JP2007028388A - 光電スイッチ - Google Patents

Abstract

【課題】 省電力で、かつ場合によって投光器及び受光器の状況も管理が可能な光電スイッチを提供する。
【解決手段】 電気信号を光信号に変えて送信する第１の投光手段１１を備えた投光器１２と、第１の投光手段１１からの第１の光信号を受ける第１の受光手段１３を備えた受光器１４とを有する光電スイッチ１０において、受光器１４には、第１の受光手段１３の出力によって作動する信号送信手段１５が備えられると共に、投光器１２には、信号送信手段１５からの信号を検知して電気信号を出力する受信手段１６が備えられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、侵入者等の検出対象物の検知を行う光電スイッチに関する。

従来、住居等への侵入者等の検出対象物を感知するために、例えば、赤外線等の光を発光する投光器と、投光器からの赤外線を受ける受光器とを備え、投光器からの赤外線が検出対象物によって遮断されて受光器に届かない場合に、警報音等を発生する光電スイッチ（光電センサ）が使用されている。光電スイッチは、（１）投光器と受光器を光軸を合わせて配置する透過型と、（２）一方に投光器と受光器を配置し検出対象物からの反射光を検知する拡散反射形と、（３）一方に投光器と受光器を他方に回帰反射板を配置し、通常は回帰反射板からの反射光を検知し、光路が遮断された際に検出対象物があることを判断する回帰反射形（例えば、特許文献１参照）とがあった。

特開平６−５１６８号公報

しかしながら、投光器から検出対象物に光を照射し、検出対象物で反射した光を受光器で受ける反射形の光電スイッチでは、検出対象物によって光の反射率が下がったり、又は光の減衰のために、検出可能な距離が短くなるという問題があった。この反射形の光電スイッチでは、検出可能な距離を長くするために、投光器からの発光の強度を高めなければならず、省電力にできないという問題もあった。特に、回帰反射形の光電スイッチでは、前記した問題の他に、回帰反射体の位置合わせが難しいという問題もあった。
また、透過型の光電スイッチでは、以上の問題が解決されて検出距離は長いが、投光器及び受光器にそれぞれ電源が必要であり、一般的に遠方に設置される投光器の電源の確保が困難であった。特に、投光器は常時発光しているため電源として電池を使用することができず、電源の確保し難い屋外、例えば、山林、農地、湖沼、河川、又は海洋等での実施が困難であった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、省電力で、かつ場合によって投光器及び受光器の状況も管理が可能な光電スイッチを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明に係る光電スイッチは、電気信号を光信号に変えて送信する第１の投光手段を備えた投光器と、前記第１の投光手段からの第１の光信号を受ける第１の受光手段を備えた受光器とを有する光電スイッチにおいて、
前記受光器には、前記第１の受光手段の出力によって作動する信号送信手段が備えられると共に、前記投光器には、前記信号送信手段からの信号を検知して電気信号を出力する受信手段が備えられている。
ここで、信号送信手段から送信される信号としては、赤外線を含む光、又は電波等が使用できる。本発明に係る光電スイッチにおいて、前記信号送信手段は第２の光信号を送信する第２の投光手段であって、前記受信手段は前記第２の光信号を受信する第２の受光手段であってもよい。

本発明に係る光電スイッチにおいて、前記第１の光信号と前記第２の光信号は異なる光であって、前記第１の光信号によって前記第２の受光手段が、かつ前記第２の光信号によって前記第１の受光手段が作動しないようにするのが好ましい。
ここで、異なる光とは、光の波長、発光時間、及び符号変調のいずれか１又は２以上が異なっていることをいう（以下、同様である）。
本発明に係る光電スイッチにおいて、前記第１の受光手段で前記第１の投光手段から所定時間間隔で送信される前記第１の光信号を受信しない場合、前記受光器は前記第２の投光手段から前記第２の光信号とは異なる信号を送信してもよい。

本発明に係る光電スイッチにおいて、前記受光器の電源は電池であってもよい。
本発明に係る光電スイッチにおいて、前記電池は、太陽電池を備えてもよい。
本発明に係る光電スイッチにおいて、前記電池の電圧が所定値よりも低下した際に該電圧が低下したことの他、デジタル信号又はアナログ信号のデータを送付する信号が、前記信号送信手段からの信号に含まれているのが好ましい。

