(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出エリアに向けて光を照射すべく所定の投光タイミングで順次投光される複数の投光素子と、
これらの投光素子と対応して設けられ前記検出エリアからの光を受光する複数の受光素子と、
これら各受光素子に対応して設けられて前記受光素子からの受光信号に基づいて信号を出力する複数の受光回路と、
これらの受光回路群からの信号を前記投光タイミングに合致させて順次選択的に有効化する遮光検出動作を行うチャンネル選択手段と、
前記受光回路群の各出力を共通の出力線へ出力する複数の出力回路と、
前記チャンネル選択手段が前記遮光検出動作を行っている場合に前記出力回路から前記受光素子が非入光状態にあることを示す信号が与えられるときに遮光検出信号を出力する遮光判断手段と、
前記投光素子の非投光タイミングにおいて前記出力回路から前記受光素子のいずれかが受光状態にあることを示す信号が与えられるときに干渉光検出信号を出力する干渉光判断手段とを備え、
前記出力回路は、その出力段にコンプリメンタリ接続された２個のトランジスタを備えて構成されると共に、前記チャンネル選択手段が前記遮光検出動作を行なうときにはコンプリメンタリ出力を行なうと共に、前記干渉光判断手段が前記干渉光の判断時にはオープンコレクタ出力を行なうことを特徴とする多光軸光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、プレス装置において事故防止のために用いられる多光軸光電センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の多光軸光電センサとして、例えば特許３０４６４００号公報に開示されているものがある。これは、投光器が有する複数の投光素子から検出エリアに向けて光を照射し、これらの投光素子に対応する受光器の受光素子を順次有効化するもので、対応する投光素子からの光を受光して遮光状態を判断し、その遮光状態を判断する非投光タイミングで複数の受光素子からの受光信号を順次有効化させることにより投光素子以外の光源すなわち干渉光による入射状態がないかどうかを検出する。これにより、遮光状態の検出動作において、干渉光による誤検出等が発生することを迅速に排除することができるという利点を有している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、複数の投光素子からの投光タイミングの周期が例えば略同じに構成されているこの種の多光軸光電センサを複数個非同期で設置したいという要望がある。図５は、例えば５つのＬＥＤ（投光素子）１及びフォトダイオード（受光素子）２をそれぞれ有する投光器３及び受光器４が設置されていた場合にその下方に並行してそれぞれ同様の構成を有する投光器Ａ及び受光器Ｂを近接設置する構成を概略的に示している。尚、投光器３及び投光器Ａや、受光器４及び受光器Ｂは同一構成とされている。
【０００４】
この図５において、複数のＬＥＤ１を有する投光器３に対応して複数のフォトダイオード２を有する受光器４が設けられ、この時の複数のＬＥＤ１のそれぞれの投光タイミングに同期して受光器４のそれぞれのフォトダイオード２が受光するように位置している。この時、投光器Ａが有するＬＥＤ１から照射される光が受光器Ｂに向かうように位置しているが、同時に受光器４にも干渉光として照射される位置関係となっている。
【０００５】
ここで、上記構成では、以下のような問題がある。すなわち、受光器４での干渉光検出時において、ある期間にはいづれか１個の受光素子のみが有効化された状態であるが故に、他の有効化されていない受光素子には干渉光が入射しているにも関わらず、結局、干渉光が入り込んでいても干渉光は入射していないと誤判断されてしまう。前記誤判断の場合には例えば、遮光検出時において本来は被検出物体によって投光素子からの光が遮られていても、投光器Ａの投光素子からの干渉光が受光器４の受光素子にて受光された場合には、遮光状態でないと誤判断されてしまうおそれがある（図中の矢印）。
【０００６】
そこで、干渉光検出期間における各受光器４の受光素子を有効化する時間を長くする方法が考えられる。しかし、各受光素子を有効化する時間を長くすることは干渉光検出の時間が長くなることになり、結局、遮光検出の時間に対する干渉光検出の時間が大幅に増加して、多光軸光電スイッチとしての性能を低下させてしまうことになり好ましい方法とはいえない。
