバイス部を光通信制御と当該近接センサの動作表示制御とをするセンサ制御部と、を備えたことを特徴とするものである。
【０００６】
上記近接センサでは近接スイッチも含むものである。
【０００７】
上記近接センサは誘導形、磁気形、容量形、超音波形、光電形、等に限定されない。
【０００８】
本発明の近接センサでは、その発光デバイス部にて当該近接センサをコントロールするコントローラが備える光受信部との間で動作光通信することができるので、近接センサと光受信部とを含む近接センサシステムの動作時に常時または随時にリアルタイムで動作状態を光受信部との間で光通信することに用いることができる。特に、本発明では、発光デバイス部にて光受信部との間で動作光通信することができるので当該近接センサを設置した以後においても、その動作光通信により、検出物の状態を確認し制御することに用いることができると共に近接センサシステムに実装される高機能表示器に対して、近接センサに実装されている動作表示部に比べて、はるかに多い情報表示に用いることができるから、近接センサの設置箇所で作業者による当該近接センサの取り付け調整、保守、修理等をサポートすることに用いることができる。
【０００９】
本発明では、好ましくは、動作光通信および動作表示を兼用する発光デバイス部を１つまたは複数備える。
【００１０】
本発明では、好ましくは、動作光通信専用の第１発光デバイス部とこの第１発光デバイス部をドライブする光通信ドライブ部とのセットと、動作表示専用の第２発光デバイス部と、この第２発光デバイス部をドライブする発光ドライブ部とのセット、を少なくとも１セットずつ備える。
【００１１】
本発明では、好ましくは、発光デバイス部を例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）や有機エレクトロルミネセンス（有機ＥＬ）で構成し、人間が視認不可な高周波例えば数十ＫＨｚ以上で点滅発光させ、これをＰＷＭ（パルス幅変調）やＰＣＭ（パルスコード変調）して人間の目で認識できる長い周期例えば０．１秒以上で変調することによりPWMやPCMに無関係に視認できる動作表示をすることができる。この動作光通信データと動作表示データとで２重変調となる。
【００１２】
本発明では、好ましくは、上記発光デバイス部を、受発光部または発光部により構成することである。発光デバイス部を受発光部で構成した場合、動作光通信を双方向通信にし、近接センサシステムのリアルタイムでのフィードバック制御機能が可能になり、従来の近接センサシステムにくらべて高度な精密制御および安全制御ができる。発光デバイス部を発光部のみで構成した場合では近接センサから光受信部への片方向の動作光通信をすることができる。
【００１３】
本発明では、好ましくは、上記発光デバイス部を、可視光線発光をする電球形状の発光ダイオード、シート状の有機エレクトロルミネセンス、レーザダイオードまたは赤外線発光ダイオードのいずれかで構成することである。
【００１４】
本発明では、好ましくは、上記発光デバイス部は、光通信データと動作表示データで２重変調された光を発光することである。
【００１５】
本発明では、好ましくは、上記発光デバイス部は、発光部と受光部とを組み合わせたもので構成することである。
【００１６】
本発明では、好ましくは、上記発光部を受光センサと共に樹脂モールドで受発光一体型デバイス構成となし、発光部と受光センサとで双方向光通信を可能とすることである。このデバイス構成には１チップ構成も含む。
【００１７】
本発明では、好ましくは、当該近接センサにソーラセルを実装し発電し電源にすることである。
【００１８】
本発明では、好ましくは、検出および解析プログラムと、上記非接触センサ部の検出動作に対応して上記発光デバイス部の発光態様データおよび光通信態様データを事前に外部から、書き換え可能に記憶する記憶部を備えることである。
【００１９】
本発明による近接センサシステムは、上記近接センサと、この近接センサの発光デバイス部と無線または光ファイバを経由して光通信する光受信部と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
なお、上記非接触センサ部は、検出物の位置偏差、距離偏差、速度偏差、振動範囲等を非接触で検出するセンサヘッド部、ヘッドのコイルを要素の一つとする発振回路部、温度や部品偏差の補正をおこなうセンサ制御部、構成することができる。なお上記非接触センサ部は誘導型であるが、磁気型、容量型、超音波型、光電型、等に限定されない。
【００２１】
また、本発明の近接センサでは、発光デバイス部、非接触センサ部等を、センサ制御部等にポーティングされているソフトウエア（ファームウエア）で制御すると共に、外部パソコン、ＰＬＣ等とシリアル通信で接続するＵＳＢまたはＲＳ４８５を備えることができる。
