DE69936609T2

DE69936609T2 - Photoelektrischer Schalter, faseroptischer photoelektrischer Schalter und farbempfindlicher Sensor

Info

Publication number: DE69936609T2
Application number: DE69936609T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Osaka-shi Okamoto
Original assignee: Keyence Corp
Current assignee: Keyence Corp
Priority date: 1998-05-13
Filing date: 1999-05-12
Publication date: 2008-04-10
Anticipated expiration: 2019-05-13
Also published as: US6392214B1; JP3971844B2; EP0957334A2; EP0957334B1; DE69936609D1; EP0957334A3; JPH11330939A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft eine optische Einheit, einen photoelektrischen Schalter und einen photoelektrischen Schalter eines Fasertyps, jeweils umfassend eine Vielzahl von Lichtemissionselementen oder Lichtempfangselementen und einen Farbunterscheidungssensor zum Detektieren von Farbe eines Objekts.
US 4 449 821 A betrifft ein Farbmessgerät zum Messen der Farbe einer Flüssigkeit in Prozessströmen. Ein Lichtstrahl von einer Lampe tritt durch eine kollimierende Linse und durch einen Strahlteiler, der den Lichtstrahl in zwei Teile teilt. Ein Teil des Lichtstrahls, der analytische Strahl, wird auf das Objekt gerichtet, das gemessen wird in einer Zelle, in der Farbe kontinuierlich durch die Zelle gepumpt wird. Der andere Teil, der Referenzstrahl, wird auf Farbintensitätssensoren gerichtet, die rote und blaue Intensität des Lichstrahls messen und die ein Steuersignal zurückgeben an den Controller, der die Farbtemperatur der Lampe steuert. Der analytische Strahl wird reflektiert von dem Objekt, das gemessen wird, durch eine Abbildungslinse in einen Gittermonochromator durch einen Eingangsschlitz bzw. eine Öffnung. Der Monochromator enthält ein holographisches Gitter, das das Licht in ein spektrales Band streut. Der individuelle Teil des Bandes wird gemessen durch einen Siliziumdetektor-Array, der wiederum elektrische Signale zuführt an eine erste Multiplexerschaltung.
DE-C-4 133 131 betrifft ein Gerät zum Bestimmen chemischer und/oder physikalischer Faktoren, die die Lichtintensität beeinflussen. Lichtquellen emittieren Licht in optische Fasern, die gekoppelt werden mit einer einzelnen optischen Faser, die bei einer Linse endet. Das durch das Ende der optischen Faser durch die Linse emittierte Licht wird aufgeteilt durch einen Strahlteiler in einen Referenzstahl und einen Detektionslichtstrahl. Der Detektionslichtstrahl wird zugeführt durch die Linse in eine andere optischen Faser zum Führen des Lichtstrahls in eine Detektionsposition. Noch eine weitere optische Faser führt das von der Detektionsposition reflektierte Licht in ein Detektionslichtempfangselement.
Bisher wurde eine optische Einheit, wie z.B. ein photoelektrischer Schalter verwendet zum Emittieren von Licht auf ein Objekt und Empfangen des Lichts, reflektiert auf dem Objekt oder dem Licht, das durch das Objekt hindurchtritt, wodurch Information über das Objekt detektiert wird. Mit dem photoelektrischen Schalter wird Licht emittiert zu einem Transportdurchlass eines Objekts und das Vorhandensein oder Abwesenheit, die Form, die Dimensionen, die Farbe, etc. des Objekts können detektiert werden basierend auf der Lichtempfangsqualität des reflektierten Lichts oder durchdringenden Lichts.
Solch ein photoelektrischer Schalter umfasst einen Lichtübertragungsabschnitt zum Übertragen von Licht zu einer Detektionsposition und ein Lichtempfangsabschnitt zum Empfangen des Lichts, das reflektiert wird von der Detektionsposition oder des Lichts, das durch die Detektionsposition hindurchtritt. Bei dem photoelektrischen Schalter des Reflektionstyps wird, wenn ein Objekt bei der Detektionsposition existiert, Licht, das von dem Lichtübertragungsabschnitt übertragen wird, reflektiert auf dem Objekt und das reflektierte Licht wird empfangen bei dem Lichtempfangsabschnitt. Andererseits wird bei dem photoelektrischen Schalter des Hindurchgehtyps, wenn ein Objekt bei der Detektionsposition nicht existiert, Licht, das von dem Lichtübertragungsabschnitt übertragen wird, empfangen bei dem Lichtempfangsabschnitt. Deshalb kann, ob das Objekt existiert, bestimmt werden, basierend auf der Lichtempfangsquantitätshöhe in dem Lichtempfangsabschnitt.
Ein Farbunterscheidungssensor, der auch eine Art photoelektrischer Schalter ist, umfasst einen Lichtübertragungsabschnitt, enthaltend eine Lichtquelle, bestehend aus drei Lichtemissionselementen zum entsprechenden Erzeugen von Licht mit Wellenlängenbändern entsprechend zu Rot, Grün und Blau und eine Projektionslinse zum Durchlassen von Licht, das von jedem Lichtemissionselement emittiert wird an ein Objekt und einen Lichtempfangsabschnitt mit einem Detektionslichtempfangselement zum Empfangen von Licht, das von dem Objekt reflektiert wird.
Von jedem der drei Lichtemissionselement emittiertes Licht wird übertragen bzw. durchgelassen durch die Projektionslinse an das Objekt in der Reihenfolge, und reflektiertes Licht wird empfangen auf dem Detektionslichtempfangselement, dann kann die Farbe des Objekts bestimmt werden, basierend auf der Lichtempfangsquantitätshöhe von jeder Farbe, beispielsweise zum Vergleich mit einer Referenzfarbe.
In einer optischen Einheit, wie z.B. einem photoelektrischen Schalter mit solch einem Lichtdurchlassabschnitt, ändert sich die Lichtquantität von jedem Lichtemissionselement aufgrund der Umgebungstemperaturänderung oder Lichtemissionselementvariierung in der Zeit, und es gibt Bedenken hinsichtlich fehlerhafter Detektion. Daher wird es notwendig, die Lichtquantität von jedem Lichtemissionselement zu überwachen, und ein Überwachungslichtempfangselement zum Überwachen des Lichtemissionselements wird nahe dem Lichtemissionselement platziert. Eine Änderung in der Lichtquantität des Lichtemissionselements wird erfasst, basierend auf eine Ausgangssignal des Überwachungslichtempfangselements und Rückkopplungssteuerung des Lichtemissionselements kann derart ausgefülrt werden, dass die Lichtquantität des Lichtemissionselements konstant wird.
Obwohl die Lichtquantität des Lichtemissionselements konstant gesteuert wird bzw. konstant geregelt wird, jedoch, falls die Durchlässigkeit oder die Reflektivität von jedem der optischen Glieder, wie z.B. bei einem Halbspiegel und einem dichroischen Spiegel, enthalten in einem optischen System zum Führen von Licht, emittiert von dem Lichtemissionselement in eine Projektionslinse, sich ändert aufgrund Umgebungstemperaturänderung oder Lichtemissionswellenlängenänderung des Lichtemissionselements, wird die Lichtdurchgangsquantität zu einer Detektionsposition geändert.
Um dies zu vermeiden, wird ein Verfahren zum Verwenden eines Materials mit einer unveränderten Durchlässigkeit oder Reflektivität, wie in einer optischen Einheit im Stand der Technik, in 11 gezeigt, vorgeschlagen. Beispielsweise penetriert Licht, emittiert von einen Lichtemissionselement 41a, dichroische Spiegel 44 und 46 und eine Glasplatte 47 und wird durchgelassen durch eine Projektionslinse 43 auf ein Objekt. Licht von einem Lichtemissionselement 41b wird reflektiert durch den dichroischen Spiegel 44, penetriert den dichroischen Spiegel 46 und die Glasplatte 47 und wird durchgelassen durch die Projektionslinse 43 auf das Objekt.