【０００７】
本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、受光素子に対する干渉光の入光状態を判定する期間を大幅に長期化することなく、多光軸光電センサ等の光源が別途近隣に存在していたとしても、干渉光の検出精度を向上することができる多光軸光電センサを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための手段として、請求項１の発明は、検出エリアに向けて光を照射すべく所定の投光タイミングで順次投光される複数の投光素子と、これらの投光素子と対応して設けられ前記検出エリアからの光を受光する複数の受光素子と、これら各受光素子に対応して設けられて前記受光素子からの受光信号に基づいて信号を出力する複数の受光回路と、これらの受光回路群からの信号を前記投光タイミングに合致させて順次選択的に有効化する遮光検出動作を行うチャンネル選択手段と、前記受光回路群の各出力を共通の出力線へ出力する複数の出力回路と、前記チャンネル選択手段が前記遮光検出動作を行っている場合に前記出力回路から前記受光素子が非入光状態にあることを示す信号が与えられるときに遮光検出信号を出力する遮光判断手段と、前記投光素子の非投光タイミングにおいて前記出力回路から前記受光素子のいずれかが受光状態にあることを示す信号が与えられるときに干渉光検出信号を出力する干渉光判断手段とを備え、前記出力回路は、その出力段にコンプリメンタリ接続された２個のトランジスタを備えて構成されると共に、前記チャンネル選択手段が前記遮光検出動作を行なうときにはコンプリメンタリ出力を行なうと共に、前記干渉光判断手段が前記干渉光の判断時にはオープンコレクタ出力を行なうことを特徴とする多光軸光電センサ。
【０００９】
【発明の作用及び効果】
複数の投光素子が所定の投光タイミングで順次投光されると、これらの投光素子に対応して設けられた受光素子に受光されると共に、チャンネル選択手段の遮光検出動作によって受光回路群からの信号を投光タイミングに合致させて順次有効化させる。投光素子からの光が受光素子に受光されないときには出力回路からの受光素子が遮光状態にあることを示す信号が共通の出力線へ出力され、この信号を受けた遮光検出手段は遮光検出信号を出力する。
【００１０】
また、非投光タイミングにおいて、いずれかの受光素子が光を受光すると、受光信号を受けた受光回路から信号が出力され、この信号を受けた出力回路は共通の出力線に受光素子が受光状態にあることを示す信号を出力する。干渉光検出手段は受光素子が受光状態にあることを示す信号を受けると干渉検出信号を出力する。
【００１１】
これによれば、非投光タイミングにおいては、いずれかの受光素子からの受光信号が入力されると干渉光判断手段は干渉光検出信号を送出するから、干渉光の検出精度を向上させつつ干渉光検出の時間を大幅に短縮させることができる。また、投光タイミング及び非投光タイミングにおける遮光及び干渉光判断手段への信号出力は共通の出力線によって送出されるため、出力線を複数必要とせず、配線が簡易となり、故障の危険が大幅に低減される効果も奏する。
【００１２】
尚、出力線を共通化する回路構成としては図６に示すワイヤードＯＲ回路が一般的に考えられる。この構成は、回路構成が簡単で安定動作が可能であるという利点があるが、反面、トランジスタに存在する容量成分の充放電によってコレクタの電位が変動するようになっているから、時間間隔が極めて短い信号をベースに入力するとコレクタの電位がベース信号の変化に追従できなくなることがある。すると、投光タイミングが近接している場合には、誤検出を引き起こす懸念がある
【００１３】
この点に鑑み、本発明は、出力回路の出力段をコンプリメンタリ接続された２個のトランジスタによって構成し、チャンネル選択手段が遮光検出動作を行なうときにはコンプリメンタリ出力とすることによって信号出力の遅延を防止している。
【００１４】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図１ないし図４によって説明する。
