CN101173894B - 回归反射型光电传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种提高被检测物体的检测稳定性的回归反射型光电传感器。回归反射型光电传感器具有：传感器主体(10)，其形成投光系统和受光系统，其中，该投光系统投射圆偏振光，该受光系统在包括反向圆偏振光和圆偏振光的光入射的情况下，选择性地接收反向圆偏振光；回归反射部(30)，其将圆偏振光转换为包含反向圆偏振光的光并进行反射。传感器主体具有：投光元件；受光元件；1/4波片(28)，其将垂直偏振光转换为圆偏振光，而将反向圆偏振光转换为垂直偏振光；以及偏振滤光片(26)。偏振滤光片(26)在从回归反射部到受光元件(4)的受光路径上，配置于受光元件和相位差板(28)之间，而且选择性地使垂直偏振光透过。

Description

回归反射型光电传感器
技术领域
本发明涉及一种回归反射型光电传感器、回归反射型光电传感器的传感器主体以及回归反射部。
背景技术
回归反射型光电传感器是指，一种由传感器主体和回归反射板(以下，称之为反射板(reflector))构成的传感器，其中，该传感器主体具有用于投光以及受光的光学系统和电路系统。回归反射(也称之为逆向反射、回射)是指如下的光的反射：如角隅棱镜(corner cube)那样，最终的反射光的朝向与投射光所传播过来的方向相同。
图21是示出了回归反射型光电传感器的使用例的图。
如图21所示，回归反射型光电传感器包括传感器主体310和反射板305。传感器主体310的投光部所投射的光被反射板305反射，而且其反射光被传感器主体310的受光部接收。
而且，回归反射型光电传感器例如用于在工厂的生产线中检测传送带302所搬运的被检测物体307。在传感器310和反射板305之间存在被检测物体307时，被检测物体遮挡着从传感器主体310向反射板305出射的光，因此光不能到达传感器受光部，从而检测出物体。
图22A～22D是用于说明对于各种被检测物体的检测动作的示意图。
如图22A所示，在从传感器主体310投射的光直接被反射板305反射，而且反射光直接入射到传感器主体310的受光部的情况下，该反射光的受光量足够多，因此传感器的输出处于断开(OFF)状态。
如图22B所示，在从传感器主体310投射的光被作为漫反射物体的被检测物体307A反射，而且漫反射光入射到传感器主体310的受光部的情况下，与反射板305的情形相比，反射光衰减，因此可检测出受光量的降低，从而传感器的输出处于接通(ON)状态。
如图22C所示，在从传感器主体310投射的光被作为镜面反射物体的被检测物体307B反射的情况下，与被反射板305反射的情形相比，其反射光几乎没有衰减。因此，在需要检测这种被检测物体的情况下，如以下通过图23A～图25所说明那样，利用通过反射板305发生的偏振状态的转换现象，用偏振滤光片来除去由被检测物体307B的表面反射的反射光，并接受光。通过该方法，即使在来自被检测物体307B的表面的镜面反射光入射到传感器主体310的受光部的情况下，也能检测出受光量的降低，因此传感器的输出处于接通状态。
如图22D所示，在从传感器主体310投射的光透过作为透明物体的被检测物体307C，而且所透过的光被反射板305反射，进而反射光透过被检测物体307C并入射到传感器主体310的受光部的情况下，当透过透明物体时发生光的衰减，则可检测出受光量的降低，从而传感器的输出处于接通状态。
如图22D所示，回归反射型光电传感器的光学系统经常用于检测透明的物体(玻璃或塑料)。这是因为，透明物体虽光透过时的衰减量并不太大，但如果是回归反射型，则由于光2次透过检测物体，因此容易得到光的衰减。
作为用于回归反射型光电传感器的反射板，一般采用的是角隅棱镜阵列的回归反射板。在角隅棱镜阵列的反射板中，在入射光和反射光之间发生偏振转换。
图23A、图23B是用于说明在反射板所发生的偏振转换的第一例的图。
图24A、图24B是用于说明在反射板所发生的偏振转换的第二例的图。
图23B、图23B示出了角隅棱镜的形状。角隅棱镜是指，将3个直角等腰三角形的90°的角在定点对齐而形成三棱锥，并将其内面作为受光面的光学元件。因此，角隅棱镜的3个面相互成90°。在反射板305上，无间隙地排列有角隅棱镜。在该光电传感器中所采用的反射板一般是利用了全反射的结构，由于全反射时在垂直偏振(Vertical Polarization)与水平偏振(Horizontal.Polarization)之间产生相位差，因此偏振状态改变。
图23A、图23B示出了入射了垂直偏振光作为入射光IN时的反射光REF的偏振状态。图24A、图24B示出了入射了圆偏振光作为入射光IN时的反射光REF的偏振状态。
在全反射反射板中发生偏振状态的转换，在理想的状态下，垂直偏振光转换为水平偏振光，圆偏振光转换为反向圆偏振光。但是，在实际上，如图23A～图24B所示，不会发生理想的转换，从而反射光变成包括偏振状态为多个状态的光的光。
再次参照图22A～图22D说明有关反射光的问题。在如图22B所示的情况下，当物体遮挡了传感器投射到检测物体的光时，被该物体反射的光会成为问题。在该问题中，通过检测物体与反射板的反射率差、或几何光学的方法，而回避来自检测物体的漫反射光。如图22C所示，在检测物体为光泽面的情况下，由于被检测物体和反射板之间的反射率差小，因此采用另外的方法。该方法在传感器的投光部和受光部中对偏振进行控制，使得不接受镜面反射光。
关于回归反射型光电传感器大体存在两种光学系统，即，存在投光部和受光部的光轴不同的双轴型、和投光部和受光部的光轴一致的同轴型。在这些两种类型中，为了衰减来自如图22C所示的被检测物体的镜面反射光，一般采用对偏振进行控制的方法。