【００２２】
なお、発光デバイス部を平面発光および円筒状発光で３６０度死角なし動作表示および動作光通信する有機ＥＬで構成することができる。
【００２３】
なお、空間および液間または光ファイバを経由してフォトダイオード等の受光デバイスを内蔵したアンプまたはセンサコントローラを含めたシステム構成による近接センサ装置の遠隔動作状態監視やフィードバック制御に用いることができる。
【００２４】
なお、発光動作部を可視光線発光ＬＥＤや有機ＥＬ等で、動作表示を人間の認識可能な種々な明滅パターンおよび点滅パターンおよび有色発光で、人間が認識不可能な高速点滅等によるＰＷＭ（パルス幅変調）やＰＣＭ（パルスコード変調）で通信データを変調した動作光通信をキャリア（搬送波）として長い周期の動作表示データをさらに変調して、同一発光デバイス部で動作させることができる。
【００２５】
また、光通信の情報量は動作表示と同じ情報量と少ないが、発光デバイス部を動作表示での明滅パターンおよび点滅パターン発光をそのまま光通信としてもちいることができる。
【００２６】
また、発光デバイス部を、動作光通信を双方向通信にし、近接センサ装置をリアルタイムでフィードバック制御を行うことが可能になり、従来の近接センサ装置にくらべて高度な精密制御および安全制御ができる。
【００２７】
なお、近接センサをバッテリレスで完全無線化することができる。
【００２８】
また、ソーラセルを実装し、光受信側または他に適切な光源を設置し、アンプ内蔵型および外付型の近接センサに必要な電力を供給することができる。
【００２９】
動作表示用ＬＥＤや有機ＥＬで発電効率の良いデバイスを実装し、別途ソーラセルを実装しないで、動作表示休止時に給電することができる。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の近接センサでは、動作光通信および動作表示用の一つまたは複数の発光デバイス部または受発光デバイス部を備えたので、当該近接センサのセンサ検出信号で機械や装置やその他を監視する制御システム等では、リアルタイムに動作監視・解析・判断およびフィードバック制御ができ、制御システムの信頼性・安全性を大幅に強化することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る近接センサならびにそれを用いた近接センサシステムを説明する。
【００３２】
図１に本発明の誘導形近接センサのブロック構成を示す。実施の形態の近接センサは、検出位置が図示両矢印向きに変位する検出物１に非接触に設置される検出コイル３を内蔵したセンサヘッド５を備える。このコイル３とプリアンプ内蔵の発振回路部７と検出物の渦電流が演算・処理部９のパラメータにサポートされて発振させられ、その発振回路部７の出力は、演算・処理部９に入力される。ここで検出コイル３にはコア有り、コア無し、を含む。センサヘッド５は非接触センサ部の少なくとも一部を構成する。非接触センサ部には発振回路部７を含めてもよい。上記近接センサではアンプ分離型では同軸ケーブル２３でセンサヘッド５と発振回路部７とを接続する。
【００３３】
演算・処理部９は、発振回路部７の出力からセンサヘッド５の検出物１の検出状態に対応したインピーダンスの変化および発振状態を検出する処理を行う。演算・処理部９は、ＣＰＵ／ＦＰＧＡ（フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ）により構成され、メモリ、検出回路、周辺回路等のハードウェアと、発振、ドライブ、表示、補正等がプログラムされたソフトウエアとを含むセンサ制御部の一例を構成する。演算・処理部９から、補正修正されデータ化した検出出力と、動作表示部１１へのドライブ信号と、動作光通信部１３へのドライブ信号と、が出力される。
【００３４】
動作表示部１１は、発光ドライブ部を構成し、発光デバイス部の一例である動作表示専用のＬＥＤ１２がセットで接続され、演算・処理部９からのドライブ信号に応答してＬＥＤ１２をドライブする。このＬＥＤ１２の発光色は特に限定されないが演算・処理部９のメモリにデータ化されている。
【００３５】
動作光通信部１３は、光通信ドライブ部を構成し、発光デバイス部の一例である動作光通信専用のＬＥＤ１４がセットで接続され、演算・処理部９からのドライブ信号に応答してＬＥＤ１４をドライブする。このＬＥＤ１４の発光色は特に限定されないが、好ましい形態は赤外線発光ＬＥＤである。
【００３６】
演算・処理部９には外部パソコンまたはＰＬＣ１５等へのＵＳＢ通信入出力コネクタ１７が接続され、演算・処理部９は外部パソコンまたはＰＬＣ１５等と各種通信をすることができる。またソーラセル（太陽電池）１９実装の近接センサの場合は近接センサ各部に電源供給するための発電回路部２１を内蔵する。演算・処理部９は内蔵ソフトウエア（ファームウエア）により自身で上記ＬＥＤ１２，１４をドライブするドライブ信号を生成するが、外部パソコンまたはＰＬＣ１５によって上記ＬＥＤ１２，１４の発光態様データおよび光通信態様データのプログラム、を予めインストールできる。
