特許 6209104 光電センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6209104

(24)【登録日】2017年9月15日

(45)【発行日】2017年10月4日

(54)【発明の名称】光電センサ

(51)【国際特許分類】

   H01H 35/00 20060101AFI20170925BHJP

   H03K 17/78 20060101ALI20170925BHJP

【ＦＩ】

   H01H35/00 E

   H03K17/78 P

   H03K17/78 B

   H01H35/00 U

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-37406(P2014-37406)

(22)【出願日】2014年2月27日

(65)【公開番号】特開2015-162386(P2015-162386A)

(43)【公開日】2015年9月7日

【審査請求日】2016年3月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 慎一郎

(72)【発明者】

【氏名】溝渕 学

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 永幸

【審査官】 澤崎 雅彦

(56)【参考文献】

【文献】 実開昭５１−１５２６５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５１−００５９６５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０２−２７６３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２０３６１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０４１１４６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｈ ３５／００

Ｈ０３Ｋ １７／７８

Ｇ０１Ｓ １７／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検出領域に向けて光を発する投光部と、
検出領域を経て到来する光を受光する受光部と、
前記受光部における受光量と所定の閾値を比較し、比較結果に基づいて検出領域中の物体の有無を判断する検出部と、
前記投光部によって第一の投光量を投光する第一のモードと、前記投光部によって前記第一の投光量より少ない第二の投光量を投光する第二のモードとを備えた光電センサであって、
前記投光部は、当該投光部に電力を供給する電源線と、当該投光部に対し前記投光のＯＮ／ＯＦＦを択一的に選択指示されるための単一の信号線とを有してなるものであり、
前記信号線を介して投光を指示された場合、前記第一のモードと前記第二のモードとの双方を、相互に切り替えながら投光を行うよう構成されたものであることを特徴とする、光電センサ。

【請求項2】

投光時間を計測するタイマカウンタを備え、
前記投光部は、前記第一のモードと前記第二のモードとを、前記タイマカウントでの計測結果に基づき相互に切り替えるよう構成されるとともに、
前記検出部によって前記検出領域中に物体が存在しないと判断された場合かつ第二のモードにより投光を行っている場合において、前記受光部における受光量に基づき、前記光電センサの物体検出機能が正常に行えない可能性があることを診断して外部へ警告を発する、警告部とを更に備えたことを特徴とする、請求項１記載の光電センサ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は光電センサの調整方法および光電センサに関し、より詳しくは、簡易な構成で光軸の調整が可能な光電センサの光軸調整方法およびこれに用いられる光電センサに関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来より、所定の検知領域内における物体の有無を検出するための光電センサが広く用いられている。一般的な光電センサは投光部と受光部とを備え、受光部は投光部から発せられる光を受光するか否かを受光量により判断し、これに基づいて、検知領域内の物体の有無を判断する。このような投光部と受光部とを備えた光電センサを用いる場合、検知領域に投光部からの投光を遮る物体の有無に応じて、受光部における受光量が、予め定められた閾値をまたいで変化する必要がある。

【0003】

通常の光電センサにおいては、例えば投光部のゲインないし投光素子への供給電力調整により投光量を制御したり、周辺の光源の位置関係など、光電センサの設置環境を考慮して閾値を適切な値に設定したりすることで、当該条件を満たすように構成される。

【0004】

ところで、たとえ検知領域に投光部からの投光を遮る物体が存在しない状況下においても、投光部と受光部の光軸のずれ量ないし光軸のずれ角度に応じて、受光部における受光量は変動してしまう。即ち、仮に投光を遮る物体が無い場合であっても、光軸がずれたことにより受光量が減少し、閾値を下回ることとなった場合、物体が存在するものと誤検知するおそれがあった。

