JP2004063396A

JP2004063396A - 回帰反射型光電スイッチ

Info

Publication number: JP2004063396A
Application number: JP2002223046A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Otsuka; 大塚　数博
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】透明物体を安定して検出することが可能な回帰反射型光電スイッチを提供する。
【解決手段】投光部１３の前面に、投光部１３からの光を平行光に変えるコリメータレンズ１７ａを配し、更にその前面に投光用スリット板１７ｂを設けて投光用スリット板１７ｂのスリット幅に応じた平行光の全てをリフレクタ１２の反射領域内に照射させるようにしてある。また、受光部１４の前面に受光用スリット板１８をが設けると共に、そのスリット幅が、透明物体Ｗがないときに投光部１８から出射されリフレクタ１２で反射した平行光だけを受光できるよう調整してある。これにより透明物体での透過及び表面反射により平行光と非平行の方向に拡散する光が受光部に入光することを阻止することができ、透明物体Ｗの有無による受光部１４での受光量変化を大きくすることができる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明物体を検出するための回帰反射型光電スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
透明物体は受けた光のほとんどを透過する性質を有する。従って、投光部及び受光部を対向して配置し、投光部から受光部に至る光の光路途中に存在する物体の遮光状態により変化する受光部での受光量に基づいて物体検出を行う、いわゆる透過型光電スイッチでは、透明物体の有無に伴う受光部での受光量変化が極めて小さくなり安定した物体検出ができない。
【０００３】
そこで、従来、透明物体の検出には、例えば投光部から出射した光を、それに対向配置した反射ミラーで反射させ、その反射光を投光部に並設した受光部にて受光させる、いわゆるミラー反射型光電スイッチが一般的に用いられていた。このミラー反射型のものであれば、投受光部と反射ミラーとの間に透明物体が存在するとき、投光部から出射された光は、透明物体を一度透過し、更に反射ミラーで反射した後、再び透明物体を透過して受光部に至ることになる。従って、透明物体を２回透過させる分だけ前述の透過型に比べて透明物体の有無に伴う受光部での受光量変化を大きくすることができるのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述のミラー反射型のものであっても実際には透明物体を検出するために十分な受光量変化が得られないという問題があった。この原因について図２を参照しつつ説明する。透明物体に入射した光は、その透明物体を透過する際に放射状に拡散する。また、従来構成のものでは投光部からの光はある程度広がり（約６０の広がり角）を有し反射ミラーの反射領域を越えて照射され、かつ、受光部の受光領域も何ら限定されていない構成となっていた。
【０００５】
ここで、図２（Ａ）に示すように、例えば透明物体Ｗがない場合において、投光部１から出射された光（同図（Ａ）でＲ１で囲まれた領域内の光）のうち回帰反射板３で反射した反射光（Ｒ２で囲まれた斜線領域内の光）が受光部２に受光されるとする。これに対して、透明物体Ｗがある場合には、同図（Ｂ）に示すように、透明物体Ｗがないときに回帰反射板３の反射領域に入射せず越えていく光が、透明物体Ｗでの拡散により回帰反射板３に入光し、その反射光が再び透明物体Ｗを透過する際に拡散して受光部２に入光してしまう（同図で２点破線で示す光Ｌ）。更に、図示しないが投光部から出射された光が透明物体で表面反射してその拡散光がやはり受光部に入光してしまう。従って、透明物体を２回透過させても、透明物体Ｗの有無に伴う受光部２での受光量変化が十分に得られないのである。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、透明物体を安定して検出することが可能な回帰反射型光電スイッチを提供するところにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る回帰反射型光電スイッチは、投光素子に一端を対向させた投光用光ファイバの他端からなる投光部、及び、受光素子に一端を対向させた受光用光ファイバの他端からなる受光部を並設した光電スイッチ本体と、投光部からの光を反射して受光部に返す回帰反射部材とを備えて、光電スイッチ本体と回帰反射部材との間における透明物体の有無による受光部での受光量変化に基づき透明物体の検出を行う回帰反射型光電スイッチであって、投光部には、その投光部からの光が、略平行光になるように変換する平行光変換手段が設けられ、受光部には、投光部から投射され回帰反射部材の反射領域内で反射した光のうち投光部からの略平行光と平行な光だけを受光できるようにする受光限定手段が設けられているところに特徴を有する。