【００３７】
以上の構成を備えた近接センサの形態は磁気形または容量形または超音波形または光電形においてもそれぞれの形態は図１の構成から容易に展開できる。
【００３８】
上記近接センサではアンプ分離型では同軸ケーブル２３でセンサヘッド５と発振回路部７とを接続する。
【００３９】
図２（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の誘導形近接センサの構造を示す。センサヘッド５は、ベース基板（プラットフォーム）２５にハンダやボンディング等で接続されている。このベース基板２５にはＬＳＩ（大規模集積回路）を含む図１構成の電子回路要素７，９，１１，１３，等の電子部品モジュール２７が実装されモールドされている。センサヘッド５はベース基板２５に同軸ケーブルで分離して接続してもよい。
【００４０】
図２（ａ）では、ベース基板２５に単独で発光デバイス部としてのＬＥＤ２９が搭載されており、このＬＥＤ２９は動作表示と動作光通信との両機能兼用のＬＥＤである。なお、ＬＥＤ２９は単独有機ＥＬに置き換えた構造も含む。ＬＥＤ２９は、動作表示では、その発光色を単色、多色切替可能としてもよい。このＬＥＤ２９は可視光線による動作光通信するＬＥＤでもよいし、人間が視認できない、すなわち動作表示機能を止め、高機能光通信のみの赤外線発光の動作光通信専用のＬＥＤでもよい。このＬＥＤ２９単独で動作表示と動作光通信との両機能を兼用する場合、図１では例えば一方のＬＥＤ１２を省略し、動作光通信部１３の出力と動作表示部１１の出力とを他方のＬＥＤ１４に切り替える時分割（タイムシェアリング）方式で出力することで実施できる。この切替は例えば演算・処理部９で制御してもよいし図示略の他の制御部で実施してもよい。
【００４１】
図２（ｂ）では、ベース基板２５に発光デバイス部としての２個のＬＥＤ３１，３３が搭載されており、これら２個のＬＥＤ３１，３３は一方が動作表示専用、他方が動作光通信専用としてもよいし、両ＬＥＤ３１，３３とも動作表示と動作光通信の兼用にして検出コイル３や発振回路部７などを独立２系統にして光受信側で近接センサの不具合とか検出物１の不具合とかをチェックできるようにして安全近接センサ装置の形態としてもよい。この場合では安全のために近接センサをわざわざ２個備える必要がなくなり、また、プログラマブルコントローラ等のコントローラを含む近接センサ装置でフィードバック制御による安全制御を安価でかつ無線で実現することができるようになる。また、両ＬＥＤ３１，３３とも動作表示にしてもよい。また、両ＬＥＤ３１，３３の発光色や点滅や明滅や色切替を組み合わせて動作の情報量を多くすることができるようにしてもよい。
【００４２】
図２（ｃ）では、ベース基板２５に発光デバイス部としての有機ＥＬシート３５が設けられており、近接センサの動作表示にその有機ＥＬシート３５を用い、ソーラセル３７で光給電を行うバッテリレスの近接センサとなり、図１（ａ）の動作光通信専用ＬＥＤ２９と組合せることができるようにしてもよい。有機ＥＬシート３５はその発光形態が平面発光であるので、動作表示では遠方からの３６０度視認に好適であり、光通信では通信性に優れた発光形態となる。
【００４３】
図３は、本発明の近接センサによる動作光通信において光受信側を含めた近接センサシステムの構成を示す。図３中、矢印Ａは本発明の近接センサ、矢印Ｂは伝送媒体の空間や液間や光ファイバ、矢印Ｃは光受信部を示す。近接センサＡ側において、動作光送信の演算・処理部３９を有する。この演算・処理部３９は、ＣＰＵ／ＦＰＧＡモジュールからなり、メモリ、検出回路、周辺回路等のハードウェアと、発振、ドライブ、表示、補正等をプログラムされたソフトウエアと、を含む。さらに近接センサＡ側は、変調回路と出力回路とを備えた動作光通信部４１と、可視光ＬＥＤや有機ＥＬ等からなる、点線ブロックで示す発光デバイス部である動作表示部４３と、可視光やレーザダイオード（ＬＤ）や赤外線発光ＬＥＤからなる発光デバイス部である光出力デバイス４５とを備える。
【００４４】
光受信部Ｃ側は、フォトダイオード（ＰＤ）などの受光デバイス４７と、光分波や復調回路や処理回路等からなる復調・処理回路４９と、で構成されている。
【００４５】
近接センサＡ側の光出力デバイス４５からの出力光は、空間や液間を点線５１で示す無線または光ファイバ５３で、光受信部Ｃ側の受光デバイス４７に伝送する。
【００４６】
図３の近接センサＡ側にフォトダイオード（ＰＤ）をもちいた受光部（図示なし）、光受信部Ｃ側の受光デバイス４７に赤外ＬＤを用いた送信部（図示なし）を内蔵して双方向通信をおこない、光受信部Ｃ側からリアルタイムでの近接センサＡ側への指令やリアルタイムフィードバック機能を有した高機能な近接センサシステム形態を構成できる。
