JP2007003348A - 回帰反射型光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークが存在する場合の遮光率を高くすることにより、検出性能を向上することが可能な回帰反射型光電センサを提供する。
【解決手段】 回帰反射型光電センサは、投光素子１と、投光素子１からの光を照射する投光用レンズ２と、照射された光を反射する回帰反射板５と、反射された光を集光する受光用レンズ３と、集光された光を電気信号に変換する受光素子４とを備え、投光素子１は、可視光であって赤色より短波長の光を発光する発光素子である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、受光素子の受光量に基づいて物体の有無を検出する回帰反射型光電センサに関する。

ＰＥＴボトル、および半導体ウエハを搬送するフープカセット（透明なタイプ）等のワークの有無を検出する回帰反射型光電センサが従来提案されている。このようなワークは透明な物体であるために光の透過率が高く、また、形状が複雑な物体であるために光を屈折させる効果が高い。したがって、他の物体では受光素子に入射されなかった反射光が透過または屈折して受光素子に入射されてしまう場合がある。このような場合には、検出対象領域にワークが存在することによる遮光効果、すなわち受光素子の受光量の減少幅が小さいためにワークの検出が不安定になり、検出性能が低下してしまう。

このような問題点を解決するために、たとえば、特許文献１には以下のような回帰反射型光電センサが開示されている。すなわち、投光素子に光の投光範囲を限定するスリットを設けることにより、レンズの中心部分より投光ビームを回帰反射板に投光する。このような構成により、回帰反射板でコーナキューブのピッチ分だけ反射光の径が広がっても、投光ビームの径よりも受光径を大きくすることができるため、光の利用効率が改善し、透明物体の屈折による誤動作を防止することができる。
特開平１０−２５５６１２号公報

ところで、特許文献１記載の回帰反射型光電センサは、投光量に対する受光素子の受光量の比率を高める構成であり、ワークが検出対象領域に存在する場合の遮光率を高くする、すなわち受光素子の受光量を減少させることができるが、構造上ハーフミラー等の部材が必要で高価な構成となり、生産コストが増大する。これを解消するために２眼式の光電センサが一般的に知られているが、このような光電センサでは、透明または形状が複雑なワークの有無を検出する場合において、他の物体では受光素子に入射されなかった反射光が受光素子に入射されてしまい、検出性能が低下してしまう場合があるという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、ワークが存在する場合の遮光率を高くすることにより検出性能を向上し、かつ、生産コストの増大を防ぐことが可能な回帰反射型光電センサを提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる回帰反射型光電センサは、投光素子と、投光素子からの光を照射する投光用レンズと、照射された光を反射する回帰反射板と、反射された光を集光する受光用レンズと、集光された光を電気信号に変換する受光素子とを備え、投光素子は、可視光であって赤色より短波長の光を発光する発光素子である。

好ましくは、投光素子は青色の光を発光する発光素子である。
より好ましくは、投光素子は青色ＬＥＤである。

好ましくは、回帰反射型光電センサは２眼式である。

本発明によれば、ワークが存在する場合の遮光率を高くすることにより検出性能を向上することができ、かつ、生産コストの増大を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサ本体部１００の外観図である。

同図を参照して、回帰反射型光電センサ本体部１００は、表示灯１０１と、保護プレート１０２と、ケース１０３と、枠１０４〜１０５とを備える。

表示灯１０１は、電源供給の有無およびワーク検出の有無を点灯状態および消灯状態で表わす。また、保護プレート１０２は、図示しない投光用レンズおよび受光用レンズを保護する。

図２は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの構成を示す断面図である。
同図を参照して、回帰反射型光電センサは、投光素子１と、投光用レンズ２と、受光用レンズ３と、受光素子４と、回帰反射板５とを備える。

投光素子１は、４４５ｎｍ（ナノメータ）〜４９５ｎｍの波長の光を発光する青色ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）である。投光用レンズ２は、投光素子１からの光を平行光にして回帰反射板５へ照射する。回帰反射板５は、投光用レンズ２から照射された光を反射する。受光用レンズ３は、回帰反射板５で反射された光を受光素子４に集光する。受光素子４は、受光用レンズ３によって集光された光を電気信号に変換する。ここで、受光素子４は、受光量に応じたレベルを有する電気信号を生成する。なお、同図において、投光素子１および投光用レンズ２と、受光用レンズ３および受光素子４とを上下逆に配置することも可能である。

図３は、回帰反射板５の正面図である。
同図を参照して、回帰反射板５は、直角二等辺三角形から成る３つの反射面を有する三角錐が隙間なく配列された形状の反射面を有するものである。すなわち、回帰反射板５には多数のコーナキューブが隙間なく配置されており、入射した光を各コーナキューブのピッチ分だけ光軸より平行にシフトさせて回帰反射型光電センサ本体部１００側に反射するものである。

