JPH10303451A - 受光器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光信号が遮断されているにも拘らず、故障に
よって安全である旨の信号を生成することのないフェー
ルセイフな受光器を提供する。 【解決手段】 受光回路１は、フォトトランジスタＰＴ
を含む。フォトトランジスタＰＴは光信号Ｌｈを受光し
て増幅された信号を出力する。動作点設定回路２は、ト
ランジスタＴｒを含む。トランジスタＴｒのベースバイ
アス回路に、受光回路１の出力側から電圧が供給され、
フォトトランジスタＰｔの動作点を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、光カーテン等
に用いられる受光器に関する。

【０００２】

【従来の技術】光カーテンは、例えば機械の可動部等の
危険領域内に人体の一部または全部が進入したとき、そ
れを検知する手段として用いられる。光カーテンの受光
器は、投光器から送信される光信号（ビーム）を受信し
たときに、安全である旨の信号を送信し、機械に運転許
可信号を与える。受光器には受光素子を含む受光器が用
いられる。ここで、受光器は、光ビームが遮断されてい
るにも拘らず、故障によって安全である旨の信号を生成
することのないように構成されねばならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、光信
号が遮断されているにも拘らず、故障によって安全であ
る旨の信号を生成することのないフェールセイフな受光
器を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ため、本発明に係る受光器は、受光回路と、動作点設定
回路とを含む。前記受光回路は、フォトトランジスタを
含み、前記フォトトランジスタは光信号を受光して増幅
された信号を出力する。

【０００５】前記動作点設定回路は、トランジスタを含
み、前記トランジスタのベースバイアス回路が前記受光
回路の出力側から電圧供給を受け、前記フォトトランジ
スタの動作点を設定する。

【０００６】本発明に係る受光器は、受光回路に含まれ
るフォトトランジスタが、投光器等から送信された光信
号を受信すると、フォトトランジスタが、動作点設定回
路によって設定された動作点において増幅作用を行な
い、増幅された信号を出力する。この信号は、例えば機
械の可動部等の危険領域内に人体の一部または全部が進
入しないときに生成されるものであって、安全である旨
の信号であり、例えば機械に運転許可信号となる。

【０００７】次に、機械の可動部等の危険領域内に、人
体の一部または全部が進入したため、投光器等から送信
された光信号が遮断された場合、受光回路を構成するフ
ォトトランジスタからは、光信号の増幅信号である安全
である旨の信号が出力されず、機械に運転許可信号が与
えられることはない。

【０００８】動作点設定回路は、トランジスタを含み、
トランジスタのベースバイアス回路に受光回路の出力側
から電圧が供給され、フォトトランジスタの動作点を設
定する。この回路構成によれば、動作点設定回路が正常
に動作している場合のみ、受光回路のフォトトランジス
タに適正な動作点が設定され、正常な増幅出力が得られ
る。動作点設定回路に回路故障を生じた場合には、受光
回路のフォトトランジスタに適正な動作点が設定され
ず、受光回路の増幅機能が喪失するので、フォトトラン
ジスタの出力は、正常時よりも著しく低下する。故障時
の上記動作は、光信号が遮断されているかどうかに関係
がなく、得られる。従って、光信号が遮断されているに
も拘らず、故障によって、安全である旨の信号が生成さ
れることがない。

【０００９】本発明の他の目的、構成及び利点は、実施
例である添付図面を参照して、更に詳しく説明する。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明に係る受光器の電気
回路図である。本発明に係る受光器は、受光回路１と、
動作点設定回路２とを含む。受光回路１は、フォトトラ
ンジスタＰｔを含み、フォトトランジスタＰｔは光信号
Ｌｈを受光して増幅された信号を出力する。光信号Ｌｈ
は周期性信号であり、高周波のパルス信号または変調信
号等で与えられる。Ｖｃｃは動作用直流電圧である。

【００１１】動作点設定回路２は、トランジスタＴｒを
含み、トランジスタＴｒのベースバイアス回路が受光回
路１の出力側から電圧供給を受け、フォトトランジスタ
Ｐｔの動作点を設定する。実施例において、ベースバイ
アス回路は、帰還回路と、抵抗Ｒｔ及びコンデンサＣｔ
のＲＣ並列回路とを備える。帰還回路は、抵抗Ｒｂを含
んで構成され、トランジスタＴｒのベースと、フォトト
ランジスタＰｔの出力側との間に接続されている。

