JPS603627B2 - 交流３線式光電スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、２個の電源端子と１個の負荷開閉端子とを
有し、この負荷開閉端子と一方の電源端子間に負荷を接
続し、被検出物体の有無に応じて透過光または反射光を
検出することにより、前記負荷を開閉する交流３線式光
電スイッチに関する。

交流３線式光電スイッチには被検出物体によって光を遮
る透過形のものと、被検出物体によって反射光を生ぜし
める反射形のものとがある。

従来の交流３線式光電スイッチでは、いずれの形のもの
でも投光回路の発光ダイオードより数１００〜数ＫＨｚ
の周波数のパルス光を投射するようにしている。そのた
め発光ダイオードの信頼性、例えばデューティフアクタ
の面からその駆動電流は低く抑えざるを得ず、そのため
パルス光のピーク値が小さくなってしまうので、受光側
での増幅ゲインを高める必要があった。そのため、受光
側におし、て外部からの誘導雑音等に対する安定性が据
われ、好ましいものではなかった。また各回路を動作さ
せるための電源回路には容量が大きく（数十仏Ｆ〜数百
山Ｆ）、かつ耐圧の高い平滑用の電解コンデンサが使わ
れているため小型化あるいは薄型化の点から制約の大き
いものであった。しかも日本の商用電源である交流１０
０ボルトおよび２００ボルト共用化しようとする場合に
電源回路の定電圧回路への負担が過大になり困難であっ
た。本発明は上記に還み、発光ダイオードの駆動周波数
を低くしてそのピーク値を高めるようにし、かつ容量の
大きな電解コンデンサなどを用いる必要がなくしかも光
流１００ボルトおよび２００ボルト共用化できる交流３
線式光電スイッチを提供することを目的とする。

以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は第１の実施例に係る透過形の交流３線式光電ス
イッチを示している。この透過形交流３線式光電スイッ
チは投光器１と受光器３とからなり、それぞれ別個に交
流電源に接続されるので交流電源に関しては同相または
逆相（１８０度位相差）となっている。そして投光器１
と受光器３とは対向配置され、その透過光が被検出物体
２によって遮蔽されるようになっている。その動作は第
２図に示されるようになる。まず投光器１は半波整流用
のダイオード１１と抵抗１２〜１４とコンデンサ１５，
１６とＰＵＴ１７とダイオード１８と定電圧ダイオード
１９と発光ダイオード２０とィンダクタ２１とから構成
されており、第２図に示すように半波整流出力が生じて
いる交流電源の１／２周期（Ｔ／２）の間コンデンサー
６に充電を行い、次の１／２周期の最初の部分の位相ら
でこのコンデンサ１６に蓄えられた電荷を急激に放電し
て発光ダイオード２０からのパルス光を得るものである
。

半波整流出力が立ち上がり始めると、ＰＵＴ１７のゲー
ト電圧は抵抗１２，１３の分圧回路により上昇して行く
が定電圧ダイオード１９によって制限される。このとき
コンデンサ１６にもダイオード１８、抵抗１４を経て充
電電流が流れるのでコンデンサ１６の両端電圧、すなわ
ちァノード電圧も上昇して行くがゲート電圧の上昇より
は遅れる。コンデンサ１６に充電電流が流れている間、
ダイオード１８の順方向降下電圧および抵抗１４におけ
る降下電圧が生じるため、その分ゲート電圧はアノード
電圧よりも高くなっている。したがって半波整流出力の
立ち上がり及び立ち下がり部分の最初の位相では、ＰＵ
Ｔ１７はオフのままとなる。また、このとき同時にコン
デンサー５にも充電がなされている。したがって、更に
位相が進んで半波整流出力が０ボルトに近づいてきたと
き、ゲート電圧がアノード電圧よりも低くなろうとする
がコンデンサ１５に蓄えられた電荷がダイオード１８お
よび抵抗１４を経て放電するので、このダイオード１８
および抵抗１４に生じる電圧分だけゲート電圧がァノー
ド電圧より高められることになりＰＵＴ１７は更にオフ
の状態を継続する。そしてコンデンサー５の放電が進ん
でアノード・ゲート間の電位差がなくなるとＰＵＴ１
７はターンオンし、コンデンサー６に蓄えられた電荷を
一挙に放電する。したがって各定数を選定することによ
りＰＵＴ１７のターンオン位相を前記の位相ｔ，とする
ことができる。こうしてコンデンサー６に１／２周期の
間十分な電荷を蓄積することができるので発光ダイオー
ド２０の駆動電流を十分大きなものとすることができ、
数百ｍＡ〜数Ａ程度のピーク値を得ることができる。こ
の動作過程は交流電源が１００ボルトであっても２００
ボルトであっても変らず、略同じような駆動電流が得ら
れる。なお発光ダイオード２０と直列に接続されたィン
ダクタ２１は、放電電流を若干鈍らせて受光素子４１（
後述する）の応答特性に適応させるために接続されてい
る。受光器３は、半波整流用ダイオード３１と受光回路
４とカットオフ回路５と平滑回路６としベル弁別回路７
と負荷開閉回路８とから構成されている。