本実施形態の多光軸光電センサは、プレス装置への異物侵入検知に用いられるものであって、図１に示すように、投光器１と受光器２とを対向させた状態で構成され、例えば、４チャンネルの光軸を有する。投光器１のうち受光器２と対向する面には、各チャンネル毎に１個(計４個）のＬＥＤ１１ａ〜１１ｄが上下方向に一列に配置され、受光器２のうち投光器１と対向する面にはＬＥＤ１１ａ〜１１ｄと対をなす受光素子に相当するフォトダイオード２１ａ〜２１ｄ（以下ＰＤ２１ａ〜２１ｄと称する）が上下方向に配されている。ＬＥＤ１１ａ〜１１ｄは検出エリアに向けて光を照射する投光素子に相当し、ＰＤ２１ａ〜２１ｄは検出エリアからの光を受光する受光素子に相当する。尚、図１において、下方には別の多光軸光電センサが配置されているが、その構成は上方にある多光軸光電センサと同一構成とされている。
【００１５】
＜電気的構成＞
図２には、本実施形態の多光軸光電センサの電気的構成を示す。投光器１にはＬＥＤ１１ａ〜１１ｄを発光させる駆動回路１２ａ〜１２ｄと、前記駆動回路１２ａ〜１２ｄが接続されている選択回路１３とこの選択回路１３の動作を制御する投光用マイクロコンピュータ１４が備えられている。投光用マイクロコンピュータ１４は前述した投光タイミングを作るパルス信号（以下投光タイミング信号と称する）を生成しており、このパルス信号がないときが非投光タイミングとなる。本実施形態ではパルス信号が４つ連続した後、所定時間の非投光タイミング（「干渉光検出期間」と称する）を設け、これを繰り返す。選択回路１３には図示しないマルチプレクサが備えられており、投光用マイクロコンピュータ１４から与えられる投光タイミング信号を受けて、上方にあるＬＥＤ１１ａを駆動する駆動回路１２ａから下方にあるＬＥＤ１１ｄを駆動する駆動回路１１ｄへ向かって順次選択し、駆動信号を送出するようになっている。駆動信号を受けた駆動回路１２ａ〜１２ｄは、これに接続されたＬＥＤ１１ａ〜１１ｄに駆動電流を供給して発光させる。尚、生成された投光タイミング信号は後述する遮光検出手段及び干渉光検出手段に相当する受光用マイクロコンピュータ２６に送出される。
【００１６】
一方、受光器２には４つの受光回路２０ａ〜２０ｄが設けられている。各受光回路はＰＤ２１ａ〜２１ｄからの受光信号を増幅する増幅回路２２ａ〜２２ｄとコンパレータ２３ａ〜２３ｄとからなり、コンパレータ２３ａ〜２３ｄは入力された受光信号が内部に設定されている基準レベル以上であると、所定レベルの電圧の信号を出力するようになっている。コンパレータ２３ａ〜２３ｄからの信号線は二本に分岐しており、一方はアナログスイッチ２４ａ〜２４ｄを介して出力回路２５ａ〜２５ｄに入力され、他方は、アナログスイッチ２４ａ〜２４ｄを介さずに出力回路２５ａ〜２５ｄに入力される。これらの４個の出力回路２５ａ〜２５ｄから出力線は一本の共通出力線Ｌ１にまとめられて受光用マイクロコンピュータ２６の入力端子に接続されている。
【００１７】
受光用マイクロコンピュータ２６は投光用マイクロコンピュータ１４からの投光タイミング信号を順次取り込んで、その投光タイミング信号に同期して選択回路２７へパルス信号を送出する。選択回路２７にはチャンネル数（４）に相当する４本の出力端子が設けられ、ここからの信号線が２本に分岐して、一方がアナログスイッチ２４ａ〜２４ｄの制御入力端子に接続され、他方は出力回路２５ａ〜２５ｄに接続されている。これらの出力端子からは、各アナログスイッチ２４ａ〜２４ｄを順にオン状態とする信号が出力され、選択回路２７とアナログスイッチ２４ａ〜２４ｄとはこれらの受光回路２０群からの信号を投光タイミングに合致させて順次選択的に有効化する遮光検出動作を行なうチャンネル選択手段として機能する。また、受光用マイクロコンピュータ２６の信号出力線Ｌ２は出力回路２５ａ〜２５ｄに連なっており、前記「干渉光検出期間」において、この信号出力を「Ｈ」レベルにする。
【００１８】
続いて、出力回路２５ａ〜２５ｄの内部構成について図３を参照して説明する。出力回路２５ａ〜２５ｄは全て同一構成であり、ここでは、出力回路２５ａについて述べる。
出力回路２５ａは、受光回路２０ａ及び選択回路２７からの信号を受けて所定の動作を行なうように図３の通りに構成されている。ここで、出力回路の出力段はＰＮＰ型トランジスタ２５７及びＮＰＮ型トランジスタ２５８をコンプリメンタリ接続して構成されている。トランジスタ２５７のベースにはＯＲ回路２５２の出力端子が接続され、これのコレクタには例えば＋５Ｖの電圧源が接続されている。一方、トランジスタ２５８のベースにはＯＲ回路２５５の出力端子が接続され、エミッタはアースに接続されている。そして、トランジスタ２５７のエミッタとトランジスタ２５８のコレクタとが接続され、これらの接続点には出力回路の出力に相当する信号線が取付けられている。