【０００８】
【発明の作用及び効果】
本発明の構成によれば、平行光変換手段により投光部からは略平行光としての投射光が回帰反射部材の反射領域に照射される。また、受光限定手段により受光部は、投光部から投射され回帰反射部材の反射領域内で反射した光のうち前記投光部からの略平行光と平行な光だけを受光できるように受光可能な光が限定されている。従って、光電スイッチ及び回帰反射部材間に透明物体が存在しないときには、投光部からの平行光が回帰反射部材にて回帰反射して、その反射光全てが受光部にて受光される。これに対して、透明物体が存在するときには、投光部から出射された平行光のうち透明物体での透過及び表面反射により拡散して光路方向が変えられた光は、受光部にて受光されなくなる。つまり、上述した従来構成のように、透明物体がないときに受光部に受光されない光が透明物体の存在により受光部に受光されるといったことを回避する共に、透過物体で全反射した拡散光の受光部での受光量を低減させることができる。従って、透明物体の有無に伴う受光部での受光量変化を大きくすることができ安定した透明物体検出が可能となる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を図１によって説明する。なお、同図では説明の都合上、投光部からリフレクタ１２に向う光の光路と、そのリフレクタ１２から受光部に向う反射光との光路とを紙面上下方向にずらして表示してある。
【００１０】
本実施形態に係る回帰反射型光電スイッチ（以下、「光電スイッチ１０」）は、図１に示すように、光電スイッチ本体１１と、その光電スイッチ本体１１に対向して配置されるリフレクタ１２（本発明の「回帰反射部材」に相当）とを備えてなる。光電スイッチ本体１１には、リフレクタ１２に向けて光を投射する投光部１３と、リフレクタ１２から返ってきた反射光を受光する受光部１４とが並設されている。本実施形態では、投光部１３は図示しない投光素子に一端を対向させた光ファイバ１５の他端部からなり、受光部１４は、図示しない受光素子に一端を対向させた光ファイバ１５の他端部からなる。なお、図１では光電スイッチ本体１１のうち光ファイバ１５の他端部側が導入されたスイッチヘッド部１６のみが示されている。このように光ファイバ１５を用いることにより、投光部及び受光部を含むスイッチヘッド部１６と、投光素子及び受光素子等の電気回路部分を離間させることができ、スイッチヘッド部１６の小型化を図ることで狭小箇所であっても設置が可能になり、透明物体の検出を行うことができる。
【００１１】
次にリフレクタ１２は、入射した光を、その入射方向と同方向に返す、いわゆる回帰反射性を有する。具体的には、本実施形態では、例えばリフレクタ１２のうち光電スイッチ本体１１側に向けられる面が、互いに９０度の角度を有して配された３面で構成されたいわゆるコーナーキューブを、蜂の巣状に複数並べた形状で形成されている。
【００１２】
さて、本実施形態に係る光電スイッチ１０では、投光部１３の前面には、その投光部１３からの光を平行光に変えるコリメータレンズ１７ａ（本発明の「平行光変換手段」に相当）が配され、更にその前面に遮光性部材で形成した投光用スリット板１７ｂが設けられている。投光用スリット板１７ｂを設けたのは、投光部１３からの光をリフレクタの反射領域内だけに照射させるためである。これにより、投光部１３から出射された光は投光用スリット板１７ｂのスリット幅に応じた平行光とされ、その平行光の全てがリフレクタ１２の反射領域内だけに照射させることができる。
【００１３】
一方、受光部１４の前面には、本発明の「受光限定手段」に相当する集光レンズ１９が配されている。本実施形態では、例えば投光部１３からの前記平行光と平行な光が集光レンズ１９に入光したときの焦点位置に受光部１４の端面を配置するよう構成されている。投光部からの平行光に対して非平行をなして集光レンズ１９に入光した光は、その光路が受光部１４の配置位置から反れることになり、もって投光部からの平行光と平行な光のみを受光部１４に受光させることが可能となる。なお、本実施形態では、集光レンズ１９の前面に、やはり遮光性部材で形成された受光用スリット板１８が設けられている。本実施形態では、受光用スリット板１８のスリット幅は、透明物体Ｗがないときに投光部１８から出射されリフレクタ１２で反射した平行光だけを受光できるような幅に調整してある。これにより、図１に示すように受光部１４に向う光のうち投光部１３から平行光と略平行な角度で受光部１４に向う光のみを受光部１４にて受光できるようにすることができる。なお、投光用スリット板１７ｂ及び受光用スリット板１８は別々の部材で構成したものであっても、１つの部材で一体的に形成されたものであっても良い。
