JPH11144161A

JPH11144161A - 光バリア装置

Info

Publication number: JPH11144161A
Application number: JP9305932A
Authority: JP
Inventors: Norihiro Asada; 規裕浅田; Koichi Yomogihara; 弘一蓬原
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1997-11-07
Filing date: 1997-11-07
Publication date: 1999-05-28

Abstract

(57)【要約】【課題】安全情報が得られ、監視領域の広い、反射型
光センサタイプの光バリア装置を提供する。【解決手段】レーザダイオード１からのレーザビーム
を、半導体ガルバノミラー４で反射し、監視領域７を走
査する。監視領域７を含む領域からの反射光を半導体ガ
ルバノミラー４で反射し受光器３で受光する。正常動作
確認手段１２は、パルス生成手段１０のパルスにもとづ
いて、受光器３の出力ｉから反射体６，８からの反射光
によるパルスを抜き出し、このパルスがあることで正常
動作を確認し、出力ｅとして“１”を出力する。不存在
判定手段１１は、パルス生成手段１０のパルスにもとづ
いて、受光器３の出力ｉから反射体６，８によるパルス
を消去し、人等からの反射光によるパルスのみを抜き出
し、このパルスが無いとき不存在を判定し、出力ｇとし
て“１”を出力する。この出力ｇ＝１と、出力ｅ＝１に
より、アンドゲート１３から安全情報“１”を出力す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、監視領域を光ビー
ムで走査し、監視領域に存在する人等からの反射光を検
出する反射型の光バリア装置（反射型光センサともい
う）に関し、特に安全情報（安全を示す情報）の生成に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、ロボットにより作業を行う場
合、ロボットのアームが通る作業領域内に人等が存在す
ると、非常に危険なので、作業領域内に人等が存在する
場合にはロボットを動作させてはいけない。

【０００３】このため、通常投光器から作業領域に光ビ
ームを放射し、この光ビームが人体等により遮られて受
光器が受光しない場合にロボットの動作を禁止してい
る。このタイプの光センサは、投光器と受光器を監視領
域を挟んで対向配置し、監視領域に光ビームを透過させ
る光透過型光センサである。

【０００４】この光透過型光センサでは、装置が故障し
た場合には、監視領域に人等が存在する場合と同様に受
光の信号が得られなくなるので、受光の信号が得られる
場合は確実に安全ということができ、安全情報を得るこ
とができる。そして、この安全情報を用いてロボットを
安全に動作させることができる。

【０００５】このような光センサとして、本出願人によ
り先に提案されたフェールセーフな多光軸光センサがあ
る（特開平６−８１９９８号公報及びＰＣＴ／ＪＰ９３
／０１４６３等参照）。

【０００６】このものは、投光器と受光器を監視領域を
挟んで互いに対向配置する透過型光センサである。投光
器と受光器はそれぞれ互いに対をなす複数の発光素子と
受光素子を備え、各発光素子及び各受光素子を周期的に
駆動走査し、各受光素子が対応する発光素子からの光ビ
ームのみ順次受光可能として、監視領域内の人等を検出
する構成である。

【０００７】ところで、この光センサは、投光側の各発
光素子と受光側の各受光素子を互いに同期させて駆動す
る必要があり、監視領域を挟んで配置された投光側と受
光側との間を、同期をとるための同期信号伝達用配線で
結線する必要がある。このため、投光側と受光側との距
離が長い時、前記信号伝達用配線が長くなって邪魔にな
る。また、前記配線にノイズが混入する虞れがあり、ノ
イズ対策が投光側及び受光側で必要となる。

【０００８】このような問題を解消するため、監視領域
の一側に投光器と受光器を配置し、監視領域に人等が存
在する場合、その反射光を受光して危険を通報する、反
射型光センサを使用することが考えられる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この種
の反射型光センサでは、受光の信号が得られないケース
としては、監視領域に人等が存在しない場合以外に装置
の故障の場合があり、受光の信号が得られない場合は確
実に安全とはいえず、安全情報が得られないという問題
がある。