請求項１〜７に記載の光電スイッチにおいては、受光器に第１の受光手段の出力によって作動する信号送信手段が備えられると共に、投光器に信号送信手段からの信号を検知して電気信号を出力する受信手段が備えられているので、投光器から常時発光する必要がなく省電力である。
特に、請求項２記載の光電スイッチにおいては、信号送信手段は第２の光信号を送信する第２の投光手段であるので、感度を高くすることができる。

請求項３記載の光電スイッチにおいては、第１の光信号と第２の光信号は異なる光であって、第１の光信号によって第２の受光手段が作動しないようにしているので、受光器から送信される第２の光信号と障害物によって反射する第１の光信号とを区別でき、かつ第２の光信号によって第１の受光手段が作動しないようにしているので、投光器から送信される第１の光信号と障害物によって反射する第２の光信号とを区別でき、光電スイッチの誤作動を防ぐことができる。
請求項４記載の光電スイッチにおいては、第１の受光手段で第１の投光手段から所定時間間隔で送信される第１の光信号を受信しない場合、受光器は第２の投光手段から第２の光信号とは異なる信号を送信するので、第１の光信号が遮断されたことを確認できる。

請求項５記載の光電スイッチにおいては、受光器の電源は電池であるので、電源コードを必要とせず配線工事等の煩雑さもなく、装置が簡単になる。
請求項６記載の光電スイッチにおいては、電池は、太陽電池を備えているので、電池の交換の手間がなくなる。
請求項７記載の光電スイッチにおいては、電池の電圧が所定値よりも低下した際に電圧の低下を知らせる信号が、信号送信手段からの信号に含まれているので、電池切れによる光電スイッチの不動作を防ぐことができる。また、信号送信手段からの信号には、デジタル信号又はアナログ信号のデータを送付する信号が含まれているので、コードレスによるデータ通信が可能となる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る光電スイッチの説明図、図２は同光電スイッチの受光器の変形例の説明図である。

図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る光電スイッチ１０について説明する。
光電スイッチ１０は、電気信号を第１の光信号αに変えて送信する発光ダイオード（第１の投光手段の一例）１１を備えた投光器１２と、発光ダイオード１１からの光信号αを受けるフォトダイオード（第１の受光手段の一例）１３を備えた受光器１４とを有している。また、受光器１４には、フォトダイオード１３からの電気信号を受けて、所定の信号、例えば第２の光信号βを発生する信号送信手段の一例である発光ダイオード（第２の投光手段の一例）１５が設けられている。更に、投光器１２には、光信号βを検知し、電気信号を出力する受信手段の一例であるフォトダイオード（第２の受光手段の一例）１６が設けられている。

投光器１２には、更に、発光ダイオード１１に電気信号を送り、フォトダイオード１６かの信号を基に所定の出力信号を発生する第１の制御部１７と、この制御部１７に電力を供給する電源部１８とを有している。電源部１８には、例えば、大容量のバッテリーを使用した。一方、受光器１４には、フォトダイオード１３からの電気信号を受信して、発光ダイオード１５に所定の電気信号を送る第２の制御部１９と、この制御部１９に電力を供給する電源部２０とを有している。電源部２０には、例えば、乾電池を使用した。なお、電源部１８、２０は、商用電源を直流に変換して用いてもよい。

投光器１２の発光ダイオード１１及び受光器１４の発光ダイオード１５には、例えば、波長が８８０ｎｍの赤外線を発生するものを使用し、それらから送信される光信号α及び光信号βは、それぞれ４０ｋＨｚ程度のパルスで変調され、他の光（例えば、太陽光や街灯等の電灯の光）とはっきり区別できるようになっている。また、光信号α及び光信号βをそれぞれ受信するフォトダイオード１３、１６としては、８８０ｎｍの赤外線に対して感度のよいものを使用している。

