JP2855893B2 - Optical switch and optical sensor - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、投光用光ファイバと受
光用光ファイバとの間の光伝達路をアクチュエータ操作
により機械式に開閉して光信号をオン, オフ制御する光
スイッチ、および光スイッチと光電変換器を組合わせた
光学式センサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical switch for turning on and off an optical signal by mechanically opening and closing a light transmission path between a light emitting optical fiber and a light receiving optical fiber by operating an actuator. The present invention relates to an optical sensor in which an optical switch and a photoelectric converter are combined.

【０００２】[0002]

【従来の技術】まず、頭記の光スイッチとして、二つの
コーナー反射面と中央の空隙部を有する凹字形の導光プ
リズムと、先端部に偏向反射面を形成した遮光シャッタ
と、該遮光シャッタを導光プリズムの空隙部に 出入操
作するアクチュエータとをスイッチ本体に組み込み、ア
クチュエータの動作に対応して導光プリズムの入光部，
二つの出光部にそれぞれ接続した投光用光ファイバと第
１および第２の受光用光ファイバとの相互間で光信号の
伝達を切換え制御するするようにした光スイッチが、特
願平１−３１４６５４として本発明と同じ出願人より既
に提案されている。2. Description of the Related Art First, as an optical switch described above, a concave light guide prism having two corner reflecting surfaces and a central gap, a light-shielding shutter having a deflecting and reflecting surface at the tip end, and the light-shielding shutter are described. The switch and the actuator that moves the light into and out of the gap of the light guide prism are incorporated in the switch body.
An optical switch which controls the transmission of an optical signal between a light emitting optical fiber and a first and a second light receiving optical fiber respectively connected to two light emitting portions is disclosed in Japanese Patent Application No. Hei. No. 314654 has already been proposed by the same applicant as the present invention.

【０００３】ここで、前記提案になる光スイッチの構
成，動作を図４にて説明する。図において、１は導光プ
リズム、２はアクチュエータ、３はアクチュエータ２の
復帰ばね、４は遮光シャッタ、５は投光用光ファイバ、
６は第１の受光用光ファイバ、７は第２の受光用光ファ
イバであり、これら部品を図示されてないスイッチケー
ス内に組み込んで光スイッチが構成されている。ここ
で、導光プリズム１は全体の形状がほぼ凹字形をなし、
その左右両コーナーには球面ないし楕円面状の反射面１
ａ，１ｂが、また左右のコーナー反射面の中間には遮光
シャッタ４が上方から出入する空隙部１ｃが形成されお
り、かつプリズムの基部側には前記のコーナー反射面１
ａ，１ｂ，空隙部１ｃとそれぞれ対応した位置に入光
部，第１，第２の出光部を形成してここに投光用光光フ
ァイバ５，第１の受光用光ファイバ６，第２の受光用光
ファイバ７が接続されている。また、遮光シャッタ４は
その先端部を斜め４５゜にカットして、ここに平面鏡と
してなる偏向反射面８が形成されている。Here, the configuration and operation of the optical switch proposed above will be described with reference to FIG. In the figure, 1 is a light guide prism, 2 is an actuator, 3 is a return spring of the actuator 2, 4 is a light-shielding shutter, 5 is a light emitting optical fiber,
Reference numeral 6 denotes a first light receiving optical fiber, and 7 denotes a second light receiving optical fiber. These components are incorporated in a switch case (not shown) to constitute an optical switch. Here, the light guide prism 1 has a substantially concave shape as a whole,
A spherical or elliptical reflecting surface 1 is provided on both left and right corners.
In the middle of the left and right corner reflecting surfaces, a gap 1c through which the light shielding shutter 4 enters and exits from above is formed, and the corner reflecting surface 1 is formed on the base side of the prism.
Light-incoming portions, first and second light-outgoing portions are formed at positions corresponding to a, 1b, and the gap portion 1c, respectively, and light-projecting optical fibers 5, first light-receiving optical fibers 6, and second Are connected. Further, the light-shielding shutter 4 has its tip portion cut obliquely at an angle of 45 °, and a deflecting reflection surface 8 serving as a plane mirror is formed here.

【０００４】かかる構成の光スイッチは次記のように動
作する。まず、図４（ａ）は遮光シャッタ４が導光プリ
ズム１の空隙部１ｃから上方へ後退している状態を示し
ており、投光用光ファイバ５から出射した光信号の光線
束９は導光プリズム１に入光し、左側のコーナー反射面
１ａで反射した後に空隙部１ｃを通過し、さらに右側の
コーナー反射面１ｂで再び反射して第１の受光用光ファ
イバ６に入射するような経路を辿って伝達される。一
方、アクチュエータ２の押し込み操作により、遮光シャ
ッタ４が図４（ｂ）〜（ｄ）で表すように導光プリズム
１の空隙部１ｃに進入すると、図４（ａ）の状態で空隙
部１ｃを通過していた光線束９がシャッタ４により遮光
されるので、第１の受光用光ファイバ６への光信号の伝
達が絶たれるとともに、光線束９は遮光シャッタ４の偏
向反射面８に反射して略直角方向に向きを変え、その下
方に接続した第２の受光用光ファイバ７に入射するよう
になる。これにより光信号の伝達経路が切換わり、第１
の受光用光ファイバ６の信号回路がオフ、第２の受光用
光ファイバ７の信号回路がオンとなる。[0004] The optical switch having such a configuration operates as follows. First, FIG. 4A shows a state in which the light shielding shutter 4 is retracted upward from the gap 1c of the light guide prism 1, and the light beam 9 of the optical signal emitted from the light projecting optical fiber 5 is guided. The light enters the optical prism 1, is reflected by the left corner reflecting surface 1a, passes through the gap 1c, is further reflected by the right corner reflecting surface 1b, and enters the first light receiving optical fiber 6. It is transmitted along the route. On the other hand, when the light-blocking shutter 4 enters the gap 1c of the light guide prism 1 as shown in FIGS. 4B to 4D by the pushing operation of the actuator 2, the gap 1c is moved in the state of FIG. Since the passing light beam 9 is shielded by the shutter 4, the transmission of the optical signal to the first light receiving optical fiber 6 is cut off, and the light beam 9 is reflected by the deflection reflection surface 8 of the light shielding shutter 4. Then, the direction is changed to a substantially right angle direction, and the light is incident on the second light receiving optical fiber 7 connected below. Thereby, the transmission path of the optical signal is switched, and the first
The signal circuit of the light receiving optical fiber 6 is turned off, and the signal circuit of the second light receiving optical fiber 7 is turned on.