【0005】

これを踏まえ、光電センサの設置時に光軸のずれが生じないよう投光部・受光部の位置合わせを行うことは当然に行われている。その他、光電センサが取り付けられた装置自体を搬送することに起因して生じる光軸のずれや、使用開始以降における、光電センサに対する振動・衝撃による光軸のずれが生じることを考慮し、予め不透明シート、ＮＤフィルタやスリットを投光部と受光部との間に設置することで、意図的に受光量を減少させた状態で光軸調整を行い、調整完了後、当該フィルタやスリットを除去して使用するようにすることで、その後光軸に多少のずれが生じ、受光量が減少した場合であっても、受光量が物体の有無に応じて安定して閾値をまたいで変化する状態を維持するという手法がある（特許文献１）。

【0006】

しかしながらこのような手法では、光軸調整の都度、不透明シート、ＮＤフィルタやスリットを付け外ししなければならず、特に、多数の光電センサの設置作業を行う場合には、一台ごとに付け外しが必要となることから、光電センサの設置作業が煩雑になるという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開平５−４１１４６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

上記を鑑みて本発明は、設置作業時の煩雑さを低減し、容易に光軸調整が可能かつ、調整後の使用における受光量の余裕度を確保した運用が可能な光電センサの調整方法およびこれに用いられる光電センサを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の請求項１に係る光電センサは、検出領域に向けて光を発する投光部と、検出領域を経て到来する光を受光する受光部と、前記受光部における受光量と所定の閾値を比較し、比較結果に基づいて検出領域中の物体の有無を判断する検出部と、前記投光部によって第一の投光量を投光する第一のモードと、前記投光部によって前記第一の投光量より少ない第二の投光量を投光する第二のモードとを備えた光電センサであって、前記投光部は、当該投光部に電力を供給する電源線と、当該投光部に対し前記投光のＯＮ／ＯＦＦを択一的に選択指示されるための単一の信号線とを有してなるものであり、前記信号線を介して投光を指示された場合、前記第一のモードと前記第二のモードとの双方を、相互に切り替えながら投光を行うよう構成されたものであることを特徴とするものである。

【0010】

本発明の請求項２に係る光電センサは、請求項１記載の光電センサにおいて投光時間を計測するタイマカウンタを備え、前記投光部は、前記第一のモードと前記第二のモードとを、前記タイマカウントでの計測結果に基づき相互に切り替えるよう構成されるとともに、前記検出部によって前記検出領域中に物体が存在しないと判断された場合かつ第二のモードにより投光を行っている場合において、前記受光部における受光量に基づき、前記光電センサの物体検出機能が正常に行えない可能性があることを診断して外部へ警告を発する、警告部とを更に備えたことを特徴とするものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、設置作業時の煩雑さを低減し、容易に光軸調整が可能かつ、調整後の使用における受光量の余裕度を確保した運用が可能な光電センサの調整方法およびこれに用いられる光電センサを提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明第一の実施例に係る光電センサの機能を示すブロック図である。

【図2】本発明第一の実施例に係る光電センサの構造を示す概略構成図である。

【図3】本発明第一の実施例に係る光電センサの動作を説明するタイムチャートである。

【図4】本発明第一の実施例における、光軸と投光量・受光量の関係を説明する模式図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例1】

【0016】

図１は、本実施の形態に係る光電センサの機能を示すブロック図である。図１において、１は投光部、２は受光部、３は光電センサによってその有無を検知せしめられる検出対象物である。投光部１は更に、例えばLEDからなる投光素子１１、光量指示部１２を備え、受光部２は更に、例えばフォトダイオードからなる受光素子２１、検出部２２、警告部２３を備える。

【0017】

また、図２は同じく光電センサの構造を示す概略構成図である。図２において、１３は投光素子からの光を検出領域に投光する投光窓、２４は投光窓と対向して設けられ、検出領域から到来する光を受光素子に導く受光窓である。また、投光部１及び受光部２はそれぞれケーブル１４、２５を有し、ケーブル１４には投光部１に電力を供給する電源ライン１４１、ＧＮＤライン１４２、投光部１に対し投光の指示信号を送信する信号ライン１４３が、ケーブル２５には受光部２に電力を供給する電源ライン２５１、ＧＮＤライン２５２、受光部２において物体の有無を判断した結果を外部機器に送信する信号ライン２５３が、それぞれ内包される。なお、各電源ライン、ＧＮＤライン、信号ラインは説明のため、その一部を各ケーブルの先端に分けて記載しているが、実際には例えば図示しないコントローラ内の端子台に適宜接続されていれば良い。