图25是示出了双轴型传感器主体的结构例的图。
参照图25，双轴型传感器主体310包括投光部和受光部。投光部包括发光二极管(LED)311、透镜316以及偏振滤光片319H。受光部包括偏振滤光片319V、透镜317以及受光元件314。作为受光元件314一般采用光电检测器(PD)。
偏振滤光片319H的水平方向为偏振方向，偏振滤光片319V的垂直方向为偏振方向。也就是说，采用了偏振方向相互垂直的一对偏振滤光片。
从LED311出射的光通过偏振滤光片319H而成为水平偏振光，并照射到被检测物体上。在不存在被检测物体的情况下，被角隅棱镜反射板反射且偏振方向转换为垂直方向的光通过偏振滤光片319V，并到达受光元件314。在存在被检测物体的情况下，由于被该被检测物体镜面反射了的光维持水平偏振的状态，因此被偏振滤光片319V遮挡而不会到达受光元件314。
因此，与不存在被检测物体的情况相比，在存在被检测物体时在受光元件314检测出的光的强度变得更低。因此，如图22C所示，即使在被检测物体是具有镜面的物体的情况下，因物体存在而也会使受光元件所接收的光的强度变低，从而能够检测物体。
图26是示出了同轴型传感器主体的第一结构例的图。
参照图26，同轴型的传感器主体410包括LED411、偏振光束分离器419、透镜416以及受光元件414。
从LED411出射的光被偏振光束分离器419反射而成为水平偏振光，并照射到被检测物体上。在不存在被检测物体的情况下，被角隅棱镜反射板反射且偏振方向转换为垂直方向的光通过偏振光束分离器419，并到达受光元件414。在存在被检测物体的情况下，由于被检测物体所镜面反射了的光(以虚线示出)维持水平偏振的状态，因此被偏振光束分离器419遮挡而不会到达受光元件414。
图27是示出了同轴型传感器主体的第二结构例的图。
参照图27，同轴型传感器主体510包括LED511、偏振滤光片519H、519V、半透半反镜(halfmirror)519、透镜516、以及受光元件514。
从LED511出射的光通过偏振滤光片519H而成为水平偏振光，并被半透半反镜519反射，然后照射到被检测物体上。在不存在被检测物体的情况下，投射光中被角隅棱镜反射板反射且偏振方向转换为垂直方向的光透过半透半反镜519，并通过偏振滤光片519V，然后到达受光元件514。在存在被检测物体的情况下，由于被检测物体所镜面反射的光(以虚线示出)维持水平偏振的状态，因此被偏振滤光片519V遮挡而不会到达受光元件514。
作为与这种回归反射型光电传感器有关的现有文献，具有JP特开2002-279870号公报(专利文献1)以及JP特公平6-93521号公报(专利文献2)  。
专利文献1：JP特开2002-279870号公报
专利文献2：JP特公平6-93521号公报
在回归反射型光电传感器所检测的对象中，如在图22D所说明那样，也包括有透明物体。例如，作为饮料容器所普遍采用的PET(PolyEthyleneTerephthalate：聚对苯二甲酸乙二醇酯)瓶也是这种透明物体。以往，为了使因PET瓶的光的衰减增大，通过光透过两次被检测物体的回归反射型光电传感器来实现了检测。
然而，近年来，利用光电传感器对PET瓶稳定检查变得困难。
在利用回归反射型光电传感器对PET瓶进行检测时的问题之一是，PET瓶的透过率高而不易发生光的衰减。另外，近年来薄型化日益深入，进而其透过率进一步变高。
另外一个问题是，由于形状变得复杂，因此该复杂的形状导致光向从未设想的方向的反射或折射。
图28是用于说明PET瓶对光的反射及汇聚的影响的图。
参照图28，从传感器主体310出射的光K1本来像箭头K2所示那样直线传播，但由于受到PET瓶(被检测物体307)形状的影响，可能会像箭头K3所示那样以朝向反射板305的方式汇聚。另外，从传感器主体310出射的光K4本来像箭头K5所示那样直线传播，但可能会被PET瓶(307)的表面像箭头K6所示那样以朝向受光部的方式反射。
被反射板305反射的光K7本来像箭头K8所示那样直线传播，但由于受到PET瓶(307)形状的影响，可能会像箭头K9所示那样以朝向受光部的方式汇聚。另外，被反射板305反射的光K10本来像箭头K11所示那样衰减并直线传播，但可能会被PET瓶(307)的表面像箭头K12所示那样以朝向反射板305的方式反射，并像箭头13所示那样朝向受光部。
若这种多余的光进入到受光部，检测光的微小衰减的受光部会引起误动作。即，伴随着薄型化而不能得到足够的光衰减，同时，由于具有复杂的形状，所以因PET瓶(307)而受到汇聚光或反射光的影响，因此存在误动作等问题。
另外，若要采用现有的遮挡来自检测物体的反射光的光学系统，则PET瓶的双折射特性将成为问题。
图29A、图29B是用于说明双折射的影响的图。
如图29A所示，从光源出射的光M1通过偏振滤光片。朝向反射板的入射光IN是垂直偏振光。而且，反射光REF被偏振转换，通过受光部的偏振滤光片只接受其中的水平偏振光。将此时接收的光称为光M2。通常，若被检测物体到达检测区域，则受光量少于光M2的受光量，从而传感器主体检测出被检测物体。
然而，如图29B的光IN2、REF2所示那样，在PET瓶存在时，由于PET瓶的双折射特性可能会使全反射反射板的不完全的偏振转换状态变成理想的偏振转换状态。此时，受光部所接收的光M3与光M2相比，其受光量反而可能会增加。即，受光量不会减少，因此存在可能会无法检测出PET瓶的问题。
也就是说，虽然存在为除去反射光而利用偏振的技术，但由于PET瓶的双折射和反射板的偏振转换的不完全特性成为问题，因此无法使用该技术。
发明内容
