JP2638959B2 - 回帰反射型光電スイッチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の分野〕 本発明は回帰反射型の光電スイッチに関し、特に複屈
折性や鏡面状の反射特性を有する物体を誤動作なく検出
できるようにした回帰反射型の光電スイッチに関するも
のである。

〔従来技術〕

従来の回帰反射型光電スイッチは、第６図に示すよう
に光電スイッチ本体１に夫々投受光素子2a,3aを有する
投光器２及び受光器３を設け、投光器２よりレンズ４を
介して検知領域に光を照射すると共に光電スイッチ本体
１に対向させて光を反射する回帰反射板５を設け、投光
器２より出射した光を回帰反射板５で反射させ、その反
射光をレンズ６を介して受光素子3aで受光するように構
成されている。そして光電スイッチ本体１と回帰反射板
５間を通過する物体によって光が遮光されたときの受光
レベルの低下に基づいて物体を検出している。しかし検
出物体の表面の反射率が高い鏡面状の反射物体の場合に
は、回帰反射板５による反射光と物体からの反射光との
区別がつかず誤動作を生じる。ところで回帰反射板５に
直線偏光の光を入射すると反射光は楕円偏光又は円偏光
となり、入射光と同一の偏光成分の他に直交した偏光成
分の反射光が得られる。従って鏡面状の反射物体を識別
するために投光素子2aの前面に偏光フィルタ７を設け、
直線偏光の光を照射すると共に回帰反射板５で偏光面が
回転した反射光を受光素子3aの前面に設けた偏光フィル
タ８を介して受光することにより回帰反射板５からの反
射光を受光する回帰反射板の光電スイッチが用いられて
いる。こうすれば鏡面状の検出物体についてはその表面
で反射した光の偏光面は回転しないため、受光器３の受
光レベルが低下することとなって物体を検出することが
できる。又受光部の偏光フィルタ８に代えてレンズ６の
背後に偏光ビームスプリッタを配置し、その透過光及び
反射光を検知する一対の受光素子を設けてその差もしく
は比によって遮光する物体を識別するようにした光電ス
イッチも提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかるにこのような従来の反射型光電スイッチでは、
偏光フィルタ7,8の取付角度が直交位置とわずかに変化
すれば、受光レベルが大幅に低下することとなる。従っ
て偏光フィルタの取付角度を正確に直交させる必要があ
り、取付けが困難であるという問題点があった。又物体
の中にはアルミニウムの表面にフィルムが張り付けられ
た物体のように回帰反射板と同じく複屈折特性を有する
物体がある。このように回帰反射板５と同等の偏光特性
を持つ物体は従来の反射型光電スイッチでは判別するこ
とができないという問題点があった。

本発明はこのような従来の回帰反射型光電スイッチの
問題点に鑑みてなされたものであって、偏光フィルタの
取付けを容易にすると共に回帰反射板と同一の偏光特性
を有する物体も確実に検出できるようにすることを技術
的課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は光電スイッチ本体と、該光電スイッチ本体に
対向して配置された反射板と、を具備する回帰反射型光
電スイッチであって、反射板は前記光電スイッチ本体に
対向して配置され、照射される光についての1/4波長板
と、該1/4波長板の背後に設けられ、照射される光の偏
光面を保存して照射方向に反射する回帰反射板と、を有
し、直線偏光された光が照射されたとき該照射方向に該
直線偏光方向と垂直な偏光成分を有する光を反射するも
のであり、光電スイッチ本体は、反射板に直線偏光成分
の光を照射する投光部と、投光部の照射光の偏光方向と
垂直な偏光成分及び水平な偏光成分を持つ反射光を夫々
分離する分離手段と、及び垂直な偏光成分及び水平な偏
光成分を夫々受光する第1,第２の受光素子と、第１の受
光素子より得られる受光信号より第２の受光素子から得
られる受光信号を減算する差分器と、第1,第２の受光素
子の出力を加算する加算器と、差分器及び加算器の波形
整形出力の論理積に基づいて物体を検出する信号処理手
段と、を有することを特徴とするものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本発明によれば、光電スイッ
チ本体の投光部より直線偏光成分を有する光を反射板側
に照射している。これらの間を遮光する物体がなければ
反射板に照射された光は1/4波長板によって円偏光の光
に変換されて回帰反射板に与えられる。そして回帰反射
板そのまま偏光面が保存されて反射され、再び1/4波長
板を通過する際に投光部から照射された光と垂直な直線
偏光成分を有する光が得られる。従って反射光は照射す
る光の偏光方向と垂直な偏光方向を有する光のみが反射
されることとなって受光部に与えられる。受光部ではこ
の反射光のうち照射された光の偏光方向と垂直な偏光成
分を持つ反射光及び水平な反射光を分離し、夫々第1,第
２の受光素子で受光すると共にこれらの出力を差分器と
加算器に与え、夫々の出力レベルの論理積によって物体
を識別するようにしている。このとき物体がなければ第
１の受光素子の出力が大きく、差分器，加算器の出力も
大きいものとなるため、その論理積によって物体がない
状態が検出される。又遮光物体があれば第1,第２の受光
素子から出力が得られず、又鏡面状の物体ではその差分
出力が極めて小さくなるため物体が検出される。又白紙
や鏡面状で複屈折特性を有する物体では第1,第２の受光
素子に得られる出力がほぼ同一となるため、差分出力は
小さい値となって論理積によって物体を識別することが
できる。

