JPS626416B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、交流電源に接続される投光器と、
前記投光器とは別個に交流電源に負荷を直列に介
して接続されるスイツチング部と交流電源より電
力の供給を受けてスイツチング部の開閉を制御す
る回路とによる受光器とで構成される交流３線式
透過形光電スイツチに関する。

透過形光電スイツチは投光器より被検出物体に
向けて投光した光が被検出物体の有無により遮断
または透過の状態を受光検出することに生ずる検
出信号の有無によつて負荷開閉用スイツチング素
子をオン・オフするものである。従つて被検出物
体に向けて光を投光する手段と、その透過光を受
光する手段、この受光にもとづいて検出信号を発
生する手段を有する検出回路、この検出回路によ
り制御される負荷開閉用スイツチング素子とより
なる。さらに通常これらに電力を供給するための
回路を設ける。

従来の交流３線式透過形光電スイツチの代表例
は第１図に示すように構成されている。即ち、投
光器１は全波整流回路１３′と定電圧回路１１′と
発振回路５と発光ダイオード６とを有しており、
交流電源４′に接続される。受光器２は前記の投
光器１とは別個に交流電源４に負荷３を直列に介
して接続されるとともに交流電源４より電力の供
給を受けるため直接接続される端子を有し、負荷
３の開閉を行う全波整流回路１３とスイツチング
用サイリスタ１２と、光入力を受けてサイリスタ
１２のオン・オフを制御するために必要な受光ダ
イオード７、交流増幅回路８、波形処理回路９、
トリガ回路１０および整流器１４と定電圧回路１
１とより構成されている。

第２図に示すように、投光器１の発光ダイオー
ド６は交流電源４′の電圧の位相に無関係に発振
回路５の出力にて駆動され、投光器１からは数百
乃至数KHzの繰り返し周波数で光パルスが投射
されており、この光パルスが物体などによつて遮
られると、受光ダイオード７に入力される受光入
力パルスは無くなるように配置される（第２図波
形図参照）。波形処理回路９は、この光入力が無
くなつた時のみ出力信号を生じてトリガ回路１０
を駆動してその出力側に出力を生じてサイリスタ
１２をオンする。この時は全波整流回路１３の出
力端子がサイリスタ１２によつて短絡されること
になるので負荷には大きな電流が流れて負荷がオ
ン状態となる。受光ダイオード７に受光入力を生
じた時は波形処理回路９の出力信号が消滅してト
リガ回路１０の出力も無くなり、交流電源４の電
圧の半波が終つて瞬時値が零になるとともにサイ
リスタ１２の陽極電圧も零となつてサイリスタ１
２はターン・オフして負荷３に流れる負荷電流を
断つことになる。

ところで、従来の光電スイツチにおいては上記
のように投光器１からは数百乃至数KHzの繰り
返し周波数の光パルスが投光されている。これは
光パルスの繰り返し周波数が低くなるとその位相
が交流電源４の位相と全く無関係であるからサイ
リスタ１２を必要な位相でオンすることができ
ず、そのため負荷電流の導通角を十分なものにす
ることができないおそれがあるからであり、また
光パルスの繰り返し周波数が交流電源の周波数に
近づくとビート障害を起したり負荷電流の導通角
の不安定性も一層ひどくなるからである。従つて
数百乃至数KHzの繰り返し周波数の光パルスを
用いることによつて、交流電源の半周期内の早い
位相の時期に確実にサイリスタ１２のトリガを制
御しているのである。

しかしながら、このように発光ダイオード６の
駆動周波数を高めるとデユーテイ・フアクタが悪
くなり、発光ダイオード６の信頼性の点から駆動
電流のピーク値を大にすることができない。その
ため、投光器１と受光器２とを大きく離して使用
する場合などには光パルスのピーク値の光量が不
足することになる。

そこで従来では、交流増幅回路８の増幅度を高
めるなどの受光器内部の改善によつて対処してい
た。しかしながら投射される光パルスのピーク値
が小さいことは本来SN比が悪いということであ
り、受光器２での増幅度を上げることは逆に動作
の不安定性を呼び起し、しかも回路的にも複雑に
なるので高価格になりやすい等の欠点を有するも
のである。

この発明は上記の欠点に鑑み、発光ダイオード
の駆動電流を交流電源の特定の位相で半周期毎に
１回流すようにし、受光器側では光パルスの入光
したタイミングで負荷開閉用スイツチング素子を
オンするようにし、もつて光パルスのピーク値を
大にしてSN比を改善するとができるようにした
交流３線式透過形光電スイツ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図面を参照しなが
ら説明する。第３図は一実施例を示すものであ
る。