【０００５】一方、光スイッチの応用機器として、前記
した光スイッチに光ファイバを介して接続した光電変換
器を組合わせ、光スイッチに組み込んだアクチュエータ
の動作状態を光信号として検出し、その光信号を光電変
換器より電気信号に変換して出力するようにした光学式
センサが知られている。かかる光学式センサは、アクチ
ュエータ動作を光信号として検出できるので、防爆，電
気絶縁性などの面から電気的な有接点スイッチが採用で
きな使用環境に設備した各種機器の遠隔検出センサとし
て各種分野で多用されている。On the other hand, as an applied device of the optical switch, a photoelectric converter connected to the optical switch via an optical fiber is combined, and the operation state of an actuator incorporated in the optical switch is detected as an optical signal. There is known an optical sensor which converts an electric signal into an electric signal from a photoelectric converter and outputs the electric signal. Since such an optical sensor can detect the operation of an actuator as an optical signal, it can be used in various fields as a remote detection sensor for various devices installed in an operating environment where an electric contact switch cannot be used in terms of explosion protection and electrical insulation. It is heavily used.

【０００６】図８はかかる光学式センサの従来構成を示
すものであり、図において、１３は図４に示した光スイ
ッチ、１４は光電変換器であり、両者の間が１本の投光
用光ファイバ５と２本の受光用光ファイバ６，７を介し
て相互接続されている。また、光電変換器１４は、投光
用光ファイバ５に向けて光を出射する発光素子１５と、
該発光素子１５の駆動回路１６と、受光用光ファイバ
６，７と個々に対応する第１，第２の受光素子１７，１
８と、受光素子１７，１８の受光回路１９，２０と、受
光回路１９，２０に接続した出力回路２１，２２を有
し、受光用光ファイバ６，７を通じて受光素子１７，１
８に受光された光信号は光電変換されて、出力端子２
３，２４より検出信号として外部に出力される。FIG. 8 shows a conventional structure of such an optical sensor. In the figure, reference numeral 13 denotes an optical switch shown in FIG. 4, and reference numeral 14 denotes a photoelectric converter. The optical fiber 5 and the two light receiving optical fibers 6 and 7 are interconnected. Further, the photoelectric converter 14 includes a light emitting element 15 that emits light toward the light projecting optical fiber 5, and
The drive circuit 16 for the light emitting element 15 and the first and second light receiving elements 17 and 1 corresponding to the light receiving optical fibers 6 and 7 respectively.
8, light receiving circuits 19 and 20 for the light receiving elements 17 and 18, and output circuits 21 and 22 connected to the light receiving circuits 19 and 20, respectively.
The optical signal received at 8 is photoelectrically converted and output from the output terminal 2.
The signals are output to the outside as detection signals from 3, 24.

【０００７】上記の構成で、光スイッチ１３のアクチュ
エータ２が図示位置に待機していれば、図４で説明した
光スイッチの動作から判るように、発光素子１５より出
射した光は投光用光ファイバ５，導光プリズム１，第１
の受光用光ファイバ６を経由して第１の受光素子１７に
導かれ、該受光素子で電気信号に変換された後に受光回
路１９を経て出力回路２１をオンさせる。この場合に第
２の受光素子１８は非受光であり、受光回路２０は無信
号状態である。一方、アクチュエータ２が図示位置から
押し込まれた状態になれば、シャッタ４が導光プリズム
１の空隙部に進入するので、発光素子１５から出射した
光は第２の受光用光ファイバ７を経由して第２の受光素
子１８に導かれるで、出力回路２１がオフ，出力回路２
２がオンに切り替わる。したがって出力端子２３，２４
からの出力信号を監視することにより、光スイッチ１３
に組み込んだアクチュエータ２の動作状態を検出するこ
とができる。In the above configuration, if the actuator 2 of the optical switch 13 is at the position shown in the drawing, the light emitted from the light emitting element 15 is a light for projection as can be seen from the operation of the optical switch described with reference to FIG. Fiber 5, light guiding prism 1, first
Then, the light is guided to the first light receiving element 17 via the light receiving optical fiber 6 and converted into an electric signal by the light receiving element, and then the output circuit 21 is turned on via the light receiving circuit 19. In this case, the second light receiving element 18 does not receive light, and the light receiving circuit 20 is in a non-signal state. On the other hand, when the actuator 2 is pushed from the position shown in the figure, the shutter 4 enters the gap of the light guide prism 1, so that the light emitted from the light emitting element 15 passes through the second light receiving optical fiber 7. The output circuit 21 is turned off and the output circuit 2
2 switches on. Therefore, the output terminals 23, 24
Monitoring the output signal from the optical switch 13
The operation state of the actuator 2 incorporated in the device can be detected.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところで、前記した光
スイッチ，および光学式センサには次のような問題点が
ある。まず、光スイッチについて、図４で述べたように
光スイッチに組み込んだ遮光シャッタ４の偏向反射面８
が平面鏡であると動作面で次記のような不具合が生じ
る。すなわち、投光用光ファイバ５の端面から出射した
光線束９は或る広がり角度をもって拡散し、導光プリズ
ム１のコーナー反射面１ａに反射して空隙部１ｃの中央
地点Ａに一旦集束した後に、再び反対側のコーナー反射
面１ｂに向けて拡散するように進む。一方、アクチュエ
ータ２に連動する遮光シャッタ４の偏向反射面８は、ア
クチュエータ２の動作ストロークの範囲に対応した面域
を持っている。このために、遮光シャッタ４が導光プリ
ズム１の空隙部１ｃへ進入する過程で、そのストローク
位置によって偏向反射面８に対する光線束９の反射位置
が偏向反射面の面域に沿って変化するようになり、これ
が原因で第２の受光用光ファイバ７への入光量が変わ
る。The above-described optical switch and optical sensor have the following problems. First, as for the optical switch, the deflecting and reflecting surface 8 of the light shielding shutter 4 incorporated in the optical switch as described in FIG.
If is a plane mirror, the following problems occur in operation. That is, the light beam 9 emitted from the end face of the light projecting optical fiber 5 is diffused with a certain spread angle, reflected on the corner reflection surface 1a of the light guide prism 1, and once converged at the center point A of the gap 1c. Again, the light is diffused toward the opposite corner reflection surface 1b. On the other hand, the deflecting / reflecting surface 8 of the light shielding shutter 4 linked to the actuator 2 has a surface area corresponding to the range of the operation stroke of the actuator 2. For this reason, while the light-shielding shutter 4 enters the gap 1c of the light guide prism 1, the reflection position of the light beam 9 with respect to the deflecting / reflecting surface 8 changes along the surface area of the deflecting / reflecting surface 8 depending on the stroke position. This causes the amount of light incident on the second light receiving optical fiber 7 to change.