本发明的目的在于，在这样的背景下提供一种将PET瓶的双折射特性转换成光的衰减，从而能够提高检测的稳定性，并能够回避来自PET瓶的反射光的问题的技术。另外，本发明同时能够解决现有的回归反射型光电传感器的几个问题。
若对于本发明进行简要说明，则本发明是一种回归反射型光电传感器，具有：传感器主体，其形成投光系统和受光系统，其中，该投光系统投射第一圆偏振光，该受光系统在包括第二圆偏振光和第一圆偏振光的光入射的情况下，选择性地接收第二圆偏振光，该第二圆偏振光与第一圆偏振光不同；回归反射部，其将第一圆偏振光转换为包含第二圆偏振光的光并进行反射。
优选地，传感器主体具有：投光元件；受光元件；第一相位差板，其将第一直线偏振光转换为第一圆偏振光，而将第二圆偏振光转换为第一直线偏振光；以及第一偏振滤光片。第一偏振滤光片在从回归反射部到受光元件的受光路径上，配置于受光元件和第一相位差板之间，而且选择性地使第一直线偏振光透过。
更优选地，传感器主体内置于设有透光部的外壳中，该透光部兼用作投光窗和受光窗。第一相位差板以及第一偏振滤光片均都以覆盖透光部的方式配置。受光元件以受光方向与投光元件的投光方向交叉的方式配置。传感器主体还具有半透半反镜，该半透半反镜使投射光和接受光中的任一方透过，而反射另一方。
更优选地，传感器主体内置于并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中。第一相位差板以及第一偏振滤光片均都以覆盖投光窗以及受光窗的方式配置。
更优选地，传感器主体内置于并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中。第一相位差板以覆盖投光窗以及受光窗的方式配置。第一偏振滤光片以覆盖受光窗的方式配置。投光元件为发射第一直线偏振光的激光发光元件。
更优选地，投光元件以及上述受光元件配置在放大部，第一相位差板以及第一偏振滤光片配置在与放大部分离的头部。传感器主体还具有光纤，该光纤连接放大部和头部。
更优选地，回归反射部具有：反射板，其使光回归反射；第二相位差板，其将第一圆偏振光转换为第二直线偏振光，而将第二直线偏振光转换为第二圆偏振光；以及第二偏振滤光片。第二偏振滤光片在从投光元件到反射板的投光路径上，配置于第二相位差板和反射板之间，而且选择性地使第二直线偏振光透过。
若根据本发明的其他形态，则本发明是一种回归反射型光电传感器的传感器主体，具有：投光元件；受光元件；相位差板，其将直线偏振光转换为第一圆偏振光，而将第二圆偏振光转换为直线偏振光，该第二圆偏振光与第一圆偏振光不同；以及偏振滤光片。偏振滤光片在从回归反射板到受光元件的受光路径上，配置于受光元件和相位差板之间，而且选择性地使直线偏振光透过。
优选地，传感器主体内置于设有透光部的外壳中，该透光部兼用作投光窗和受光窗。相位差板以及偏振滤光片均都以覆盖透光部的方式配置。受光元件以受光方向与投光元件的投光方向交叉的方式配置。传感器主体还具有半透半反镜，该半透半反镜使投射光和接受光中的任一方透过，而反射另一方。
优选地，传感器主体内置于并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中。相位差板以及偏振滤光片均都以覆盖投光窗以及受光窗的方式配置。
优选地，传感器主体内置于并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中。相位差板以覆盖投光窗以及受光窗的方式配置。偏振滤光片以覆盖受光窗的方式配置。投光元件为发射直线偏振光的激光发光元件。
优选地，投光元件以及受光元件配置在放大部，第一相位差板以及第一偏振滤光片配置在与放大部分离的头部。传感器主体还具有光纤，该光纤连接放大部和头部。
若根据本发明的另外的形态，则本发明是一种用于回归反射型光电传感器的回归反射部，具有：反射板，其使光回归反射；相位差板，其将第一圆偏振光转换为直线偏振光，而将直线偏振光转换为第二圆偏振光；以及偏振滤光片。偏振滤光片在从传感器主体一侧到反射板的光路上，配置于第二相位差板和反射板之间，而且选择性地使直线偏振光透过。
若根据本发明的其他的形态，则本发明是一种回归反射型光电传感器，具有：传感器主体，其形成投光系统和受光系统，其中，该投光系统投射第一直线偏振光，该受光系统在包括第二直线偏振光和第一直线偏振光的光入射的情况下，选择性地接收第一直线偏振光，该第二直线偏振光与第一直线偏振光不同；回归反射部，其将所入射的光转换为只包含第一直线偏振光的反射光并进行反射。
优选地，传感器主体具有：投光元件；受光元件；第一偏振滤光片。第一偏振滤光片配置在从回归反射部到受光元件的受光路径上，而且选择性地使第一直线偏振光透过。
更优选地，传感器主体内置于设有透光部的外壳中，该透光部是兼用作投光窗的受光窗。第一偏振滤光片以覆盖透光部的方式配置。受光元件以受光方向与投光元件的投光方向交叉的方式配置。传感器主体还具有半透半反镜，该半透半反镜使投射光和接受光中的任一方透过，而反射另一方。
更优选地，投光元件以及受光元件配置在放大部，第一偏振滤光片配置在与放大部分离的头部。传感器主体还具有光纤，该光纤连接放大部和头部。
更优选地，回归反射部具有：反射板，其使光回归反射；第二偏振滤光片，其相对反射板而配置在光的入射面一侧，而且选择性地使第一直线偏振光透过。
若采用本发明，则能够提高对被检测物体进行检测的稳定性。
附图说明
图1是光电传感器主体的立体图。
图2是沿着图1的II-II线示出了本发明的第一实施方式的光电传感器的内部的剖视图。
图3是抽取光学要素而示出了第一实施方式的光学系统的概略图。
图4是详细示出了在图3所示的光学系统的各部分的偏振状态的图。