なお以下の説明においては第１図と同じものは
同符号を用いて説明してある。

第３図において投光器１は全波整流回路１３′
と定電圧回路１１′をなすツエナダイオード２
１、コンデンサ２２、電流制限用抵抗２３と、発
光素子例えば発光ダイオード６と、これを直列に
接続された瞬時電流制限用コイル２５と、スイツ
チング素子であるサイリスタ２４と、サイリスタ
２４にゲート電圧をあたえるための分圧抵抗２
７，２８とよりなり、瞬時電流制限用コイル２５
の両端子には逆起電力吸収用ダイオード２６が接
続されてなる。受光器２は受光素子例えば受光ダ
イオード７と定電圧回路１１と交流増幅回路８と
トリガ回路１０とスイツチング素子例えばサイリ
スタ１２と全波整流回路１３とを有している。定
電圧回路１は半波整流器４４と抵抗４３とツエナ
ダイオード４１とコンデンサ４２とにより構成さ
れていて、交流電源４の一端と全波整流回路１３
の負側出力端子との間に接続される。交流増幅回
路８はトランジスタ４５，抵抗４７，４８，４９
およびコンデンサ５３，５４にて構成されていて
受光ダイオード７よりの入力を増幅してトリガ回
路１０に出力する。トリガ回路１０はトランジス
タ４６、抵抗５０，５１およびコンデンサ５５に
より構成されていて、交流増幅回路８より入力が
あると、出力終端抵抗５２の両端にパルス電圧を
出力するように接続されている。さらに全波整流
回路１３の入力側の一側は負荷３を通して交流電
源４の一端に接続され、他の一端は直接交流電源
の他の一端に接続される。全波整流回路１３の出
力側はサイリスタ１２の陰極及び陽極に接続さ
れ、サイリスタ１２のゲートには前記トリガ回路
１０の出力が与えられるように接続されている。

次に第４図を参照しながら投光器１の動作につ
いて説明する。全波整流回路１３′を通して交流
電源４′の整流半波が加わり始めると、コンデン
サ２２を充電し始めると同時にコンデンサ２２の
端子電圧は抵抗２７および２８で分圧され、抵抗
２８の端子電圧がサイリスタ２４のゲート・陰極
間に加えられる。整流波の瞬時値がさらに立ち上
つてコンデンサ２２の端子電圧が上昇して、抵抗
２８の端子電圧がサイリスタ２４のトリガ電圧に
達するとサイリスタ２４はターン・オンする。サ
イリスタ２４がターン・オンするとコンデンサ２
２の充電電荷は発光ダイオード６、コイル２５お
よびサイリスタ２４を通して急激に放電してその
瞬間放電電流によつて発光ダイオード６が発光し
て被検出物体に向けて投光する。コイル２５はこ
の瞬間放電電流が過大になるのを防ぐ目的で接続
されている。投光後は抵抗２３―発光ダイオード
６―コイル２５―サイリスタ２４の回路が構成さ
れるがその電流は抵抗２３によつて制限される。
全波整流回路１３′より供給される整流波の半波
が終つてサイリスタ２４の陽極電圧が零になると
サイリスタ２４はターン・オフして回路の最初の
状態に復帰する。やがて次の整流半波が加わると
上記動作を反復する。以上の説明から明らかなよ
うに発光ダイオード６の発光は交流電源４′の半
周期毎に一回であり、その駆動電流はコンデンサ
２２の瞬時放電電流を利用するのであるから、駆
動電流のデユーテイ・フアクタは小さく、従つて
駆動電流のピーク値を十分に大きくするように設
定することができる。場合によつては数百mAか
ら数Ａに設定することができる。

次に受光器２の動作について説明する。検出位
置に被検出物体がなくて投光された光が受光ダイ
オード７まで透過して受光ダイオード７に光入力
があると、受光ダイオード７の内部抵抗が減少し
て通過電流が増大し、抵抗４７の端子電圧が増大
してトランジスタ４５を導通させる。トランジス
タ４５が導通すると、その出力によつてトリガ回
路１０のトランジスタ４６を導通させて、トリガ
回路１０の出力終端抵抗５２の端子に、パルス的
な出力電圧を得る。このパルス出力電圧がサイリ
スタ１２のゲート・陰極間にトリガ電圧として加
わり、サイリスタ１２をターン・オンさせる。サ
イリスタ１２がターン・オンすれば全波整流回路
１３の出力端子が短絡されたことになつて交流電
源４―負荷３―全波整流回路１３―サイリスタ１
２―全波整流回路１３―交流電源４の経路にて負
荷３に負荷電流が流れる。この負荷電流はサイリ
スタ１２の自己保持性により受光器２に光入力が
なくとも半波が終るまで持続する。交流電源４の
その時の半波が終つて瞬時値が零になると、全波
整流回路１３の出力端子電圧も零となり従つてサ
イリスタ１２の陽極電圧も零となるからサイリス
タ１２はターン・オフし、回路はすべて最初の状
態に復旧する。やがて次の半波が加わり始めて、
受光ダイオード７に光入力があれば上記動作を反
復して負荷３に負荷電流が流れ、受光ダイオード
７に光入力が無ければサイリスタ１２はオフ状態
にあつて負荷３に負荷電流は流れない。