【００１０】また、監視領域が狭くて実用的でないとい
う問題がある。

【００１１】本発明は、このような状況のもとでなされ
たもので、安全情報が得られ、監視領域が広い、反射型
光センサタイプの光バリア装置を提供することを目的と
するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明では、装置の正常動作を確認する手段と光ビ
ーム走査手段を用いる。すなわち、光バリア装置を次の
（１）〜（６）のとおりに構成する。

【００１３】（１）光ビームを発生する光ビーム発生手
段と、受光手段と、前記光ビーム発生手段で発生した光
ビームを、監視領域を含む領域を走査するよう反射する
と共に、前記監視領域を含む領域から反射されてくる光
を前記受光手段へ反射する光ビーム走査手段と、前記受
光手段の出力にもとづいて前記監視領域における人等の
不存在を判定する不存在判定手段と、前記光ビーム発生
手段，受光手段，光ビーム走査手段の正常動作を確認す
る正常動作確認手段と、前記不存在判定手段の出力と前
記正常動作確認手段の出力との論理積により安全情報を
出力するゲート手段とを備えた光バリア装置。

【００１４】（２）不存在判定手段と正常動作確認手段
とゲート手段をフェールセーフな回路により構成した前
記（１）記載の光バリア装置。

【００１５】（３）監視領域の端部近傍に配置した反射
体を備え、正常動作確認手段は、前記反射体からの反射
光による受光手段の出力信号にもとづいて正常動作の確
認を行うものである前記（１）記載の光バリア装置。

【００１６】（４）光ビーム走査手段の変位を検出する
変位検出手段を備え、不存在判定手段は、前記変位検出
手段の出力にもとづいて、受光手段の出力信号から、反
射体からの反射光による出力信号を消去して、監視領域
からの反射光による出力信号を抜き出し人等の不存在の
判定を行うものである前記（３）記載の光バリア装置。

【００１７】（５）正常動作確認手段は、変位検出手段
の出力にもとづいて、受光手段の出力信号から、反射体
からの反射光による出力信号を抜き出し、この信号によ
り正常動作確認を行うものである前記（３）または
（４）記載の光バリア装置。

【００１８】（６）不存在判定手段は、監視領域からの
反射光による出力信号を、ウィンドウコンパレータに入
力し判定処理を行うものである前記（１）ないし（５）
のいずれかに記載の光バリア装置。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を光バリ
ア装置の実施例により詳しく説明する。

【００２０】なお実施例は、レーザビームを用いるもの
であるが、本発明はこれに限らず通常光のビームを用い
る形で実施することができる。また、実施例では連続点
灯のビームを用いているが、これに限らず、適宜の周波
数でオンオフまたは明暗変調されたビームを用い、受光
器出力側で復調する形で実施することができる。

【００２１】また、実施例では、走査手段として半導体
ガルバノミラーを用いているが、これに限らず、回転す
るミラー等の適宜の手段により実施することができる。

【００２２】

【実施例】〔実施例１〕（全体構成）図１は実施例１である“光バリア装置”の
全体構成を示すブロック図である。図１において、１は
駆動回路２により付勢されレーザビームを発生するレー
ザダイオードである。３は受光素子とこの受光素子の出
力を増幅する増幅回路を有する受光器である。４は、駆
動回路５により付勢され矢印に示すようにミラーが回動
する半導体ガルバノミラーであり、レーザダイオード１
からのレーザビームを監視領域７を含む領域に反射する
と共に、監視領域７を含む領域からの反射光を受光器３
へ反射する。

【００２３】９は半導体ガルバノミラー４の検出コイル
からミラーの変位を検出する変位検出手段であり、１０
はこの変位検出手段９の出力にもとづき、反射体６，８
の反射のタイミングに合ったパルスを生成するパルス生
成手段である。

【００２４】１１は、監視領域７における人等の不存在
を判定する不存在判定手段であり、受光器３の出力か
ら、パルス生成手段１０の出力にもとづいて反射体６，
８の反射による信号を消去し、人等の不存在を判定す
る。

【００２５】１２は、レーザダイオード１，受光器３，
半導体ガルバノミラー４等の正常動作を確認する正常動
作確認手段であり、受光器３の出力から、パルス生成手
段１０の出力にもとづいて反射体６，８の反射による信
号を抜き出し、正常動作を確認する。