图5是用于说明在第一实施方式的传感器主体10中除去反射光的情况的图。
图6是用于说明在第一实施方式的回归反射部30中除去反射光的情况的图。
图7是用于说明使用了偏振光束分离器的作为比较例的传感器主体100的问题的图。
图8是示出了在使用偏振光束分离器的情况下解决偏振异常的研究例的图。
图9是示出了调换了受光元件和投光元件的位置的传感器主体10A的光路的图。
图10是示出了工件到达检测区域时的光强度衰减的概念图。
图11是用于将图10所示的概念应用到第一实施方式中而进行详细说明的图。
图12是示出了第一实施方式的变形例的光学系统的概念的图。
图13是示出了同轴型传感器的更加具体的结构的图。
图14是应用了本发明的双轴型传感器主体的剖视图。
图15A、图15B、图15C是抽取光学要素而示出了第二实施方式的光学系统和比较例的光学系统的传感器主体的概略图。
图16A、图16B是用于说明比较例的双轴型传感器主体的问题的图。
图17是示出了第三实施方式的光纤型光电传感器主体的结构的立体图。
图18是用于说明图17中的头部152的第一结构例的概略图。
图19是用于说明图17中的头部152的第二结构例的概略图。
图20是沿着图19中的XX-XX线的光纤160的剖视图。
图21是示出了回归反射型光电传感器的使用例的图。
图22A、图22B、图22C、图22D是用于说明对于各种被检测物体的检测动作的示意图。
图23A、图23B是用于说明在反射板所发生的偏振转换的第一例的图。
图24A、图24B是用于说明在反射板所发生的偏振转换的第二例的图。
图25是示出了双轴型传感器主体的结构例的图。
图26是示出了同轴型传感器主体的第一结构例的图。
图27是示出了同轴型传感器主体的第二结构例的图。
图28是用于说明PET瓶对光的反射及汇聚的影响的图。
图29A、图29B是用于说明双折射的影响的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施方式。此外，针对附图中的相同或相当部分，赋予相同的附图标记，而不再重复其说明。
[第一实施方式]
图1是光电传感器主体的立体图。
图2是沿着图1中的II-II线示出了本发明的第一实施方式的光电传感器内部的剖视图。
参照图1、图2，对同轴型的回归反射型光电传感器的传感器主体10进行说明。在传感器主体10的外壳的前面，设置有嵌入圆偏振片(带相位差板(retardation film)的偏振片)24的窗体。圆偏振片24被保护构件22保持，使得其不脱落。在外壳的上表面设置有显示灯61，其为了能够知晓检测结果。
投光元件1以发光部分通过半透半反镜3的反射而位于透镜6的焦点位置的方式配置。在透镜6的焦点位置上，经由半透半反镜3而在受光位置配置有受光元件4。半透半反镜3相对受光轴倾斜45°而设置，而且透过所接收的光的一部分。
在此，透镜6以及半透半反镜3构成以下的光学器件，即，将投光元件1的光作为投射光束而向未图示的回归反射板投射，并通过透镜6将来自回归反射板的反射光汇聚到受光元件4的光学器件。
透镜6是一种将从投光元件1出射的光作为平行的投射光束而对回归反射板投射，并将反射光汇聚到受光元件4的光学元件。
此外，在图2中，也可以使投光元件1和受光元件4的位置相反。
在投光时以及受光时均都透过圆偏振板24，从而利用原本成为误动作的原因的PET瓶的双折射，将双折射所导致的偏振状态的异常现象转换成光的衰减，由此在PET瓶的检测中，能够实现具有高稳定性的光学系统。
图3是抽取光学要素而示出了第一实施方式的光学系统的概略图。
参照图3，第一实施方式的回归反射型光电传感器具有：传感器主体10，其形成投光系统和受光系统，该投光系统投射圆偏振光，该受光系统在包括反向圆偏振光和圆偏振光的光入射时，选择性地接收反向圆偏振光；回归反射部30，其将圆偏振光转换成包括反向圆偏振光的光并进行反射。
传感器主体10具有投光元件1、受光元件4、半透半反镜3、透镜6以及圆偏振片24。圆偏振片24包括偏振滤光片26和1/4波片28。
回归反射部30包括圆偏振板34和全反射反射板32。圆偏振板34包括偏振滤光片36和1/4波片38。偏振滤光片具有吸光轴和垂直于该吸光轴的透光轴。偏振滤光片使偏振方向与透光轴一致的直线偏振光透过，并吸收其他的光成分。另一方面，1/4波片(相位差板)具有延迟轴。1/4波片使在延迟轴方向上的偏振方向成分的相位延迟1/4波长。
若偏振方向相对延迟轴成45°(或-45°)的直线偏振光入射到1/4波片，则直线偏振光被转换为圆偏振光。相反地，若圆偏振光入射到1/4波片，则圆偏振光转换为相对延迟轴成45°(或-45°)的直线偏振光。
圆偏振板是一种将偏振滤光片和1/4波片以使吸光轴和延迟轴倾斜45°(或-45°)的状态粘合在一起的光学元件。
图4是详细示出了在图3所示的光学系统的各部分的偏振状态的图。
参照图4，传感器主体10具有投光元件1、受光元件4、第一相位差板(1/4波片28)、以及第一偏振滤光片26，其中，该第一相位差板将第一直线偏振光(垂直偏振光B2)转换成第一圆偏振光(圆偏振光B3)，并将第二圆偏振光(反向圆偏振光B8)转换成第一直线偏振光(垂直偏振光B9)。第一偏振滤光片26在从回归反射部30到受光元件4的受光路径上配置于受光元件4和第一相位差板(1/4波片28)之间，而且选择性地使第一直线偏振光(垂直偏振光B2、B10)透过。
回归反射部30具有：全反射反射板32，其使光回归反射；第二相位差板(1/4波片38)，其将第一圆偏振光(圆偏振光B3)转换成第二直线偏振光(水平偏振光B4)，并将第二直线偏振光(水平偏振光B7)转换成第二圆偏振光(反向圆偏振光B8)；以及第二偏振滤光片36。第二偏振滤光片36在从投光元件1到全反射反射板32的投光路径上配置于第二相位差板(1/4波片38)和全反射反射板32之间，而且选择性地使第二直线偏振光(水平偏振光B5、B7)透过。