【０００９】この様子を図４（ｂ), (ｃ), (ｄ) で説明
すると、まず（ｂ）図で示すように遮光シャッタ４の先
端が空隙部１ｃに僅かに進入したストローク位置では、
光線束９が集束点Ａよりも右側に進んだことろで偏向反
射面８に反射する。この反射位置では光線束９が多少の
広がりをもっているので、偏向反射面８で反射偏向した
光線束９はさらに広い範囲に散乱し、このために光線束
の一部が第２の受光用光ファイバ７に入射せずに漏れ光
線９ａとして系外に漏出してしまう。この結果として、
投光用光ファイバ５から出射した光量と受光用光ファイ
バ７に入光する光量との比で表す光結合効率が低下し、
光スイッチとしての動作特性に悪影響を及ぼす。次に、
（ｃ）図のストローク位置では、遮光シャッタ４の偏向
反射面８が光線束９の集束点Ａと一致しているので、こ
の状態では反射偏向した光線束９の散乱の度合が少な
く、光線の全光束が受光用光ファイバ７に入光する。ま
た、（ｄ）図のように遮光シャッタ４が空隙部１ｃに深
く進入したストローク位置では、光線束９が集束点Ａよ
りも左側で広がりをもったまま偏向反射面８に反射する
ため、（ｂ）図で述べたと同様に偏向反射面８で反射偏
向した光線束９が散乱し、光線束の一部が漏れ光線９ｂ
となって系外に漏出する。つまり、偏向反射面８が平面
鏡であると、（ｃ）図のストローク位置以外の遮光シャ
ッタ４のストローク位置では、投光用光ファイバ５から
出射した光線束９を第２の受光用光ファイバ７に効率よ
く導光させことができない。This situation will be described with reference to FIGS. 4 (b), 4 (c) and 4 (d). First, as shown in FIG. 4 (b), at the stroke position where the tip of the light shielding shutter 4 slightly enters the gap 1c,
The light beam 9 is reflected on the deflecting / reflecting surface 8 when the light beam 9 advances to the right side of the convergence point A. At this reflection position, the light beam 9 has a certain spread, so that the light beam 9 reflected and deflected by the deflecting / reflecting surface 8 is scattered over a wider range. 7 and leaks out of the system as a leaked light beam 9a. As a result of this,
The light coupling efficiency represented by the ratio of the amount of light emitted from the light emitting optical fiber 5 to the amount of light entering the light receiving optical fiber 7 decreases,
It adversely affects the operating characteristics of the optical switch. next,
(C) At the stroke position shown in the figure, the deflecting / reflecting surface 8 of the light-shielding shutter 4 coincides with the convergence point A of the light beam 9. In this state, the degree of scattering of the reflected and deflected light beam 9 is small, and All the light beams enter the light receiving optical fiber 7. Further, at the stroke position where the light-shielding shutter 4 has penetrated deeply into the gap 1c as shown in FIG. 3D, the light beam 9 is reflected on the deflecting / reflecting surface 8 while expanding on the left side of the focal point A, b) The light beam 9 reflected and deflected by the deflecting / reflecting surface 8 is scattered in the same manner as described with reference to FIG.
And leaks out of the system. That is, if the deflecting / reflecting surface 8 is a plane mirror, the light beam 9 emitted from the light projecting optical fiber 5 is transmitted to the second light receiving optical fiber 7 at the stroke position of the light shielding shutter 4 other than the stroke position in FIG. Cannot efficiently guide the light.