【００４７】
図３では近接センサＡ側は、動作表示部４３で可視光ＬＥＤや有機ＥＬ等で動作表示すると共に、光出力デバイス４５ではＬＤや赤外ＬＥＤ等で近接センサのセンサヘッド５（図３では図示略）からの検出状態を示す情報を動作光通信部４１で処理変調したうえで光出力デバイス４５にて動作光通信する。そして、この動作光通信は、無線５１や光ファイバ５３で、受光デバイス４７と復調・処理回路４９等を備えた光受信部Ｃ側との間で行う。
【００４８】
光受信部Ｃ側では、受光デバイス４７で近接センサＡ側と動作光通信する。光受信部Ｃ側の受光デバイス４７はフォトダイオード等からなり、このフォトダイオードにより光通信情報を受光し、復調・処理回路４９ではその光通信情報を復調処理する。このようにして上記近接センサシステムでは、近接センサのセンサヘッド５からの情報を光通信し、これによって近接センサシステム全体の状態監視や制御に用いることができる。
【００４９】
図４は本発明の動作表示機能と動作光通信機能を１個のＬＥＤまたは有機ＥＬ等で実施する２重変調の論理構成である。図４（ａ）で示すように誘導形近接スイッチ（角型）５５の上面に１枚のシート状有機ＥＬ５７または１個の可視光線ＬＥＤ５９を実装し、図４（ｂ）でパルス周波数が数十KＨｚ以上で人間が視覚認識できない動作光通信用の高周波パルス幅変調波Ｐ１（この拡大をＰ１ａで示す）と、色切り替え、点滅時間パターン、明滅パターンの組合せの動作表示発光を制御する最短０．１秒以上で人間が視覚認識可能な長い周期パルスまたは正負矩形波動作表示波形Ｐ２と、の２重変調に対応する発光出力電流をＬＥＤ５９またはシート状有機ＥＬ５７に印加し発光させる。波形Ｐ２で例えば上側Ｐ２ａは赤発光、下側Ｐ２ｂは緑発光を示す。図示略の変調回路５６で波形Ｐ１をPWMまたはPCM変調し、この高周波パルス変調光をキャリア（搬送波）として色切り替え、点滅時間パターン、明滅パターン波形の動作表示波形Ｐ２で２重変調している。この変調回路５６（図示なし）出力である通信光に対して、ＬＥＤ５９やシート状有機ＥＬ５７は高周波パルスに応答し発光するが、人間には長い周期の動作表示しか認識できず、光受信側は光分波回路等で長周期分をカットして高周波パルス幅変調波Ｐ１のみ選別復調する。
【００５０】
図５は発光素子（発光部）６１と受光素子（受光部）ＰＤ６３とを樹脂モールドでデバイス構成化した受発光一体型デバイス６５を示す。このデバイス構成には１チップ構成を含む。発光素子６１と受光素子ＰＤ６３は透明窓６４からそれぞれ発光と受光が可能になっている。図２（ａ）の単独ＬＥＤ２９の代わりに受発光一体型デバイス６５を用いて高機能の動作光双方向通信で小型高機能の近接センサを実現する。図５の発光素子６１としては可視光線発光ダイオード、レーザダイオード、および赤外線発光ダイオード等がある。
【００５１】
なお、図１の演算・処理部９に、検出および解析プログラムと、ＬＥＤ１２，１４の発光態様のデータと、を外部操作で書き換え可能に記憶する記憶部を設けてもよい。この発光態様としては非接触センサ部の位置、距離、速度、振動等の動作に対応した態様がある。
【００５２】
以上説明したように本実施の形態では、動作光通信機能により、リアルタイムの動作監視・解析・判断ができ、信頼性・安全性が大幅に強化される。また発光による表示だけでなく光通信、光発電と受光の４つを意識した機能、安全、コスト、形状、バッテリレスの近接センサを提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る近接センサのブロック構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態に係る各近接センサの構造図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係る近接センサシステムのブロック構成を示す図である。
【図４】図４は動作表示と動作光通信を兼用させる論理構成を示す図である。
【図５】図５は受発光一体形デバイスの構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  検出物
３  検出コイル
５  センサヘッド
７  発振回路部
９  演算・処理部
１１  動作表示部
１２  動作表示ＬＥＤ
１３  動作光通信部
１４  動作光通信ＬＥＤ
【図１】
2009009490.tif 000003
【図２】
2009009490.tif 000004
【図３】
2009009490.tif 000005
【図４】
2009009490.tif 000006
【図５】
2009009490.tif 000007