Ein reflektiertes Licht des Lichts, das auf die Glasplatte 47 fällt, wird empfangen von einem Lichtüberwachungsempfangselement 42. Da die Glasplatte 47 gebildet wird aus einem Material mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität, die unverändert ist abhängig von der Temperatur oder Lichtwellenlänge, kann die Lichtdurchlassquantität zu dem Objekt kontinuierlich überwacht werden, falls sich die Umgebungstemperatur ändert oder die Lichtemissionselemente 41, 41b, 41c, etc. in der Zeit variieren.
Jedoch benötigt in dem Beispiel im Stand der Technik die optische Einheit in 11 eine Verwendung eines optischen Glieds mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität, die unverändert ist abhängig von Temperatur oder Lichtwellenlänge in dem optischen System. Da die Glasplatte 47, gebildet als solch ein optisches Glied, eine niedrige Reflektivität aufweist, muss die Lichtquantität des Lichtemissionselements 41a, 41b, 41c erhöht werden, um die Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements 42 bereitzustellen. Daraus resultierend werden die Lichtemissionselemente 41a, 41b und 41c vergrößert und die Glasplatte 47, gebildet als das optische Glied mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität, die sich nicht ändert abhängig von der Temperatur oder der Lichtwellenlänge, wird bereitgestellt, was im Vergrößern der Einheit und im Vergrößern der Kosten resultiert.
Falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität der Projektionslinse 43 variiert mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge, kann die Lichtdurchlassquantität an das Objekt nicht präzise überwacht werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, eine optische Einheit bereitzustellen, die in der Lage ist, die Lichtdurchlassquantität zu einem Objekt präzise zu überwachen, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines Glieds sich ändert.
Diese Aufgabe wird erreicht durch die optische Einheit nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Gemäß einem ersten Beispiel wird eine optische Einheit bereitgestellt zum Übertragen von Licht an eine vorher bestimmte Position, umfassend eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht, eine Projektionslinse zum Übertragen von Licht, das von der Lichtquelle emittiert wird, an die vorherbestimmte Position und ein Lichtüberwachungsempfangselement bzw. Überwachungslichtempfangselement, das an einer Position um Empfang von Licht angeordnet ist, das von der Lichtquelle emittiert wird und durch die Projektionslinse hindurchgeht.
Gemäß der Konfiguration wird das Lichtüberwachungsempfangselement angeordnet bei der Position zum Empfangen des Lichts, das emittiert wird von der Lichtquelle und zum Hindurchgehen durch die Projektionslinse. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines optischen Glieds, enthalten in dem optischen System von der Lichtquelle zu der Projektionslinse oder die Projektionslinse sich ändert mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge, die Lichtdurchlassquantität auf die vorbestimmte Position präzise überwacht werden.
In dem ersten Beispiel ist es bevorzugt, dass die optische Einheit ferner Steuerungsmittel zum Steuern der Lichtquantität der Lichtquelle enthält, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements.
Gemäß der Konfiguration kann die Lichtdurchlassquantität zurückgeführt werden, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements.
In dem ersten Beispiel ist es auch vorteilhaft, dass die optische Einheit ferner Steuerungsmittel enthält zum Ausgeben eines Ausgangssignals, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements.
Gemäß der Konfiguration kann die Partei, die sich außerhalb befindet, informiert werden, dass die Lichtdurchlassquantität sich verringert durch das Ausgangssignal, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements.
Gemäß einem zweiten Beispiel wird ein photoelektrischer Schalter bereitgestellt zum Übertragen von Licht auf eine Detektionsposition und Empfangen von Licht, reflektiert von der Detektionsposition oder Licht, das durchgeht durch die Detektionsposition, wobei der photoelektrische Schalter eine Lichtquelle umfasst zum Emittieren von Licht, eine Projektionslinse zum Übertragen von Licht, emittiert von der Lichtquelle an die Detektionsposition, ein Detektionslichtempfangselement zum Empfangen von Licht, reflektiert von der Detektionsposition oder Licht, das hindurchgeht durch die Detektionsposition, sowie ein Lichtüberwachungsempfangselement, angeordnet an einer Position zum Empfangen des Lichts, das emittiert wird von der Lichtquelle und durch die Projektionslinse hindurchgeht.
Gemäß der Konfiguration des photoelektrischen Schalters wird das Lichtüberwachungsempfangselement angeordnet bei der Position zum Empfangen des Lichts, das emittiert wird von der Lichtquelle und hindurchgeht durch die Projektionslinse. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines optischen Glieds, enthalten in dem optischen System, von der Lichtquelle zu der Projektionslinse oder die Projektionslinse sich ändert mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge, die Lichtdurchlassquantität an die Detektionsposition präzise überwacht werden.
In dem zweiten Beispiel ist es bevorzugt, dass der photoelektrische Schalter ferner Steuerungsmittel enthält zum Steuern der Lichtquantität der Lichtquelle, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements.
Gemäß der Konfiguration des photoelektrischen Schalters kann eine Rückkopplungsregelung der Lichtdurchlassquantität ausgeführt werden, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements. Zusätzlich ist es vorteilhaft in dem zweiten Beispiel, dass der photoelektrische Schalter ferner Steuerungsmittel enthält zum Korrigieren eines Ausgangssignals des Detektionslichtempfangselements, basierend auf der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements.
Gemäß der Konfiguration des photoelektrischen Schalters wird das Ausgangssignal des Detektionslichtempfangselements korrigiert, in Ansprechen auf ein Ändern in der Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselements, wodurch eine fehlerhafte Detektion, hervorgerufen durch Verringern der Lichtdurchlassquantität, verhindert werden kann.
Gemäß einem dritten Beispiel wird ein photoelektrischer Schalter eines Fasertyps bereitgestellt zum Durchlassen von Licht auf eine Detektionsposition und Empfang von Licht, das reflektiert wird von der Detektionsposition oder Licht, das durch die Detektionsposition hindurchgeht, wobei der photoelektrische Schalter des Fasertyps eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht umfasst, eine Projektionslinse zum Durchlassen von Licht, emittiert von der Lichtquelle an die Detektionsposition, sowie eine erste optische Faser zum Führen des Lichts, emittiert von der Lichtquelle und Hindurchgehen durch die Projektionslinse in die Detektionsposition, ein Detektionslichtempfangselement, eine zweite optische Faser zum Führen des Lichts, reflektiert von der Detektionsposition oder des Lichts, das hindurchgeht durch die Detektionsposition in das Detektionslichtempfangselement und ein Lichtüberwachungsempfangselement, angeordnet bei einer Position zum Empfangen von Licht zwischen der Projektionslinse und dem einfallenden Endteil der ersten optischen Faser.
Gemäß der Konfiguration des photoelektrischen Schalters des Fasertyps wird das Lichtüberwachungsempfangselement angeordnet bei der Position zum Empfangen von Licht zwischen der Projektionslinse und dem einfallenden Endteil der ersten optischen Faser. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines optischen Glieds, enthalten in dem optischen System, von der Lichtquelle zu der Projektionslinse oder die Projektionslinse sich ändert mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge, die Lichtdurchlassquantität auf die Detektionsposition präzise überwacht werden.
Gemäß einem vierten Beispiel wird ein Farbunterscheidungssensor bereitgestellt zum Durchlassen von Licht auf ein Objekt und Detektieren einer Farbe des Objekts, basierend auf Licht, reflektiert von dem Objekt, wobei der Farbunterscheidungssensor eine Vielzahl von Lichtemissionselementen umfasst zum Emittieren von Licht in verschiedenen Wellenlängenbändern, eine Projektionslinse zum Durchlassen von Licht, emittiert von den Lichtemissionselementen an das Objekt, ein Detektionslichtempfangselement zum Empfangen des Lichts, reflektiert von dem Objekt und ein Lichtüberwachungsempfangselement, angeordnet bei einer Position zum Empfangen des Lichts, das emittiert wird von den Lichtemissionselementen und Durchlassen durch die Projektionslinse.