【００１０】一方、光スイッチに光電変換器を組み合わ
せた光学式センサについては、光電変換器１４に組み込
んだ発光素子１５，受光素子１７，１８は経時変化して
長期使用の間に特性が劣化し、また受光回路なども故障
することがある。さらに光スイッチ１３と光電変換器１
４との間に配線した光ファイバ５，６，７は、偶発的に
外部から引張り力が加わると接続位置がずれて光結合部
の損失が増大したり、相手機器から抜けたりする光機器
特有の問題がある。しかも、光学式センサの使用状態で
センサの系内に前記のような異常状態が生じるとセンサ
が正常に機能せず、このために被検出機器の動作状態が
誤認されるなどして重大にトラブルに進展するおそれが
ある。かかる点、図８に示した従来の光学式センサに
は、系内に前記のような異常が発生してもこれを直ちに
検知，確認できる機能がなく、保全管理の面からもその
解決策が強く望まれている。On the other hand, in the case of an optical sensor in which a photoelectric converter is combined with an optical switch, the light-emitting element 15, the light-receiving element 17, and the light-receiving element 17 and 18 incorporated in the photoelectric converter 14 change with time and their characteristics deteriorate during long-term use. Also, the light receiving circuit and the like may fail. Further, the optical switch 13 and the photoelectric converter 1
The optical fibers 5, 6, and 7 wired between the optical fiber 4 and the optical fiber 5, 6, 7 lose their optical coupling parts when a tensile force is accidentally applied from the outside, or the optical fiber is disconnected from the partner device. There is a problem. In addition, if the above-mentioned abnormal condition occurs in the sensor system while the optical sensor is in use, the sensor will not function properly, and as a result, the operation state of the device to be detected will be misidentified and serious trouble will occur. May progress. In this regard, the conventional optical sensor shown in FIG. 8 does not have a function of immediately detecting and confirming the occurrence of the above-described abnormality in the system. It is strongly desired.

【００１１】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、第１の目的は先記した光スイッチを対象に、ア
クチュエータ操作による遮光シャッタのストローク位置
に殆ど関係なく、遮光シャッタの偏向反射面で反射した
光線束を効率よく集光して第２の受光用光ファイバに導
光できるようにした動作特性の優れた光スイッチを提供
することにあり、また第２の目的は前記光スイッチ主要
部としてこれに光電変換器を組合わせてなる光学式セン
サを対象に、センサの系内に異常が生じた場合にはこれ
を直ちに自己診断して検知できるような異常診断機能を
持たせた光学式センサを提供することにある。The present invention has been made in view of the above points, and a first object of the present invention is to target the above-mentioned optical switch, and irrespective of the stroke position of the light-shielding shutter by operating the actuator, the deflection and reflection surface of the light-shielding shutter. It is an object of the present invention to provide an optical switch having excellent operating characteristics, in which a light beam reflected by the optical switch can be efficiently condensed and guided to a second light receiving optical fiber. An optical sensor that combines an optical sensor with a photoelectric converter and has an abnormality diagnosis function that can immediately self-diagnose and detect any abnormality in the sensor system. It is to provide a type sensor.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るために、本発明の光スイッチにおいては、遮光シャッ
タの先端部に形成した偏向反射面を凹面鏡となして構成
するものとする。ここで、前記構成における遮光シャッ
タの偏向反射面は、単一の凹面鏡，あるいは複数の凹面
鏡を組合わせて形成することができ、かつその凹面鏡の
鏡面は、導光プリズムの形状との対応で球面，あるいは
非球面のいずれかを選んで形成することができる。In order to achieve the first object, in the optical switch of the present invention, the deflecting and reflecting surface formed at the tip of the light-shielding shutter is formed as a concave mirror. Here, the deflecting / reflecting surface of the light-shielding shutter in the above configuration can be formed by combining a single concave mirror or a plurality of concave mirrors, and the concave mirror has a spherical surface corresponding to the shape of the light guide prism. , Or an aspherical surface.

【００１３】また、前記構成における遮光シャッタの偏
向反射面の鏡面は、メッキ，ないしはアルミニウム蒸着
などの金属蒸着のいずれかの方法により形成することが
でき、さらにこのようにして形成した鏡面は酸化アルミ
ニウム，透明樹脂など保護膜で覆うようにするのが好ま
しい。The mirror surface of the deflecting / reflecting surface of the light-shielding shutter in the above configuration can be formed by any method of plating or metal deposition such as aluminum deposition, and the mirror surface thus formed is made of aluminum oxide. It is preferable to cover with a protective film such as a transparent resin.

【００１４】一方、第２の目的を達成するために、本発
明の光学式センサにおいては、光電変換器が、二つの受
光部より出力する信号を入力としてセンサの異常有無を
判定する自己診断回路を備えるものとする。また、前記
の自己診断回路は、二つの受光部からの出力信号がとも
に「無し」，または「有り」の条件で異常信号を出力す
る論理回路で構成することができる。On the other hand, in order to achieve the second object, in the optical sensor according to the present invention, a self-diagnosis circuit for judging whether or not the sensor has an abnormality by using a signal output from two light receiving units as an input. Shall be provided. In addition, the self-diagnosis circuit can be configured by a logic circuit that outputs an abnormal signal under the condition that both output signals from the two light receiving units are “absent” or “present”.

【００１５】[0015]

【作用】まず、光スイッチに関して、 上記構成のよう
に遮光シャッタの偏向反射面を球面ないし非球面状の凹
面鏡とし、かつその凹面鏡の曲率，向きなどを導光プリ
ズムの形状に対応させて適正に決めることにより、該偏
向反射面に対する光線束の反射位置が、遮光シャッタの
ストローク位置に対応して導光プリズムの空隙中央の集
束点から前後に多少ずれて光線束が広がりをもっている
場合でも、凹面鏡の偏向反射面で反射偏向した光線は広
範囲に散乱せず、導光プリズムのコーナー反射面での反
射と同様に、逆に集束するような光路を辿って第２の受
光用光ファイバに全光束が入光するようになる。また、
この場合に偏向反射面を複数の凹面鏡を組合わせること
により、遮光シャッタのストローク位置に殆ど関係なく
偏向反射面で反射偏向した光線をほぼ同一条件で受光用
光ファイバへ向けて導光させることができ、より一層効
果的である。First, regarding the optical switch, as described above, the deflecting and reflecting surface of the light-shielding shutter is a spherical or aspherical concave mirror, and the curvature and direction of the concave mirror are appropriately adjusted according to the shape of the light guide prism. Thus, even when the reflection position of the light beam with respect to the deflecting / reflecting surface is slightly shifted back and forth from the focal point at the center of the gap of the light guide prism corresponding to the stroke position of the light-shielding shutter, the concave mirror is The light beam reflected and deflected by the deflecting / reflecting surface is not scattered over a wide area, and, like the reflection at the corner reflecting surface of the light guide prism, travels along an optical path that converges in the opposite direction. Comes to light. Also,
In this case, by combining the deflecting reflecting surface with a plurality of concave mirrors, it is possible to guide the light beam reflected and deflected by the deflecting reflecting surface to the light receiving optical fiber under almost the same conditions regardless of the stroke position of the light shielding shutter. Yes, it is even more effective.