【0018】

続いて、図３を用いて本実施の形態に係る光電センサの動作を説明する。外部の制御機器、例えばＰＬＣなどのコントローラ装置から信号ライン１４３を通して光量指示部１２に対し投光指示信号が与えられた場合、光量指示部１２はまず第一の光量にて投光を行うよう、投光素子１１を制御する（第一のモード）。そして、光量指示部１２は内部のタイマカウンタにて時間経過を計測し、所定時間経過後、投光素子１１に対し、第二の光量で投光を行うよう制御を行う（第二のモード）。このとき、光量を変化させるにあたっては、投光素子１１への印加電圧の変動や、ゲインの調整等の手段を用いれば良い。その後、投光指示信号が消えるのを待って、投光量を第二の光量から消灯状態へと変更する制御を行う。以降、投光指示信号が入力される都度、同様の処理を繰り返す。一例として、第一の光量を１００％の光量としたとき、第二の光量は５０％とし、また、第二の光量へと切り替えるまでの時間は、予め投光指示信号の長さの半分の長さを与えておくことが考えられるが、これに限らず、設置環境に応じて適宜設定すれば良い。

【0019】

このときの受光部２の動作を説明する。最初に第一の光量に基づく受光量を得た受光素子２１は、当該受光量に基づく信号を、比較器及び必要なマイコン等の電子部品からなる検出部２２に対し送出する。検出部２２は受光素子２１から得た信号と、予め設定された所定の閾値とを比較し、当該信号の大きさが閾値未満だった場合、投光部と受光部との間に位置する検知領域内に、投光部１からの光を遮る物体が存在すると判断し、その旨を示す信号を信号ライン２５３から外部のコントローラ装置に対し送出する。これに対し、比較の結果、信号の大きさが閾値以上であった場合、検知領域内に物体は存在しないものと判断し、その旨を示す信号を信号ライン２５３から外部のコントローラ装置に対し送出する。

【0020】

続いて、上述した光電センサの設置に際して投光部１と受光部２の光軸を調整する方法を、図５を用いて説明する。まず、投光部１と受光部２を対向して配置し、検知領域内には遮光体となる物体を配置しない状態において、光量指示部１２に対し投光指示信号を与え、そのときの受光部２からコントローラ装置へ送出される信号の内容を確認する。仮にこのとき、第一のモード中および第二のモード中のいずれにおいても、検知領域内に物体が存在することを示す信号が送出されていた場合、投光は正しく受光素子２１へ届いていない、即ち光軸があっていないと判断することができるため、投光部１と受光部２のいずれか一方もしくは双方の位置を調整することで、光軸をあわせるよう調整したうえで、再度同様に投受光を行い、光軸があったか否かを確認する。

【0021】

このときの状態を模式的に示したものが図５（ａ）である。１５は投光部１の光軸を、２６は受光部２の光軸を示し、４１，４２はそれぞれ第一のモード中、第二のモード中における、光軸からの距離と投光の強さの分布を示す。ここで示すように、投光の強さは、光軸１５をピークとし、光軸１５から離れるごとに弱く拡散するものとしてモデル化することができる。受光量は、受光窓２４に、どれだけの強さの光が入光するかによって大きく左右される。即ち、受光窓２４の両端から引いた点線と、投光量４１，４２とで囲まれた領域（図中にハッチングで示す）の面積と、受光量とは互いに関連するものである。図５（ａ）においては、第一のモード時の受光量（右上から左下方向ハッチング領域の面積）と、第二のモード時の受光量（左上から右下方向ハッチング領域の面積）とのいずれも小さいため、受光量に基づいて受光素子２１が検出部２２に送出する信号は、所定の閾値未満であると判定される。