【００２６】１３は、不存在判定手段１１の出力と正常
動作確認手段１２の出力の論理積を得るアンドゲートで
あり、手段１１により不存在の判定“１”が出力され、
かつ手段１２により正常動作の確認“１”が出力された
場合にのみ、安全情報“１”を出力する。

【００２７】変位検出手段９，パルス生成手段１０，不
存在判定手段１１，正常動作確認手段１２，アンドゲー
ト１３は、既知のフェールセーフな回路により構成され
ているが、安全性が低くてもよい場合には通常の回路に
より構成することができる。なお監視領域７の外側に
は、必要に応じて光吸収体を配置し、誤動作を防止する
ことができる。

【００２８】以下各部の構成を詳しく説明する。

【００２９】（半導体ガルバノミラー４）以下半導体ガ
ルバノミラー４の構成，動作の詳細を本出願人の出願に
かかる特願平７−２７９９６号の明細書の一部を引用し
て説明する。永久磁石の配置等に異なる点があるが、基
本的構成，動作には差異がない。

【００３０】簡単にいうと、半導体ガルバノミラー４
は、半導体基板に一体形成した可動板と、この可動板を
前記半導体基板に対し揺動自在に軸支するトーションバ
ーと、前記可動板の周縁部に設けた駆動コイルと、この
駆動コイルに静磁界を与える磁界発生手段と、前記可動
板上に形成したミラーから構成されている。

【００３１】図１１，図１２は、半導体ガルバノミラー
４の構成を示す図である。この装置は、検流計（ガルバ
ノメータ）と同じ原理で動作するものである。なお、図
１１，図１２では判り易くするため大きさを誇張して示
している。

【００３２】図１１及び図１２において、半導体ガルバ
ノミラー４は、半導体基板であるシリコン基板１０２の
上下面に、それぞれ例えばホウケイ酸ガラス等からなる
上側及び下側絶縁基板としての平板状の上側及び下側ガ
ラス基板１０３，１０４を接合した３層構造となってい
る。前記上側ガラス基板１０３は、後述する可動板１０
５上部分を開放するようシリコン基板１０２の左右端
（図１１における）に積層されている。

【００３３】前記シリコン基板１０２には、平板状の可
動板１０５と、この可動板１０５の中心位置でシリコン
基板１０２に対して基板上下方向に揺動（回動）可能に
可動板１０５を軸支するトーションバー１０６とが半導
体製造プロセスにおける異方性エッチングによって一体
形成されている。従って、可動板１０５及びトーション
バー１０６もシリコン基板１０２と同一材料からなって
いる。前記可動板１０５の上面周縁部には、可動板１０
５駆動用の駆動電流と、この駆動電流に重畳する変位角
検出用の検出用電流とを流すための銅薄膜からなる平面
コイル１０７が、絶縁被膜で覆われて設けられている。
前記検出用電流は、下側ガラス基板１０４に後述するよ
うに設けられた検出コイル１１２Ａ，１１２Ｂの前記平
面コイル１０７に対する相互インダクタンスに基づいて
可動板１０５の変位を検出するためのものである。本実
施例では半導体ガルバノミラー４を交流で駆動してお
り、この駆動電流が検出用電流を兼ねている。この検出
コイル１１２Ａ，１１２Ｂによる変位角検出について後
述する。

【００３４】ここで、コイルは抵抗分によってジュール
熱損失があり、抵抗の大きな薄膜コイルを平面コイル１
０７として高密度に実装すると発熱により駆動力が制限
されることから、公知の電解メッキによる電鋳コイル法
によって前記平面コイル１０７に形成してある。電鋳コ
イル法は、基板上にスパッタで薄いニッケル層を形成
し、このニッケル層の上に銅電解めっきを行って銅層を
形成し、コイルに相当する部分を除いて銅層及びニッケ
ル層を除去することで、銅層とニッケル層からなる薄膜
の平面コイルを形成するもので、薄膜コイルを低抵抗で
高密度に実装できる特徴があり、マイクロ磁気デバイス
の小型化・薄型化に有効である。