【００１２】ＲＣ並列回路は、一端がトランジスタＴｒ
のベースに接続されている。ＲＣ並列回路に含まれるコ
ンデンサＣｔは、光信号Ｌｈの周波数成分に対しては、
実質的に短絡動作をする。

【００１３】図２は図１に示した受光器の直流動作時の
等価回路図を示している。コンデンサＣｔは直流的には
開放であるから、これを無視して差し支えない。動作設
定回路２を構成するトランジスタＴｒのベースに対して
は、抵抗Ｒｂと抵抗Ｒｔとによる分圧直流電圧によるベ
ースバイアスが設定され、このときのトランジスタＴｒ
のコレクタ電位により、フォトトランジスタＰｔの動作
点が設定される。

【００１４】図３は図１に示した受光器の交流動作時の
等価回路図を示している。ＲＣ並列回路に含まれるコン
デンサＣｔは、光信号Ｌｈの周波数成分に対しては、実
質的に短絡動作をする。従って、光信号Ｌｈの周波数成
分に対しては、コンデンサＣｔにより、トランジスタＴ
ｒのベース．エミッタ間が短絡された状態になるから、
トランジスタＴｒはオフであり、回路的には無視され
る。

【００１５】図４(ａ)はフォトトランジスタＰｔを示す
記号、図４(ｂ)は図４(ａ)に示したフォトトランジスタ
Ｐｔの電気的な等価回路図であり、受光ダイオードＰｄ
と、接合容量Ｃｃｂと、トランジスタＰｔｒとを含んで
いる。フォトトランジスタＰｔで高周波の変調信号を増
幅する場合、接合容量Ｃｃｂに蓄積された電荷を、急速
に放電させる必要がある。実施例の場合、トランジスタ
Ｔｒによる放電路を形成している。これにより、高周波
変調信号の増幅を確実に行なうことができる。

【００１６】本発明に係る受光器は、例えば光カーテン
に用いられた場合、受光回路１に含まれるフォトトラン
ジスタＰｔが、投光器から送信された光信号Ｌｈを受信
し、動作点設定回路２によって設定された動作点におい
て増幅作用を行ない、増幅された信号Ｖoutを出力す
る。この信号Ｖoutは、例えば機械の可動部等の危険領
域内に人体の一部または全部が進入しないとき、即ち、
光信号Ｌｈが正常に受信されたときに生成されるもので
あるから、安全である旨の信号であり、例えば機械に運
転許可信号となる。図１に示された実施例の場合、図２
に示した回路による動作点の設定と、図３に示した交流
動作回路により、光信号Ｌｈの増幅作用が行なわれる。

【００１７】次に、機械の可動部等の危険領域内に人体
の一部または全部が進入し、受光回路１に含まれるフォ
トトランジスタＰｔが、投光器から送信された光信号Ｌ
ｈを受信できない場合、受光回路１を構成するフォトト
ランジスタＰｔからは、光信号Ｌｈの増幅信号である安
全である旨の信号Ｖoutが出力されず、機械に運転許可
信号が与えられることはない。

【００１８】次に、回路故障時の動作について説明す
る。まず、フォトトランジスタＰｔが故障した場合は、
ダイオードＰｄ（図４参照）だけが動作し、フォトトラ
ンジスタＰｔの増幅機能が著しく低下してしまう。この
ため、正規のレベルを持つ信号Ｖoutが得られない。

【００１９】動作点設定回路２に回路故障を生じた場合
には、受光回路１のフォトトランジスタＰｔに適正な動
作点が設定されないので、フォトトランジスタＰｔから
出力される信号Ｖoutは、０Ｖか正常時よりも著しく低
下する。故障時の上記動作は、光信号Ｌｈが遮断されて
いるかどうかに関係がなく、得られる。従って、光信号
Ｌｈが遮断されているにも拘らず、故障によって、安全
である旨の信号が生成されることがない。