受光回路４は、フオトダィオードなどの受光素子４１と
この出力を増中するトランジスタ４２，４３等からなっ
ている。カットオフ回路５は受光回路４からの検出信号
によりトリガされるＳＣＲ５１と動作表示用発光ダイオ
ード５２と抵抗５３とから構成されている。平滑回路６
はコンデンサ６１と抵抗６２とでなり、レベル弁別回路
７はＳＵＳ等のスイッチング素子７１からなっている。
負荷開閉回路８はしベル弁別回路７によりトリガされる
ＳＣＲ８１と全波整流ブリッジを構成する４個のダイオ
ード８２〜８５とから構成されている。この負荷開閉回
路８の一方の端子と一方の交流電源端子との間に負荷Ｌ
が接続され、この負荷Ｌがこの光電スイッチにより開閉
される。まず透過光が被検出物体２によって遮られ受光
素子４１に到達しない場合には、ＳＣＲ５１がトリガさ
れないので平滑回路６のコンデンサ６１には充電が行わ
れており、コンデンサ６１の両端電圧は第２図に示すよ
うに多少のリップルを含んだ波形となっている。そして
レベル弁別回路７の弁別レベルＥは、スイッチング素子
７１におけるしきい電圧によってほぼ決まり、この弁別
レベルＥが前記コンデンサ６１の両端電圧よりも低く設
定されているため、スイッチング素子７１は導通し、Ｓ
ＣＲ８１にトリガ信号が加えられる。そのためＳＣＲ８
１はターンオンし、負荷Ｌには交流の電流が流れること
になる。被検出物体２が去って受光素子４１に透過光が
入射するようになると、受光回路４から検出信号が生じ
てＳＣＲ５１がトリガされる。

したがってＳＣＲ５１がターンオンしたとき、コンデン
サ６１の両端は抵抗５３、発光ダイオード５２、ＳＣＲ
５１により短絡され放電し、コンデンサ６１の両端電圧
は０ボルトになる。そのためスイッチング素子７１は非
導適状態となり、ＳＣＲ８１にトリガ信号が与えられな
くなる。そのため負荷開閉回路８はオフとなり、負荷Ｌ
に対する交流電流の供給がストップされる。なお投光回
路１からはパルス光が交流電源の１周期につき１回位相
ｔ，で生じており、コンデンサ６１は半波整流出力を充
電するようにしているので投光器１と受光器３とが交流
電源に関して同相にあるとき最初の１／２周期でコンデ
ンサ６１が充電されてしまい、次の１／２周期の最初の
位相ｔ．で放電が行われることになるが、時定数を選定
することにより１回の半波整流出力のみではコンデンサ
６１の両端電圧が弁別レベルＥに達しないようにしてお
くことにより、受光素子４１にパルス光が入射している
限り負荷開閉回路８をオフの状態としておくことができ
る。