【００１９】
次に、本実施形態に係る多光軸光電センサの動作について図４をも参照して説明する。
＜遮光検出＞
多光軸光電センサの電源をオン操作すると、図２に示すように、選択回路１３により、投光器１の上端側のＬＥＤ１１ａから下端側のＬＥＤ１１ｅへと投光用マイクロコンピュータ１４からの投光タイミング信号が与えられ、もって上端側のＬＥＤ１１ａから順次に光が出射される。それと共に、受光器２の受光用マイクロコンピュータ２６は投光用マイクロコンピュータ１４から投光タイミング信号を取り込んで、この投光タイミング信号に同期してパルス信号を送出する。前記パルス信号を受けた選択回路２７は遮光検出動作を開始する。これによって、ＬＥＤ１１ａから投光された光がＰＤ２１ａに受光され、ここからの受光信号が受光回路２０ａにて増幅されて、所定のレベルに達していると信号が出力され、オン状態となったアナログスイッチ２４ａを通過して出力回路２５ａに入力される。そして、出力回路２５ａの出力信号が、共通出力線Ｌ１を介して受光用マイクロコンピュータ２６に入力され、遮光状態でないことが判断される。ここで、ＰＤ２１ａに光が入光せず遮光状態であると判断されれば、遮光状態にあることを表示させるための制御信号（遮光検出信号に相当）を送出する。以降、ＰＤ２１ｂ〜２１ｄについても投光タイミング信号に同期して遮光検出動作が行なわれる。
【００２０】
＜干渉光検出＞
最下段のＰＤ２１ｄについて遮光検出が完了すると、ＬＥＤ１１ａ〜１１ｄのどれからも投光されない「干渉光検出期間」となって、受光用マイクロコンピュータ２６は信号出力線Ｌ２を「Ｈ」レベルにする。ここで、例えば、ＰＤ２１ａがある一定量以上の光を受光すると受光回路２０ａから信号が出力され、ついで、出力回路２５ａから信号が出力される。そして、受光用マイクロコンピュータ２６にて干渉光が受光されたことが判断される。干渉光が入射したと判断されると受光用マイクロコンピュータ２６は図示しない表示装置に干渉光が入射したことを表示させるための制御信号（干渉光検出信号に相当）を送出する。以降、上記遮光検出と干渉光検出とが交互に繰り返される。
【００２１】
さて、上記、遮光検出及び干渉光検出における出力回路２５ａ〜２５ｄの動作について図４を参照しながら詳細に説明する。
図３に示すように、選択回路２７からの信号がアナログスイッチ２４ａに入力されるとコンパレータ２３ａからの出力信号はアナログスイッチ２４ａを介して出力回路２５ａに入力される。出力信号はＮＯＴ回路２５１に入力され、これの出力がＯＲ回路２５２に入力される。さらに、コンパレータ２３ａからの出力信号は負論理のＥＸＯＲ回路２５３に入力される。選択回路２７からの信号はＥＸＯＲ回路２５３に入力され、これの出力がＮＯＲ回路２５４に入力される。そして、ＮＯＲ回路２５４で論理和の否定を求めてＯＲ回路２５５に入力される。一方、アナログスイッチ２４ａを介さずに入力された受光回路２０ａ信号はＡＮＤ回路２５６に入力され、また、ここには受光用マイクロコンピュータからの「Ｈ」レベルの信号が入力されて、この論理積がＯＲ回路２５５に入力される。また、信号はＯＲ回路２５２及びＮＯＲ回路２５４に入力され、ＮＯＲ回路２５４の出力はＯＲ回路２５５に入力される。尚、出力回路２５ａの入力にはすべて２値論理信号が入力される。
【００２２】
図４の表は回路の各測定点▲１▼〜▲５▼の信号レベルとトランジスタ２５７、２５８の動作状態と出力▲６▼の信号レベルとの関係を示したものである。まず、遮光検出においては、選択回路２７からの信号が入力された状態であり（▲１▼点がハイレベル（Ｈ）となる）、ＰＤ２１ａに光が入射されずに受光回路からの信号が出力されない場合には（▲３▼点でロウレベル（Ｌ））、ＯＲ回路２５２の出力はＨとなり、トランジスタ２５７はオフ状態となる。また、ＯＲ回路２５５の出力はＨとなりトランジスタ２５８はオン状態となる。よって、出力はＬとなる。一方、受光回路からの信号が出力されている場合には（▲３▼点でＨ）、ＯＲ回路２５２及びＯＲ回路２５５はＬとなる。すると、トランジスタ２５７がオン、トランジスタ２５８がオフとなって出力はＨとなる。