ここで、光信号α及び光信号βは、異なる光、すなわち、光の波長、発光時間、及び符号変調のいずれか１又は２以上が異なっており、投光器１２と受光器１４との間に障害物（検出対象物）がある場合、発光ダイオード１１から送信される光信号αが障害物で反射した光によってフォトダイオード１６が、また、発光ダイオード１５から送信される光信号βが障害物で反射した光によってフォトダイオード１３が、それぞれ作動しないようになって、光電スイッチ１０の誤動作を防ぐことができる。

また、発光ダイオード１１の前方、フォトダイオード１３の前方、発光ダイオード１５の前方、及びフォトダイオード１６の前方には、それぞれ光信号を所定の方向及び所定の範囲に集光するポリカーボネート樹脂製のレンズ２１〜２４が配置されている。発光ダイオード１１、１５の前方に配置されるレンズ２１、２３は、投光器１２及び受光器１４の距離又は方向に合わせて焦点位置が変えられるようになっている。発光ダイオード１１、１５の設置位置をレンズ２１、２３の焦点位置からそれぞれずらして（通常焦点距離内に）配置する。これによって、受信指向角を変えている。

通常、光電スイッチ１０は、投光器１２の発光ダイオード１１から所定の時間間隔、例えば、１秒間間隔で光信号αを送信して、受光器１４のフォトダイオード１３で光信号αを受信した場合、受光器１４の発光ダイオード１５から所定時間経過後、例えば、０．５秒後に光信号βを送信するようにしている。しかしながら、障害物等によって、光信号αが遮断された場合、すなわち、フォトダイオード１３が１秒間間隔で光信号αを受光しない場合には、受光器１４の制御部１９によって、発光ダイオード１５から光信号α及び光信号βとは異なる光信号γを送信するようになっている。

この場合、投光器１２においては、送信された光信号γをフォトダイオード１６で受信し、制御部１７がフォトダイオード１６から出力される電気信号によって、投光器１２と受光器１４との間に障害物があることを判断して、投光器１２に設けられたブザー２５を作動させて、警報音を鳴らすようになっている。また、ブザーの代わりにライトを設けて、このライトの点灯又は点滅等によって、障害物の存在を知らせてもよい。

また、投光器１２及び受光器１４には、電源部１８、２０の電圧を測定する図示しない電圧計がそれぞれ設けられている。投光器１２は、電圧計で測定した電源部１８の電圧が所定値以下となった場合、制御部１７がブザー２５を作動させて警報音を鳴らすようになっている。また、受光器１４では、電圧計で測定した電源部２０の電圧が所定値以下となった場合、制御部１９によって、発光ダイオード１５から光信号α、光信号β、及び光信号γとは異なる光信号δを送信するようになっている。フォトダイオード１６が光信号δを受信した際には、制御部１７が作動してブザー２５から警報音を鳴らすようになっている。ここで、障害物の検知、電源部１８の電圧低下、及び電源部２０の電圧低下によりブザー２５からの警報音はそれぞれ異なり、それぞれの状態が把握し易くなっている。

次に、光電スイッチを使用した侵入者の検知方法について説明する。
まず、投光器１２及び受光器１４を、発光ダイオード１１とフォトダイオード１３とが向かい合わせになるように、すなわち、発光ダイオード１１から送信される光信号αをフォトダイオード１３で感知できるように光軸を合わせて配置する。この場合、発光ダイオード１５及びフォトダイオード１６も、互いに向き合って光軸が一致するように調整されている。
投光器１２の発光ダイオード１１から所定時間、例えば、１秒間隔で光信号αを送信する。なお、光信号αの発光間隔は、侵入者が投光器１２と受光器１４の間を通過する時間、すなわち、障害物が光軸を遮ると考えられる最短時間よりも短くなっている。

ここで、投光器１２及び受光器１４の間に障害物がない場合には、受光器１４のフォトダイオード１３で光信号αを受信する。光信号αは、フォトダイオード１３で受信されて電気信号に変換された後、制御部１９で増幅され、検波回路を通して波形成形が行われ、制御部１９が光信号αの受信を確認し、所定時間、例えば、０．５秒間経過後に、発光ダイオード１５から光信号βを送信する。このように、時間をおいて光信号α及び光信号βを送信するので省電力である。光信号βは、投光器１２のフォトダイオード１６で受信されて電気信号に変換された後、制御部１７で増幅され、検波回路を通して波形成形が行われ、制御部１７が光信号βの受信を確認し、投光器１２及び受光器１４の間に障害物がないことが確認される。

