JP4460097B2 - 光電スイッチ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、所定の検出領域における物体の有無を検出する光電スイッチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、工場の生産ライン等で物体の有無を検出するために光電スイッチが用いられている。光電スイッチは、物体の検出領域に光を投射し、物体からの帰還光を受光することにより、物体の有無を判定するものである。
【０００３】
このような光電スイッチの１つとして、三角測量の原理を応用した三角測距方式の光電スイッチが開発されている。三角測距方式の光電スイッチは距離設定型光電スイッチと呼ばれている。
【０００４】
図１６は従来の三角測距方式の光電スイッチの主要部の構成を示す模式図である。
【０００５】
図１６において、光電スイッチ８００は、発光ダイオード８０１、投光レンズ８０２、受光レンズ８０３およびＰＳＤ（光位置検出素子）８０４を備える。発光ダイオード８０１から出射された光は、投光レンズ８０２を通して検出対象物９００に照射される。検出対象物９００からの反射光は、受光レンズ８０３を通してＰＳＤ８０４の受光面上に光スポットとして受光される。
【０００６】
ＰＳＤ８０４の受光面上での光スポットの位置は、光電スイッチ８００と検出対象物９００との間の距離により変化する。検出対象物９００が光電スイッチ８００に近づくと、光スポットはＰＳＤ８０４の受光面の一端部ｅ１側に形成され、検出対象物９００が光電スイッチ８００から離れると、光スポットはＰＳＤ８０４の受光面上の他端部ｅ２側に形成される。
【０００７】
ＰＳＤ８０４は、受光面上での光スポットの位置に応じた２つの受光信号Ｎ，Ｆを出力する。一方の受光信号ＮはＰＳＤ８０４の受光面の一端部ｅ１から光スポットまでの距離に略比例したレベル（電流値）を有し、他方の受光信号Ｆは受光面の他端部ｅ２から光スポットまでの距離に略比例したレベル（電流値）を有する。したがって、２つの受光信号Ｎ，Ｆを用いて光電スイッチ８００から検出対象物９００までの距離を検出することができる。
【０００８】
発光ダイオード８０１からの投射光の光軸上において、検出対象物からの反射光がＰＳＤ８０４の受光面上に入射可能な範囲が検出領域となる。検出領域内に予め設定位置ＳＴが設定され、設定位置ＳＴに対して光電スイッチ８００に近い側が検出可能範囲となり、設定位置ＳＴに対して光電スイッチ８００から離れた側が非検出範囲となる。光電スイッチ８００は、検出可能範囲からの反射光をＰＳＤ８０４が受光した場合に検出対象物９００が存在すると判定する。
【０００９】
図１７はＰＳＤ８０４から出力される受光信号Ｎ，Ｆを用いた判定処理を説明するための図である。受光信号Ｎと受光信号Ｆとの差（Ｎ−Ｆ）が検出領域内での検出対象物９００の位置に対応する。実際の処理では、受光信号の差（Ｎ−Ｆ）を全受光量に相当する（Ｎ＋Ｆ）で除算することにより正規化を行い、位置信号｛（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）｝を得る。
【００１０】
図１７（ａ）に示すように、位置信号のレベルが予め設定されたしきい値ＴＨよりも高い場合に検出可能範囲内に検出対象物９００が存在すると判定し、図１７（ｂ）に示すように、位置信号のレベルがしきい値ＴＨよりも低い場合に検出可能範囲内に検出対象物９００が存在しないと判定する。このしきい値ＴＨを調整することにより検出領域内の設定位置ＳＴを移動させることができる。
【００１１】
ここで、検出領域の検出可能範囲内に検出対象物が存在すると判定した場合をオン状態と呼び、検出領域の検出可能範囲内に検出対象物が存在しないと判定した場合をオフ状態と呼ぶ。
【００１２】
一般に、検出対象物９００が白い場合には、反射率が高くなるため、ＰＳＤ８０４での受光量が多くなり、受光信号Ｎ，Ｆのレベルが高くなる。これに対して、検出対象物９００が黒い場合には、反射率が低くなるため、ＰＳＤ８０４での受光量が少くなり、受光信号Ｎ，Ｆのレベルが低くなる。上記のように、ＰＳＤ８０４を用いた光電スイッチ８００では、受光信号の差（Ｎ−Ｆ）を全受光量に相当する（Ｎ＋Ｆ）で除算することにより、位置信号｛（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）｝のレベルは検出対象物９００の色に依存しなくなる。