【００３５】また、可動板１０５の平面コイル１０７で
囲まれた上面中央部には、ミラー１０８が公知の手法で
形成されている。更に、シリコン基板１０２のトーショ
ンバー１０６の側方上面には、平面コイル１０７とトー
ションバー１０６の部分を介して電気的に接続する一対
の電極端子１０９，１０９が設けられており、この電極
端子１０９，１０９は、シリコン基板１０２に電鋳コイ
ル法による平面コイル１０７と同時に形成される。

【００３６】上側及び下側ガラス基板１０３，１０４の
左右側（図１１における）には、前記トーションバー１
０６の軸方向と平行な可動板１０５の対辺の平面コイル
１０７部分に磁界を作用させる、互いに対をなす円形状
の永久磁石１１０Ａ，１１０Ｂと１１１Ａ，１１１Ｂが
設けられている。上下の互いに対をなす各３個づつの永
久磁石１１０Ａ，１１０Ｂは、上下の極性が同じとなる
よう、例えば図１２に示すように、下側がＮ極、上側が
Ｓ極となるよう設けられている。また、他方の各３個づ
つの永久磁石１１１Ａ，１１１Ｂも、上下の極性が同じ
となるよう、例えば図１２に示すように、下側がＳ極、
上側がＮ極となるよう設けられている。そして、上側ガ
ラス基板１０３側の永久磁石１１０Ａと１１１Ａ及び下
側ガラス基板１０４側の永久磁石１１０Ｂと１１１Ｂ
は、図１２からも判るように、互いに上下の極性が反対
となるように設けられる。

【００３７】また、下側ガラス基板１０４の下面には、
平面コイル１０７と電磁結合可能に配置され、各端部が
それぞれ対をなす電極端子１１３，１１４に電気的に接
続された一対のコイル１１２Ａ，１１２Ｂがパターニン
グされて設けられている（なお、図１１では、模式的に
１本の破線で示したが実際は複数巻回してある）。検出
コイル１１２Ａ，１１２Ｂは、トーションバー１０６に
対して対称位置に配置されて可動板１０５に変位角を検
出するもので、平面コイル１０７に駆動電流に重畳して
流す検出用電流に基づく平面コイル１０７と検出コイル
１１２Ａ，１１２Ｂとの相互インダクタンスが、可動板
５の角度変位により一方が接近して増加し他方が離間し
て減少するよう変化するので、例えば相互インダクタン
スに基づいて出力される電圧信号の変化を差動で検出す
ることにより可動板１０５の変位角を検出できる。

【００３８】次に、半導体ガルバノミラー４の動作につ
いて説明する。

【００３９】例えば、一方の電極端子１０９を＋極、他
方の電極端子１０９を−極として平面コイル１０７に電
流を流す。可動板１０５の両側では、永久磁石１１０Ａ
と１１０Ｂ、永久磁石１１１Ａと１１１Ｂによって、可
動板１０５の平面に沿って平面コイル１０７を横切るよ
うな方向に磁界（矢印で示す）が形成されており、この
磁界中の平面コイル１０７に電流が流れると、平面コイ
ル１０７の電流密度と磁束密度に応じて平面コイル１０
７、言い換えれば可動板１０５の両端に、電流・磁束密
度・力のフレミングの左手の法則に従った方向に力Ｆが
作用し、この力はローレンツ力から求められる。

【００４０】この力Ｆは、平面コイル１０７に流れる電
流密度をｉ、上下永久磁石による磁束密度をＢとする
と、下記の（１）の式で求められる。

【００４１】Ｆ＝ｉ×Ｂ……（１）実際には、平面コイル１０７の巻数ｎと、力Ｆが働くコ
イル長ｗにより異なり、下記の（２）の式のようにな
る。

【００４２】Ｆ＝ｎｗ（ｉ×Ｂ）……（２）一方、可動板１０５が回動することによりトーションバ
ー１０６が捩じられ、これによって発生するトーション
バー１０６のばね反力Ｆ′と可動板１０５の変位角φの
関係は、下記の（３）の式のようになる。