1/4波片28、38具有某一方向性(延迟轴方向)，因此若使圆偏振光入射，则转换成偏振方向为特定方向的直线偏振光。利用透明的粘结剂，将偏振滤光片26、36分别以使其偏振方向与1/4波片28、38的方向性一致的方式粘合在1/4波片28、38上。
要使两个小的元件的方向一致，很难确保其精度。然而，若将大的片状的偏振滤光片以使其与大的片状的1/4波片方向性一致的方式粘合，则变得容易得多。因此，先将大的片状1/4波片和偏振滤光片粘合在一起，并将其利用冲压加工等来冲切，从而加工成与窗体形状对应的所希望形状的构件即可。
再次参照图2，传感器主体10内置于设有透光部的外壳中，其中，该透光部是兼用作投光窗的受光窗。相位差板以及偏振滤光器一同以覆盖透光部的方式配置。受光元件4以其受光方向与投光元件1的投光方向交叉的方式配置。传感器主体10还包括半透半反镜3，该半透半反镜3使投射光和接受光中的任一方透过，而反射另一方。
图5是用于说明在第一实施方式的传感器主体中除去反射光的情况的图。
参照图5，从传感器主体10的投光部投射圆偏振光B3。传感器主体10的受光部选择接收反向圆偏振光。从投光部投射到工件40的圆偏振光B3变成偏振状态不变的镜面反射光(圆偏振光B8X)，但由于该镜面反射光由1/4波片28转换成水平偏振光，因此不会透过偏振滤光片26，从而不会被接收。
图6是用于说明在第一实施方式的回归反射部30中除去反射光的情况的图。
参照图6，回归反射部30具有全反射反射板32、以及配置于该全反射反射板的前面的偏振滤光片36以及1/4波片38。若圆偏振光B3入射到回归反射部30，则被1/4波片38转换成水平偏振光B4并透过偏振滤光片36，然后水平偏振光B5入射到全反射反射板32。
来自全反射反射板的反射光B6的偏振状态被转换，并通过透过偏振滤光片36，只提取作为直线偏振光成分的水平偏振光B7。然后，水平偏振光B7透过1/4波片38，从而变成与入射到回归反射部30的圆偏振光B3相反方向的圆偏振光B8。另外，若作为来自回归反射部30的反射光的反向圆偏振光B8被工件40镜面反射而再次入射到回归反射部30时，则该光是与从传感器主体投射的圆偏振光B3相反方向的圆偏振光B3X。该反向圆偏振光B3X被1/4波片38转换成垂直偏振光B4X，从而被偏振滤光片36阻挡。
此外，将用于本实施方式中的1/4波片38和偏振滤光片36的组合，通常被称为圆偏振滤光片(圆偏振板)、光隔离器、防反射滤光片。它们并不仅限定于使用1/4波片，而也有时会使用组合了多个波片的器件，因此也可以采用该器件。尤其是，近年来对于平板显示器用防反射滤光片的需要高涨，因此在市场上开始廉价销售对应于宽频带的波长的防反射滤光片，从而通过采用这种防反射滤光片，能够低成本地构筑本实施方式的光学系统。
图7是用于说明作为使用了偏振光束分离器的比较例的传感器主体100的问题的图。
在同轴型传感器中对偏振进行控制时一般采用偏振光束分离器。参照图7，比较例的传感器主体100包括偏振光束分离器102和透镜110。然而，偏振光束分离器102必须采用在玻璃棱镜104、106中任一方蒸镀薄膜，并用另一方玻璃棱镜将蒸镀膜夹在中间的结构，因此相对半透半反镜成本非常高。在同轴型传感器中，若没有必要对偏振进行控制，就采用半透半反镜。用于第一实施方式的图3～图5所示传感器主体10采用半透半反镜3，因此没有必要成为偏振光束分离器那样的结构。由于可以通过在玻璃板等上蒸镀薄膜来制造半透半反镜3，因此能够以低成本实现半透半反镜3。
另外，在如图7所示那样采用了偏振光束分离器102的同轴光学系统中，投光部和受光部共用透镜110。然而，若共用透镜110，则如光C2、C4、C6所示那样，从点光源出射的光C1并没有以一定的角度通过偏振光束分离器102。因此存在如下问题：与偏振状态正确的光C5相比，如在光C3、C7所示在偏振状态上发生了异常。
图8是示出了在使用偏振光束分离器的情况下解决偏振异常的研究例的图。
在图8中，为了回避偏振异常的问题，在光透过偏振光束分离器102之前，通过透镜112使光变为平行光。然而，此时受光系统需要另外的透镜114，因此存在光学系统变为非常大型的系统的问题。
与图8所示的研究例相比，若应用用于第一实施方式中的传感器主体10，则能够以小型的结构解决问题。此外，也可以调换受光元件和投光元件的位置。
图9是示出了调换了受光元件和投光元件的位置的传感器主体10A的光路的图。
参照图9，传感器主体10A具有由半透半反镜3和1个透镜6构成的同轴回归反射型光电传感器的光学系统。进而，传感器主体10A还具有配置于透镜6的前面的偏振滤光片26和1/4波片28。
由此，从光源出射的光通过透镜6变成平行光，从而所投射的光B3变成完全的圆偏振光。因此，所投射的光B3的镜面反射光被1/4波片28和偏振滤光片26的组合阻挡。1/4波片28和偏振滤光片26的组合形成只接收反向圆偏振光的光学系统。
因此，能够在回避具有偏振光束分离器的系统的偏振异常问题的同时对偏振进行控制，由此能够实现不接受镜面反射光的同轴回归反射型光电传感器。
接着补充说明以下概念，即，在回归反射型光电传感器中，当如PET瓶那样伴有双折射的工件到达检测区域时确保光强度的衰减的概念。
图10是示出了工件到达检测区域时的光强度衰减的概念图。第一实施方式涉及同轴型传感器，但其与双轴型具有相同的概念，因此在图10中示出了双轴型传感器主体50。