また、投光器１２及び受光器１４の間に障害物がある場合には、受光器１４のフォトダイオード１３で光信号αを受信できない。受光器１４の制御部１９は、所定間隔で発信される光信号αが受信できないと判断し、発光ダイオード１５から光信号αを受信していないことを示す光信号γを送信する。送信された光信号γは、投光器１２のフォトダイオード１６で受信され、その電気信号は制御部１７で増幅され、検波回路を通して波形成形が行われ、制御部１７が光信号γの受信を確認する。ここで、光信号γは、光信号βとは異なる光であるので、受光器１４において光信号αを受信できなかったことが解り、投光器１２及び受光器１４の間に障害物があることが確認される。また、受光器１４から発信された光信号γを投光器１２で受信できない場合、及び受光器１４から発信された光信号βを投光器１２で受信できない場合にも、投光器１２及び受光器１４の間に障害物があることが確認される。この際に制御部１７は、ブザー２５を作動させて警報音を鳴らし、侵入者がいることを周囲に知らせる。

受光器１４の電源部２０の電圧が所定値よりも低下した場合には、制御部１９が、発光ダイオード１５を作動させて光信号β及び光信号γとは異なる光信号δを送信する。送信された光信号δは、投光器１２のフォトダイオード１６で受信され、制御部１７によって、受光器１４の電源部２０の電圧が低下したことが確認される。制御部１７は、受光器１４の電源部２０の電圧低下を知らせるブザー２５を作動させて警報音を鳴らす。これによって、受光器１４の電源部２０の容量がなくなる前に新しい乾電池に交換でき、電池切れによる光電スイッチ１０の不動作を防止できる。また、投光器１２の電源部１８の電圧が所定値よりも低下した場合には、制御部１７が電源部１８の電圧低下を知らせるブザー２５を作動させて警報音を鳴らし、電源部１８を充電又は新しいバッテリーに交換でき、電力低下による光電スイッチ１０の不動作を防止できる。

また、投光器１２及び受光器１４は、それぞれ投光器１２及び受光器１４をそれぞれ切り替える設定、第１の光信号αを送信する間隔の設定、及びブザー２５の使用不使用の設定を行う設定スイッチ３０と、発光ダイオード１１、１５、フォトダイオード１６、１３、及びブザー２５等の動作を示す動作表示灯３１と、パーソナルコンピュータ３２等を接続可能なシリアル通信ポート３３と、温度計、湿度計、及び照度計等のセンサーを接続可能な信号入力端子３４と、障害物の存在や電源の電圧の低下を外部機器に知らせるための信号出力端子３５とを備えている。なお、信号入力端子３４及び信号出力端子３５は、それぞれ１又は２以上の機器が接続可能となっている。

ここで、例えば、受光器１４の信号入力端子３４に、温度計、湿度計、及び照度計等のいずれか１又は２以上のセンサーを接続して所定時間毎に温度、湿度、及び照度等を測定し、制御部１９で所定の電気信号に変換して、この電気信号を光信号βに含ませて発光ダイオード１５から投光器１２に送信している。投光器１２では、光信号βをフォトダイオード１６で受信して電気信号に変換し、含まれる温度、湿度、及び照度等のデータを制御部１７に保存することができる。更に、シリアル通信ポート３３にパーソナルコンピュータ３２を接続して制御部１７に記憶されたデータをパーソナルコンピュータ３２で解析することもできる。このように、光電スイッチ１０をコードレスの環境記録装置として使用することができる。なお、パーソナルコンピュータ３２を常時接続して、温度、湿度、及び照度等を監視することもできる。また、投光器１２の信号入力端子３４に照度計を接続し、照度計の値によって、昼と夜を区別して、夜間に侵入者を検知するための光信号αの送信を開始するようにしてもよい。