【００４３】 θ＝（Ｍｘ／ＧＩｐ）＝Ｆ′Ｌ／８．５×１０⁹ ｒ⁴ ）×１₁ ……（３）ここで、Ｍｘは捩りモーメント、Ｇは横弾性係数、Ｉｐ
は極断面二次モーメントである。また、Ｌ、１₁ 、ｒは
それぞれ、トーションバーの中心軸から力点までの距
離、トーションバーの長さ、トーションバーの半径であ
る。

【００４４】そして、前記力Ｆとばね反力Ｆ′が釣り合
う位置まで可動板１０５が回動（変位）する。従って、
（３）式のＦ′に（２）式のＦを代入することにより、
可動板１０５の変位角φは平面コイル１０７に流れる電
流ｉに比例することが判る。

【００４５】従って、平面コイル１０７に流す電流を制
御することにより、可動板１０５すなわちミラー１０８
の変位角φを制御することができる。

【００４６】本実施例では、半導体ガルバノミラー４を
交流で駆動するが、動作原理は変らない。

【００４７】そして、駆動電流に基づいて、平面コイル
１０７と下側ガラス基板１０４に設けた検出コイル１１
２Ａ，１１２Ｂとの間の相互インダクタンスによる誘導
電圧がそれぞれの検出コイル１１２Ａ，１１２Ｂに発生
する。検出コイル１１２Ａ，１１２Ｂに発生する各誘導
電圧は、可動板１０５、言い換えれば、ミラー１０８が
水平位置にある時には、検出コイル１１２Ａ，１１２Ｂ
と対応する平面コイル１０７との距離が等しいことから
等しくなりその差は零である。可動板１０５が前述の駆
動力でトーションバー１０６を支軸として回動すると、
一方の検出コイル１１２Ａ（または１１２Ｂ）では接近
してコイル１０７との相互インダクタンスの増加により
誘導電圧は増大し、他方の検出コイル１１２Ｂ（または
１１２Ａ）では離間してコイル１０７との相互インダク
タンスの減少により誘導電圧は低下する。従って、検出
コイル１１２Ａ，１１２Ｂに発生する誘導電圧はミラー
１０８の変位に応じて変化し、この誘導電圧を検出する
ことで、ミラー１０８の光軸変位角φを検出することが
できる。

【００４８】なお、可動板の変位は、可動板の駆動電流
ｉに比例するときは、この電流ｉの大きさから判定可能
である。しかし、可動板の振動の大きさを制限して抑止
するような場合は必ずしも一致しない。このような場合
のために、ここでは検出コイル１１２Ａ，１１２Ｂを備
えて変位の検出を行っている。また、検出コイル１１２
Ａ，１１２Ｂを用いて、コイル１０７による自己インダ
クタンスの変化を検出してもよい。

【００４９】（変位検出手段９，パルス生成手段１０）
図２は、変位検出手段９，パルス生成手段１０の構成を
示すブロック図であり、図３はパルス生成手段の説明図
である。図２において、１１２Ａ，１１２Ｂは半導体ガ
ルバノミラー４の検出コイルであり、抵抗２４，２５と
共にブリッジ回路を構成する。２１は、半導体ガルバノ
ミラー４の駆動電流の周波数より充分高い周波数の交流
信号源であり、検出コイル１１２Ａと抵抗２２の共通接
続点と、検出コイル１１２Ｂと抵抗２３の共通接続点に
接続される。２５はトランスでその１次コイル２４はブ
リッジ回路における検出コイル１１２Ａ，１１２Ｂの共
通接続点と抵抗２２，２３の共通接続点に接続される。
２６，２７はトランス２５の２次コイルである。

【００５０】２７は入力端が２次コイル２６に接続され
たフェールセーフな増幅器、２８はこの増幅器２７の出
力を検波する検波回路（整流回路）、２９は検波回路２
８の出力をレベル検定するレベル検定器、３０はレベル
検定器２９の出力を否定演算する否定回路である。３
２，３３は、２９，３０と同機能部分であり、３１は位
相反転回路である。