参照图10，传感器主体50接收偏振状态与所投射的光不同的光。而且，回归反射部52阻挡由工件所发生的偏振光异常，并在相当于对入射光进行反射时，反射作为偏振状态与入射光不同的反射光。此外，在投射光为圆偏振光的情况下，相当于“偏振状态与所投射的光不同的光”例如为反向圆偏振光。另外，在投射光为垂直偏振光或者水平偏振光的情况下，相当于“偏振状态与所投射的光不同的光”例如为水平偏振光或者垂直偏振光。
由此，在所投射的光D1A透过了工件54时，即使因双折射而分离为偏振状态相同的光D2A和偏振状态不同的光D2B，但在入射到回归反射部52时，偏振状态不同的光D2B被阻挡。
然后，光D2A被回归反射部转换成偏振状态不同的光D3B，并再次入射到工件54。在光D3B透过工件54时，光D3B因双折射而分离为偏振状态与投射光D1A相同的光D4A和偏振状态不同的光D4B。在入射到传感器主体50时，偏振状态相同的光D4A被阻挡。
如上所述，因双折射而偏振状态被工件54改变的光成分，其后被回归反射部以及传感器主体阻挡。若将工件54插入到光路中，则受光量降低与所阻挡的光对应的量，因此通过受光部检测出工件变得容易。
图11是用于将图10所示的概念应用到第一实施方式中而进行详细说明的图。
图11所示的图与图4的不同点在于，在图4所示的结构中光路中插入有如PET瓶那样发生双折射的工件54。因此，由于传感器主体10和回归反射部30的结构要素的配置相同，故不再重复对它们进行说明。
从投光元件1出射的光B1被偏振滤光片26选择透过垂直偏振光B2，并被1/4波片28转换成圆偏振光B3。然后，圆偏振光B3在其一部分透过工件54时变成偏振状态异常的光B3D。光B3D虽通过1/4波片38而转换成光B4D，但该光B4D的偏振状态与图4的光B4不同，因此被偏振滤光片36阻挡。因此，因双折射而偏振状态改变的光成分，被箭头P1所示的部分阻挡，而没有受到双折射的影响的光成分，作为水平偏振光B5而到达全反射反射板32。
在全反射反射板32中，如在图23A～图24B所说明那样发生偏振状态的转换，并反射光B6。在光B6的成分中，只有水平偏振光B7选择性地透过偏振滤光片36。然后，水平偏振光B7被1/4波片38转换成反向圆偏振光B8。
反向圆偏振光B8入射到工件54，其一部分的成分转换为发生了偏振异常的光B8D。光B8D虽通过1/4波片38而转换成光B9D，但该光B9D的偏振状态与图4的光B9不同，因此被偏振滤光片36阻挡。因此，因双折射而偏振状态改变的光成分被以箭头P2所示的部分阻挡，而没有受到双折射的影响的光的成分，作为垂直偏振光B10而到达受光元件4。
也就是说，因双折射而偏振状态被工件54改变的光成分，在回归反射部30的箭头P1所示的工序以及传感器主体10的箭头P2所示的工序中分两次被阻挡。若将工件54插入到光路中，则受光元件4中的受光量稳定地降低，因此在受光部中易于检测。
若光通过一次大致透明的器件，则光强度约衰减10％。由于PET瓶为中空形状，故4次通过瓶壁，因此光强度衰减1-0.94＝34％。相对与此，在偏振光被PET瓶几乎变成随机光的状态的情况下，在本光学系统中，光强度在反射板衰减50％，而在传感器衰减50％。因此在整个光学系统中，光强度衰减1-0.52×0.94＝84％。另外，从原理上讲，根据检测物体的双折射的状态，还可以实现100％的衰减。通过实验，在本光学系统中已能够确认98％～83％的衰减。
另外，由于投射及接受的光为圆偏振光，因此无需连传感器主体和回归反射部的设置方向也严密地对齐。
[第一实施方式的变形例]
作为在这样的反射板侧和传感器侧，作为将具有双折射的检测物体所导致的偏振异常转换成光的衰减的光学系统，可考虑另外的光学系统。
图12是示出了第一实施方式的变形例的光学系统的概念的图。
如图12所示，在该变形例中，传感器主体56接收偏振状态与所投射的光相同的光。然后，回归反射部58阻挡由工件发生的偏振光异常，并反射偏振状态与入射光相同的反射光。
由此，在所投射的光E1A透过了工件54时，即使因双折射而分离成偏振状态相同的光E2A和偏振状态不同的光E2B，在入射到回归反射部58时偏振状态不同的光E2B也被阻挡。
然后，光E2A被回归反射部反射而成为偏振状态相同的光E3A，并再次入射到工件54。在透过工件54时，光E3A因双折射而分离成偏振状态与投射光E1A相同的光E4A和偏振状态不同的光E4B。在入射到传感器主体56时，偏振状态不同的光E4B被阻挡。
如上所述，因双折射而偏振状态被工件54改变的光成分，其后被回归反射部以及传感器主体阻挡，因此，若将工件54插入到光路中，则受光量降低与所阻挡的光对应的量，从而通过受光部检测出工件变得容易。
图13是示出了同轴型传感器的更加具体的结构的图。
图13的光学系统采用如下结构，即，从图11所示的光学系统中除去1/4波片28、38，进而将偏振滤光片36置换成偏振方向与偏振滤光片26相同的偏振滤光片36A。
在该光学系统中投射直线偏振光F3，该直线偏振光F3入射到反射板前面的偏振滤光片36A，然后入射到全反射反射板32。利用全反射反射板32转换偏振光，从而反射光F6。在光F6中，只有直线偏振光成分F8通过反射板前面的偏振滤光片36A，并向传感器主体60一侧透过，然后透过偏振滤光片26而被受光元件4接收。
若具有双折射的工件54存在时，则偏振状态被工件54改变的所投射的光F3D中异常的偏振光成分被全反射反射板32前面的偏振滤光片36A阻挡。然后，只有直线偏振光成分F5入射到全反射反射板32，从而与上述同样，向传感器主体一侧反射直线偏振的光F8。对于来自全反射反射板32的反射光也同样，被检测物体改变的偏振光成分F8D由传感器主体60一侧的偏振滤光片26所阻挡，从而只有直线偏振光成分F10被受光元件接收。
