(57)【要約】【課題】動作表示発光デバイスの発光をそのまま光通信にしてリアルタイムに動作状態を無線または光ファイバで通信し、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、動作光通信が可能な１つまたは複数の動作表示部を備え、この動作表示部で動作表示すると共に、検出物の検出動作に対応した動作光通信することを可能としたセンサである。【選択図】図１
2009009489.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＬＣ等の上位アンプまたはコントローラとの動作光通信が可能な発光機能を有する１つまたは複数の動作表示部と、
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検出動作に対応して上記動作表示部を制御するセンサ制御部と、
を備えた、ことを特徴とする近接センサ。
【請求項２】
上記動作表示部が、発光部または受発光部である、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】
上記発光部が、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、または赤外線発光ダイオードのいずれかであることを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項４】
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、上記発光部と受光センサとで双方向光通信を可能とした、ことを特徴とする請求項２に記載の近接センサ。
【請求項５】
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４のいずれかに記載の近接センサ。
【請求項６】
上記非接触センサ部の位置、距離、速度、振動等の検出動作に対応して、動作光通信データと共用する発光部または受発光部の発光態様のデータ、を事前に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２に記載の近接センサ。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の近接センサと、この近接センサの動作表示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、検出項目の距離や位置や速度や振動など、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、ＰＬＣ等の上位アンプまたはコントローラとの動作光通信が可能な発光機能を有する１つまたは複数の動作表示部と、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信号から検出物の検出動作に対応して上記動作表示部を制御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】
本発明では、動作表示部が動作光通信機能を有するので、例えばセンサやスイッチを含む近接センサシステムにおける光通信部との間で動作光通信することができ、近接センサシステムの動作時に常時または随時リアルタイムで動作状態を光通信することに用いることができる。
【０００９】
好ましくは、上記動作表示部は、発光部または受発光部である。
【００１０】
上記動作表示部を発光部で構成した場合、当該近接センサと対応する近接センサシステム内の光受信部に対して片方向の動作光通信をすることができ、また、上記動作表示部を受発光部で構成した場合では、上記光受信部との間で双方向の光通信をすることができる。特に、上記動作表示部を受発光部で構成した場合では、上記双方向の光通信により、センサやスイッチを含む近接センサシステムに対してリアルタイムでのフィードバック制御が可能になり、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ようになる。
【００１１】
好ましくは、上記動作表示部は、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、レーザダイオードのいずれかである。
【００１２】
好ましくは、上記動作表示部は、人間が視認できない高機能な光通信を実現する赤外線発光ダイオードである。
【００１３】
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チップ構成化も含む。
【００１４】
好ましくは、当該近接センサの電源としてソーラセルを実装することである。
【００１５】
好ましくは、少なくとも上記非接触センサ部の検出動作に対応して動作光通信データと共用する発光部または受発光部の発光態様のデータ、を事前に書き換え可能に記憶する記憶部を備える。
【００１６】
本発明による近接センサシステムは、上記近接センサと、この近接センサの動作表示部と空間または液間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。
【００１７】
なお、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や、このセンサヘッドのコイルを要素の一つとする発振回路部、等で構成することができる。
【００１８】
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。
【００１９】
また、本発明の近接センサでは、動作表示部、非接触センサ部、センサ制御部、等を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。
【００２０】
なお、発光部を平面発光および円筒状発光で３６０度死角なしの動作光通信する有機ＥＬで構成することができる。
【００２１】
なお、上記近接センサ側を、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光受信側とを含めたシステム構成として、近接センサ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。
【００２２】
また、光通信を双方向通信にした場合、近接センサ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、従来の近接センサにくらべて高度な精密制御および安全制御ができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の近接センサでは、この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近接センサシステム等において、動作光通信機能により、その機械や装置やその他をリアルタイムに監視・解析・判断することができ、当該近接センサシステムの信頼性・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】
【００２４】
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およびそれを用いた近接センサシステムを説明する。
【００２５】
図１は本発明の誘導形近接センサと、その近接センサを制御する近接センサコントローラと、のブロック構成を示す。図１は全体としては近接センサシステムを構成する。
【００２６】
まず、実施の形態の近接センサの構成から説明する。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。このセンサヘッド５の出力はプリアンプ内蔵の発振回路部７で発振させられ、この発振回路部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。
【００２７】