〔発明の効果〕

このように本発明では光電スイッチ本体と反射板間を
通過する物体の表面が鏡面状の物体や複屈折特性を持つ
物体等、その表面の反射特性にかかわらず確実に物体を
検出することができるという効果が得られる。

〔実施例の説明〕

第１図は本発明の一実施例による回帰反射型光電スイ
ッチの全体構成を示す図である。本図において光電スイ
ッチ本体10は従来例と同様に反射板11と対向する位置に
設けられる。さて実施例では投光部として発光ダイオー
ド（LED）駆動回路12を有しており、発光ダイオード駆
動回路12によって投光素子である発光ダイオード13が駆
動される。発光ダイオード13は所定の幅の波長を有しラ
ンダムな偏光面を持つ光を出射するものであって、その
光軸上には集束レンズ14及び偏光フィルタ15が設けられ
る。偏光フィルタ15は所定の偏光成分、例えば垂直成分
のみを通過させるものであって、この光を反射板11に導
いている。

さて反射板11の前面には図示のように1/4波長板16が
取付けられる。1/4波長板16は入射する直線偏光を円偏
光に変換するものである。又1/4波長板16の背後には照
射された光の偏光面をそのまま同一方向に反射する偏光
面保存型の回帰反射板17が設けられる。反射板11は後述
するように照射される光の偏光方向とは直角の偏光方向
の光を光電スイッチ本体10側に反射するものである。一
方受光部は反射光を集光する集光レンズ18を有してお
り、更に集光した光が偏光ビームスプリッタ19に導かれ
る。偏光ビームスプリッタ19は照射光の偏光方向と垂直
な偏光方向の反射光を通過させ、照射光と同一の直線偏
光成分の光を反射させる分離手段を構成している。そし
て反射光を透過させる位置に第１の受光素子であるフォ
トダイオード20a,反射光を反射させる位置に第２の受光
素子であるフォトダイオード20bを配置する。これらの
フォトダイオードの出力は信号処理回路21に導かれる。

第２図は受光部の信号処理回路21の詳細な構成を示す
ブロック図である。本図においてフォトダイオード20a,
20bの出力は夫々対数増幅器31a,31bに導かれる。対数増
幅器31a,31bは入力信号a,bに対して夫々loga,logbの信
号を出力する増幅器であって、夫々の出力は差分器32及
び加算器33に与えられる。差分器32は対数増幅器31aの
出力から31bの出力を減算する（loga−logb）ものであ
って10倍の増幅率を有するものとし、その出力は波形整
形器34に与えられる。又加算器33は対数増幅器31a,31b
の出力を加算するものであり、差分器32と同じく10倍の
増幅率を有するものとし、その加算出力を波形整形器35
に与える。波形整形器34,35は夫々所定の閾値レベルが
設定されており、入力信号を所定の閾値によって二値信
号に変換してアンド回路36を与える。アンド回路36は波
形整形器34,35の出力の論理積により物体検知信号を出
力するものである。