虽存在容易受到因工件所发生的镜面反射光所导致的恶劣影响的缺点，但在未采用相位差板而只采用偏振滤光片的图13所示的光学系统中，也会在箭头P3、P4所示的工序中发生衰减，因此关于双折射，也能够得到与在图11所说明的光学系统相同的效果。
[第二实施方式]
在第一实施方式中，说明了将本发明应用到同轴型传感器的例子。在第二实施方式中，要说明将本发明应用到双轴型传感器的例子。此外，关于概念，由于与在图10以及图12中所说明的概念相通，因此不再重复说明。另外，关于回归反射部，由于其与第一实施方式相通，所以不再重复说明。
图14是应用了本发明的双轴型传感器主体的剖视图。
如图14所示，传感器主体70的外壳的前面，设置有嵌入圆偏振片78的窗体。圆偏振片78覆盖受光透镜77以及投光透镜76。投光透镜76由投光部的固定构件72支撑。受光透镜77由受光部的固定构件75支撑。
投光元件71以发光部分位于投光透镜76的焦点位置的方式配置。在受光透镜77的焦点位置上配置有受光元件74。
在此，投光透镜76将投光元件71的光作为平行的投射光束而向着未图示的回归反射板投射，并且受光透镜77将来自轴平行于投射光束的回归反射板的反射光汇聚到受光元件74。
此外，虽然在图14中在传感器主体70前面的下侧设置有投光部，而上侧设置有受光部，但也可以使投光部和受光部的位置相反。
图15A、图15B、图15C是抽取光学要素而示出了第二实施方式的光学系统和比较例的光学系统的传感器主体的概略图。
图15A示出了比较例的双轴型传感器主体200。传感器主体200作为投光系统而包括投光元件201、透镜206、以及偏振方向为水平方向的偏振滤光片209H。
传感器主体200作为受光系统而还包括偏振方向为垂直方向的偏振滤光片209V、透镜207、已经受光元件204。
图16A、图16B是用于说明比较例的双轴型传感器主体的问题的图。
如图16A所示，只要将偏振滤光片209H和偏振滤光片209V的偏振方向调整得正确，则被工件40反射的镜面反射光就会被偏振滤光片209V阻挡而不会被接收。
然而。如图16B所示，在没有将偏振滤光片209H和偏振滤光片209V的偏振方向调整得正确的情况下，被工件40反射的镜面反射的一部分会从偏振滤光片209V漏掉而被接收，因此受光量增加而成为误动作的原因。
再次参照图15A～图15C，在图15B所示的第二实施方式的传感器主体70，内置于如图14所示那样并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中。传感器主体70包括投光元件71、投光透镜76、受光透镜77、受光元件74、1/4波片80以及偏振滤光片79。1/4波片80和偏振滤光片70均都以覆盖投光窗以及受光窗的方式配置。
1/4波片80具有某一方向性(延迟轴方向)，因此若圆偏振光入射，则转换成偏振方向为特定方向的直线偏振光。利用透明的粘结剂，将偏振滤光片79以使其偏振方向与1/4波片的方向性一致的方式事先粘合在1/4波片上。
若采用图15B所示的结构，则无需对传感器主体中的偏振滤光片的偏振方向进行调整。因此，传感器主体的组装变得容易。另外，投射及接受的光为圆偏振光，因此无需使传感器主体和回归反射部的设置方向严密地对齐。
若采用如上所说明的第二实施方式，则能够发挥如下效果：能够解决现有的双轴型回归反射型光电传感器中的问题。其涉及到控制偏振时所采用的偏振滤光片的固定。偏振滤光片虽用于阻挡从检测物体向受光部的镜面反射光，但该偏振滤光片在投光部和受光部的偏振方向必须相互垂直。若偏振方向的角度发生偏差，则镜面反射光被漏掉，从而有时会发生以下问题，即，针对具有光泽面的检测物体会发生误动作(参照图16A、图16B)。对于这种问题，若应用这次发明的光学系统的传感器侧，则能够解决问题。与本发明的传感器侧同样，在投光部和受光部的前面配置组合了偏振滤光片和1/4波片的器件，从而能够阻挡来自检测物体的镜面反射光，因此能够回避偏振滤光片的角度偏差问题。同时能够使部件的数目减少，而且也能够使组装的工时减少(参照图15B)。
另外，如图15C所示，也可以对传感器主体进行变形。图15C所示的传感器主体70A在图15B所示的传感器主体70的结构中包括只覆盖受光部的偏振滤光片79A而取代偏振滤光片79，并且包括发射直线偏振光的激光二极管LD而取代投光元件71。由于其他部分与图15B所示的结构相同，因此不再重复说明。
图15C所示的传感器主体70A需要使激光二极管LD的偏振方向和1/4波片80的方向一致，但无需使传感器主体和回归反射部之间的设置方向严密地对齐。
[第三实施方式]
在第一实施方式中，说明了将本发明应用到同轴型传感器的例子，而在第二实施方式中，说明了将本发明应用到双轴型传感器的例子。本发明还能够很好地应用于光纤型光电传感器中。此外，关于概念，由于与在图10以及图12中所说明的概念相通，因此不再重复说明。另外，关于回归反射部，由于其与第一实施方式相通，所以不再重复说明。
图17是示出了第三实施方式的光纤型光电传感器主体的结构的立体图。
参照图17，传感器主体150包括放大部151、头部152、用于连接放大部151和头部152的光纤162、163。光电传感器主体150分成放大部151和头部152。即，“传感器主体”不必采用始终为一体的实施方式，也可以具有物理学上分离的两个以上的部分。虽未详细图示，但投光元件以及受光元件配置在放大部151中。另外，相位差板以及偏振滤光片配置在与放大部151分离的头部152中。
图17示出了在打开光电传感器主体的上部盖172的状态下的外观立体图。在以塑料制成的框体171的前部插入有投光用光纤162和受光用光纤163，并且，通过夹紧杆(Clamp Lever)173的操作，对投光用光纤162和受光用光纤163进行防脱落固定。从框体171的后部引出有电线164。电线164包括地线用芯线、正电源用芯线、检测输出用芯线、以及诊断输出用芯线。