【００１６】なお、遮光シャッタは一般に樹脂成形品と
して作られたものであり、メッキ，金属蒸着法などを採
用することで偏向反射面を平滑な鏡面として形成するこ
とができる。また、鏡面の表面を覆った透光性の保護膜
は、メッキ，金属蒸着などで形成された前記鏡面の腐食
を防いで耐環境性の向上に寄与する。The light-shielding shutter is generally made as a resin molded product, and the deflection reflection surface can be formed as a smooth mirror surface by employing plating, metal evaporation, or the like. Further, the translucent protective film covering the surface of the mirror surface prevents corrosion of the mirror surface formed by plating, metal deposition, or the like, and contributes to improvement in environmental resistance.

【００１７】一方、光学式センサについては、センサが
正常に機能している限りは、光スイッチに組み込まれた
アクチュエータの動作状態に応じて第１，第２の受光部
のいずれか一方のみに光が受光されて受光信号を出力す
る。したがって、各受光部から自己診断回路（論理回
路）へ入力される二つの入力は“１”，“０”か、もし
くは“０”，“１”となるので、自己診断回路はセンサ
機能が正常と判断して異常信号は出力されない。これに
対して、発光，受光素子の劣化，受光回路の故障，ある
いは光ファイバの劣化，脱落などの異常事態が生じる
と、アクチュエータの動作状態の如何にかかわらず第
１，第２の受光部からの出力信号はともに「無し」の状
態になる。これにより自己診断回路は二つの入力がとも
に“０”となるので異常発生と判断して異常信号を出力
する。また、受光回路などの故障が原因で、二つの受光
部からの出力信号がともに「有り」の状態になった場合
は、自己診断回路は二つの入力がともに“１”となるの
て、前記と同様に異常発生と判断して異常信号を出力す
る。これにより、センサの系内に異常が発生した場合に
は診断回路を通じて直ちに異常を検知，確認できる。On the other hand, as for the optical sensor, as long as the sensor is functioning normally, only one of the first and second light receiving sections is illuminated according to the operation state of the actuator incorporated in the optical switch. Is received and outputs a light receiving signal. Therefore, two inputs from each light receiving section to the self-diagnosis circuit (logic circuit) are "1", "0", or "0", "1", and the self-diagnosis circuit has a normal sensor function. And no abnormal signal is output. On the other hand, when an abnormal situation such as light emission, deterioration of the light receiving element, failure of the light receiving circuit, or deterioration or dropout of the optical fiber occurs, the first and second light receiving sections are operated regardless of the operation state of the actuator. Are in the state of “none”. As a result, the self-diagnosis circuit determines that an abnormality has occurred since both inputs become "0", and outputs an abnormal signal. Further, when both the output signals from the two light receiving sections are in the “present” state due to a failure of the light receiving circuit or the like, the self-diagnosis circuit sets the two inputs to “1”. In the same manner as above, it is determined that an abnormality has occurred, and an abnormality signal is output. Thus, when an abnormality occurs in the sensor system, the abnormality can be immediately detected and confirmed through the diagnostic circuit.

【００１８】[0018]

【実施例】以下本発明による光スイッチ，光学式センサ
の実施例を図面に基づいて説明する。なお、実施例の各
図において、図４，図８に対応する同一部材には同じ符
号が付してある。光スイッチの実施例：まず、図１，図
２はそれぞれ光スイッチについての本発明の実施例を示
すものであり、図１の実施例においては、遮光シャッタ
４の先端に形成した偏向反射面１０が球面状を呈する単
一の凹面鏡として形成されている。一方、図２の実施例
では、偏向反射面１１が３段に分割して並ぶ小さな凹面
鏡を組合わせて形成されている。また、これらの偏向反
射面は、樹脂成形品として作られた遮光シャッタ４に対
してメッキ法，あるいはアルミニウム蒸着などの金属蒸
着法により鏡面に仕上げて形成される。さらに、前記方
法で形成された鏡面を腐食などから保護するために、そ
の表面を例えば酸化アルミニウム，透明樹脂などの透光
性保護膜１２で覆うのがよい。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of an optical switch and an optical sensor according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings of the embodiment, the same members corresponding to FIGS. 4 and 8 are denoted by the same reference numerals. First Embodiment FIGS. 1 and 2 each show an embodiment of the present invention for an optical switch. In the embodiment shown in FIG. Are formed as a single concave mirror having a spherical shape. On the other hand, in the embodiment of FIG. 2, the deflecting reflection surface 11 is formed by combining small concave mirrors which are divided into three stages and arranged. These deflecting and reflecting surfaces are mirror-finished by a plating method or a metal vapor deposition method such as aluminum vapor deposition on the light shielding shutter 4 made as a resin molded product. Further, in order to protect the mirror surface formed by the above method from corrosion or the like, the surface is preferably covered with a light-transmitting protective film 12 made of, for example, aluminum oxide or transparent resin.