次に本実施例による回帰反射型光電スイッチの動作に
ついて説明する。発光ダイオード13はLED駆動回路12に
よって連続的に駆動されランダムな偏光成分を有する光
を集束レンズ14を介して偏光フィルタ15に与える。そう
すれば第１図に示すように直線偏光成分を有する光のみ
が反射板11側に伝えられる。そして反射板11では前面の
1/4波長板16により偏光面が円偏光に変換されて回帰反
射板17に伝えられる。回帰反射板17は偏光面保存型の反
射板であるため、円偏光成分の光をそのまま反射して再
び1/4波長板16に与える。従って円偏光成分の光が再び1
/4波長板16に与えられ、投光部から照射した光と直角な
方向の直線偏光成分を有する光となって光電スイッチ本
体10の受光部に与えられる。そして集光レンズ18はこの
反射光を集光し、偏光ビームスプリッタ19を介して受光
素子20a,20bに与える。このとき光電スイッチ本体10と
反射板11間に光を遮光する物体がない場合，一般の遮光
物体がある場合，表面が鏡面状の物体，白い紙を屈折特
性を有する鏡面状物体を配置したときの夫々の各出力の
例を次表に示す。

（ａ） ここで物体がない場合には、表１に示されてい
るように対数増幅器31aの出力が31bの出力より大きく、
それに対応した差分器32,加算器33より出力が得られ
る。ここで波形整形器34,35の閾値を夫々例えば20mVと
設定しておけば、夫々の出力が「Ｈ」レベルとなるため
その論理積出力も「Ｈ」レベルとなって物体がない状態
が判別される。

（ｂ） 次に一般の遮光物体がある場合には、フォトダ
イオード20a,20bのいずれにも出力が得られないため差
分器32の出力は不定となるが加算器33の出力は0mVとな
る。従ってこれらの論理積信号も「Ｌ」レベルとなって
物体の存在を識別することができる。

（ｃ） 次に鏡面状の物体が通過する場合には、投光部
の直線偏光成分がそのまま受光部の集光レンズ18を介し
て偏光ビームスプリッタ19に与えられる。従ってフォト
ダイオード20aの出力が小さく20bの出力が大きくなり、
対数増幅器31a,31bより例えば表１のような出力が得ら
れる。このため波形整形器34の出力は「Ｌ」レベルとな
り、波形整形器35との論理積出力も「Ｌ」レベルとなっ
て物体を識別することができる。

（ｄ） 次に白い紙を通過させたときには、直線偏光成
分を有する光はランダム偏光となって反射されるため低
いレベルの信号がフォトダイオード20a,20bに得られ
る。従って差分器32の出力がほぼ０となり加算出力が大
きくなる。そのため波形整形器34の出力が「Ｌ」レベル
となり、アンド回路36の論理積出力も「Ｌ」レベルとな
るため物体が検出される。

（ｅ） 次に物体が鏡面状で複屈折特性を有する場合に
は、例えば表１のように対数増幅器31a,31bより比較的
高い同一レベルの出力が得られる。従って差分器32の出
力はほぼ０となり波形整形器34の出力は「Ｌ」レベルと
なる。そのためアンド回路36の論理積出力も「Ｌ」とな
って物体の存在を検出することができる。

尚本実施例は投光部と同一及びこれに垂直な偏光方向
の反射光を分離する分離手段として偏光ビームスプリッ
タ19を用いたが、第３図に示すように偏光ビームスプリ
ッタに代えてハーフミラー41と一対の偏光フィルタ42,4
3によって構成することもできる。即ち第３図において
集光レンズ18の背後には反射光の光軸に沿ってハーフミ
ラー41を設け、ハーフミラー41によって光を二分する。
そしてハーフミラー41を通過する位置に投光部からの光
と垂直な直線偏光成分を有する偏光フィルタ42を介して
フォトダイオード20aを配置し、ハーフミラー41で反射
された光を投光部からの光と同一方向の直線偏光成分を
有する光を通過させる偏光フィルタ43を介してフォトダ
イオード20bを配置する。こうすれば偏光ビームスプリ
ッタ19を用いた第１実施例と同様に、偏光面によって夫
々のフォトダイオード20a,20bに得られる出力が異なる
ため、各種の反射特性を持つ物体に対して表１と同様に
全ての物体を検出することができる。