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。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（ファームウエア）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、動作表示制御部１３へのドライブ信号と、が出力される。
【００２８】
動作表示制御部１３は、動作表示部である動作表示・動作光通信ＬＥＤ１４が接続され、演算・処理部９からの動作表示および動作光通信に対応したドライブ信号に応答してＬＥＤ１４をドライブして発光させる。このＬＥＤ１４の発光色は特に限定されない。演算・処理部９は内蔵ソフトウエアにより自身で上記ＬＥＤ１４をドライブするドライブ信号を生成する。演算・処理部９には、ＵＳＢ通信入出力コネクタ１７を介して外部パソコンまたはＰＬＣ１５が接続され、これによって演算・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、このＬＥＤ１４の好ましい形態は人間が視認できないが高機能な光通信を実現する赤外線発光ＬＥＤである。ＬＥＤ１４は動作表示部を構成するが、動作表示制御部１３を含めて動作表示部と称してもよい。なお、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。
【００２９】
近接センサコントローラ１６は、近接センサの動作表示・動作光通信ＬＥＤ１４からの発光を動作光通信光として受光することができる受光素子１６ａと、この受光素子１６ａの受光出力を復調し処理する復調・処理回路１６ｂと、で構成されている。この近接センサコントローラ１６は、復調・処理回路１６ｂ出力により上記近接センサによる検出物１の検出状態を知ることができるものであり、近接センサと共に近接センサシステムを構成することができる。
【００３０】
以上の構成を備えた近接センサおよび近接センサコントローラ１６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。
【００３１】
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。
【００３２】
図２（ａ）では、ベース基板２５に単独でＬＥＤ２９が搭載されており、このＬＥＤ２９は動作表示と動作光通信兼用の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は可視光の動作表示と動作光通信兼用発光でよいし、赤外線の動作光通信発光専用でもよい。
【００３３】
図２（ｂ）では、ベース基板２５に２個のＬＥＤ３１，３３が搭載されており、これら２個のＬＥＤ３１，３３は動作表示と動作光通信兼用また人間が視認できない高機能な光通信を実現する赤外線発光ＬＥＤであり、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。なお、両ＬＥＤ３１，３３とも動作光通信と動作表示とに兼用してもよい。また、両ＬＥＤ３１，３３の発光色や発光点滅や発光明滅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。
【００３４】
図２（ｃ）では、ベース基板２５に有機ＥＬシート３５が設けられており、近接センサの動作表示兼用の光通信にその有機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、光通信では通信性に優れた発光形態となる。
【００３５】
図３は、本発明の近接センサによる動作表示・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である。図中、矢印Ａは本発明の近接センサ、矢印Ｂは伝送媒体の無線や光ファイバ、矢印Ｃは光受信部を示す。
【００３６】
近接センサＡ側において、動作光送信の演算処理部３９構成は、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、を含む演算処理部３９と、ドライブと出力を担当する動作表示・光通信部４１と、可視光やレーザダイオード（ＬＤ）や赤外線発光ＬＥＤからなる光出力デバイス４５とで構成される。
【００３７】
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。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側に伝送され、復調・処理回路４９で復調・処理される。
【００３８】
図３の近接センサシステムでは、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１参照）、発光側に赤外ＬＤ（レーザダイオード）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センサシステム形態を構成できる。
【００３９】
近接センサＡ側の動作表示・光通信部４１では、ＬＤや可視光赤外発光ＬＥＤ等の光出力デバイス４５を駆動して、近接センサＡ側のセンサヘッド５からの検出状態を示す動作表示情報をそのまま光受信部Ｃ側との間で光通信する。そして、この光通信に際しては、無線５１や光ファイバ５３を介して近接センサＡ側と光受信部Ｃ側との間で行う。光受信部Ｃ側は、受光デバイス４７や復調・処理回路４９、等を備える。
【００４０】
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近接センサＡ側からの光通信情報を受光し、光受信部Ｃ側の復調・処理回路４９ではその光通信情報を復調処理する。このようにして近接センサシステム内において近接センサＡ側の図示略のセンサヘッド５からの情報を光受信部Ｃ側との間で光通信し、これによって近接センサの状態の監視や制御に用いることができる。
【００４１】
図４は動作表示部である発光素子（発光部）６１を受光センサ６３と共に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の構造を示す。このデバイス６５は１チップ構成を含む。発光素子６１と受光センサ６３は透明窓６４からそれぞれ発光と受光と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本発明近接センサを実現する。図４の受発光一体型デバイス６５を用いた動作光双方向通信により、近接センサへのリアルタイム指示およびフィードバック制御を実現する。
【００４２】
なお、演算・処理部９，３９に、検出および解析プログラムと、動作表示・動作光通信ＬＥＤ１４や光出力デバイス４５の発光態様のデータ（非接触センサ部の位置、距離、速度、振動等の検出動作に対応して動作光通信データと共用するデータ）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。
【００４３】
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】
【００４４】
【図１】図１は本発明の実施の形態に係る近接センサと、その近接センサを制御する近接センサコントローラとのブロック構成を示す図である。
【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を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態に係る近接センサを用いた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】
【００４５】
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
１３  動作表示制御部
１４  動作表示・動作光通信ＬＥＤ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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