【００１３】
しかし、受光信号Ｎ，Ｆに含まれるノイズのために位置信号｛（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）｝にもノイズが生じる。そのため、検出領域の検出可能範囲内で検出対象物９００が設定位置ＳＴの近傍に存在する場合または検出領域の非検出範囲内で背景物体９０１が設定位置ＳＴの近傍に存在する場合には、ノイズにより光電スイッチ８００が誤動作する可能性がある。
【００１４】
そこで、通常は、設定位置ＳＴの近傍において、検出結果がオフ状態からオン状態に変化する地点（オン点）と検出結果がオン状態からオフ状態に変化する地点（オフ点）とを異なる位置に設定し、これらのオン点とオフ点との間では、検出結果が変化しないようにする。このようなオン点とオフ点との間隔を応差と呼ぶ。
【００１５】
しかしながら、受光信号Ｎ，Ｆに含まれるノイズの大きさは、検出対象物９００の色によらずに一定となるので、位置信号｛（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）｝に含まれるノイズの成分比率は、検出対象物９００が黒い場合ほど大きくなる。そのため、検出対象物９００が黒い場合に光電スイッチ８００が誤動作しないように、大きな応差が要求される。したがって、たとえば、ベルトコンベア上で搬送される厚さの薄い検出対象物を検出することが困難となる。
【００１６】
そこで、応差を小さくするために２分割フォトダイオードを用いた光電スイッチが提案されている。
【００１７】
図１８は２分割フォトダイオードを用いた従来の三角測距方式の光電スイッチの主要部の構成を示す模式図である。
【００１８】
図１８において、光電スイッチ７００は、発光ダイオード７０１、投光レンズ７０２、受光レンズ７０３および２分割フォトダイオード７０４を備える。２分割フォトダイオード７０４は、２分割された受光面７０４ａ，７０４ｂを有する。
【００１９】
発光ダイオード７０１から出射された光は、投光レンズ７０２を通して検出対象物９００に照射される。検出対象物９００からの反射光は、受光レンズ７０３を通して２分割フォトダイオード７０４により受光される。それにより、２分割フォトダイオード７０４の受光面７０４ａまたは７０４ｂに光スポットが形成される。２分割フォトダイオード７０４は、受光面７０４ａ，７０４ｂでの受光量に応じた２つの受光信号Ｎ，Ｆをそれぞれ出力する。
【００２０】
発光ダイオード７０１からの投射光の光軸上に予め設定位置ＳＴが設定される。この設定位置ＳＴは、検出結果がオン状態とオフ状態との間で変化する地点を表す。受光レンズ７０３および２分割フォトダイオード７０４からなる光学系は、設定位置ＳＴからの反射光が受光面７０４ａ，７０４ｂの境界に入射するように、矢印Ｒの方向に揺動可能に設けられている。
【００２１】
発光ダイオード７０１からの投射光の光軸上において、検出対象物からの反射光が２分割フォトダイオード７０４の受光面７０１ａ，７０１ｂ上に入射可能な範囲が検出領域となる。検出領域内で設定位置ＳＴに対して光電スイッチ７００に近い側が検出可能範囲となり、設定位置ＳＴに対して光電スイッチ７００から離れた側が非検出範囲となる。
【００２２】
検出対象物が設定位置ＳＴに存在すると、光スポットは２分割フォトダイオード７０４の受光面７０４ａ，７０４ｂの境界に形成される。それにより、受光信号Ｎ，Ｆのレベルが等しくなる。
【００２３】
検出対象物が設定位置ＳＴよりも光電スイッチ７００に対して近くの位置に存在すると、光スポットは２分割フォトダイオード７０４の受光面７０４ａ上に形成される。それにより、受光信号Ｎのレベルが受光信号Ｆのレベルよりも高くなる。
【００２４】
検出対象物が設定位置ＳＴよりも光電スイッチ７００から離れた位置に存在すると、光スポットは２分割フォトダイオード７０４の受光面７０４ｂ上に形成される。それにより、受光信号Ｆのレベルが受光信号Ｎのレベルよりも高くなる。
【００２５】