【００５１】否定回路３０，３３は、図２（ｂ）に示す
ように、ウィンドウコンパレータ３５とこの出力を整流
する整流回路３６と、カップリングコンデンサ３６より
構成されている。ウィンドウコンパレータ３５は、詳細
は後述するが、要するに、ウィンドウ（窓）の範囲内の
入力に対しては“１”を出力し、ウィンドウの範囲内に
入らない入力に対しては“０”を出力する機能を有し、
図示のように、ウィンドウの範囲内のレベル（“０”）
からウィンドウの範囲外に出るパルス（“１”）を入力
すると、出力は“１”から“０”に反転、すなわち否定
演算を行うことができる。

【００５２】以上の構成により、検出コイル１１２Ａ，
１１２Ｂには、半導体ガルバノミラー４のミラー１０８
の変位角に対応する振幅で、半導体ガルバノミラー４の
駆動電流の周波数の誘導電圧が得られる。トランス２５
には、交流信号源２１の信号が、前記誘導電圧により振
幅変調された信号が入力する。トランス２５の２次コイ
ル２６には、振幅変調された信号が発生する。

【００５３】

【００５４】

【００５５】（正常動作確認手段１２）図４は、正常動
作確認手段１２の構成を示すブロック図であり、図５
は、変位検出手段９，パルス生成手段１０，正常動作確
認手段１２の動作を示すタイムチャートである。

【００５６】

【００５７】３５はオアゲートである。３６はオンディ
レー回路であり、パルス信号ｅを出力する。３３は、受
光器３からの信号ｉとパルス生成手段１０で生成したパ
ルス信号ｂ２との論理積を得るアンドゲートであり、パ
ルス信号ｃ２を出力する。３４は、アンドゲート３３か
らのパルス信号ｃ２よりトリガされる、３２と同構成の
自己保持回路であり、信号ｄ２を出力する。

【００５８】自己保持回路３２，３３は、図４（ｂ）に
示すように、後述するウィンドウコンパレータ／ＡＮＤ
ゲート回路を用いており、入力端子Ａがハイレベル（ウ
ィンドウの範囲内）のとき、入力端子Ｂをハイレベル
（ウィンドウの範囲内）にすると、発振状態となり、そ
の発振出力が整流され入力端子Ｂに帰還されるので、入
力端子Ｂがハイレベルに保持され、発振状態が持続す
る、すなわち自己保持状態となる。ＡＮＤゲート機能に
より、入力端子（ホールド端子）Ａがローレベル（ウィ
ンドウ範囲外）となると発振が停止し自己保持が解け
る。

【００５９】以上の構成により、正常動作確認手段１２
は、半導体レーザ１，受光器３，半導体ガルバノミラー
４等の正常動作時には、図５の左方に示す、ハイレベ
ル，ローレベルが交互にくる信号ｄ１，ｄ２が得られ、
オンディレー回路３６の出力信号ｅはハイレベルすなわ
ち“１”となる。半導体レーザ１，受光器３，半導体ガ
ルバノミラー４等の異常動作時（図５は半導体レーザ１
または受光器３の異常時を示す）には、図５の右方に示
すように、入力パルスｉが欠落するので、自己保持回路
３２，３４はトリガされずその出力信号ｄ１，ｄ２はロ
ーレベルのままとなり、オアゲート３５の出力もローレ
ベルとなり、オンディレー回路３６の出力信号ｅはロー
レベルすなわち“０”となる。

【００６０】

【００６１】

【００６２】

【００６３】〔実施例２〕本実施例は、反射体を１個と
した例であり、実施例１における、反射体の一方を欠
き、正常動作確認手段の構成を図７に示す構成とした点
を除き、実施例１と同様の構成となっている。

【００６４】半導体ガルバノミラー４の可動板の振幅が
半導体ガルバノミラー４の駆動電流の大きさに殆ど比例
する場合（可動板の回動を阻止するものがない場合）
は、可動板の振幅をその両端で検出するまでもないの
で、本実施例では反射体の一方を設けない構成としてい
る。

【００６５】

【００６６】一方自己保持回路３２は、実施例１の場合
と同様に、１〜６部分の故障等により、反射体からの反
射による受光器３の出力パルスｉが欠落すると、トリガ
されなくなり、オンディレー回路３６の出力ｅは、ハイ
レベルからローレベルに反転したまま、すなわち“０”
となり、正常動作が確認できない状態となる。