【0022】

また、仮に第一のモード中においては検知領域内に物体が存在しないものと判断され、第二のモード中においては検知領域内に物体が存在するものと判断されていた場合であれば、強い光（光芒幅が広い）であれば投光の一部が受光素子２１へ届くものの、弱い光（光芒幅が狭い）の場合は投光が受光素子２１へ届かないと考えられる。即ち、第一のモード時の光芒幅と、第二のモード時の光芒幅との差分以下相当だけ、投光部１と受光部２の光軸がずれていると判断できる。この場合、第一のモードでのみ物体検出を行うのであれば光軸調整を完了しても構わないが、本発明の趣旨においては、更に精緻に光軸をあわせるよう調整することが求められる。

【0023】

このときの状態を示したものが図５（ｂ）である。受光窓２４の両端から引いた点線と、投光量４１，４２とで囲まれた領域の面積は図５（ａ）におけるものよりも大きくなっており、受光量が増大していることを示す。但し、投光量４２により囲まれた領域の面積は十分に大きくはなく、即ち第二のモード中においては受光素子２１からの信号は所定の閾値以上、ひいては物体が存在するものと判断されるものである。なお、本願発明における光芒幅とは、投光のうち、一定以上の強さを有する箇所の幅を示すものである。図５（ｂ）に図中二点鎖線で強さの閾値を例示し、当該二点鎖線と投光４１との交点をＡ，Ａ‘、二点鎖線と投光４２との交点をＢ、Ｂ’とすると、第一のモード中における光芒幅はＡ−Ａ‘の長さで表すことができ、第二のモード中における光芒幅はＢ−Ｂ’の長さで表すことができる。

【0024】

そして、図５（ｃ）に示すように、第一のモード中、第二のモード中のいずれにおいても検知領域内に物体が存在しないものと判断されている場合は、第二のモードにおける光芒幅であっても投光が受光部２に正しく届いているのであるから、十分な精度で光軸が調整されていると判断することができる。

【0025】

以上のように光軸調整を行った光電センサにおける、実際の運用時の態様を説明する。
実際の運用においては第一のモードによる投光と、その間における受光部２の受光量をもって、検知領域内に物体が存在するか否かを判断する。
この運用過程においては、外部からの衝撃等の影響により投光部１と受光部２との光軸にわずかなずれが生じたり、経年劣化により投光素子１１の投光量が減少してきた場合など、検知領域内に物体が存在したりといった要因、即ち受光量を減少させる要因が生じることが想定される。
本実施の形態に係る光軸調整を行った光電センサであれば、予め、投光量が減少した第二のモードの条件下であっても、換言すれば、投光量の減少に伴って受光量も減少した状態であっても、検知領域内に物体が存在しない場合、その旨を正しく検出できるよう調整されている（即ち、受光量減少に対し余裕度を持っている）ので、前述した各種要因により受光量が減少した場合であっても、その減少量が、調整時点における第一のモードと第二のモード切替に伴う受光量の減少量を上回らない限り、問題なく物体検出が可能となる。

【0026】

また、前述したような、第一のモードと第二のモード（複数パターンの投光量）を使用可能な光電センサを用いることで、光軸調整に限らず、実運用上においても多大な利点を奏することが可能となる。以下、その一例を説明する。

【0027】

本実施の形態に係る光電センサは、物体が存在しないと判断した場合、その後投光素子１１が発する投光量が第二の光量に推移するに伴い、受光部２は受光量に係る診断を開始する。前述した第一の光量を得た場合と同様、第二の光量に基づく受光量を得た受光素子２１は当該受光量に基づく信号を検出部２２に対し送出する。検出部２２は、第一の光量に基づいて物体の有無を判断した時点から、内部のタイマカウンタにて時間経過を計測し、投光部１に設定した所定時間と同じ時間が経過した際の信号の大きさと、前述の閾値とを比較する。そして、信号の大きさが閾値以上と判断した場合、仮に投光素子１１が劣化したり、投光窓１３や受光窓２４に汚れが付着して多少の遮光効果を奏したとしても、正常に物体検出が可能であると判断する。これに対し、信号の大きさが閾値未満であると判断した場合、投光素子１１が劣化したり、投光窓１３や受光窓２４に汚れが付着した場合に、第一の光量を以ってしても正常に物体検出が行えない可能性があると考えられるため、警告部２３に対し、外部に警告を発するよう信号を送出する。ここで、警告部２３として例えばブザーやＬＥＤなど直接的な警報を生じるものを受光部２に設けても良いし、受光部２内に警告部２３を設けず、あるいは警告部２３と併せて、検出部２２から外部のコントローラ装置へ送出された信号と、同コントローラ装置が光量指示部１２に対し送出した投光指示信号とが正常に同期しているか否かに基づいて、コントローラ装置自体が第一の光量を以ってしても正常に物体検出が行えない可能性があることを判断し、例えばコントローラ装置に接続された外部モニタへ警告表示を生じさせるようにしても良い。