したがって、２つの受光信号Ｎ，Ｆの差（Ｎ−Ｆ）を位置信号として用いることができる。検出対象物が設定位置ＳＴに存在する場合には、図１９（ｂ）に示すように、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルは０となる。図１９（ａ）に示すように、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルが正のときには、検出対象物が検出可能範囲に存在すると判定し、検出結果はオン状態になる。図１９（ｃ）に示すように、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルが負のときには、検出対象物が検出可能範囲に存在しないと判定し、検出結果はオフ状態になる。
【００２６】
回転調整器を用いて受光レンズ７０３および２分割フォトダイオード７０４からなる光学系を矢印Ｒの方向に動かすことにより、設定位置ＳＴおよび検出領域を調整することができる。
【００２７】
光電スイッチ７００においては、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルは、検出対象物の色により変化する。ただし、設定位置ＳＴでの位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルは検出対象物の色によらず０で一定になる。また、位置信号（Ｎ−Ｆ）のノイズの大きさは検出対象物の色によらず一定となる。そのため、応差を小さくすることができる。したがって、たとえば、ベルトコンベア上で搬送される厚さの薄い検出対象物を検出することが可能となる。
【００２８】
図２０は従来の光電スイッチにおける設定位置の設定方法を説明するための模式図である。光電スイッチ７００には、設定位置調整用の回転調整器７１０、検出結果を表示する検出表示灯７１１および検出の安定性を示す安定性表示灯７１２が設けられている。
【００２９】
まず、図２０（ａ）に示すように、検出対象物９００を光電スイッチ７００の前方の所定の位置に配置し、検出表示灯７１１が点灯するまで回転調整器７１０を右に回す。
【００３０】
次に、図２０（ｂ）に示すように、検出対象物９００を取り除き、背景物体９０１に光が投射される状態で検出表示灯７１１が点灯するまで回転調整器７１０をさらに右に回す。背景物体９０１がない場合には、回転調整器７１０を最大位置に設定する。
【００３１】
さらに、図２０（ｃ）に示すように、回転調整器７１０を左に戻し、図２０（ａ）の位置と図２０（ｂ）の位置との中間位置に設定する。それにより、検出対象物９００の位置と背景物体９０１の位置との中間に設定位置ＳＴが設定される。
【００３２】
この状態で、検出対象物９００が存在する場合に検出表示灯７１１および安定性表示灯７１２が点灯し、検出対象物９００が存在しない場合に検出表示灯７１１が消灯し、安定性表示灯７１２が点灯することを確認する。安定性表示灯７１２が点灯しない場合には、設定位置ＳＴと検出対象物９００の位置との間または設定位置ＳＴと背景物体９０１との間の余裕度が小さいため、再調整を行う。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、２分割フォトダイオード７０４を用いた従来の光電スイッチ７００においては、受光レンズ７０３および２分割フォトダイオード７０４からなる光学系を動かすことにより、設定位置ＳＴおよび検出領域が移動するので、検出領域に光学的な原点が存在しない。そのため、検出領域における検出対象物の絶対的な位置を把握することが困難である。
【００３４】
また、図２０に示したように、検出表示灯７１１および安定性表示灯７１２を見ながら回転調整器７１０を回すことにより設定位置ＳＴを設定および調整するので、設定された設定位置ＳＴを正確に把握することができない。
【００３５】
そのため、検出対象物と設定位置ＳＴとの間の余裕度の程度を把握することも困難である。したがって、検出対象物と設定位置ＳＴとの相対的な位置関係を微妙に調整することが困難となる。
【００３６】
本発明の目的は、検出領域内の設定位置と検出対象物との相対的な位置関係を容易かつ正確に認識することができ、かつ応差を小さくすることができる光電スイッチを提供することである。
【００３７】