【００６７】以上説明したように、本実施例においても
実施例１と同様の効果が得られる。

【００６８】（フェールセーフな回路）以下に本発明で
使用可能なフェールセーフな回路の動作原理を説明す
る。

【００６９】図９はフェールセーフなアンドゲートの例
を示す図である。図９（ａ）の回路では、増幅器Ａ₁ 〜
Ａ₁₁が全て正常であれば、入力信号Ｘ₁ …Ｘ_n が全て
“１”である場合にのみ、検査信号ｋが伝達されて、包
絡線検波出力信号Ｚ＝１を生じる。検査信号ｋの有無を
同じ記号の２値の論理変数ｋとし、ｋ＝１を有、ｋ＝０
を無しで表せば、出力信号Ｚは次の（４）式で表され
る。

【００７０】Ｚ＝Ｘ₁ ・Ｘ₂ …・Ｘ_n ・ｋ……（４）入力信号Ｘ₁ 〜Ｘ_n のいずれかが０の場合、および増幅
器Ａ₁ 〜Ａ_n のいずれかが故障の場合は出力信号は０と
なる。よってこの回路は、フェールセーフなｎ入力のア
ンドゲートとして動作する。

【００７１】図９（ｂ）の回路は、図９（ａ）の回路の
検査信号発生回路ＰＧを除くため、最終段増幅器Ａ_n の
出力を初段の増幅器Ａ₁ に正帰還して発振回路を構成す
るようにした回路である。この回路も発信信号の有無を
ｋとして表せば出力信号は前記（４）式で表される。入
力信号Ｘ₁ …Ｘ_n のいずれかが０の場合、および増幅器
Ａ₁ 〜Ａ_n のいずれかが故障の場合は発振が停止する。
すなわちフェールセーフなｎ入力アンドゲートとして動
作する。

【００７２】図１０は、フェールセーフなウィンドウコ
ンパレータ，アンドゲート，インバータとして動作する
回路の例を示す図である。図１０（ａ）に基本回路を示
し、図１０（ｂ）にこの基本回路を２個従属接続した回
路を示す。

【００７３】図１０（ａ）の基本回路において、発振条
件は次の（５），（６）式により定まる。

【００７４】

【００７５】このように、この回路は、入力端子１，２
を共通に接続した場合は、その入力信号のレベルＸが窓
の範囲にあるか否かが検出でき、すなわちコンパレータ
として動作する。

【００７６】また、この窓の範囲における発振は、入力
端子１，２のいずれか一方が切断する、すなわち信号が
入力されないとき停止する。よってこの回路は２入力ア
ンドゲートとして動作する。

【００７７】更に、この回路は、発振状態において、入
力信号が窓の上限を越えてその範囲外に変化すると発振
が停止する、すなわちインバータとして動作する。

【００７８】図１０（ｂ）の回路は、図１０（ａ）の基
本回路を２個、位相反転用トランジスタＱ４を介して従
続接続し、抵抗Ｒ₉ を介して帰還したものである。入力
端子１，２は共に式（７）に示す窓をもつので、２入力
ウィンドウコンパレータを構成する。そして、入力端子
１，２の信号が共に式（７）を満たす場合にのみ回路は
発振するので、この回路は２入力アンドゲートの機能を
併せもっている。

【００７９】図１０（ａ），（ｂ）の回路は、いずれも
いずれかの増幅器が故障とする発振が停止する。また、
回路を構成するトランジスタの一部のエミッタ電位が電
源電位Ｅとなっている。これは電源電位Ｅをエミッタ電
位とするトランジスタが電源電位Ｅより高い入力信号で
ないと動作しないことを意味しており、信号伝達が“電
源枠外”である。このように発振の信号が伝達される過
程に電源枠外の信号伝達過程を挿入することによって、
たとえトランジスタの入出力に短絡故障が起こっても、
信号が印加されていない限り発振できないような構成と
している。すなわち、図１０（ａ）では、トランジスタ
Ｑ₃ の出力は端子２に入力信号Ｖ₂ が入力されない限り
トランジスタＱ₁ をドライブすることができない。図１
０（ｂ）においてもトランジスタＱ₁ ，Ｑ₄ に関して同
様である。