【００１９】次に前記構成による光スイッチの動作を、
図２の実施例を基に図３により説明する。なお、図３
（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ先述した図４（ａ）〜
（ｄ）に対応した遮光シャッタ４の各ストローク位置に
おける光線の伝達経路を描いたものである。まず、図３
（ａ）は遮光シャッタ４が導光プリズム１の空隙部１ｃ
から後退した状態を示し、投光用光ファイバ５から出射
した光線束９は導光プリズム１の空隙部１ｃを通過して
第１の受光用光ファイバ５に伝達されている。一方、ア
クチュエータ２の操作で遮光シャッタ４が導光プリズム
１の空隙部１ｃに進入した図３（ｂ）〜（ｄ）の各スト
ローク位置では、いずれのストローク位置でも光線束９
は小区画の分割凹面鏡で形成された偏向反射面１１に対
してほぼ同じ条件で反射偏向し、図示のように第２の受
光用光ファイバ７へ効率よく導光されることになる。こ
れにより、遮光シャッタ４のストローク位置に殆ど関係
なく、投光用光ファイバ５と第２の受光用光ファイバ７
との間で常に安定した光結合効率が得られる。Next, the operation of the optical switch having the above configuration will be described.
A description will be given with reference to FIG. 3 based on the embodiment of FIG. Note that FIG.
FIGS. 4A to 4D respectively show FIGS.
FIG. 7D illustrates a light transmission path at each stroke position of the light shielding shutter 4 corresponding to (d). First, FIG.
(A): the light-shielding shutter 4 is a gap portion 1 c of the light guide prism 1.
The light beam 9 emitted from the light projecting optical fiber 5 is transmitted to the first light receiving optical fiber 5 through the gap 1c of the light guiding prism 1. On the other hand, at each stroke position in FIGS. 3B to 3D in which the light shielding shutter 4 enters the gap 1 c of the light guide prism 1 by the operation of the actuator 2, the light beam 9
Is reflected and deflected under substantially the same conditions with respect to the deflecting / reflecting surface 11 formed by the divided concave mirror of the small section, and is efficiently guided to the second light receiving optical fiber 7 as shown in the figure. Thus, the light projecting optical fiber 5 and the second light receiving optical fiber 7 are almost independent of the stroke position of the light shielding shutter 4.
, Stable optical coupling efficiency is always obtained.

【００２０】光学式センサの実施例：図５は本発明によ
る光学式センサの構成図であり、先の実施例で述べた光
スイッチ１３と組合わせて構成した光電変換器１４に
は、図８と比べて新たに自己診断回路２５が追加装備さ
れている。ここで、自己診断回路２５は第１の受光素子
１７，受光回路１９を通じて出力される信号Ａと、第２
の受光素子１８，受光回路２０を通じて出力される信号
Ｂとの二つの信号を入力として、各入力信号Ａ，Ｂがと
もに「有り」，またはともに「無し」の条件で異常信号
出力端子２６より異常信号を出力する論理回路として構
成されている。なお、自己診断回路２５は、例えば図６
で示すようにＡＮＤ回路とＮＯＲ回路とＯＲ回路を図示
のように組み合わせた回路、あるいは図７で示すように
排他的論理和回路（exclusive ＯＲ回路）とＮＯＴ回路
を組合わせて構成することができる。FIG. 5 is a block diagram of an optical sensor according to the present invention. FIG. 8 shows a photoelectric converter 14 constructed in combination with the optical switch 13 described in the previous embodiment. In addition, a self-diagnosis circuit 25 is additionally provided. Here, the self-diagnosis circuit 25 compares the signal A output through the first light receiving element 17 and the signal A output through the light receiving circuit 19 with the second light
And the signal B output through the light receiving circuit 20 and the input signal A, the input signal A and the input signal A are abnormal from the abnormal signal output terminal 26 under the condition that both are “present” or both are “absent”. It is configured as a logic circuit that outputs a signal. Note that the self-diagnosis circuit 25 is, for example, as shown in FIG.
Can be configured by combining an AND circuit, a NOR circuit, and an OR circuit as shown in the figure, or by combining an exclusive OR circuit (exclusive OR circuit) and a NOT circuit as shown in FIG. .

【００２１】上記した自己診断回路２５の真理値表，並
びにセンサの異常診断動作を表で表すと次記の表１のご
とくである。The truth table of the above-mentioned self-diagnosis circuit 25 and the abnormality diagnosis operation of the sensor are shown in the following Table 1 as a table.

【００２２】[0022]

【表１】 [Table 1]

【００２３】すなわち、センサが正常に機能している限
りは、光スイッチ１３に組み込まれたアクチュエータ２
の動作状態に応じて第１，第２の受光素子１７，１８の
いずれか一方のみに光が受光されて受光信号を出力す
る。したがって、各受光回路１９，２０から自己診断回
路２５へ入力される入力Ａ，Ｂは“１”，“０”か、も
しくは“０”，“１”となるので、診断回路２５はセン
サ機能が正常と判断して出力Ｘは“０”、つまり異常信
号は出力されない。これに対して、発光素子１５，受光
素子１７，１８の劣化，受光回路１９，２０の故障，あ
るいは光ファイバ５，６，７の劣化，接続抜けなどの異
常事態が生じると、アクチュエータ２の動作状態の如何
にかかわらず、第１，第２の受光回路１９，２０からの
出力信号はともに「無し」の状態になる。これにより診
断回路２５に対する入力Ａ，Ｂがともに“０”となるの
で出力Ｘが“１”、つまり診断回路は異常発生と判断し
て出力端子２６へ異常信号を出力する。また、受光回路
１９，２０などの故障が原因で各受光回路１９，２０か
らの出力信号がともに「有り」の状態になった場合は、
診断回路２５への入力Ａ，Ｂがともに“１”となるの
て、前記と同様に異常発生と判断して異常信号を出力す
る。これにより、センサの系内に異常が発生した場合に
は診断回路を通じて直ちに異常を検知，確認できる。That is, as long as the sensor is functioning normally, the actuator 2 incorporated in the optical switch 13
The light is received by only one of the first and second light receiving elements 17 and 18 in accordance with the operation state of and the light receiving signal is output. Therefore, the inputs A and B input from the respective light receiving circuits 19 and 20 to the self-diagnosis circuit 25 are "1" and "0", or "0" and "1". The output X is determined to be normal and the output X is "0", that is, no abnormal signal is output. On the other hand, when an abnormal situation such as deterioration of the light emitting element 15 and the light receiving elements 17 and 18, failure of the light receiving circuits 19 and 20, deterioration of the optical fibers 5, 6, and disconnection occurs, the operation of the actuator 2 is performed. Regardless of the state, the output signals from the first and second light receiving circuits 19 and 20 are both in the state of “absent”. As a result, the inputs A and B to the diagnostic circuit 25 both become "0", so that the output X is "1", that is, the diagnostic circuit determines that an abnormality has occurred and outputs an abnormal signal to the output terminal 26. If both output signals from the light receiving circuits 19 and 20 become "present" due to a failure of the light receiving circuits 19 and 20, etc.
Since both the inputs A and B to the diagnostic circuit 25 become "1", it is determined that an abnormality has occurred, and an abnormal signal is output in the same manner as described above. Thus, when an abnormality occurs in the sensor system, the abnormality can be immediately detected and confirmed through the diagnostic circuit.