Gemäß der Konfiguration des Farbunterscheidungssensors wird das Lichtüberwachungsempfangselement angeordnet bei der Position zum Empfangen des Lichts, das emittiert wird von den Lichtemissionselementen und Durchlassen durch die Projektionslinse. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines optischen Glieds, enthalten in dem optischen System, von jedem Lichtemissionselement zu der Projektionslinse oder die Projektionslinse sich ändert mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge, die Lichtdurchlassquantität auf das Objekt präzise überwacht werden.
In dem vierten Beispiel ist es bevorzugt, dass die Lichtemissionselemente in aufsteigender Reihenfolge der Detektionslichtempfangselementausgangswerte angeordnet werden, die Licht entsprechen, das emittiert wird von den Lichtemissionselementen an die Projektionslinse.
Gemäß der Konfiguration wird das Lichtemissionselement entsprechend den niedrigsten Höhe der Lichtempfangselementausgabe am nächsten zu der Projektionslinse platziert, wodurch eine Lichtabschwächung, hervorgerufen durch die zwei dichroischen Spiegel, verhindert werden kann zum relativen Erhöhen der Ausgangshöhe.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den begleitenden Zeichnungen wird Folgendes gezeigt:
1 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines photoelektrischen Schalters eines Fasertyps gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung;
2 zeigt einen Graphen, um die Lichtemissionsleistung der Lichtemissionselemente zu zeigen, die in 1 gezeigt sind;
3 zeigt einen Graphen, um die Ausgabe eines Lichtempfangselements, gezeigt in 1, zu zeigen;
4 zeigt einen Graphen, um die Helligkeit gemäß des in 3 gezeigten Lichtstärkenfaktor zu zeigen;
5 zeigt ein Blockdiagramm, zum Zeigen eines Steuersystems des in 1 gezeigten photoelektrischen Schalters;
6 zeigt ein Blockdiagramm zum Zeigen eines anderen Beispiels des in 5 gezeigten Steuersystems;
7 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines photoelektrischen Schalters gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
8 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer optischen Einheit gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
9 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines modifizierten Beispiels der optischen Einheit gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung;
10 zeigt ein Blockdiagramm zum Zeigen eines Steuersystems der optischen Einheit, gezeigt in 8; und
11 zeigt eine schematische Zeichnung zum Zeigen eines Beispiels einer optischen Einheit in einem Stand der Technik.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun wird Bezug genommen auf die begleitenden Zeichnungen, es werden dort bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt.
Eine erste Ausführungsform der Erfindung wird diskutiert.
1 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines photoelektrischen Schalters eines Fasertyps gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.
Der photoelektrische Schalter, der in 1 gezeigt ist, kann auch verwendet werden als Farbunterscheidungssensor. Er umfasst ein Gehäuse 8, eine Halterung 9, die in dem Gehäuse 8 platziert ist, drei Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c, ein Lichtüberwachungsempfangselement 2b, eine Projektionslinse 3 und zwei dichroische Spiegel 5a und 5b, angeordnet in der Halterung 9, ein Detektionslichtempfangselement 2a unter der Halterung 9 und ein Paar optischer Fasern 6a und 6b, angebracht an dem Vorderteil des Gehäuses 8.
Die Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c sind beispielsweise Licht emittierende Dioden und emittieren Licht mit verschiedenen Wellenlängenbändern. Beispielsweise emittiert das Licht emittierende Element 1a grünes Licht (das heißt ein Licht mit einem Wellenlängenbereich entsprechend von Grün), das Lichtemissionselement 1b emittiert blaues Licht (das heißt ein Licht mit einem Wellenlängenbereich entsprechend von Blau) und das Lichtemissionselement 1c emittiert rotes Licht (das heißt ein Licht mit einem Wellenlängenbereich entsprechend von Rot). Das Lichtemissionselement 1c wird derart platziert, dass eine optische Achse Lc des Lichtemissionselements übereinstimmt mit einer optischen Achse Lx der Projektionslinse 3. Das Lichtemissionselement 1b wird derart platziert, dass eine optische Achse Lb des Lichtemissionselements 1b die optische Achse Lx der Projektionslinse 3 mit rechten Winkeln schneidet. Das Lichtemissionselement 1a wird derart platziert, dass eine optische Achse La des Lichtemissionselements 1a die optische Achse Lx der Projektionslinse 3 mit einem Winkel von größer als 0 Grad und kleiner als 90 Grad schneidet.
Jeder der dichroischen Spiegel 5a und 5b reflektiert Licht eines spezifischen Wellenlängenbandes und erlaubt Licht einer anderen Wellenlänge durchzugehen. In der Ausführungsform reflektiert der dichroische Spiegel 5a Licht der Lichtemissionswellenlänge des Lichtemissionselements 1a und erlaubt Licht einer anderen Wellenlänge durchzugehen. Der dichroische Spiegel 5b reflektiert Licht der Lichtemissionswellenlänge des Lichtemissionselements 1b und erlaubt Licht einer anderen Wellenlänge hindurchzugehen.
Der dichroische Spiegel 5b wird derart platziert, um Licht zu erlauben, das von dem Lichtemissionselement 1c emittiert wird, hindurchzugehen und führt das Licht in die Projektionslinse 3 und reflektiert Licht, emittiert von dem Lichtemissionselement 1b, und führt das Licht in die Projektionslinse 3. Der dichroische Spiegel 5a wird derart platziert, um Licht, das durch den dichroischen Spiegel 5b von dem Lichtemissionselement 1c hindurchgeht und dem Licht, reflektiert auf den dichroischen Spiegel 5b von dem Lichtemissionselement 1b zu erlauben, hindurchzugehen, und führt das Licht in die Projektionslinse 3 und reflektiert Licht, das emittiert wird von dem Lichtemissionselement 1a und führt das Licht in die Projektionslinse 3.
Die Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c, die Projektionslinse 3 und die dichroischen Spiegel 5a und 5b werden derart platziert, dass die gesamte optische Pfadlänge von dem Lichtemissionselement 1a zu dem dichroischen Spiegel 5a und die optische Pfadlänge von dem dichroischen Spiegel 5a zu der Projektionslinse 3, die gesamte optische Pfadlänge von dem Lichtemissionselement 1b zu dem dichroischen Spiegel 5b und die optische Pfadlänge von dem dichroischen Spiegel 5b zu der Projektionslinse 3 und die optische Pfadlänge von dem Lichtemissionselement 1c zu der Projektionslinse 3 im Wesentlichen übereinstimmen.
Wie in 1 gezeigt, wird die Projektionslinse 3 derart platziert, dass Licht von den Lichtemissionselementen 1a, 1b und 1c an einem Ende der optischen Faser 6a gesammelt wird.
Das Detektionslichtempfangselement 2a und das Lichtüberwachungsempfangselement 2b werden beispielsweise jeweils durch eine Photodiode dargestellt. Das Detektionslichtempfangselement 2a wird derart platziert, dass es einem Ende der optischen Faser 6b gegenüberliegt. Das Lichtüberwachungsempfangselement 2b wird bei einer Position zum Empfangen von Licht zwischen der Projektionslinse 3 und einem Ende der optischen Faser platziert.
Die Anordnungsreihenfolge der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c wird bestimmt durch die Lichtemissionsleistung der Lichtemissionselemente und die spektrale Empfindlichkeit einer Photodiode, die als das Lichtempfangselement 2a verwendet wird, als Parameter. Das Bestimmungsverfahren der Anordnungsreihenfolge wird diskutiert.
Die Lichtemissionsleistung des Lichtemissionselements 1 hat im Allgemeinen eine Verteilungscharakteristik, ansprechend auf die Wellenlänge, wie in 2 gezeigt, die die Beziehung zwischen der Wellenlänge und der Lichtemissionsleistung zeigt, und eine lumineszente Farbe kann visuell von der Wellenlängenverteilung der Lichtemissionsleistung erkannt werden. Beispielsweise kann in 2 Licht, das von dem blauen-Lichtemissionselement emittiert wird (mit der Lichtemissionsleistung mit der Spitze 470 nm und verteilt in dem Bereich von 400 nm bis 550 nm) erkannt werden als blau, und Licht, das von dem grünen-Lichtemissionselement emittiert wird (mit der Lichtemissionsleistung mit der Spitze 525 nm und verteilt in dem Bereich von 450 nm bis 600 nm) kann als grün erkannt werden. Obwohl die Lichtemissionsleistung des roten-Lichtemissionselements nicht gezeigt wird, hat es eine Spitze bei einem Punkt nahe 700 nm.
Um solche Lichtemissionselemente 1 als eine Lichtquelle eines Lichtunterscheidungssensors, etc. zu verwenden, wird eine Photodiode oder ein Phototransistor verwendet als das Lichtempfangselement 2a; es ändert sich in der Empfindlichkeit, abhängig von der Wellenlänge des einfallenden Lichtes. Im Allgemeinen weist die Photodiode der Siliziumfamilie oder Phototransistor die höchste Empfindlichkeit in dem Bereich von 800 nm bis 1000 nm in dem infraroten Bereich auf, nämlich einem nicht sichtbaren Wellenlängenband; die Empfindlichkeit verringert sich in jedem anderen Wellenlängenbereich. 3 zeigt ein Beispiel der spektralen Empfindlichkeit des Lichtempfangselements, die sich in Richtung 800 nm von links nach rechts erhöht.
Zur Verwendung der Lichtemissionselemente 1 und des Lichtempfangselements 2a, tatsächlich zum Bilden eines Farbunterscheidungssensors, etc., wird die Höhe eines Detektionssignals, das herausgenommen werden kann als Lichtempfangselementausgabe, durch die Beziehung zwischen der Wellenlängenverteilung der Lichtemissionsleistung des Lichtemissionselements 1 und dem spektralen Empfindlichkeitsunterschied abhängig von der Wellenlänge des Lichtempfangselements 2a bestimmt. In anderen Worten unterscheidet sich, zum Verwenden der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c, die unterschiedlich in der Lichtemissionswellenlänge sind, von der Beziehung zwischen der Lichtemissionsleistung und dem Empfindlichkeitsunterschied des Lichtempfangselements 2a für jede Wellenlänge, die Lichtempfangselementausgabe entsprechend einem Farblichtemissionselement von der Lichtempfangselementausgabe entsprechend einem anderen, und es gibt das Lichtempfangselement, das die Signalhöhe der Lichtempfangselementausgabe zum Erreichen des Minimums bringt.
Speziell können die Signalhöhen beispielsweise wie folgt verglichen werden:
Die Lichtemissionsleistung, abhängig von jeder der Wellenlängen der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c wird als Wellenlängenfunktion In (λ) (n = 1, 2, 3) repräsentiert:
1a = I₁ (λ)
1b = I₂ (λ)
1c = I₃ (λ)
wobei

λ:: Lichtemissionswellenlänge.

Die spektrale Empfindlichkeit für jede Wellenlänge des Lichtempfangselements 2a wird repräsentiert als
p (λ)
Die Lichtempfangsausgabe entsprechend jedem Lichtemissionselement des Wellenlängenbandes, nämlich die Ausgangssignalhöhe des Lichtempfangselements, Ln (N = 1, 2, 3) wird wie folgt gefunden: L1 = ∫I1 (λ)·p (λ) d λ L2 = ∫I2 (λ)·p (λ) d λ L3 = ∫I3 (λ)·p (λ) d λwobei

L₁:: Lichtempfangsausgabe des Lichtemissionselements 1a;
L₂:: Lichtempfangsausgabe des Lichtemissionselements 1b; und
L₃:: Lichtempfangsausgabe des Lichtemissionselements 1c.

Die Lichtempfangsausgabe wird gefunden durch Integrieren des Produkts der Lichtemissionsleistung des Lichtemissionselements und der spektralen Empfindlichkeit des Lichtempfangselements mit Bezug auf die Wellenlänge (λ). Dies bedeutet, dass es durch Integrieren der Lichtempfangsquantität, gezeigt in 4, relativ zu dem Lichtemissionselement gefunden wird.
Durch Vergleichen der so gefundenen L₁, L₂ und L₃, kann überprüft werden, welches der Lichtemissionselemente die geringste Signalhöhe als Lichtempfangselementsausgabe hat.
Als Nächstes wird ein spezifisches Beispiel diskutiert, wobei das oben beschriebene Vergleichsverfahren verwendet wird zum Kennzeichnen, welches von dem Lichtemissionselement für ein Emittieren von Licht eines grünen Bandes, was hier im Folgenden als grüne LED bezeichnet wird, und dem Lichtemissionselement zum Emittieren von Licht eines blauen Bandes, was hier im Folgenden als die blaue LED Bilderzeugungseinrichtung wird, eine geringere Signalhöhe als Lichtempfangselementausgabe aufweist.

Beispiele der numerischen Werte der grünen und blauen LEDs, die so gefunden werden, werden in einer Tabelle unten beschrieben. TABELLE

Wellenlänge			Spektrale Empfindlichkeit	Licht empfangsausgabe		Leuchtstärkenfaktor		Helligkeit
	B	G	PD	B*PD	G*PD		b	g
400	0.041	0.002	0.118	0.005	0.000	0.000	0.000	0.000
405	0.058	0.002	0.125	0.007	0.000	0.001	0.000	0.000
410	0.083	0.003	0.133	0.011	0.000	0.001	0.000	0.000
415	0.119	0.004	0.140	0.017	0.000	0.003	0.000	0.000
420	0.169	0.005	0.148	0.025	0.001	0.004	0.001	0.000
425	0.242	0.006	0.155	0.038	0.001	0.008	0.002	0.000
430	0.346	0.008	0.163	0.058	0.001	0.012	0.004	0.000
435	0.494	0.011	0.170	0.084	0.002	0.017	0.009	0.000
440	0.706	0.015	0.178	0.125	0.003	0.023	0.016	0.000
445	1.008	0.020	0.185	0.187	0.004	0.031	0.031	0.001
450	1.441	0.027	0.193	0.277	0.005	0.038	0.055	0.001
455	2.058	0.036	0.200	0.412	0.007	0.049	0.101	0.002
460	2.940	0.048	0.208	0.610	0.010	0.060	0.176	0.003
465	4.200	0.063	0.215	0.903	0.014	0.076	0.317	0.005
470	6.000	0.084	0.223	1.335	0.019	0.091	0.546	0.008
475	4.200	0.113	0.230	0.966	0.026	0.115	0.483	0.013
480	2.940	0.150	0.238	0.698	0.036	0.139	0.409	0.021
485	2.058	0.20	0.245	0.504	0.049	0.174	0.357	0.035
490	1.441	0.267	0.253	0.364	0.067	0.208	0.300	0.056
495	1.008	0.356	0.260	0.262	0.093	0.266	0.268	0.095
500	0.706	0.475	0.268	0.189	0.127	0.323	0.228	0.153
505	0.494	0.633	0.275	0.136	0.174	0.413	0.204	0.261
510	0.346	0.844	0.283	0.098	0.238	0.503	0.174	0.424
515	0.242	1.125	0.290	0.070	0.326	0.607	0.147	0.682
520	0.169	1.500	0.298	0.050	0.446	0.710	0.120	1.065
525	0.119	2.000	0.305	0.036	0.610	0.786	0.093	1.572
530	0.083	1.500	0.313	0.026	0.469	0.862	0.072	1.293
535	0.058	1.125	0.320	0.019	0.360	0.908	0.053	1.022
540	0.041	0.844	0.328	0.013	0.276	0.954	0.039	0.805
545	0.028	0.633	0.335	0.010	0.212	0.975	0.028	0.617
550.	0.020	0.475	0.343	0.007	0.163	0.995	0.020	0.472
555	0.014	0.356	0.350	0.005	0.125	0.995	0.014	0.354
560	0.010	0.267	0.358	0.003	0.095	0.995	0.010	0.266

565	0.007	0.200	0.365	0.002	0.073	0.974	0.007	0.195
570	0.005	0.150	0.373	0.002	0.056	0.952	0.005	0.143
575	0.003	0.113	0.380	0.001	0.043	0.911	0.003	0.103
580	0.002	0.084	0.388	0.001	0.033	0.870	0.002	0.073
585	0.002	0.063	0.395	0.001	0.025	0.814	0.001	0.052
590	0.001	0.048	0.403	0.000	0.019	0.757	0.001	0.036
595	0.001	0.036	0.410	0.000	0.015	0.694	0.001	0.025
600	0.001	0.027	0.418	0.000	0.011	0.631	0.000	0.017
605	0.000	0.020	0.425	0.000	0.009	0.567	0.000	0.011
610	0.000	0.015	0.433	0.000	0.007	0.503	0.000	0.008
615	0.000	0.011	0.440	0.000	0.005	0.442	0.000	0.005
620	0.000	0.008	0.448	0.000	0.004	0.381	0.000	0.003
625	0.000	0.006	0.455	0.000	0.003	0.323	0.000	0.002
630	0.000	0.005	0.463	0.000	0.002	0.265	0.000	0.001
635	0.000	0.004	0.470	0.000	0.002	0.220	0.000	0.001
640	0.000	0.003	0.478	0.000	0.001	0.175	0.000	0.000
645	0.000	0.002	0.485	0.000	0.001	0.141	0.000	0.000
650	0.000	0.002	0.493	0.000	0.001	0.107	0.000	0.000

Die erste Spalte der Tabelle kennzeichnet die Wellenlängen des Lichts in 5 nm Schritten von 400 nm bis 650 nm. Die zweite Spalte kennzeichnet die Lichtemissionsleistung B der blauen LED, die dritte Spalte kennzeichnet die Lichtemissionsleistung G der grünen LED, die vierte Spalte kennzeichnet die spektrale Empfindlichkeit PD des Lichtempfangselements, die fünfte Spalte kennzeichnet die Lichtemissionselementsausgabe, wenn die blaue LED Licht B*PD emittiert (Produkt der Lichtemissionsleistung B der blauen LED und spektrale Empfindlichkeit PD) und die sechste kennzeichnet eine Lichtempfangselementsausgabe, wenn die grüne LED Licht G*PD emittiert (Produkt der Lichtemissionsleistung G der grünen LED und spektrale Empfindlichkeit PD).
Zum Zeigen der Beziehungen zwischen den Wellenlängen und der Lichtemissionsleistung bei der blauen und grünen LED, wird 2 bereitgestellt durch Auftragen der numerischen Werte unter der zweiten und dritten Spalte der oben erwähnten Tabelle.
Zum Zeigen der spektralen Empfindlichkeit des Lichtempfangselements relativ zu den Wellenlängen und den Beziehungen zwischen den Wellenlängen entsprechend den Lichtemissionsausgaben der blauen und grünen LED und Lichtempfangsausgabe des Lichtemissionselements, wird als Nächstes 3 bereitgestellt durch Aufzeichnen der numerischen Werte der spektralen Empfindlichkeit des Lichtempfangselements unter der vierten Spalte der oben erwähnten Tabelle, die numerischen Werte der Ausgabe des Lichtempfangselements, gekennzeichnet unter der fünften Spalte (Produkt der Lichtemissionsleistung der blauen LED und spektrale Empfindlichkeit des Lichtempfangselements) und die numerischen Werte der Ausgabe des Lichtempfangselements, gekennzeichnet unter der sechsten Spalte (Produkt der Lichtemissionsleistung der grünen LED und spektrale Empfindlichkeit des Lichtempfangselements).
Bezug nehmend auf die oben erwähnte numerische Tabelle wird der Integralwert der Lichtempfangselementsausgabe der grünen LED (L₁ = ∫I₁(λ) ÷ p (λ) dλ) verglichen mit dem Integralwert der Lichtempfangselementsausgabe der blauen LED (L₂ = ∫I₂ (λ) ÷ p (λ) dλ) in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 650 nm in 5-nm-Schritten. In der oben erwähnten Tabelle ist die Gesamtsumme (möglicherweise repräsentierend den Integralwert) der Lichtempfangselementsausgabe der grünen LED kleiner als der der blauen LED. Deshalb wird es verstanden, dass der Integralwert der Lichtempfangselementausgabe entsprechend der blauen LED größer ist als der entsprechend der grünen LED, und dass die Höhe der Lichtempfangselementausgabe entsprechend der blauen LED höher wird.
Ein Vergleich mit der Höhe der Lichtempfangselementausgabe entsprechend der roten LED kann auch durchgeführt werden durch ein ähnliches Verfahren. Jedoch wird die Höhe der Lichtempfangselementsausgabe entsprechend der roten LED nicht im Detail diskutiert, weil es klar ist, dass die Höhe der Lichtempfangselementsausgabe entsprechend der roten LED größer wird als die entsprechend der blauen oder grünen LED, da im Allgemeinen ein Lichtempfangselement einer Photodiode einer Siliziumfamilie, Phototransistor, etc. eine spektrale Empfindlichkeit aufweist, die ansteigt von links nach rechts mit einer Spitze in dem Bereich von 800 nm oder mehr, und die rote LED die Lichtemissionsausgabespitze nahe bei 700 nm hat.
Zum Aufzeigen der Beziehung zwischen dem Luminositätsfaktor bzw. Lichtstärkenfaktor eines Menschen relativ zu den Wellenlängen, sichtbaren Helligkeit der Lichtemissionsausgabe der blauen LED und sichtbaren Helligkeit der Lichtemissionsausgabe der grünen LED, wird 4 bereitgestellt durch Aufzeichnen der numerischen Werte, die aufgelistet sind unter der siebten bis neunten Spalte der Tabelle.
Wie in 4 und der Tabelle gezeigt, kann die Helligkeit des Lichtemissionselements für jede Farbe gemäß dem Luminositätsfaktor, observiert mit menschlichen Augen, gefunden werden durch das Produkt der Lichtemissionsleistung von jeder LED und dem Luminositätsfaktor. In der Tabelle ist die Gesamtsumme der Helligkeit der grünen LED in dem Wellenlängenbereich von 400 nm bis 650 nm in 5-nm Schritten größer als die der Helligkeit der blauen LED. Deshalb wird die sichtbare Helligkeit der Lichtemissionsausgabe der blauen LED beträchtlich kleiner als die der grünen LED.
Ein Vergleich mit der sichtbaren Helligkeit der Lichtemissionsausgabe der roten LED kann auch durchgeführt werden durch ein ähnliches Verfahren.
Wie aus der bis jetzt durchgeführten Beschreibung ersichtlich wird, wird die sichtbare Helligkeit der Lichtemissionsausgabe der grünen LED eine höhere Höhe bzw. Pegel annehmen als der der blauen LED, aber die tatsächliche Lichtempfangsausgabe des Lichtempfangselements entsprechend der grünen LED wird kleiner als die entsprechend der blauen LED.
Der Erfinder betrachtet die Anordnungsreihenfolge der Lichtemissionselemente der gesamten optischen Einheit, basierend auf diesem Wissen. Das bedeutet, dass das optische System entworfen wird durch Zuordnen der höchsten Priorität zu dem Lichtemissionselement, das den niedrigsten Pegel bzw. die niedrigste Höhe annimmt, wenn die Lichtempfangsausgaben entsprechend den Lichtquellen der Wellenlängen, nämlich die Ausgangssignalhöhen der Lichtempfangselemente verglichen werden. In anderen Worten wird Licht von jeder Lichtquelle emittiert und wird empfangen bei dem Lichtempfangselement unter der gleichen Bedingung, und die Lichtquelle mit der kleinsten Ausgangssignalhöhe wird die höchste Priorität zum Entwerfen des optischen Systems zugeordnet.
Insbesondere wird, wie in 1 gezeigt, die grüne LED 1a, deren Lichtempfangselementausgabehöhe die niedrigste ist, optisch und physikalisch am nächsten zu der Projektionslinse 3 angeordnet, die blaue LED 1b, dessen Lichtempfangselementsausgabehöhe die zweitniedrigste ist, angeordnet neben der grünen LED 1a, und die rote LED 1c, dessen Lichtempfangselementsausgabehöhe die höchste ist, angeordnet am weitesten weg von der Projektionslinse 3. Der Grund, warum die LEDs so platziert werden, ist, dass, während Licht von der roten LED 1c bei der Projektionslinse 3 ankommt, es zweimal abgeschwächt ist, während es durch den dichroischen Spiegel 5b und den dichroischen Spiegel 5a hindurchgeht, und dass, während Licht von der blauen LED 1b bei der Projektionslinse 3 ankommt, es zweimal abgeschwächt wird, wenn es reflektiert wird auf den dichroischen Spiegel 5b und hindurchgeht durch den dichroischen Spiegel 5a, aber während Licht von der grünen LED 1a bei der Projektionslinse 3 ankommt, wird es nur einmal abgeschwächt, da es nur an dem dichroischen Spiegel 5a reflektiert wird.
Obwohl die Anordnung der Licht emittierenden Dioden so bestimmt werden kann durch Bezugnehmen auf die Lichtempfangselementsausgabe in 3 und der Tabelle, variieren die Berechnungswertsdaten mit den Elementen und Antriebsbedingungen und sind nicht konstant. Die Reihenfolge von Rot, Grün und Blau ändert sich abhängig von den Charakteristika der Elemente. Obwohl Blau B und Grün G überprüft wurden, kann auch Rot R ähnlich überprüft werden.
Gemäß einer solchen Anordnung wird Licht, emittiert von dem Lichtemissionselement, was hervorruft, dass die Ausgabe des Lichtempfangselements die Minimalhöhe erreicht, dazu gebracht, ein Durchdringen der dichroischen Spiegel 5a und 5b wegzulassen zum Verringern des Abschwächungsgrads der Ausgabe, so dass die Quantität des einfallenden Lichtes auf das Lichtempfangselement relativ angehoben werden kann zum Anpassen der Höhe der entsprechenden Farblichtempfangselementausgabe.
Die optische Faser 6a überträgt Licht, das an einem Ende durch die Projektionslinse 3 zu dem anderen Ende gesammelt wird, und führt das Licht in eine Detektionsposition 7, und die optische Faser 6b überträgt Licht, reflektiert von der Detektionsposition 7 und einfallend auf ein Ende zu dem anderen Ende und führt das Licht in das Detektionslichtempfangselement 2a, wobei, falls der Abstand von dem photoelektrischen Schalter zu der Detektionsposition 7 länger ist als die Toleranz, die detektiert werden kann in der Konfiguration unter Verwendung der LEDs, ermöglichen die optischen Fasern 6a und 6b eine Lichtübertragung und Detektion.
Die Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c werden angeschalten in einer Reihenfolge in einer Zeitaufteilungsweise. Falls das Lichtemissionselement 1a angeschalten wird, wird grünes Licht, emittiert von dem Lichtemissionselement 1a, reflektiert an dem dichroischen Spiegel 5a und wird durch die Projektionslinse 3 und die optische Faser 6a in die Detektionsposition geführt.
Falls das Lichtemissionselement 1b angeschalten wird, durchdringt blaues Licht, emittiert von dem Lichtemissionselement 1b, reflektiert an dem dichroischen Spiegel 5b, den dichroischen Spiegel 5a und wird zugeführt durch die Projektionslinse 3 und die optische Faser 6a in die Detektionsposition. Falls das Lichtemissionselement 1c angeschalten wird, durchdringt rotes Licht, emittiert von dem Lichtemissionselement 1c, die dichroischen Spiegel 5b und 5a und wird zugeführt durch die Projektionslinse 3 und die optische Faser 6a in die Detektionsposition. Falls ein Objekt 7 bei der Detektionsposition existiert, wird reflektiertes Licht von dem Objekt 7 durch die optische Faser 6b in das Detektionslichtempfangselement 2a geführt. Die Farbe des Objekts 7 kann detektiert werden gemäß der Farbdetektion, basierend auf den Farblichtempfangsquantitäten von Grün, Blau und Rot, Lichtempfangsquantitätsprozentsatz von R, G und B, etc., zusätzlich zu Form und Positionsdetektion des Objekts (Werkstück) 7, basierend auf reflektiertem Licht und hindurchgehendem Licht, das empfangen wird bei dem Detektionslichtempfangselement 2a.
Eine Änderung kann auch hervorgerufen werden, wenn immer es nötig ist, so dass das Objekt (Arbeitsstück bzw. Werkstück) 7 detektiert werden kann gemäß dem hindurchgehenden Licht, das empfangen wird bei dem Detektionslichtempfangselement 2a durch Platzieren der optischen Faser 2b auf der Lichtempfangsseite in 1 auf der entgegengesetzten Seite zu dem Objekt 7.
Deshalb wird mit dem photoelektrischen Schalter, etc., gemäß der Ausführungsform Licht, das durch die Projektionslinse 3 hindurchgeht, empfangen bei dem Lichtüberwachungsempfangselement 2b. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität des dichroischen Spiegels 5a oder 5b oder der Projektionslinse 3 sich mit Temperatur oder Lichtwellenlänge ändert, die Lichtdurchlassquantität zu der Detektionsposition präzise überwacht werden. Deshalb muss ein Material mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität, unverändert abhängig von Temperatur oder Lichtwellenlänge, nicht ausgewählt werden für den dichroischen Spiegel 5a oder 5b oder die Projektionslinse 3; Kosten können verringert werden.
5 zeigt ein Blockdiagramm eines Steuersystems eine photoelektrischen Schalters, gezeigt in 1.
In 5 gibt ein Steuerabschnitt 20 Lichtemissions-Timing-Steuersignale Ta, Tb und Tc zum Steuern des Lichtemissions-Timings der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c aus, um Abschnitte 21a, 21b bzw. 21c anzutreiben. Die Antriebsabschnitte 21a, 21b und 21c entsprechen Lichtemissions-Timing-Steuersignalen Ta, Tb und Tc mit einem Antreiben der Lichtemissionselemente 1a, 1b bzw. 1c.
Ein Ausgangssignal des Detektionslichtempfangselements 2a wird verstärkt durch einen Verstärker 22a und ausgegeben an den Steuerabschnitt 20 als ein Lichtempfangssignal RS. Der Steuerabschnitt 20 gibt ein Detektionssignal DE aus, basierend auf der Höhe des Lichtempfangssignals RS. Beispielsweise gibt, falls die Höhe des Lichtempfangssignals RS höher ist als ein vorbestimmter Schwellenwert, der Steuerabschnitt 20 das Detektionssignal DE als hoch aus; falls die Höhe des Lichtempfangssignals RS niedriger ist als der vorbestimmte Schwellenwert, gibt der Steuerabschnitt 20 das Detektionssignal DE als niedrig aus.
Ein Ausgangssignal des Lichtüberwachungsempfangselements 2b wird verstärkt durch einen Verstärker 22b und wird ausgegeben an den Steuerabschnitt 20 als ein Überwachungssignal MS. Der Steuerabschnitt 20 gibt die Lichtemissionsquantitätssteuersignale Ca, Cb und Cc an die Antriebsabschnitte 21a, 21b und 21c entsprechend aus, basierend auf der Höhe des Überwachungssignals MS. Die Antriebsabschnitte 21a, 21b und 21c steuern Antriebsströme, zugeführt von den Lichtemissionselementen 1a, 1b und 1c, basierend auf den Lichtemissionsquantitätssteuersignalen Ca, Cb und Cc, wodurch die Lichtemissionquantitäten der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c derart gesteuert werden, dass die Lichtdurchlassquantität zu der Detektionsposition konstant wird.
6 zeigt ein Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform des Steuersystems des photoelektrischen Schalters, gezeigt in 5.
In dem Beispiel in 6 korrigiert ein Steuerabschnitt 20a die Höhe eines Lichtempfangssignals RS, gegeben von einem Verstärker 22a, basierend auf der Höhe eines Überwachungssignals MS, gegeben von einem Verstärker 22b. Beispielsweise erhöht, falls die Höhe des Überwachungssignals MS sich verringert, der Steuerabschnitt 20a die Höhe des Lichtempfangssignals RS, so dass eine fehlerhafte Detektion, hervorgerufen durch Verringern der Lichtdurchlassquantität, verhindert werden kann. Andere Komponenten des Steuersystems in 6 sind Identität mit denen in 5 und werden nicht weiter diskutiert.
Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf 7 diskutiert.
7 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils eines photoelektrischen Schalters gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
Der photoelektrische Schalter, gezeigt in 7, unterscheidet sich von dem photoelektrischen Schalter in 1, dadurch, dass er nicht optische Fasern umfasst und bereitgestellt wird mit einer Lichtempfangslinse 4.
Eine Projektionslinse 3 lässt Licht durch von den Lichtemissionselementen 1a, 1b und 1c zu einer Detektionsposition. Die Lichtempfangslinse 4 sammelt Licht von der Detektionsposition bei einem Detektionslichtempfangselement 2a. Falls ein Objekt 7 bei der Detektionsposition existiert, wird reflektiertes Licht von dem Objekt 7 durch die Lichtempfangslinse 4 bei dem Detektionslichtempfangselement 2a gesammelt. Ein Lichtüberwachungsempfangselement 2b wird platziert bei einer Position zum Empfang von Licht, das durch die Projektionslinse 3 hindurchgeht.
Die Konfiguration eines Steuersystems des photoelektrischen Schalters, gezeigt in 7, kann die gleiche sein, wie die Konfiguration, gezeigt in 5 oder 6.
Auch bei dem photoelektrischen Schalter der Ausführungsform wird Licht, das durch die Projektionslinse 3 hindurchgeht, empfangen bei dem Lichtüberwachungsempfangselement 2b. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines dichroischen Spiegels 5a oder 5b oder die Projektionslinse 3 sich mit Temperatur oder Lichtwellenlänge ändert, die Lichtdurchlassquantität zu der Detektionsposition präzise überwacht werden. Deshalb muss ein Material mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität, unverändert abhängig von Temperatur oder Lichtwellenlänge, nicht ausgewählt werden für den dichroischen Spiegel 5a oder 5b oder die Projektionslinse 3; Kosten können verringert werden.
Als Nächstes wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung diskutiert mit Bezug auf 8, 9 und 10.
8 zeigt eine Schnittansicht des Hauptteils einer optischen Einheit gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 8 gezeigt, werden drei Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c, ein Lichtüberwachungsempfangselement 2b, eine Projektionslinse 3 und zwei dichroische Spiegel 5a und 5b angeordnet in einer Halterung 9. Die Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c, die dichroischen Spiegel 5a und 5b und die Projektionslinse 3 werden als solche des photoelektrischen Schalters in 1 platziert. Das Lichtüberwachungsempfangselement 2b wird bei einer Position zum Empfangen von Licht, das durch die Projektionslinse 3 hindurchgeht, platziert.
Als Erstes wird Licht, das durch die Projektionslinse 3 hindurchgeht, empfangen bei dem Lichtüberwachungsempfangselement 2b. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität des dichroischen Spiegels 5a oder 5b oder die Projektionslinse 3 sich mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge ändert, die Lichtdurchlassquantität präzise überwacht werden. Deshalb muss ein Material mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität unverändert abhängig von Temperatur oder Lichtwellenlänge nicht ausgewählt werden für den dichroischen Spiegel 5a oder 5b oder die Projektionslinse 3; Kosten können verringert werden.
10 zeigt ein Blockdiagramm, um ein Beispiel eines Steuersystems der optischen Einheit in 8 zu zeigen.
In 10 gibt ein Steuerabschnitt 20b Lichtemissions-Timing-Steuersignale Ta, Tb und Tc zum Steuern der Lichtemissions-Timings der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c aus, um Abschnitte 21a, 21b bzw. 21c anzutreiben. Die Antriebsabschnitte 21a, 21b und 21c entsprechen den Lichtemissions-Timing-Steuersignalen Ta, Tb und Tc, wobei die Lichtemissionselemente 1a, 1b bzw. 1c angetrieben werden.
Ein Ausgangssignal des Lichtüberwachungsempfangselements 2b wird verstärkt durch einen Verstärker 22b und wird ausgegeben an den Steuerabschnitt 20b als ein Überwachungssignal MS. Der Steuerabschnitt 20b gibt die Lichtemissionsquantitätssteuersignale Ca, Cb und Cc an die Antriebsabschnitte 21a, 21b bzw. 21c aus, basierend auf der Höhe des Überwachungssignals bzw. Monitorsignals MS. Die Antriebsabschnitte 21a, 21b und 21c steuern Antriebsströme, die zugeführt werden an die Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c, basierend auf den Lichtemissionsquatitätssteuersignalen Ca, Cb und Cc, wodurch die Lichtemissionsquantitäten der Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c derart gesteuert werden, dass die Lichtdurchlassquantität konstant wird.
Die optische Einheit in 8 wurde als eine Lichtdurchlasseinheit beschrieben, aber die Lichtemissionselemente 1a, 1b und 1c können alle ersetzt werden mit Lichtempfangselementen, beispielsweise zum Bilden einer Lichtempfangseinheit. 9 zeigt ein modifiziertes Beispiel der optischen Einheit zum Durchlassen von Licht eines weißen Lichts (beispielsweise einer Halogenlampe) 100 auf ein Objekt 7 und Empfangen von Licht, reflektiert von dem Objekt 7 oder Licht, das hindurchgeht durch Objekt 7, wodurch Information über das Objekt 7 detektiert wird. Grünes Licht G, das hindurchgeht durch eine Linse 103, wird reflektiert an einem dichroischen Spiegel 105a und wird empfangen bei einem grünen Lichtempfangselement 102a. Blaues Licht B, das durch die Linse 103 hindurchgeht, geht durch den dichroischen Spiegel 105a, wird reflektiert an einem dichroischen Spiegel 105b und wird empfangen bei einem blauen-Lichtempfangselement 102b. Rotes Licht R, das durch die Linse 103 hindurchgeht, geht durch die dichroischen Spiegel 105a und 105 hindurch und wird empfangen bei dem roten-Lichtempfangselement 102c.
Die optische Einheit in 8 kann nicht nur angewendet werden auf photoelektrische Schalter, wie z.B. Farbunterscheidungssensoren, aber auch auf verschiedene optische Einheiten, wobei jede einen Lichtdurchlassabschnitt zum Übertragen bzw. Durchlassen von Licht an eine vorbestimmte Position aufweist.
Die Farbunterscheidungssensoren wurden als Beispiele der photoelektrischen Schalter beschrieben, aber die Erfindung kann auch angewandt werden auf einen photoelektrischen Schalter zum Detektieren der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Objekts bei einer Detektionsposition.
Obwohl die dichroischen Spiegel verwendet werden als die optischen Glieder, können andere Glieder von Halbspiegeln, optischen Wellenleitern, etc., verwendet werden als optische Glieder.
Die Lichtquelle ist zusammengesetzt aus drei Lichtemissionselementen 1a, 1b und 1c, aber kann aus einem Lichtemissionselement, zwei Lichtemissionselementen oder vier oder mehr oder Lichtemissionselementen zusammengesetzt werden.
Ferner umfasst die Projektionslinse 3 eine Linse, aber kann aus mehreren als einer Linse gebildet werden.
Wie oben beschrieben wird gemäß der Erfindung, in der Konfiguration der optischen Einheit, des photoelektrischen Schalters, des photoelektrischen Schalters eines Fasertyps und des Farbunterscheidungssensors, das Lichtüberwachungsempfangselement angeordnet bei einer Position zum Empfangen des Lichts, emittiert von den Lichtemissionselementen und hindurchgehend durch die Projektionslinse oder bei der Position zum Empfangen von Licht zwischen der Projektionslinse und dem einfallenden Endteil der ersten optischen Faser. Deshalb kann, falls die Durchlässigkeit oder Reflektivität eines optischen Glieds, enthalten in dem optischen System von der Lichtquelle zu der Projektionslinse oder die Projektionslinse sich mit der Temperatur oder Lichtwellenlänge verändert, die Lichtdurchlassquantität auf die vorbestimmte Position präzise überwacht werden.
Ein optisches Glied oder eine Projektionslinse mit einer Durchlässigkeit oder Reflektivität unverändert abhängig von Temperatur oder Lichtwellenlänge muss nicht für das optische System verwendet werden; Kosten können auch verringert werden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. Hei 10-130833 .
Während bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, ist es dem Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne die Erfindung zu verlassen, und es wird darauf abgezielt, deshalb in den anhängenden Ansprüchen alle solche Änderungen und Modifizierungen, als innerhalb des Umfangs der Erfindung zu fallend, abzudecken.

Claims

Eine optische Einheit zur Übertragung von Licht an eine vorher bestimmte Position (7), mit: einer Lichtquelle (1a, 1b, 1c; 100) zum Emittieren von Licht; einer Projektionslinse (3; 104) zur Übertragung von Licht, das von der Lichtquelle (1a, 1b, 1c; 100) emittiert wird, an die vorher bestimmte Position (7); und ein Lichtüberwachungsempfangselement (2b; 202b), das an einer Position zum Empfangen von Licht angeordnet ist, das von der Lichtquelle (1a, 1b, 1c; 100) emittiert wird und durch die Projektionslinse (3; 104) hindurchgeht; dadurch gekennzeichnet, dass kein anderes optisches Element den Weg des Lichtes zwischen der Projektionslinse (3; 104) und dem Lichtüberwachungsempfangselement beeinflusst.
Die optische Einheit nach Anspruch 1, weiterhin mit: Steuerungsmitteln (20; 21a, 21b, 21c) zur Steuerung einer Lichtquantität der Lichtquelle (1a, 1b, 1c; 100) basierend auf einer Lichtempfangsqualität des Lichtüberwachungsempfangselementes (2b; 202b).
Die optische Einheit nach Anspruch 1, weiterhin mit: Steuerungsmitteln (20; 21a, 21b, 21c) zur Ausgabe eines Ausgangssignals (Ca, Cb, Cc) basierend auf einer Lichtempfangsquantität des Lichtüberwachungsempfangselementes (2b; 202b).
Ein fotoelektrischer Schalter, der eine optische Einheit nach Anspruch 1 aufweist, zur Übertragung von Licht zu einer vorher bestimmten Position und zum Empfangen von reflektiertem Licht von der vorher bestimmten Position oder von Licht, das durch die vorher bestimmte Position hindurchgeht, wobei der fotoelektrische Schalter folgendes umfasst: Lichtdetektionsempfangselement (2a; 102a, 102b, 102c) zum Empfangen von Licht, das an der vorher bestimmten Position reflektiert wird oder von Licht, das durch die vorher bestimmte Position hindurchgeht ist.
Der fotoelektrische Schalter nach Anspruch 4, weiterhin mit: Steuerungsmitteln (20; 21a, 21b, 21c) zur Steuerung einer Lichtquantität der Lichtquelle (1a, 1b, 1c; 100) basierend auf einer Lichtempfangsqualität des Lichtüberwachungsempfangselementes (2b; 202b).
Der fotoelektrischer Schalter nach Anspruch 4, weiterhin mit: Steuerungsmitteln (20; 21a, 21b, 21c) zur Korrektur eines Ausgangssignals des Lichtdetektionsempfangselementes (2b; 202b) basierend auf einer Lichtquantität des Lichtdetektionsempfangselementes (2b; 202b).
Ein fotoelektrischer Glasfaserschalter, der eine optische Einheit nach Anspruch 1 aufweist, zur Übertragung von Licht an die vorher bestimmte Position und zum Empfangen von Licht von der vorher bestimmten Position oder von Licht, das durch die vorher bestimmte Position hindurchgeht ist, wobei der fotoelektrische Glasfaserschalter umfasst: eine erste optische Faser (6a) zur Leitung des Lichtes, das von der Lichtquelle (1a, 1b, 1c; 100) emittiert wird und durch die Projektionslinse (3; 104) hindurchgeht ist, an die vorher bestimmte Position; ein Lichtdetektionsempfangselement (2a; 102a, 102b, 102c); und eine zweite optische Faser (6b) zur Leitung des reflektierten Lichtes von der vorher bestimmten Position oder von Licht, das durch die vorher bestimmte Position hindurchgeht ist, in das Lichtdetektionsempfangselement (2a; 102a, 102b, 102c), wobei das Lichtdetektionsempfangselement (2b; 202b) an einer Position zum Empfangen von Licht zwischen der Projektionslinse (3; 104) und einem Einfallsendanteil der ersten optischen Faser (6a) angeordnet ist.
Ein Farbunterscheidungssensor, der eine optische Einheit nach Anspruch 1 aufweist, zur Übertragung von Licht an ein Objekt (7) und zur Farbdetektion des Objektes (7) basierend auf Licht, das von dem Objekt (7) reflektiert wird, woebei der Farbunterscheidungssensor Folgendes umfasst: eine Mehrzahl von Lichtemissionselementen (1a, 1b, 1c; 100) zur Emission von Licht in unterschiedlichen Wellenlängenbändern; eine Projektionslinse (3; 104) zur Übertragung von Licht, das von der Mehrzahl der Lichtemissionselemente (1a, 1b, 1c; 100) zu dem Objekt (7) ausgesendet wird; ein Lichtdetektionsempfangselement (2a; 102a, 102b, 102c) zum Empfangen von Licht, das von dem Objekt (7) reflektiert wird; und ein Lichtüberwachungsempfangselement (2b; 202b), das an einer Position zum Empfangen von Licht angeordnet ist, das von der Mehrzahl der Lichtemissionselemente (1a, 1b, 1c; 100) emittiert wird und das durch die Projektionslinse (3; 104) hindurchgeht.
Farbunterscheidungssensor nach Anspruch 8, wobei die Lichtemissionselemente (1a, 1b, 1c; 100) in der aufsteigenden Folge der Lichtdetektionsempfangselement-Ausgangswerte angeordnet sind, die dem Licht entsprechen, das von den Lichtemissionselementen (1a, 1b, 1c; 100) an die Projektionslinse (3; 104) ausgestrahlt wird.