【００１４】
そして、図１（Ａ）に示すように、光電スイッチ本体１１とリフレクタ１２との間に透明物体Ｗがないときには、投光部１３からの平行光Ｒ（同図ではその平行光の光束を白抜き矢印で示してある）はリフレクタ１２にて回帰反射してそのほとんどが受光部１４に受光される。これに対して、同図（Ｂ）に示すように、透明物体Ｗが介在すると、投光部１３から投射された平行光Ｒは、やはり透明物体Ｗを透過する際に拡散し放射状に広がる。この拡散光（同図で一点破線Ｌ１で囲まれた領域の光）のうちリフレクタ１２に入射した光は回帰反射してその反射光（一点破線Ｌ２で囲まれた領域の光）が再び透明物体Ｗに入射する。そして、透明物体Ｗを透過する際に再び拡散し、その拡散光（一点破線Ｌ３で囲まれた領域の光）が受光部１４側に向う。
【００１５】
しかしながら、その拡散光Ｌ３のうち前記平行光Ｒと平行な光のみが受光部１４に入光し、それ以外の非平行光は集光レンズ１９及び受光用スリット板１８によって阻止される。また、投光部１３から出射された平行光Ｒのうち透明物体で表面反射して平行光とは非平行の方向に拡散した光もやはり集光レンズ１９及び受光用スリット板１８によって受光部１４への入光が阻止される。
【００１６】
なお、本出願人の実験によれば、例えば透明物体Ｗが樹脂製の透明フィルムである場合、透明物体Ｗがないときの受光部１４での受光量を１００％とすると、透明フィルムが存在するときの受光量の低減率は、上記従来説明で述べた透過型のものでは６〜１０％、ミラー反射型のものでは１０〜１８％であるのに対して、本実施形態に係る光電スイッチ１０では３０〜４０％の極めて高い低減率を得ることができた。
【００１７】
このように、投光部１３からリフレクタ１２の反射領域だけに照射するように平行光を出射させると共に、受光部１４では前記平行光と略平行な光のみを受光する構成とすることで、透明物体Ｗの有無による受光部１４での受光量変化を大きくすることができる。即ちＳ／Ｎ比を大きくすることができる。従って、その透明物体Ｗがあるときとないときとの受光量レベル間に余裕をもって閾値を設定することが可能となり、これにより受光部１４での受光量と閾値との大小比較に基づき安定した透明物体Ｗ検出を行うことができる。なお、本実施形態のように光ファイバ１５を用いる構成であれば、投光素子から直接出射される光に比べて広がりの少ない光をその他端から出射させることができ、より確実な平行光をリフレクタ１２側に出射させることができる。受光部についても同様に光ファイバを用いる方が受光素子で直接受光する構成に比べて受光領域の広がりを抑えることができる。
【００１８】
＜他の実施形態＞
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
（１）上記実施形態では、投受光部１３，１４の光軸方向がリフレクタ１２の回帰反射面に対して垂直になるように構成したが、リフレクタ１２は上述ように回帰反射性を有するので、例えば投受光部１３，１４の光軸方向がリフレクタ１２の回帰反射面に対して斜めになるように配した構成であっても本発明の効果を得ることができる。
【００１９】
（２）上記実施形態では、投光部の１３の前面に平行光変換手段としてのコリメータレンズ１７ａを配し、更にその前面に投光用スリット板１７ｂを配した構成としたが、これとは逆に、投光部の前面に投光用スリット板１７ｂを配し、その前面にコリメータレンズ１７ａを配してリフレクタ１２の反射領域内だけに平行光が照射されるように構成しても良い。受光部についても集光レンズ１９と受光用スリット板１８との配置関係を逆にしても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る回帰反射型光電スイッチの簡略図
【図２】従来の回帰反射型光電スイッチの簡略図
【符号の説明】
１０…光電スイッチ
１２…リフレクタ（回帰反射部材）
１３…投光部
１４…受光部
１５…光ファイバ
１７ａ…コリメータレンズ（平行光変換手段）
１９…集光レンズ（受光限定手段）
Ｗ…透明物体

Claims

投光素子に一端を対向させた投光用光ファイバの他端からなる投光部、及び、受光素子に一端を対向させた受光用光ファイバの他端からなる受光部を並設した光電スイッチ本体と、前記投光部からの光を反射して前記受光部に返す回帰反射部材とを備えて、前記光電スイッチ本体と前記回帰反射部材との間における透明物体の有無による前記受光部での受光量変化に基づき前記透明物体の検出を行う回帰反射型光電スイッチであって、
前記投光部には、その投光部からの光が、略平行光になるように変換する平行光変換手段が設けられ、
前記受光部には、前記投光部から投射され前記回帰反射部材の反射領域内で反射した光のうち前記投光部からの前記略平行光と平行な光だけを受光できるようにする受光限定手段が設けられていることを特徴とする回帰反射型光電スイッチ。