図４は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサにおける光の進行方向を示す図である。

同図に示すように回帰反射型光電センサ本体部１００と回帰反射板５とを配置することにより、回帰反射型光電センサ本体部１００および回帰反射板５の間にワーク６０が存在する場合には、ワーク６０が光を遮光することによって受光素子４に入射される反射光が減衰するため、ワーク６０を検出することができる。

より詳細には、図示しない検出部が、受光素子４で変換された電気信号のレベルに基づいてワークの有無を判断する。

図５は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの検出動作を説明するための図である。

本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの検出部は、第１の閾値および第２の閾値を用いてワークの有無を判断する。すなわち、受光素子４で変換された電気信号のレベルが第１の閾値より大きい場合にはワークが存在すると判断し、また、受光素子４で変換された電気信号のレベルが第２の閾値未満である場合にはワークが存在しないと判断する。

ここで、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサでは、ワークが存在する基準となる第１の閾値をワークが存在しない第２の閾値よりも大きくすることにより、受光素子４の受光量が閾値付近で変動してチャタリング、すなわちワークの検出および不検出が短時間で繰り返されて検出動作が不安定になる状態を防いでいる。

さらに、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサでは、チャタリングが生じない範囲で第１の閾値および第２の閾値の差、すなわち応差を小さく設定して検出感度を上げる。このような構成により、透明または形状が複雑なワークの有無を検出する場合、すなわちワークが存在することによる受光素子の受光量の減少幅が小さい場合でもワークの有無を正確に検出することができる。

図６は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの検出性能の実験結果を示すグラフ図である。同図を参照して、縦軸は遮光率であり、回帰反射型光電センサ本体部１００および回帰反射板５の間に形成される検出対象領域にワークが存在しない場合における受光素子４の受光量が遮光率０％に対応する。

ここでは様々な種類の透明体のワークを検出対象として実験を行なった。透明体の材質は特に限定されないが、本実験においては、ガラスおよびプラスチックである。また、回帰反射型光電センサ本体部１００および回帰反射板５の距離を４０ｃｍとして実験を行なった。

そして、本発明と比較するために投光素子１を赤色ＬＥＤとした場合についても遮光率の測定を行なった。ここで、赤色ＬＥＤは市場で多数流通しており安価であるため、光電センサの投光素子として広く一般的に用いられている。他に、投光素子としては赤外線を発生するものが一般的に用いられている。

同図を参照して、いずれのワークを用いて測定した場合でも、投光素子１を赤色ＬＥＤとした場合に対して投光素子１を青色ＬＥＤとした場合の遮光率が高いことが分かる。特に、ペットボトル２を用いた測定では、投光素子１を赤色ＬＥＤとした場合の遮光率が１７％であり、投光素子１を青色ＬＥＤとした場合の遮光率が５２％である。すなわち、投光素子１を赤色ＬＥＤとした場合に対して投光素子１を青色ＬＥＤとした場合の遮光率の増加幅が３５％と非常に大きな効果が得られている。

これは、一般に物体の屈折率は波長が短い方が大きくなるため、波長の短い青色ＬＥＤからの光は波長の長い赤色ＬＥＤからの光よりも物体による屈折量が多くなり、結果として遮光率が高くなるからであると考えられる。

したがって、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサでは、投光素子１を青色ＬＥＤとすることにより、ワークが存在する場合の遮光率を高め、検出性能を向上することができる。また、ワークが存在することによる受光素子の受光量の減少幅を大きくすることができるため、最適な応差を選択しやすくなる。すなわち、応差を大きく設定しても透明または複雑な形状のワークの有無を正確に検出することができるため、検出感度を上げるために応差を小さく設定する必要がなく、チャタリングによって検出動作が不安定になることを防ぐことができる。

また、ＬＥＤ等の発光素子は消耗品であり、発光素子の発光量は時間とともに減少する。さらに、発光素子の発光量は温度によっても変動する。したがって、ワークが存在しない場合における閾値からの余裕度を確保することができるために、検出動作の長期安定性を確保でき、このような発光量の変化に起因する検出性能の低下を防ぐことができる。

また、近年、青色ＬＥＤは市場で一般的に流通しており、安価に入手することが可能である。したがって、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサは安価に製造することが可能である。

また、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサは２眼式である、すなわち投光用レンズ２および受光用レンズ３が回帰反射板５に正対する方向にそれぞれ配置される。ここで、２眼式の光電センサでは、投光用レンズ２から照射される光と、受光用レンズ３によって受光素子４に集光される回帰反射板５からの反射光とは異なる光軸を有する。同一のレンズで投光および受光を行なう同軸の回帰反射型光電センサは、その構造上ハーフミラー等の部材を使用しなければならないために構成が複雑化し、生産コストが増大してしまうが、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサは２眼式であるため構成が複雑化せず、生産コストの増大を防ぐことができる。