在框体171的上部，以可开闭的方式安装有透明的上部盖172。在打开上部盖172的状态下露出的框体171的上表面上，设置有显示器175、176、操作按钮177、178、179、滑动操作件180、以及滑动操作件181。
图18是用于说明图17中的头部152的第一结构例的概略图。在图18中，在头部152A连接有投光用光纤162和受光用光纤163这两根光缆。
头部152A包括投光透镜76、受光透镜77、以及圆偏振片78。圆偏振片78包括1/4波片80和偏振滤光片79。1/4波片80和偏振滤光片79均都以覆盖头部152A的投光窗以及受光窗的方式配置。此外，该头部152A的结构是与图15B所示的双轴型光电传感器对应的结构。
从投光用光纤162通过偏振滤光片79以及1/4波片80而投射到回归反射部30的光是圆偏振光。
回归反射部30包括圆偏振片34和全反射反射板32。圆偏振片34包括偏振滤光片36和1/4波片38。当回归反射部30反射圆偏振光时，该圆偏振光转换为反向圆偏振光而朝向头部152A。在头部152A中通过圆偏振片78，从而使反向圆偏振光转换为垂直偏振光而入射到受光用光纤163。
图19是用于说明图17中的头部152的第二结构例的概略图。在图19中，在头部152B连接有光纤160，该光纤160是投光用光纤162和受光用光纤163的两根光缆成为一体的光纤。
头部152B包括透镜6和圆偏振片24。圆偏振片24包括1/4波片28和偏振滤光片26。此外，该头部152B的结构是与图3所示的光电传感器主体对应的结构。
图20是沿着图19中的XX-XX线的光纤160的剖视图。
参照图19、图20，在光纤160的中心配置有投光用光纤162，并在投光用光纤162的周边配置有多个受光用光纤163。在接近放大部151的端部，受光用光纤163与投光用光纤162分离而插入到受光元件侧的接口中。投光用光纤162插入到投光元件侧的接口中。
从投光用光纤162通过偏振滤光片26以及1/4波片28而投射到回归反射部30的光是圆偏振光。
回归反射部30包括圆偏振片34和全反射反射板32。圆偏振片34包括偏振滤光片36和1/4波片38。当回归反射部30反射圆偏振光时，该圆偏振光转换为反向圆偏振光朝向头部152B。在头部152B中通过圆偏振片24，从而使反向圆偏振光转换为垂直偏振光并入射到受光用光纤163。
在如上所说明的第三实施方式所示的情况中，也与第一、二实施方式同样，因反射板之外的器件所发生的反射光等多余的噪声成分被阻挡，故受光元件的受光量会稳定地降低，因此通过受光部进行检测变得容易。
此外，在图18、图19所示的结构中，即使在从传感器主体以及反射板中拿掉了1/4波片的情况下，如在图12、图13中所说明那样，也能够发挥一定的效果。
这次所公开的实施方式，在所有方面应视为示例，而不可视为限定。本发明的范围，并不通过上述所说明的内容来示出，而通过后述的权利要求书来示出，其中会包含有与后述的权利要求书均等的意思以及该范围内的所有变更。

Claims (5)

1.一种回归反射型光电传感器，其特征在于，
具有：
传感器主体，其形成投光系统和受光系统，其中，该投光系统投射第一圆偏振光，该受光系统在包括第二圆偏振光和上述第一圆偏振光的光入射的情况下，选择性地接收上述第二圆偏振光，该第二圆偏振光与上述第一圆偏振光不同，
回归反射部，其将上述第一圆偏振光转换为包含上述第二圆偏振光的光并进行反射；
上述传感器主体具有：
投光元件，
受光元件，
第一相位差板，其将第一直线偏振光转换为上述第一圆偏振光，而将上述第二圆偏振光转换为上述第一直线偏振光，
第一偏振滤光片，其在从上述回归反射部到上述受光元件的受光路径上，配置于上述受光元件和上述第一相位差板之间，而且选择性地使上述第一直线偏振光透过；
上述回归反射部具有：
反射板，其使光回归反射，
第二相位差板，其将上述第一圆偏振光转换为第二直线偏振光，而将上述第二直线偏振光转换为上述第二圆偏振光，
第二偏振滤光片，其在从上述投光元件到上述反射板的投光路径上，配置于上述第二相位差板和上述反射板之间，而且选择性地使上述第二直线偏振光透过。
2.如权利要求1所述的回归反射型光电传感器，其特征在于，
上述传感器主体内置于设有透光部的外壳中，该透光部是兼用作投光窗的受光窗，
上述第一相位差板以及上述第一偏振滤光片均都以覆盖上述透光部的方式配置，
上述受光元件以受光方向与上述投光元件的投光方向交叉的方式配置，
上述传感器主体还具有半透半反镜，该半透半反镜使投射光和接受光中的任一方透过，而反射另一方。
3.如权利要求1所述的回归反射型光电传感器，其特征在于，
上述传感器主体内置于并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中，
上述第一相位差板以及上述第一偏振滤光片均都以覆盖上述投光窗以及上述受光窗的方式配置。
4.如权利要求1所述的回归反射型光电传感器，其特征在于，
上述传感器主体内置于并排设置有投光窗以及受光窗的外壳中，
上述第一相位差板以覆盖上述投光窗以及上述受光窗的方式配置，
上述第一偏振滤光片以覆盖上述受光窗的方式配置，
上述投光元件为发射上述第一直线偏振光的激光发光元件。
5.如权利要求1所述的回归反射型光电传感器，其特征在于，
上述投光元件以及上述受光元件配置在放大部，
上述第一相位差板以及上述第一偏振滤光片配置在与上述放大部分离的头部，
上述传感器主体还具有光纤，该光纤连接上述放大部和上述头部。
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