【００２０】次に、図１に示された回路構成において、
各回路素子の故障と出力との関係を表１に示す。図５は
表１のデータを得るために供された測定回路図であっ
て、本発明に係る受光器について、交流結合用のコンデ
ンサＣｃを通した後の出力Ｖoutを増幅器ＡＭＰ１によ
って増幅し、増幅器ＡＭＰ１の後段に備えられたバンド
パスフィルタＢＰＦ１を通して得られた出力Ｖ０を、測
定器（図示しない）に入力して測定する。図６は本発明
に係る受光器において、単一故障を生じた時の入出力特
性図、図７は同じくその動作特性図である。

【００２１】まず、トランジスタＴｒによる放電機能故
障時の挙動について述べる。表１及び図６、図７に示す
ように、フォトトランジスタＰＴのベースＢの端子開放
や、トランジスタＴｒのコレクタＣの端子開放等、トラ
ンジスタＴｒの放電機能が喪失するような故障を生じる
と、受光回路の出力信号Ｖout(及びＶ０)は著しく低下
する。これはフォトトランジスタＰＴの高周波帯域にお
ける増幅率の低下を意味する。即ち、トランジスタＴｒ
が正常に動作しない限り、受光器は高周波信号を増幅し
えない。

【００２２】次に、フォトトランジスタＰＴのエミッタ
Ｅ側に、抵抗Ｒｂよりも大きな抵抗が接続されたと同様
の故障が発生した場合の挙動について述べる。図６にお
いて、抵抗Ｒｂを大きくすれば、出力信号は大きくな
る。受信高周波信号に対して、フォトトランジスタＰＴ
のエミッタ側抵抗が大きくなる故障とは、次の故障態様
Ｆ１及びＦ２である。

【００２３】故障態様Ｆ１：コンデンサＣｔに開放故障
が生じて、抵抗Ｒｔが直列に接続される故障。

【００２４】故障態様Ｆ２：交流結合用コンデンサＣｃ
に短絡故障を生じて、増幅器ＡＭＰ１にフォトトランジ
スタＰＴのエミッタＥが接続される故障。

【００２５】故障態様Ｆ１が発生した時の挙動は、次の
通りである。コンデンサＣｔに開放故障を生じると、高
周波受信信号に、トランジスタＴｒのコレクタ電流の変
化が追従して、出力信号Ｖout及びＶ０が著しく低下し
てしまう。更に、トランジスタＴｒのベース端子に開放
故障を生じると、トランジスタＴｒは動作せず、コレク
タ電流は流れない。この場合、受光回路の高周波信号増
幅機能は喪失している。

【００２６】故障態様Ｆ２が発生した時の挙動は次の通
りである。コンデンサＣｃに短絡故障を生じると、増幅
器AMP１の入力端の電位が増幅器ＡＭＰ１の動作範囲の
外にシフトしてしまう。このため、出力信号Ｖ０が低下
する。更に、抵抗Ｒｂに開放故障を生じて、増幅器ＡＭ
Ｐ１の入力抵抗がフォトトランジスタＰＴのエミッタＥ
に接続される場合がある。この場合、トランジスタＴｒ
は動作せず、受光回路の高周波信号増幅機能は喪失す
る。

【００２７】上述したように、トランジスタＴｒが正常
である場合に限り、高周波信号増幅機能が維持される。
この機能を維持するには、抵抗Ｒｂ、ＲｔコンデンサＣ
ｔが正常でなければならない。即ち、トランジスタＴ
ｒ、抵抗Ｒｂ、ＲｔコンデンサＣｔが正常であるとき、
フォトトランジスタＰｔで受信される光信号Ｌｈで与え
られる高周波信号が増幅され、この場合、フォトトラン
ジスタＴｒのエミッタ側抵抗が増大する状況は発生しな
い。

【００２８】本発明に係る受光器は、種々の変形態様を
取ることができる。その一例を図８及び図９に示す。こ
られの図において、図１と同一の構成部分には、同一ま
たは関連性ある参照符号を付してある。まず、図８にお
いて、帰還回路を構成する抵抗が、抵抗Ｒｂ１及び抵抗
Ｒｂ２に分けられている。抵抗Ｒｔ及びコンデンサＣｔ
の並列回路の一端は、抵抗Ｒｂ１及び抵抗Ｒｂ２の接続
点に結ばれている。