投光器１および受光器２に接続する交流電源
４′および４は同一商用電源に属するが故に同相
または180゜の位相差を有して同期がとれている
ので、いかなる半波においても上記説明と全く同
一の動作を繰り返えす。透過光の途中に物体など
があつて透過光が遮断されると受光ダイオード７
に受光入力がないからサイリスタ１２はトリガさ
れず負荷３にも電流が流れない。この間の関係は
第４図にて示される。

以上のようにサイリスタ１２の動作は単方向性
にも拘わらず全波整流回路１３との併用によつて
交流電源４および負荷３から見た本装置は、被検
出物体の有無により制御されてオン・オフするス
イツチと考えられる。

以上説明したように、この発明にかかる交流３
線式透過形光電スイツチは、交流電源に接続され
る全波整流回路と、この全波整流回路の出力端子
間に接続される電流制限用抵抗とコンデンサとの
直列回路と、このコンデンサの両端に並列接続さ
れるスイツチング素子と発光素子との直列回路
と、前記コンデンサの充電電位に応じて前記スイ
ツチング素子をトリガすることにより整流半波の
立ち上り部分のタイミングで該スイツチング素子
をオンさせるトリガ回路とからなる投光器と、交
流電源に負荷を介して接続される全波整流回路
と、この全波整流回路の出力端子間に接続される
負荷開閉用スイツチング素子と、前記交流電源か
ら整流回路並びに定電圧回路を通して電力の供給
を受けて受光素子出力を増幅し、前記負荷開閉用
スイツチング素子をトリガするトリガ信号を生じ
る増幅回路とからなる受光器とにより構成され
る。そのため、投光器の発光素子の発光繰り返し
周波数は交流電源周波数の２倍であり、つまり交
流電源の半周期に１回発光し、しかも発光素子の
駆動電流は、コンデンサの瞬時放電電流を利用し
且つ電源側からの電流は電流制限用抵抗で制限し
てしまうので、時間幅が狭く、デユーテイ・フア
クタが小さく、その結果駆動電流のピーク値を十
分に大きくすることができる。さらに、コンデン
サの充電電位が一定になつたところでスイツチン
グ素子をトリガし発光させているので、発光素子
の駆動電流は、電源電圧などに影響されず、一定
の大きなものとすることができる。このように発
光のピークを大きくし且つ時間幅を狭くできるの
で、SN比を改善できる。すなわち、受光器の側
で、増幅器の増幅利得を小さく設定でき、また外
乱光等による誘導雑音に対しても安定なものとす
ることができる。そのため、第３図に例示のよう
に、受光器において、スイツチング素子を制御す
るための制御信号回路を非常に簡単な増幅回路の
構成とすることができ、したがつて安価に製造で
きる。また、投光器と受光器とは交流電源を介し
て同期しており、投光器からの発光は整流半波の
立ち上り部分のタイミングで生じるので、受光器
がこの光を受けたとき、その受光信号をそのまま
増幅して負荷開閉用スイツチング素子のトリガ信
号とすれば、交流波形の零ボルト付近から負荷に
電流を与えることができ、簡単な回路で負荷に効
率良く且つ安定に電力を供給できる。さらに上記
のように、電源電圧に影響されずに一定ピークの
光を発射するので、AC100V、200Vのように異な
る交流電源に対しても同一定数のままで使用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交流３線式透過形光電スイツチ
を示す回路図、第２図は第１図の動作を説明する
波形図、第３図は本発明に係る一実施例の構成を
示す回路図、第４図は第３図の動作を示す波形図
である。 １……投光器、２……受光器、３……負荷、
４，４′……交流電源、５……発振回路、６……
発光素子、７……受光素子、８……増幅回路、９
……波形処理回路、１０……トリガ回路、１１，
１１′……定電圧回路、１２……スイツチング素
子、１３，１３′……全波整流回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電源に接続される全波整流回路と、この
   全波整流回路の出力端子間に接続される電流制限
   用抵抗とコンデンサとの直列回路と、このコンデ
   ンサの両端に並列接続されるスイツチング素子と
   発光素子との直列回路と、前記コンデンサの充電
   電位に応じて前記スイツチング素子をトリガする
   ことにより整流半波の立ち上り部分のタイミング
   で該スイツチング素子をオンさせるトリガ回路と
   からなる投光器と、交流電源に負荷を介して接続
   される全波整流回路と、この全波整流回路の出力
   端子間に接続される負荷開閉用スイツチング素子
   と、前記交流電源から整流回路並びに定電圧回路
   を通して電力の供給を受けて受光素子出力を増幅
   し、前記負荷開閉用スイツチング素子をトリガす
   るトリガ信号を生じる増幅回路とからなる受光器
   とにより構成される交流３線式透過形光電スイツ
   チ。