【００２４】[0024]

【発明の効果】本発明の光スイッチは、以上説明したよ
うに構成されているので、アクチュエータ操作による遮
光シャッタのストローク位置に殆ど関係なく、遮光シャ
ッタの偏向反射面で反射した光線束を効率よく集光して
第２の受光用光ファイバに導光することができ、これに
より偏向反射面が平面鏡であるものと比べて投光用光フ
ァイバと第２の受光用光ファイバとの間で光結合効率が
向上し、光スイッチの動作特性の安定化が図れる。Since the optical switch of the present invention is constructed as described above, the light beam reflected by the deflecting / reflecting surface of the light-shielding shutter can be efficiently used irrespective of the stroke position of the light-shielding shutter by operating the actuator. The light can be condensed and guided to the second light receiving optical fiber, whereby the light can be transmitted between the light projecting optical fiber and the second light receiving optical fiber as compared with the case where the deflecting and reflecting surface is a plane mirror. The coupling efficiency is improved, and the operation characteristics of the optical switch can be stabilized.

【００２５】また、前記の光スイッチを主要部として光
電変換器と組合わせて構成した本発明の光学式センサに
おいては、光電変換器に自己診断回路を新たに追加装備
したので、使用中にセンサの系内で発光，受光素子の劣
化，光ファイバの劣化，接続部の抜け，受光回路の故障
などが原因でセンサ機能が喪失した異常した場合には、
この異常事態の発生を光電変換器の診断回路で自己診断
して直ちに検知することができる。In the optical sensor according to the present invention in which the optical switch is used in combination with a photoelectric converter as a main part, a self-diagnosis circuit is additionally provided in the photoelectric converter. If the sensor function is lost due to light emission, light receiving element deterioration, optical fiber deterioration, connection part disconnection, light receiving circuit failure, etc.
The occurrence of this abnormal situation can be immediately detected by self-diagnosis by the diagnostic circuit of the photoelectric converter.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明による光スイッチの実施例の構成図FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment of an optical switch according to the present invention.

【図２】図１と異なる光スイッチの実施例の構成図FIG. 2 is a configuration diagram of an embodiment of an optical switch different from FIG.

【図３】図２の実施例を例にした光スイッチの動作説明
図であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ遮光シャッタの異
なるストローク位置に対応した光伝達経路を表す図3 (a) to 3 (d) are diagrams illustrating the operation of an optical switch taking the example of FIG. 2 as an example, and FIGS. 3 (a) to 3 (d) show light transmission paths corresponding to different stroke positions of a light-shielding shutter, respectively.

【図４】従来における光スイッチの構成，動作の説明図
であり、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ遮光シャッタの異な
るストローク位置に対応した光伝達経路を表す図FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration and operation of a conventional optical switch, wherein (a) to (d) are diagrams illustrating light transmission paths respectively corresponding to different stroke positions of a light-shielding shutter.

【図５】本発明による光学式センサの実施例の回路図FIG. 5 is a circuit diagram of an embodiment of an optical sensor according to the present invention.

【図６】図５における診断回路の内部回路図FIG. 6 is an internal circuit diagram of the diagnostic circuit in FIG. 5;

【図７】図６と異なる診断回路の内部回路図FIG. 7 is an internal circuit diagram of a diagnostic circuit different from FIG. 6;

【図８】従来における光学式センサの回路図FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional optical sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 導光プリズム １ａ コーナー反射面 １ｂ コーナー反射面 １ｃ 空隙部 ２ アクチュエータ ４ 遮光シャッタ ５ 投光用光ファイバ ６ 第１の受光用光ファイバ ７ 第２の受光用光ファイバ ９ 光線束 １０ 単一の凹面鏡で形成された偏向反射面 １１ 複数の凹面鏡を組合わせて形成された偏向反射
面 １２ 保護膜 １３ 光スイッチ １４ 光電変換器 ２５ 自己診断回路DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Light-guide prism 1a Corner reflection surface 1b Corner reflection surface 1c Air gap 2 Actuator 4 Light-shielding shutter 5 Light emitting optical fiber 6 First light receiving optical fiber 7 Second light receiving optical fiber 9 Ray bundle 10 Single concave mirror 11 A deflection reflection surface formed by combining a plurality of concave mirrors 12 Protective film 13 Optical switch 14 Photoelectric converter 25 Self-diagnosis circuit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐野 安一 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 西尾 三男 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 糸賀 一穂 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G02B 26/08 H01H 35/00──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yasuichi Sano 1-1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Mitsuo Nishio 1 Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-ku, Kanagawa Prefecture No. 1 Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Kazuho Itoga 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Fuji Electric Co., Ltd. (58) Field surveyed (Int. Cl. ⁶ , DB name) G02B 26/08 H01H 35/00