又第４図に示すように投光素子として発光ダイオード
13に代えて直線偏光成分を有するレーザダイオード44を
用いてもよい。この場合にはLED駆動回路12に代えてレ
ーザダイオードを連続的に駆動するLD駆動回路45によっ
て駆動する。レーザダイオードは直線偏光の光を発光す
るため、偏光フィルタ15を設けることなく直線偏光成分
を有する光を回帰反射板11側に照射することができる。
又レーザダイオード44は単色光であるためその波長に合
わせた1/4波長板16を用いることによって正確に種々の
物体を検出することができる。

更に前述した実施例では偏波面保存型の回帰反射板17
を用いているが、この回帰反射板17に代えてキャッツア
イ46を用いるようにしてもよい。キャッツアイ46は球状
の凹部及びそれに対応する凸レンズが多数配列された反
射板46aと凸レンズ部46bから成り、照射された光の偏波
面を保存してそのまま同一方向に光を反射するものであ
る。従ってキャッツアイ46を用いても前述した各実施例
と同一の効果を得ることができる。

又前述した実施例では投光素子を連続して点灯するよ
うにしているが、第４図に示すように発光ダイオード13
（又はレーザダイオード44）を方形波発振器47を用いて
パルス点灯し、点灯時間のみ受光部で信号を受光するよ
うにして外乱光やノイズに対してより安定に動作させる
ことができる。この場合には対数増幅器31a,31bの出力
側に交流分のみを通過させるためのコンデンサC1,C2を
設け、夫々の出力を差分器32及び加算器33に導く。そし
て夫々の出力を波形整形器34,35を介してアンド回路36
に導くことは前述した実施例と同様である。本実施例で
は方形波発振器47の出力をゲート信号としてアンド回路
36の出力をゲート回路48に与え、その出力を積分器49に
与える。積分器49は断続した信号を連続した信号に変換
するものであって、その出力を波形整形器50に与えて物
体を検知するようにする。こうすれば連続点灯の場合と
異なり外乱光の影響を少なくすることができ、誤動作を
少なくすることができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による回帰反射型光電スイッ
チの全体構成を示す図、第２図は受光部の信号処理回路
の構成を示すブロック図、第３図は本発明の第２の実施
例による回帰反射型光電スイッチの構成を示す図、第４
図は第３の実施例による光電スイッチを示す図、第５図
は第４の実施例による信号処理回路の構成を示すブロッ
ク図、第６図は従来の回帰反射型光電スイッチの例を示
す図である。 10……光電スイッチ本体、11……反射板、12……LED駆
動回路、13……発光ダイオード、14,18……レンズ、15,
41,42……偏光フィルタ、16……1/4波長板、17……回帰
反射板、21……信号処理回路、31a,31b……対数増幅
器、32……差分器、33……加算器、34,35,50……波形整
形器、36……アンド回路、41……ハーフミラー、44……
レーザダイオード、46……キャッツアイ、47……方形波
発振器、48……ゲート回路

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】光電スイッチ本体と、該光電スイッチ本体
   に対向して配置された反射板と、を具備する回帰反射型
   光電スイッチにおいて、 前記反射板は、 前記光電スイッチ本体に対向して配置され、照射される
   光についての1/4波長板と、 該1/4波長板の背後に設けられ、照射される光の偏光面
   を保存して照射方向に反射する回帰反射板と、を有し、 直線偏光された光が照射されたとき該照射方向に該直線
   偏光方向と垂直な偏光成分を有する光を反射するもので
   あり、 前記光電スイッチ本体は、 前記反射板に直線偏光成分の光を照射する投光部と、 前記投光部の照射光の偏光方向と垂直な偏光成分及び水
   平な偏光成分を持つ反射光を夫々分離する分離手段と、 及び前記垂直な偏光成分及び水平な偏光成分を夫々受光
   する第1,第２の受光素子と、 前記第１の受光素子より得られる受光信号より第２の受
   光素子から得られる受光信号を減算する差分器と、 前記第1,第２の受光素子の出力を加算する加算器と、 前記差分器及び加算器の波形整形出力の論理積に基づい
   て物体を検出する信号処理手段と、を有するものである
   ことを特徴とする回帰反射型光電スイッチ。