本発明の他の目的は、検出領域内の設定位置と検出対象物との相対的な位置関係を容易かつ正確に認識することができるとともに、検出領域内の検出対象物の位置を容易かつ正確に認識することができ、かつ応差を小さくすることができる光電スイッチを提供することである。
【００３８】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
（１）第１の発明
第１の発明に係る光電スイッチは、検出領域に光を投射するとともに検出領域からの帰還光を受光する投受光部を有し、三角測距方式により検出領域における物体の有無を検出する光電スイッチであって、検出領域には、設定位置が設定されるとともに、設定位置を基準として投受光部に近い側および遠い側の一方に検出結果が非検出状態から検出状態へ変化するオン点が設定可能であり、設定位置を基準として投受光部に近い側および遠い側の他方に検出結果が検出状態から非検出状態へ変化するオフ点が設定可能であり、投受光部を通して検出領域に光を投射する発光手段と、投受光部を通して検出領域からの帰還光を受光する２分割された第１および第２の受光面を有し、第１および第２の受光面での受光量に応じた第１および第２の受光信号をそれぞれ出力する受光手段と、設定位置の設定の際に、検出領域内に設定される設定位置からの反射光を受光手段の受光面の境界で受けることにより受光手段により出力される第１および第２の受光信号の差が０となるように受光手段を調整するための調整手段と、受光手段により出力される第１および第２の受光信号の差を位置信号として算出し、算出された位置信号をオン点に対応する位置信号の値と比較することにより検出領域に物体が無い状態から検出領域に物体が有る状態に変化したことを検出し、算出された位置信号をオフ点に対応する位置信号の値と比較することにより検出領域に物体が有る状態から検出領域に物体が無い状態に変化したことを検出する検出手段と、受光手段から出力される第１および第２の受光信号を用いて設定位置に対する検出領域内の物体の近接度を示す近接情報を算出する近接情報算出手段と、近接情報算出手段により算出された近接情報を表示する近接情報表示手段とを備え、近接情報は、物体が設定位置にある状態で最大となるとともに物体が投受光部に近い側および遠い側における検出領域の端部にある場合に最小となるものである。
【００３９】
本発明に係る光電スイッチにおいては、発光手段により投受光部を通して検出領域に光が投射されるとともに、検出領域からの帰還光が受光手段の２分割された第１および第２の受光面で受光される。受光手段から出力される第１および第２の受光信号から設定位置に対する検出領域内の物体の近接度を示す近接情報が近接情報算出手段により算出されて出力される。また、近接情報表示手段により近接情報が表示される。
【００４０】
近接情報は設定位置に対する検出領域内の物体の近接度を示しているので、ユーザは近接情報表示手段により表示される近接情報を見ることにより検出領域内の設定位置と物体との相対的な位置関係を容易かつ正確に認識することができる。それにより、検出領域内の設定位置と物体との間の余裕度を容易かつ正確に認識することができる。したがって、検出領域内での設定位置と物体との相対的な位置関係を微妙に調整することが可能となる。
【００４１】
なお、受光手段の２分割された第１および第２の受光面での受光量に応じた第１および第２の受光信号にノイズが生じる場合には、誤検出を防止するために、検出領域内の設定位置の近傍に応差を設ける必要がある。ここで、応差とは、検出結果が非検出状態（オフ状態）から検出状態（オン状態）に変化するオン点と検出結果が検出状態（オン状態）から非検出状態（オフ状態）に変化するオフ点との間隔である。
検出手段により、受光手段により出力される第１および第２の受光信号の差が位置信号として算出される。また、検出手段により、算出された位置信号がオン点に対応する位置信号の値と比較されることにより検出領域に物体が無い状態から検出領域に物体が有る状態に変化したことが検出される。さらに、検出手段により、算出された位置信号がオフ点に対応する位置信号の値と比較されることにより検出領域に物体が有る状態から検出領域に物体が無い状態に変化したことが検出される。