干渉光検出においては、信号出力線Ｌ２に「Ｈ」レベルの信号が出力された状態であり（▲２▼点でＨ）、ここで、受光回路２０ａから信号が出力されていなければ（▲３▼点でＬ）、ＯＲ回路２５２の出力がＬで、ＯＲ回路２５５の出力がＬとなる。従って、トランジスタ２５７とトランジスタ２５８とは共にオフ状態となり、出力はハイインピーダンス（Ｈｉ−Ｚ）となって信号が現れない。また、受光回路２０ａからの信号が出力されると（▲３▼点でＨ）、ＯＲ回路２５２とＯＲ回路２５５との出力は共にＨとなり、トランジスタ２５７はオン状態、トランジスタ２５８はオフ状態となるから出力はＬとなる。尚、出力回路２５ｂ〜２５ｄについても同様の動作をする。
【００２３】
この結果、遮光検出が行なわれているときの出力状態はＨまたはＬとなっており、受光用マイクロコンピュータ２６は出力がＬ（請求項１に記載の非入光状態にあることを示す信号に相当する）であるときは遮光状態であると判断し、逆にＨであるときには遮光状態にないと判断している。また、干渉光検出では、出力はハイインピーダンス又はＬであり、受光用マイクロコンピュータ２６は出力がハイインピーダンスであるときには干渉光が検出されていないと判断し、出力がＬ（請求項１に記載の受光状態のあることを示す信号に相当する）であれば、いずれかのＰＤ２１ａ〜２１ｄが干渉光を受光していると判断する。また、遮光検出時は、トランジスタ２５７とトランジスタ２５８とはオン・オフ状態が反転しており、これは、コンプリメンタリ出力とされていることになる。一方、干渉光検出時は、トランジスタ２５７はオフ状態で、トランジスタ２５８がオン・オフ動作を繰り返しており、これは、オープンコレクタ出力となる。
【００２４】
このように、本実施形態の多光軸光電センサによれば、「干渉光検出期間」において干渉光検出を行なうときには、全チャンネルのＰＤ２１ａ〜２１ｄへの干渉光の入射を同時に検出できるから、干渉光が一部のＰＤ２１ａ〜２１ｄに入射した場合でも瞬時に干渉光の検出が可能となる。
【００２５】
また、出力回路２５ａ〜２５ｄの出力線を遮光検出動作及び干渉光検出動作において共通に使用し、各出力回路２５ａ〜２５ｄの信号出力線を一本の共通出力線Ｌ１にまとめて受光用マイクロコンピュータ２６に接続している。これは、個別に信号線を設けている多光軸光電センサに比べてセンサ内部の配線を簡単化できることになり、これに伴ってセンサの故障の危険が低減される効果が得られる。
【００２６】
さらに、各出力回路２５ａ〜２５ｄの出力側はコンプリメンタリ接続されたトランジスタ２５７、２５８で構成され、遮光検出ではコンプリメンタリ出力となり、干渉光検出ではオープンコレクタ出力となる。なお、遮光検出時にオープンコレクタ出力とすると、パルス幅の短い信号がベースに入力された場合に、コレクタ出力が追従しきれないという問題が発生するが、この実施形態のように遮光検出の場合にはコンプリメンタリ出力とすれば高速応答が可能である。
【００２７】
＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、ＬＥＤ１１ａ〜ＬＥＤ１１ｄの投光が終了してから、干渉光検出動作を行なっていたが、例えば、ＬＥＤ１１ａ〜ＬＥＤ１１ｄの投光タイミングの間に存在するＬＥＤ１１ａ〜１１ｄが投光しない期間に干渉光検出動作を行なうようにしてもよい。
【００２８】
（２）上記実施形態では、ＬＥＤ及びＰＤが１チャンネルにつき１個づつ備えられているものであったが、特に４個に限定されるものではなく、例えば、４個以下であっても、あるいは４個以上であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】多光軸光電センサの斜視図
【図２】多光軸光電センサの電気的構成を示す回路図
【図３】出力回路の電気的構成を示す回路図
【図４】出力回路の入出力の関係を示した表
【図５】従来の多光軸光電センサの斜視図
【図６】ワイヤードＯＲの電気的構成を示す回路図
【符号の説明】
１１ａ〜１１ｄ…ＬＥＤ
２０ａ〜２０ｄ…受光回路
２１ａ〜２１ｄ…フォトダイオード（ＰＤ）
２４ａ〜２４ｄ…アナログスイッチ
２５ａ〜２５ｄ…出力回路
２６…受光用マイクロコンピュータ
２７…選択回路
【図１】
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【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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