【００８０】このように、この図１０（ａ），（ｂ）の
フェールセーフな回路を構成している。

【００８１】なお、この種のフェールセーフなウィンド
ウコンパレータ／ＡＮＤゲートの回路，動作，特性は、
米国特許第４６６１８８０号，第５０２７１１４号，第
５３４５１３８号、国際公開公報ＷＯ９４／２３３０３
等により既知である。

【００８２】以上説明したように、本実施例によれば、
レーザダイオード１，受光器３，半導体ガルバノミラー
４等が正常に動作して、正常動作確認手段１２の出力ｅ
が“１”であり、かつ監視領域７内に人等が存在せず、
不存在判定手段１１の出力ｇが“１”の場合にのみ、出
力端子１４から安全情報“１”が出力される。

【００８３】また、半導体ガルバノミラー４により走査
しているので、監視領域を広くすることができる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
安全情報が得られ、監視領域が広い、反射型光センサタ
イプの光バリア装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の構成を示すブロック図

【図２】変位検出，パルス生成手段の構成を示すブロ
ック図

【図３】パルス発生手段の説明図

【図４】正常動作確認手段の構成を示すブロック図

【図５】変位検出，パルス生成，正常動作確認手段の
タイムチャート

【図６】不存在判定手段の構成，動作を示す図

【図７】実施例２における正常動作確認手段の構成を
示すブロック図

【図８】変位検出，パルス生成，正常動作確認手段の
タイムチャート

【図９】フェールセーフアンドゲートの例を示す図

【図１０】フェールセーフウィンドウコンパレータ／
ＡＮＤゲートの例を示す図

【図１１】半導体ガルバノミラーの構成を示す図

【図１２】図１１のＡ−Ａ断面図

【符号の説明】

１レーザダイオード３受光器４半導体ガルバノミラー１１不存在判定手段１２正常動作確認手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｈ 35/00 Ｇ０１Ｖ 9/04 Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光ビームを発生する光ビーム発生手段
と、受光手段と、前記光ビーム発生手段で発生した光ビ
ームを、監視領域を含む領域を走査するよう反射すると
共に、前記監視領域を含む領域から反射されてくる光を
前記受光手段へ反射する光ビーム走査手段と、前記受光
手段の出力にもとづいて前記監視領域における人等の不
存在を判定する不存在判定手段と、前記光ビーム発生手
段，受光手段，光ビーム走査手段の正常動作を確認する
正常動作確認手段と、前記不存在判定手段の出力と前記
正常動作確認手段の出力との論理積により安全情報を出
力するゲート手段とを備えたことを特徴とする光バリア
装置。
【請求項２】不存在判定手段と正常動作確認手段とゲ
ート手段をフェールセーフな回路により構成したことを
特徴とする請求項１記載の光バリア装置。
【請求項３】監視領域の端部近傍に配置した反射体を
備え、正常動作確認手段は、前記反射体からの反射光に
よる受光手段の出力信号にもとづいて正常動作の確認を
行うものであることを特徴とする請求項１記載の光バリ
ア装置。
【請求項４】光ビーム走査手段の変位を検出する変位
検出手段を備え、不存在判定手段は、前記変位検出手段
の出力にもとづいて、受光手段の出力信号から、反射体
からの反射光による出力信号を消去して、監視領域から
の反射光による出力信号を抜き出し人等の不存在の判定
を行うものであることを特徴とする請求項３記載の光バ
リア装置。
【請求項５】正常動作確認手段は、変位検出手段の出
力にもとづいて、受光手段の出力信号から、反射体から
の反射光による出力信号を抜き出し、この信号により正
常動作確認を行うものであることを特徴とする請求項３
または請求項４記載の光バリア装置。
【請求項６】不存在判定手段は、監視領域からの反射
光による出力信号を、ウィンドウコンパレータに入力し
判定処理を行うものであることを特徴とする請求項１な
いし請求項５のいずれかに記載の光バリア装置。