本発明に係る光電スイッチにおいて、受光手段の２分割された第１および第２の受光面での受光量に応じた第１および第２の受光信号の差を用いて検出領域内での物体の有無を検出する場合、第１および第２の受光信号におけるノイズが互いに相殺されるので、検出結果の精度が物体の反射率によらず一定となる。そのため、物体の反射率にかかわらず応差を小さくすることができる。
【００４２】
（２）第２の発明
第２の発明に係る光電スイッチは、第１の発明に係る光電スイッチの構成において、発光手段、受光手段、検出手段、位置設定手段、調整手段、近接情報算出手段、および近接情報表示手段を収容するケーシングと、検出手段の検出結果を表示する表示灯と、検出手段の検出結果を外部に出力するための出力ケーブルとをさらに備え、ケーシングは、長方形状の前面部と、前面部に対向する長方形状の背面部と、互いに対向する第１および第２の端面部と、背面部と第２の端面部との間に形成された角部とを有し、投受光部は、前面部に設けられ、近接情報表示手段は、背面部に設けられ、表示灯は、第１の端面部に設けられ、出力ケーブルが、角部に接続されたものである。
【００４３】
この場合、発光手段、受光手段、検出手段、位置設定手段、調整手段、近接情報算出手段、および近接情報表示手段がケーシングに収容される。ケーシングの第１の端面部に設けられた表示灯により検出手段の検出結果が表示される。また、ケーシングの角部に接続された出力ケーブルにより、検出手段の検出結果が外部に出力される。
【００４５】
（３）第３の発明
第３の発明に係る光電スイッチは、第２の発明に係る光電スイッチの構成において、検出手段により算出された位置信号と設定位置に対応する位置信号の値との差が所定値以上である安定状態、および検出手段により算出された位置信号と設定位置に対応する位置信号の値との差が所定値よりも小さい不安定状態のいずれかを示す安定性情報を記憶するメモリをさらに備え、表示灯は、メモリに記憶された安定性情報をさらに表示するものである。
【００４６】
この場合、安定状態および不安定状態のいずれかを示す安定性情報がメモリに記憶され、メモリに記憶された安定性情報が表示灯により表示される。
【００４８】
（４）第４の発明
第４の発明に係る光電スイッチは、第３の発明に係る光電スイッチの構成において、表示灯は、検出手段の検出結果を表示する検出表示用発光ダイオードと、安定性情報を表示する安定性表示用発光ダイオードとからなるものである。
【００４９】
この場合、検出表示用発光ダイオードにより検出手段の検出結果が表示される。また、安定性表示用発光ダイオードにより安定性情報が表示される。
【００５０】
（５）第５の発明
第５の発明に係る光電スイッチは、第３または第４の発明に係る光電スイッチの構成において、メモリは、検出手段の検出結果、および近接情報算出手段により算出された近接情報をさらに記憶し、近傍情報表示手段は、メモリに記憶された検出結果、安定性情報および近接情報を切り換え表示するものである。
【００５１】
この場合、検出手段の検出結果、および近接情報算出手段により算出された近接情報が、メモリによりさらに記憶される。また、近傍情報表示手段により、メモリに記憶された検出結果、安定性情報および近接情報が切り替え表示される。
【００５２】
（６）第６の発明
第６の発明に係る光電スイッチは、第１〜第５のいずれかの発明に係る光電スイッチの構成において、受光手段から出力される受光信号を用いて設定位置に対する検出領域内の物体の変位の方向を検出し、変位の方向を変位情報として出力する変位検出手段と、変位検出手段から出力された変位情報を表示する変位情報表示手段とをさらに備えたものである。
この場合、受光手段から出力される受光信号を用いて設定位置に対する検出領域内の物体の変位の方向が変位検出手段により検出され、変位の方向が変位情報として出力される。そして、変位情報表示手段により変位情報が表示される。
ユーザは変位情報表示手段により表示された変位情報を見ることにより検出領域内で設定位置に対する物体の変位の方向を容易に認識することができる。したがって、検出領域内での物体の位置を容易かつ正確に認識することができる。
【００５４】
（７）第７の発明
第７の発明に係る光電スイッチは、第６の発明に係る光電スイッチの構成において、変位検出手段は、受光手段から出力される受光信号を用いて設定位置に対する検出領域内の物体の変位の量をさらに検出し、変位の方向および変位の量を変位情報として出力するものである。