また、動作表示灯３１は、電源部１８、２０の電圧低下によって点灯又は点滅するようにしてもよい。特に、夜間においては、侵入者を検出、すなわち、光信号γの検出による場合のみブザー２５を作動させるのが好ましく、電圧の低下は動作表示灯３１に表示する。また、設定スイッチ３０によってブザー２５を不使用（警報音の停止）とした場合にも動作表示灯３１によって、電圧の低下を知ることができるようになっている。なお、電圧の低下をブザー２５と動作表示灯３１の両方で知らせてもよい。
更に、信号出力端子３５に接続する機器としては、例えば、ライト、ブザー、又はサイレン等が使用できる。

図２を参照して、受光器１４の変形例である受光器４０について説明する。なお、受光器１４と同一の構成要素については同一の番号を付してその詳しい説明を省略する。
受光器４０は、受光器４０を駆動させる電源４１として、太陽電池４２を使用する点が受光器１４と異なっている。受光器４０は、太陽電池４２によって発生した電気を貯蔵する二次電池４３及び充電制御部４４も備え、電池切れによる光電スイッチの不動作を極力防ぐことができる。なお、二次電池４３の電圧が低下した場合には、受光器１４と同様に、発光ダイオード１５から光信号δを送信するようになっている。

本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の光電スイッチを構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の光電スイッチにおいて、信号送信手段及び受信手段を、それぞれ赤外線による第２の光信号を送受信する第２の投光手段及び第２の受光手段としたが、赤外線以外の可視光又は電波等を送受信する装置を使用してもよい。また、第１及び第２の投光手段として、赤外線を発生する発光ダイオードを使用したが、可視光線を使用してもよく、使用する発光素子は発光ダイオードに限らない。

本発明の一実施の形態に係る光電スイッチの説明図である。 同光電スイッチの受光器の変形例の説明図である。

符号の説明

１０：光電スイッチ、１１：発光ダイオード、１２：投光器、１３：フォトダイオード、１４：受光器、１５：発光ダイオード、１６：フォトダイオード、１７：第１の制御部、１８：電源部、１９：第２の制御部、２０：電源部、２１〜２４：レンズ、２５：ブザー、３０：設定スイッチ、３１：動作表示灯、３２：パーソナルコンピュータ、３３：シリアル通信ポート、３４：信号入力端子、３５：信号出力端子、４０：受光器、４１：電源、４２：太陽電池、４３：二次電池、４４：充電制御部

Claims (7)

1. 電気信号を光信号に変えて送信する第１の投光手段を備えた投光器と、前記第１の投光手段からの第１の光信号を受ける第１の受光手段を備えた受光器とを有する光電スイッチにおいて、
   前記受光器には、前記第１の受光手段の出力によって作動する信号送信手段が備えられると共に、前記投光器には、前記信号送信手段からの信号を検知して電気信号を出力する受信手段が備えられていることを特徴とする光電スイッチ。
2. 請求項１記載の光電スイッチにおいて、前記信号送信手段は第２の光信号を送信する第２の投光手段であって、前記受信手段は前記第２の光信号を受信する第２の受光手段であることを特徴とする光電スイッチ。
3. 請求項２記載の光電スイッチにおいて、前記第１の光信号と前記第２の光信号は異なる光であって、前記第１の光信号によって前記第２の受光手段が、かつ前記第２の光信号によって前記第１の受光手段が作動しないようにしていることを特徴とする光電スイッチ。
4. 請求項２及び３のいずれか１項に記載の光電スイッチにおいて、前記第１の受光手段で前記第１の投光手段から所定時間間隔で送信される前記第１の光信号を受信しない場合、前記受光器は前記第２の投光手段から前記第２の光信号とは異なる信号を送信することを特徴とする光電スイッチ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電スイッチにおいて、前記受光器の電源は電池であることを特徴とする光電スイッチ。
6. 請求項５記載の光電スイッチにおいて、前記電池は、太陽電池を備えていることを特徴とする光電スイッチ。
7. 請求項５及び６のいずれか１項に記載の光電スイッチにおいて、前記電池の電圧が所定値よりも低下した際に該電圧が低下したことの他、デジタル信号又はアナログ信号のデータを送付する信号が、前記信号送信手段からの信号に含まれていることを特徴とする光電スイッチ。

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