投光器１と受光器３とが交流電源に関して逆相関係にあ
る場合には、コンデンサ６１に充電が行われる１／２周
期の最初の位相ｔ，でＳＣＲ５１がターンオンし、放電
が行われるためコンデンサ６１にはほとんど充電がなさ
れず負荷開閉回路８はオフ状態となる。交流電源が１０
０ボルトあるいは２００ボルトでも上記の動作は変わら
ず、パルス光が受光素子４１に入射しているときにコン
デンサ６１の両端電圧を弁別レベルＥよりも低くし、パ
ルス光が入射していないときに高くするよう、各定数の
設定および弁別レベルＬの設定を行うことは勿論容易で
ある。第３図は第２の実施例に係る反射形の交流３線式
光電スイッチを示すものである。

投光回路９は第１図の投光器１の回路とは異って構成さ
れており、第４図に示すように交流電源の１／２周期（
Ｔ／２）の後半部分の位相ｔ２でパルス光を発射するよ
う構成されている。半波整流出力が立ち上ってくると、
ＰＵＴ９５のゲート電圧は抵抗９１を介して上昇し、定
電圧ダイオード９２によって制限されるまで上昇する。
ＰＵＴ９５のアノード電圧はコンデンサ９４の両端電圧
であり、ダイオード９３を流れる充電電流によりコンデ
ンサ９４が充電されることに伴って上昇していく。した
がってＰＵＴ９５のアノード電圧はゲート電圧よりも遅
れることになり、半波整流出力の立ち上がりの位相では
ＰＵＴ９５はオフとなっている。半波整流出力が立ち下
がってきて１／２周期が終りに近づいた位相ｔ２でアノ
ード電圧がゲート電圧よりも高くなるように各定数を選
定しておけば、この位相らでＰＵＴ９５がターンオンす
る。したがって、この時までにコンデンサ９４に蓄積さ
れた電荷がＰＵＴ９５、ィンダクタ９７、発光ダィオ−
ド９６を経て放電し、瞬間的に極めて大きな電流が発光
ダイオード９６に流れてパルス光が発射される。したが
って被検出物体２が存在し、反射光が受光素子４１に到
達する時、ＳＣＲ５１がターンオンし、ダイオード３１
による半波整流出力が位相ｔ２の間コンデンサ６１に蓄
えられた電荷が放電されることになり、コンデンサ６１
の両端電圧は第４図に示すようになる。この第３図の回
路は、反射形として構成されていること及び投光回路９
が第１図の投光器１の回路と異る点を除き、他の回路及
び動作は第１図とほぼ同様なので同一の部分に同一の番
号を付して、さらに詳しい説明は省略する。以上、２つ
の実施例について説明したように本発明によれば、投光
回路は交流電源に同期して交流電源の１周期に１回発光
ダイオードを駆動するようにしているので、そのピーク
値を大きくすることができ大きなピーク値のパルス光を
発射することができる。

そのため受光側における増中ゲインを低めることができ
て動作の安定性及び回路の簡素化に寄与することができ
る。又、交流電源の１００ボルト及び２００ボルトに共
用することが可能となる。さらに、電源トランスを用い
る必要が無いため小形・軽量化することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示す回路図、第２図は
第１図の動作を説明するための波形図、第３図は第２の
実施例を示す回路図、第４図は第３図の動作を説明する
ための波形図である。 Ｌ・・・負荷、１・・・投光器、２・・・被検出物体、
３・・・受光器、４・・・受光回路、５・・・カットオ
フ回路、６・・・平滑回路、７・・・レベル弁別回路、
８…負荷開閉回路、９・・・投光回路、２０，９６・・
・投光用発光ダイオード、４１・・・受光素子、５２・
・・動作表示用発光ダイオード。多ヱ図多２図 多多図 多４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源に同期し交流電源の特定の位相でパルス光
   を投射する投光回路と、パルス光を受光し検出信号を生
   じる受光回路と、負荷開閉回路と、平滑回路と、この平
   滑回路の出力電圧が所定レベル以上のとき前記負荷開閉
   回路にトリガ信号を送るレベル弁別回路と、前記受光回
   路からの検出信号に基づき前記平滑回路を短絡するカツ
   トオフ回路とからなる交流３線式光電スイツチ。