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】投光用光ファイバと受光用光ファイバとの
間の光伝達路をアクチュエータ操作により機械式に開閉
して光信号をオン, オフ制御する光スイッチであり、二
つのコーナー反射面と中央の空隙部を有する凹字形の導
光プリズムと、先端部に偏向反射面を形成した遮光シャ
ッタと、該遮光シャッタを導光プリズムの空隙部に出入
操作するアクチュエータとを具備し、アクチュエータの
動作に対応して導光プリズムの入光部，二つの出光部接
続した投光用光ファイバと第１および第２の受光用光フ
ァイバとの相互間で光信号を切換え制御するものにおい
て、前記遮光シャッタの偏向反射面を凹面鏡となしたこ
とを特徴とする光スイッチ。An optical switch for mechanically opening and closing an optical transmission path between an optical fiber for projecting light and an optical fiber for receiving light to control on / off of an optical signal by operating an actuator. And a concave light guide prism having a central void, a light-shielding shutter having a deflecting / reflecting surface formed at the tip, and an actuator for operating the light-shielding shutter in and out of the void of the light-guide prism. An optical signal switching section for controlling an optical signal between a light-entering optical fiber and a first and a second light-receiving optical fiber connected to a light-entering portion of a light-guiding prism and two light-emitting portions in response to an operation; An optical switch, characterized in that a deflective reflecting surface of a light shielding shutter is a concave mirror. 【請求項２】請求項１に記載の光スイッチにおいて、遮
光シャッタの偏向反射面が単一の凹面鏡で形成されてい
ることを特徴とする光スイッチ。2. The optical switch according to claim 1, wherein the deflecting and reflecting surface of the light shielding shutter is formed by a single concave mirror. 【請求項３】請求項１に記載の光スイッチにおいて、遮
光シャッタの偏向反射面が複数の凹面鏡を組合わせて形
成されていることを特徴とする光スイッチ。3. The optical switch according to claim 1, wherein the deflecting / reflecting surface of the light shielding shutter is formed by combining a plurality of concave mirrors. 【請求項４】請求項２または３に記載の光スイッチにお
いて、凹面鏡の鏡面が球面であることを特徴とする光ス
イッチ4. The optical switch according to claim 2, wherein the concave mirror has a spherical surface. 【請求項５】請求項２または３に記載の光スイッチにお
いて、凹面鏡の鏡面が非球面であることを特徴とする光
スイッチ5. The optical switch according to claim 2, wherein the concave mirror has an aspherical mirror surface. 【請求項６】請求項１に記載の光スイッチにおいて、遮
光シャッタの偏向反射面の鏡面がメッキないし金属蒸着
のいずれかの方法で形成されたものであることを特徴と
する光スイッチ。6. The optical switch according to claim 1, wherein the mirror surface of the deflecting / reflecting surface of the light-shielding shutter is formed by one of plating and metal deposition. 【請求項７】請求項６に記載の光スイッチにおいて、金
属蒸着がアルミニウム蒸着であることを特徴とする光ス
イッチ。7. The optical switch according to claim 6, wherein the metal deposition is aluminum deposition. 【請求項８】請求項６に記載の光スイッチにおいて、メ
ッキないし金属蒸着法により形成された鏡面が透光性の
保護膜で覆われていることを特徴とする光スイッチ。8. The optical switch according to claim 6, wherein a mirror surface formed by plating or metal deposition is covered with a light-transmitting protective film. 【請求項９】請求項８に記載の光スイッチにおいて、保
護膜が酸化アルミニウムないし透明樹脂のいずれかであ
ることを特徴とする光スイッチ。9. The optical switch according to claim 8, wherein the protective film is made of any one of aluminum oxide and a transparent resin. 【請求項１０】二つのコーナー反射面と中央の空隙部を
有する凹字形の導光プリズム、先端部に偏向反射面を形
成した遮光シャッタ、該遮光シャッタを導光プリズムの
空隙部に出入操作するアクチュエータからなり、前記導
光プリズムには一つの入光部と二つの出光部を備えた光
スイッチと、一つの投光部と二つの受光部を備えた光電
変換器と、前記光スイッチの入光部，出光部と光電変換
器投光部，受光部との間に配線した投光用光ファイバ，
受光用光ファイバとを組合わせ、前記アクチュエータの
動作状態を光電変換器にて検出する光学式センサにおい
て、光電変換器が、二つの受光部より出力する信号を入
力としてセンサの異常有無を判定する自己診断回路を備
えたことを特徴とする光学式センサ。10. A concave-shaped light guide prism having two corner reflecting surfaces and a central gap, a light-shielding shutter having a deflecting reflecting surface formed at the tip, and a light-shielding shutter that is moved into and out of the gap of the light-guide prism. The light guide prism comprises an actuator, an optical switch having one light entrance and two light exits, a photoelectric converter having one light emitter and two light receivers, and an input / output of the optical switch. An optical fiber for light emission wired between the light emitting part, the light emitting part and the light emitting part and the light receiving part of the photoelectric converter,
In an optical sensor that combines an optical fiber for light reception and detects the operation state of the actuator with a photoelectric converter, the photoelectric converter determines whether there is an abnormality in the sensor by using signals output from two light receiving units as inputs. An optical sensor comprising a self-diagnosis circuit. 【請求項１１】請求項１０記載の光学式センサにおい
て、自己診断回路が、二つの受光部からの出力信号がと
もに「無し」，または「有り」の条件で異常信号を出力
する論理回路で構成されていることを特徴とする光学式
センサ。11. The optical sensor according to claim 10, wherein the self-diagnosis circuit is a logic circuit that outputs an abnormal signal under the condition that both output signals from the two light receiving units are “absent” or “present”. An optical sensor characterized in that: