JP2002245912A - 位相差板付回帰反射板、光電スイッチ、及び受光量調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 投受光器と回帰反射板とからなる回帰反射型
の光電スイッチにおいて、簡単な付加部材を設けること
により受光素子の受光量の調整を簡単に行うことができ
るようにする。 【解決手段】 発光素子及び受光素子を内蔵した投受光
器１１と回帰反射板１２とを所定距離だけ隔てて対向す
るように配置し、投受光器１１の発光素子から出た光が
直線偏光にされて投光され、回帰反射板１２で反射した
のち投受光器１１に戻り、偏光手段を経て受光素子に受
光されるように構成された回帰反射型の光電スイッチに
おいて、回帰反射板１２の反射面１２ａの前方に位相差
板１３を取り付け、位相差板１３を単独で又は回帰反射
板１２と共に光軸に垂直な面内で回転させることによ
り、偏光手段を経て受光素子に達する光量を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子及び受光
素子を内蔵した投受光器と回帰反射板とを所定距離だけ
隔てて対向するように配置し、投受光器の発光素子から
出た光が直線偏光にされて投光され、回帰反射板で反射
したのち投受光器に戻り、偏光手段を経て受光素子に受
光されるように構成された回帰反射型の光電スイッチに
関する。

【０００２】

【従来の技術】可視光線、赤外線等の光を用いて物体
（検出対象物）の存否を検出する光電スイッチには大き
く分けると透過型と反射型がある。透過型の光電スイッ
チは投光部と受光部とが互いに向き合い、投光部から出
た光がそのまま受光部に到達するか、物体に遮られて受
光部に到達しないかを検出することにより、物体の存否
を検出する。これに対して、反射型の光電スイッチは、
投光部から出た光が物体に反射されて受光部に入射する
か否かによって物体の存否を検出する。

【０００３】反射型の光電スイッチには種々のバリエー
ションがあるが、その中に、回帰反射型と呼ばれるもの
があり、この検出原理は通常の反射型の検出原理と少々
異なる。回帰反射型の光電スイッチは、発光素子（投光
部）及び受光素子（受光部）を内蔵した投受光器と回帰
反射板からなり、投受光器と回帰反射板とを所定距離だ
け隔てて対向するように配置する。

【０００４】そして、投受光器の発光素子から出た光が
回帰反射板で反射して投受光器に戻り受光素子によって
受光されるか、あるいは光路上の物体に遮られて受光素
子に受光されないかを検出することにより、物体の存否
を検出する。なお、回帰反射板は、リフレクタとも呼ば
れ、入射光と平行な逆方向に反射光を返す機能を有す
る。例えば、互いに垂直な３つの反射面からなる細かい
立体反射面を平面上に並べた構造によって、そのような
機能を実現することができる。

【０００５】また、回帰反射型の光電スイッチでは、投
受光器の発光素子から出た光は偏光フィルタ等によって
直線偏光にされて投光される。そして、回帰反射板で反
射して投受光器に戻った光のうち、投光の偏光面と異な
る（例えば９０度異なる）偏光面の光が偏光フィルタ等
の偏光手段を経て受光素子に受光されるように構成され
ている。こうすることにより、鏡面を有する物体で反射
した光が受光素子で受光されることを防ぎ、鏡面を有す
る物体で反射した光と回帰反射板で反射した光とを区別
できるようにしている。

【０００６】つまり、鏡面で反射して戻った光は、入射
光と同じ偏光面を有するので、投光の偏光面と異なる受
光側の偏光面の光成分をほとんど含んでいない。このた
め、受光素子の受光量は著しく低下する。これに対し
て、回帰反射板で反射した光は、偏光面が乱れて受光側
の偏光面の光成分も多く含んでいるので、受光素子は相
当量の光を受光することになる。

【０００７】上述のように、回帰反射型の光電スイッチ
は、回帰反射板を用いることにより、通常の反射型光電
スイッチと逆に、検出対象物が光路上に存在しない場合
は受光素子の受光量がしきい値以上になり、検出対象物
が光路上に存在する場合は受光量がしきい値以下にな
る。また、投光された光が回帰反射板によって比較的少
ない減衰量で受光素子に戻るので、投受光器と回帰反射
板との距離（したがって投受光器と検出対象物との距
離）が比較的大きくても検出対象物の存否を正しく検出
できる利点を有する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光が一
定の角度で広がる場合にその単位面積当たりの光量は伝
播距離（光路長）の二乗に反比例して減衰するので、受
光素子の受光量は投受光器と回帰反射板との距離によっ
て大きく変化する。このため、投受光器と回帰反射板と
の距離が比較的大きい状態で十分な受光量が得られるよ
うに投光量を設定すると、投受光器と回帰反射板との距
離が小さいときに受光素子の受光量が過大になり、出力
電圧が飽和してしまう現象が発生する。

【０００９】投受光器と回帰反射板との距離が大きい場
合から小さい場合まで広範囲に使用できるようにするた
めに、発光素子の発光強度や受光素子を含む受光回路の
感度を調整できるようにしたものもあるが、その調整可
能範囲には限界がある。また、コスト低減のために、そ
のような調整手段を削除できれば好都合である。

【００１０】本発明は、上記のような課題に鑑みてなさ
れたものであり、投受光器と回帰反射板とからなる回帰
反射型の光電スイッチにおいて、簡単な付加部材を設け
ることにより受光素子の受光量の調整を簡単に行うこと
ができるようにし、もって、投受光器と回帰反射板との
距離が大きい場合から小さい場合まで広範囲に使用でき
るようにすることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明による位相差板付
回帰反射板は、回帰反射型の光電スイッチに使用される
回帰反射板であって、反射面の前方に位相差板を配設し
たことを特徴とする。位相差板は波長板ともいい、４分
の１波長板と８分の１波長板が含まれる。位相差板は、
その主軸方向に対して所定の角度を有する偏光面（振動
面）の直線偏光を入射させると、直線偏光が円偏光に変
換される性質を有する。

【００１２】また、本発明による光電スイッチは、発光
素子及び受光素子を内蔵した投受光器と回帰反射板から
なり、投受光器と回帰反射板とを所定距離だけ隔てて対
向するように配置し、投受光器の発光素子から出た光が
直線偏光にされて投光され、回帰反射板で反射したのち
投受光器に戻り、偏光手段を経て受光素子に受光される
ように構成された回帰反射型の光電スイッチであって、
回帰反射板の反射面の前方に位相差板を配設したことを
特徴とする。

【００１３】上記のように、位相差板に直線偏光を通過
させると、位相差板の主軸と直線偏光の偏光面に応じて
通過光が円偏光になったりならなかったり（楕円偏光に
なったり）する。円偏光は、偏光面が光の進行方向に対
して円運動をする光であり、一定時間内では全ての方向
の偏光面の光成分を均一に有している。また、楕円偏光
は光の進行方向に対して偏光面が楕円運動をする光であ
り、偏った方向の偏光面の光成分を多く有する。回帰反
射板で反射した光は再び位相差板を通って直線偏光に変
換されるが、このときの偏光面は、位相差板に直線偏光
が入射したときの位相差板の主軸と直線偏光の偏光面と
の角度に応じて変化する。

【００１４】例えば、位相差板として４分の１波長板を
用いた場合、その主軸と入射光の偏光面とが４５度の角
度を成しているときに４分の１波長板を通過した光が円
偏光となり、回帰反射板で反射して再度４分の１波長板
を通過した光の偏光面が投光（入射光）の偏光面に対し
て直角になる。したがって、回帰反射板で反射して投受
光器に戻った光のうち、投光の偏光面と９０度異なる偏
光面の光が偏光フィルタ等の偏光手段を経て受光素子に
受光されるように構成されている回帰反射型の光電スイ
ッチの場合は、このときの受光量が最大となる。

【００１５】そして、位相差板の主軸と入射光の偏光面
との角度が変化するように位相差板を回転していくと、
受光素子の受光量は徐々に低下し、位相差板の主軸と入
射光の偏光面との角度が９０度になると受光素子の受光
量が最小になる。こうして、位相差板を回転していくと
９０度周期で受光素子の受光量が増加と減少を繰り返
す。

【００１６】本発明による光電スイッチの受光量調整方
法は、発光素子及び受光素子を内蔵した投受光器と回帰
反射板とを所定距離だけ隔てて対向するように配置し、
投受光器の発光素子から出た光が直線偏光にされて投光
され、回帰反射板で反射したのち投受光器に戻り、偏光
手段を経て受光素子に受光されるように構成された回帰
反射型の光電スイッチにおいて、回帰反射板の反射面の
前方に位相差板を配設し、位相差板を単独で又は回帰反
射板と共に光軸に垂直な面内で回転させることにより、
偏光手段を経て受光素子に達する光量を調整することを
特徴とする。

【００１７】上述のように、位相差板を光軸に垂直な面
内で回転させると、位相差板の主軸と入射光の偏光面と
の角度が変化するので、位相差板を通過した光の偏光状
態（円偏光又は楕円偏光）が変化し、回帰反射板で反射
して再び位相差板を通って直線偏光に変換された光の偏
光面が変化する。その結果、偏光手段を経て受光素子に
受光される光の量（受光量）が変化する。なお、位相差
板が回帰反射板の表面に固着されている場合は、回帰反
射板ごと位相差板を回転させればよい。

【００１８】上記のように、本発明の位相差板付回帰反
射板とそれを用いた光電スイッチ、及び受光量調整方法
によれば、回帰反射板の前方（表面）に位相差板を付加
するだけの簡単な構成によって、また、位相差板（及び
回帰反射板）を光軸に垂直な面内で回転させる簡単な操
作によって、受光素子の受光量を調整することができ
る。これにより、投受光器と回帰反射板との距離が大き
い場合から小さい場合まで広範囲に使用することができ
る。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施形態を説明する。

【００２０】図１は、本発明の実施形態に係る回帰反射
型の光電スイッチの構成例を示す側面図である。光電ス
イッチ１は、投受光器１１と回帰反射板１２からなる。
この構成例では、回帰反射板１２の表面に４分の１波長
板１３が一体的に取り付けられている。回帰反射板１２
の表面は透明樹脂層１２ｂで覆われており、この上に４
分の１波長板１３が貼り付けられている。したがって、
回帰反射板１２の反射面１２ａの前方に透明樹脂層１２
ｂの厚み分だけ隔てて４分の１波長板１３が位置するこ
とになる。

【００２１】図２は、本発明の別の実施形態に係る回帰
反射型の光電スイッチの構成例を示す斜視図である。光
電スイッチ１は、投受光器１１、回帰反射板１２及びそ
の前方に配置された位相反射板としての４分の１波長板
１３からなる。この構成例では、４分の１波長板１３が
回帰反射板１２の反射面１２ａの前方に離して設置され
ている。

【００２２】図３は、投受光器１１に内蔵された発光素
子及び受光素子を含む投受光の光学系を示す図である。
図３において、発光素子２１から出た光は第１偏光フィ
ルタ２２及びハーフミラー２３を通り、レンズ２４で略
平行光にされた後、投受光器１１から回帰反射板１２に
向けて投光される。この際、第１偏光フィルタ２２の働
きにより、投受光器１１から投光される光は直線偏光と
なり、その偏光面は、図２に矢印Ｌ１で示すように、垂
直方向となる。

【００２３】また、回帰反射板１２で反射して投受光器
１１へ戻った光は、レンズ２４で集光され、ハーフミラ
ー２３で反射し、第２偏光フィルタ２５を通って受光素
子２６に受光される。この際、水平方向の偏光面を有す
る光成分のみが第２偏光フィルタ２５を通過して受光素
子２６に到達する。つまり、投光側の第１偏光フィルタ
２２と受光側の第２偏光フィルタ２５は通過させる光の
偏光面が互いに９０度異なる。これにより、従来技術の
説明で述べたように、鏡面を有する物体で反射した光が
受光素子に受光されないようにして、回帰反射板１２で
反射して戻る光と区別できるようにしている。

【００２４】受光素子２６は、受光量に相当する電気信
号を出力し、この電気信号は投受光器１１に内蔵された
信号処理回路又は投受光器１１に接続されたアンプ部の
信号処理回路で増幅され、しきい値と比較される。例え
ば、光路上に物体が存在しない場合は十分な受光量が得
られて比較結果が「１」になり、物体が存在する場合は
受光量が少なく比較結果が「０」になる。このようにし
て、物体（検出対象物）の存否を判別することができ
る。

【００２５】図２において、投受光器１１から回帰反射
板１２に向かう垂直方向Ｌ１の偏光面を有する直線偏光
は、一定の条件で４分の１波長板１３を通過するときに
円偏光に変換される。つまり、４分の１波長板１３の主
軸方向が、図２に矢印ＡＸで示すように、入射する直線
偏光の偏光面の方向と４５度の角度を成しているとき
に、４分の１波長板１３を通過した光は円偏光となる。
円偏光は、偏光面が光の進行方向に対して円運動をする
光であり、一定時間内では全ての方向の偏光面の光成分
を均一に有している。図２において、この円偏光を垂直
及び水平方向の矢印Ｌ２で示している。

【００２６】４分の１波長板１３を通過して円偏光とな
った光は、回帰反射板１２の反射面１２ａで反射した
後、投光の光路を逆に辿り、４分の１波長板１３を再び
通過する。このとき、円偏光の光が図２に矢印Ｌ３で示
す水平方向の偏光面を有する直線偏光に変換される。

【００２７】水平方向Ｌ３の偏光面を有する直線偏光は
投受光器１１に戻り、図３に示したように、レンズ２４
で集光され、ハーフミラー２３で反射し、第２偏光フィ
ルタ２５を通って受光素子２６に受光される。この際、
水平方向の偏光面を有する光成分のみが第２偏光フィル
タ２５を通過して受光素子２６に到達するが、上述のよ
うに投受光器１１に戻った光が水平方向Ｌ３の偏光面を
有する直線偏光である場合は、ほとんどの光が第２偏光
フィルタ２５を通過することになる。つまり、このとき
の受光量が最も大きくなる。

【００２８】これに対して、４分の１波長板１３を図２
に矢印ＲＴで示すように光軸に垂直な面内で回転させる
ことにより、４分の１波長板１３の主軸方向ＡＸと入射
光の偏光面の方向Ｌ１との成す角度を４５度からずらし
ていくと、４分の１波長板１３を通過した光は円偏光か
ら楕円偏光に変化する。楕円偏光は光の進行方向に対し
て偏光面が楕円運動をする光であり、偏った方向の偏光
面の光成分を多く有する。

【００２９】この光が回帰反射板１２の反射面１２ａで
反射した後、投光の光路を逆に辿り、４分の１波長板１
３を再び通過すると、円偏光の場合のように水平方向Ｌ
３の偏光面を有する直線偏光にはならず、水平方向Ｌ３
から傾いた方向を主たる偏光面とする光になる。この結
果、水平方向Ｌ３の偏光面を有する光成分の量、つま
り、第２偏光フィルタ２５を通って受光素子２６に受光
される光の量は上記の場合より少なくなる。

【００３０】図４は、４分の１波長板１３を光軸に垂直
な面内で回転させたときに、４分の１波長板１３の主軸
方向ＡＸと入射光の偏光面の方向Ｌ１との成す角度に対
して受光素子２６の受光量が変化する様子を示すグラフ
である。このように、受光量は９０度周期で増減を繰り
返す。図１の構成において、４分の１波長板１３が貼り
付けられた回帰反射板１２を矢印ＲＴで示すように光軸
に垂直な面内で回転させた場合も、受光量が同様に変化
する。

【００３１】本実施形態の光電スイッチ１は、上述のよ
うに、４分の１波長板１３（又は４分の１波長板付回帰
反射板１２）を光軸に垂直な面内で回転させることによ
り、受光量を調整することができる。図１又は図２に示
すように、投受光器１１の上面パネル部１１ａには、表
示器が備えられており、現在の受光量を表示することが
できる。７セグメント表示器の場合は受光量を数値表示
し、バーグラフ表示器の場合は受光量をバーグラフで表
示する。あるいは、赤青二色のＬＥＤを用いてしきい値
との比較結果を表示するものもある。

【００３２】いずれの表示の場合でも、実際の使用条件
下において、投受光器１１の上面パネル部１１ａの表示
器に表示される受光量の表示レベルが適切になるよう
に、４分の１波長板１３（又は４分の１波長板付回帰反
射板１２）を光軸に垂直な面内で回転させる。そして、
受光量が適切になったときの角度で４分の１波長板１３
を回帰反射板１２に固定し、あるいは、４分の１波長板
付回帰反射板１２を適当な部材に固定すればよい。

【００３３】適当な部材に固定される回帰反射板１２に
対して４分の１波長板１３を回転自在に取り付けてお
き、受光量の調整後、回帰反射板１２に対する４分の１
波長板１３の角度を固定するようにしてもよい。

【００３４】以上、本発明の実施形態を説明したが、本
発明は上記の実施形態に限らず、種々の形態で実施する
ことができる。例えば、上記実施形態では位相差板とし
て４分の１波長板を用いたが、これに限るわけではな
く、例えば８分の１波長板を用いてもよい。

【００３５】また、上記実施形態の投受光器１１は、投
光の光軸と受光の光軸が共通のタイプを用いたが、これ
に限らず、投光の光学系と受光の光学系が独立のタイプ
を用いてもよい。更には、一体の投受光器ではなく、投
光器と受光器とが分離しているタイプを用いてもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の位相差
板付回帰反射板とそれを用いた光電スイッチ、及び受光
量調整方法によれば、回帰反射板の反射面の前方に位相
差板を設け、位相差板を単独で又は回帰反射板と共に光
軸に垂直な面内で回転させることにより、投受光器に内
蔵された受光素子の受光量を調整することができる。こ
の結果、投受光器と回帰反射板との距離が大きい場合か
ら小さい場合まで広範囲に使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る回帰反射型の光電スイ
ッチの構成例を示す側面図である。

【図２】本発明の別の実施形態に係る回帰反射型の光電
スイッチの構成例を示す斜視図である。

【図３】投受光器に内蔵された発光素子及び受光素子を
含む投受光の光学系を示す図である。

【図４】位相差板を光軸に垂直な面内で回転させたとき
に、位相差板の主軸方向と入射光の偏光面の方向との成
す角度に対して受光素子の受光量が変化する様子を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ 光電スイッチ １１ 投受光器 １２ 回帰反射板 １２ａ 回帰反射板の反射面 １３ ４分の１波長板（位相差板） ２１ 発光素子 ２２ 第１偏光フィルタ ２５ 第２偏光フィルタ（偏光手段） ２６ 受光素子

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】回帰反射型の光電スイッチに使用される回
   帰反射板であって、反射面の前方に位相差板を配設した
   ことを特徴とする位相差板付回帰反射板。
2. 【請求項２】発光素子及び受光素子を内蔵した投受光器
   と回帰反射板からなり、前記投受光器と前記回帰反射板
   とを所定距離だけ隔てて対向するように配置し、前記投
   受光器の発光素子から出た光が直線偏光にされて投光さ
   れ、回帰反射板で反射したのち前記投受光器に戻り、偏
   光手段を経て前記受光素子に受光されるように構成され
   た回帰反射型の光電スイッチであって、前記回帰反射板
   の反射面の前方に位相差板を配設したことを特徴とする
   光電スイッチ。
3. 【請求項３】発光素子及び受光素子を内蔵した投受光器
   と回帰反射板とを所定距離だけ隔てて対向するように配
   置し、前記投受光器の発光素子から出た光が直線偏光に
   されて投光され、回帰反射板で反射したのち前記投受光
   器に戻り、偏光手段を経て前記受光素子に受光されるよ
   うに構成された回帰反射型の光電スイッチの受光量調整
   方法であって、前記回帰反射板の反射面の前方に位相差
   板を配設し、前記位相差板を単独で又は前記回帰反射板
   と共に光軸に垂直な面内で回転させることにより、前記
   偏光手段を経て前記受光素子に達する光量を調整するこ
   とを特徴とする受光量調整方法。