【0028】

なお、上記においては投光指示信号が消えるのを待って投光量を第二の光量から消灯状態へと変更する制御を行うものとして説明したがこれに限らず、第二の光量で投光する時間についても予め所定の値を与えておき、第一の光量による投光と同様、内部のタイマカウンタに基づく処理を行っても構わない。即ち、投光指示信号の立ち下がりのタイミングにかかわらず、立ち上がりのタイミングのみに基づいて投光を行うよう構成しても構わない。

【0029】

本実施例に述べる光電センサによれば、投光部に対する信号線が単一となり、より具体的には１bitのデジタル信号が送信されるのみの信号ライン１４３を備えるだけで、複数の投光量を用いた診断が可能となるため、その構造が簡易となる。例えば外部のコントローラ装置に光電センサの投光部を接続する際、本発明の光電センサの投光部は信号線を１本だけ接続すれば良いのであるから、複数の信号線を接続しなければならなかった従来製品に比べ、接続の手間が減少し、また、コントローラ装置における必要端子数を低減することができるなど、大きな効果を得ることが可能となる。

【実施例2】

【0030】

前述した実施例１では、第一のモードおよび第二のモードはそれぞれ異なる投光量を用いて光軸調整を行うものであったが、これに限らず、第一のモードおよび第二のモードは、投光量は一定のまま、検出部２２が有する、受光素子２１から得た信号と比較するための閾値を変更するものであってもよい。

【0031】

即ち、第一のモードに比べ、第二のモードでは閾値を高く設定するものとすることにより、一定の投光量に対し、（１）第一のモードおよび第二のモードのいずれの閾値においても、受光素子２１から得た信号は閾値未満であった場合 （２）第一のモードでは、受光素子２１から得た信号は閾値以上となったが、第二のモードでは、受光素子２１から得た信号は閾値未満となった場合 （３）第一のモードおよび第二のモードのいずれの閾値においても、受光素子２１から得た信号は閾値以上であった場合 の３通りの結果を得ることができる。

【0032】

そして、上記３通りの結果はそれぞれ前述した実施例１と同様、（１）光軸がずれており、投光が正しく受光素子２１に届いていない状態 （２）光軸が若干ずれており、投光が十分に受光素子２１に届いておらず、更なる光軸調整が求められる状態 （３）光軸があっている状態であり、光電センサの使用中、各種要因により受光量が減少した場合であっても、その光量減少量がもたらす、受光素子２１からの信号の減少量が、調整時点における第一のモードと第二のモード切替に伴う閾値の減少量を上回らない限り、問題なく物体検出が可能な状態 を意味する。

【0033】

以上の通り、投光量は一定のまま、閾値のみを変化させる場合であっても、容易に光軸調整が可能であり、調整後の使用における受光量の余裕度を確保した運用が可能な光電センサの調整方法を提供することができる。

【産業上の利用可能性】

【0034】

以上の通り、本発明によれば、簡易な構造にて受光量にかかる自己診断機能を有する、効率的な運用が可能な光電センサを提供することが可能となる。

【符号の説明】

【0035】

１ 投光部
１１ 投光素子
１２ 光量指示部
１３ 投光窓
１４、２５ ケーブル
１５ 光軸
１４１、２５１ 電源ライン
１４２、２５２ GNDライン
１４３、２５３ 信号ライン
２ 受光部
２１ 受光素子
２２ 検出部
２３ 警告部
２４ 受光窓
２６ 光軸
３ 検出対象物

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】