また、本発明の実施の形態では、光電センサとして回帰反射型を選択した。このような構成により、ＰＥＴボトル等の中空形状のワークを検出する場合には投光用レンズ２から照射された光がワークを透過する回数が４回となって遮光効果が高くなるため、検出対象領域にワークが存在しない場合に対するワークが存在する場合の受光素子の受光量を大きく低減させることができ、検出性能を向上することができる。

次に本発明の光電センサの使用例について説明する。
図７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの使用例を示す図である。

同図を参照して、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサは、たとえば透明ビン６、ＰＥＴボトル７およびガラス基板８等の検出に用いられる。このように透明または複雑なワークの有無を検出する場合にも、ワークが存在する場合の遮光率を高くすることによって検出性能を向上することができ、安定してこれらのワークの有無を検出することができる。

［変形例］
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、たとえば以下の変形例も含まれる。

（１） 投光素子１
本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの投光素子１は青色ＬＥＤである構成としたが、これに限定するものではない。投光素子１が可視光であって赤色より短波長の光を発光する発光素子である構成とすることができる。より具体的には、一般的な可視光の範囲は３８０ｎｍ以上かつ７８０ｎｍ未満であり、また、一般的に赤色として用いられる波長の最小値は６５０ｎｍである。したがって、投光素子１は３８０ｎｍ以上かつ６５０ｎｍ未満の波長の光を発光する発光素子であればよい。ここで、投光素子１を紫外の波長の光を発光する発光素子とすると透明体の遮光率は高くなるが、紫外線はプラスチック等を劣化させるために、たとえば投光用レンズ２および受光用レンズ３の材質をガラス等にする必要があり、生産コストが増大する。また、ワークの材質がプラスチック等である場合には、ワークを劣化させてしまう恐れがある。したがって、投光素子１を可視光の波長の光を発光する発光素子とすることにより、生産コストの増大およびワークの劣化を防ぐことができる。

（２） 同軸（１眼式）
本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサは２眼式である構成としたが、これに限定するものではなく、１眼式、すなわち同一のレンズで投光および受光を行なう同軸の回帰反射型光電センサとすることができる。同軸の回帰反射型光電センサでは、投光用レンズ２から照射される光と、受光用レンズ３によって受光素子４に集光される回帰反射板５からの反射光とが同一の光軸を有するため、ワークによって反射光が屈折すると受光素子４に入射されにくくなることから、検出性能を向上することができる。

（３） 透過型光電センサ
図８は、本発明を透過型光電センサに適用した場合の透過型光電センサの概略構成および光の進行方向を示す図である。

同図を参照して、透過型光電センサは、投光器５１と、受光器５２とを備える。投光器５１は、投光素子１と、投光用レンズ２とを含む。受光器５２は、受光用レンズ３と、受光素子４とを含む。

投光用レンズ２は、投光素子１からの光を平行光にして受光器５２へ照射する。受光用レンズ３は、投光用レンズ２から照射された光を受光素子４に集光する。その他の構成および動作は本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサと同様である。

なお、透過型光電センサでは、ＰＥＴボトル等の中空形状のワークを検出する場合には投光用レンズ２から照射された光がワークを透過する回数が２回となり、回帰反射型光電センサと比べて遮光効果が低くなるため、ワークが存在することによる受光素子の受光量の減少幅が小さくなるが、透過型光電センサにおいても投光素子１を青色ＬＥＤとすることにより、ワークが存在する場合の遮光効果を高め、検出性能を向上することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサ本体部１００の外観図である。 本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの構成を示す断面図である。 回帰反射板５の正面図である。 本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサにおける光の進行方向を示す図である。 本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの検出動作を説明するための図である。 本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの検出性能の実験結果を示すグラフ図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態に係る回帰反射型光電センサの使用例を示す図である。 本発明を透過型光電センサに適用した場合の透過型光電センサの概略構成および光の進行方向を示す図である。

符号の説明

１ 投光素子、２ 投光用レンズ、３ 受光用レンズ、４ 受光素子、５ 回帰反射板、５１ 投光器、５２ 受光器、６０ ワーク、１００ 回帰反射型光電センサ本体部、１０１ 表示灯、１０２ 保護プレート、１０３ ケース、１０４〜１０５ 枠。

Claims (4)

1. 投光素子と、
   前記投光素子からの光を照射する投光用レンズと、
   前記照射された光を反射する回帰反射板と、
   前記反射された光を集光する受光用レンズと、
   前記集光された光を電気信号に変換する受光素子とを備え、
   前記投光素子は、可視光であって赤色より短波長の光を発光する発光素子である回帰反射型光電センサ。
2. 前記投光素子は青色の光を発光する発光素子である請求項１記載の回帰反射型光電センサ。
3. 前記投光素子は青色ＬＥＤである請求項２記載の回帰反射型光電センサ。
4. 前記回帰反射型光電センサは２眼式である請求項１記載の回帰反射型光電センサ。

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