【００２９】次に、図９において、コンデンサＣｔとし
て、四端子コンデンサが用いられている。四端子コンデ
ンサは端子開放故障に対するフエールセイフ素子として
従来より使用されている。

【００３０】出力信号ＶoutはフォトトランジスタＰＴ
のエミッタ側(図１、図８)から取り出してもよいし、コ
レクタ側(図９)から取り出してもよい。

【００３１】図１０は本発明に係る受光器を用いた光カ
ーテンの構成を示すブロック図である。図示された光カ
ーテンは、発光ダイオード等でなる複数個ｎの投光器３
１〜３ｎと、複数個ｎの受光器４１〜４ｎとを含んでい
る。受光器４１〜４ｎは、上述された本発明に係る受光
器であり、投光器３１〜３ｎのそれぞれと対となってい
る。

【００３２】この光カーテンは、例えば機械の可動部等
の危険領域内に人体の一部または全部が進入したとき、
それを検知する手段として用いられる。受光器４１〜４
ｎは、投光器３１〜３ｎから送信される光ビームＬｈ１
〜Ｌｈｎを受信したときに、安全である旨の信号を送信
し、機械に運転許可信号を与える。

【００３３】受光器４１〜４ｎは上述した本発明に係る
受光器であり、光ビームＬｈ１〜Ｌｈｎが遮断されてい
るにも拘らず、故障によって、安全である旨の信号を生
成することがない。従って、フェールセイフな光カーテ
ンが得られる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、光
信号が遮断されているにも拘らず、故障によって、安全
である旨の信号を生成することのないフェールセイフな
受光器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る受光器の電気回路図である。

【図２】図１に示した受光器の直流動作時の等価回路図
である。

【図３】図１に示した受光器の交流動作時の等価回路図
である。

【図４】フォトトランジスタの電気的な等価回路図であ
る。

【図５】表１のデータを得るために供された測定回路図
である。

【図６】本発明に係る受光器において、単一故障を生じ
た時の入出力特性図である。

【図７】本発明に係る受光器において、単一故障を生じ
た時の動作特性図である。

【図８】本発明に係る受光器の別の実施例を示す電気回
路図である。

【図９】本発明に係る受光器の更に別の実施例を示す電
気回路図である。

【図１０】本発明に係る受光器を用いた光カーテンの構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 受光回路 ２ 動作点設定回路 Ｐｔ フォトトランジスタ Ｔｒ トランジスタ Ｒｂ 抵抗 Ｒｔ 抵抗 Ｃｔ コンデンサ Ｃｃ 交流結合用コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 蓬原 弘一 埼玉県浦和市上木崎１丁目13番８号 日本 信号株式会社与野事業所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 受光回路と、動作点設定回路とを含む受
   光器であって、 前記受光回路は、フォトトランジスタを含み、前記フォ
   トトランジスタは光信号を受光して増幅された信号を出
   力し、 前記動作点設定回路は、トランジスタを含み、前記トラ
   ンジスタのベースバイアス回路に前記受光回路の出力側
   から電圧が供給され、前記フォトトランジスタの動作点
   を設定する受光器。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された受光器であって、 前記ベースバイアス回路は、帰還回路と、抵抗及びコン
   デンサのＲＣ並列回路とを備え、 前記帰還回路は、前記トランジスタのベースと、前記フ
   ォトトランジスタの出力側との間に接続されており、 前記ＲＣ並列回路は、一端が前記トランジスタのベース
   に接続されており、 前記コンデンサは、前記光信号の周波数成分に対して
   は、実質的に短絡動作をする受光器。
3. 【請求項３】 請求項２に記載された受光器であって、 前記ＲＣ並列回路の前記コンデンサは、四端子コンデン
   サである受光器。
4. 【請求項４】 請求項２に記載された受光器であって、 前記帰還回路は、抵抗を含む受光器。
5. 【請求項５】 複数の投光器と、複数の受光器とを含む
   光カーテンであって、 前記受光器は、請求項１乃至４の何れかに記載されたも
   ので構成され、前記投光器のそれぞれと対となっている
   光カーテン。