この場合、受光手段から出力される受光信号を用いて設定位置に対する検出領域内の物体の変位の方向および変位の量が変位検出手段により検出され、変位の方向および変位の量が変位情報として出力される。そして、変位情報表示手段により変位情報が表示される。
ユーザは変位情報表示手段により表示された変位情報を見ることにより検出領域内で設定位置に対する物体の変位の方向および変位の量を容易に認識することができる。したがって、検出領域内での物体の位置をさらに容易かつ正確に認識することができる。
【００５８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施例における三角測距方式の光電スイッチの構成を示すブロック図である。図２（ａ）は図１の光電スイッチを一方向から見た外観斜視図、図２（ｂ）は図１の光電スイッチを他方向から見た外観斜視図である。
【００５９】
図２に示すように、ケーシング１０の前面部には、検出領域に光を投射するとともに検出領域からの帰還光を受ける投受光部２０が設けられ、背面部には後述する表示部３０が設けられている。ケーシング１０の一方の端面部には表示灯６０が設けられ、背面部と他方の端面部との間の角部には出力ケーブル７０が接続されている。ケーシング１０の側面部は光電スイッチ１を固定するために用いられる。
【００６０】
図１に示すように、光電スイッチ１は、ＬＥＤ（発光ダイオード）２１、投光レンズ２２、受光レンズ２３、２分割フォトダイオード２４、制御回路８１、増幅器８２，８３、ＬＥＤ（発光ダイオード）駆動回路８４、表示部３０、および表示灯６０を備える。２分割フォトダイオード２４は、２分割された受光面２４ａ，２４ｂを有する。受光レンズ２３および２分割フォトダイオード２４からなる光学系は、後述する設定位置からの反射光が受光面２４ａ，２４ｂの境界に入射するように、回転調整器により矢印Ｒの方向に揺動可能に設けられている。制御回路８１はメモリ８８を内蔵する。
【００６１】
投光レンズ２２および受光レンズ２３が投受光部２０を構成する。また、ＬＥＤ２１、２分割フォトダイオード２４、制御回路８１、増幅器８２，８３およびＬＥＤ駆動回路８４は図１のケーシング１０に内蔵される。
【００６２】
ＬＥＤ駆動回路８４は、制御回路８１の制御によりＬＥＤ２１を駆動する。それにより、ＬＥＤ２１が光を出射する。ＬＥＤ２１から出射された光は、投光レンズ２２を通して検出領域における検出対象物５００に投射される。検出対象物５００からの反射光は、受光レンズ２３を通して２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａまたは２４ｂに光スポットとして受光される。２分割フォトダイオード２４は、受光面２４ａ，２４ｂでの受光量に応じた２つの受光信号Ｎ，Ｆをそれぞれ出力する。
【００６３】
２分割フォトダイオード２４から出力される受光信号Ｎ，Ｆは、それぞれ増幅器８２，８３を介して制御回路８１に与えれられる。制御回路８１は、図１９を用いて説明したように、受光信号Ｎ，Ｆを用いた判定処理を行う。すなわち、制御回路８１は、受光信号Ｎ，Ｆから位置信号（Ｎ−Ｆ）を算出し、その位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルを基準値（例えば０）と比較することにより検出領域における検出対象物５００の有無を検出する。
【００６４】
また、制御回路８１は、検出結果および検出の安定性を表示灯６０に表示させるとともに、検出結果を示す検出信号ＤＴを出力ケーブル７０を通して外部に出力する。
【００６５】
ここで、検出領域の検出可能範囲内に検出対象物が存在すると判定した場合をオン状態と呼び、検出領域の検出可能範囲内に検出対象物が存在しないと判定した場合をオフ状態と呼ぶ。また、検出の安定性とは、検出領域の検出可能範囲内に検出対象物が存在する場合および存在しない場合において位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルと基準値との差で表わし、その差が所定値以上のときに安定状態と呼び、その差が所定値よりも小さいときに不安定状態と呼ぶ。
【００６６】
さらに、制御回路８１は、後述する近接情報、後述する変位情報、検出対象物の検出結果を示す検出情報、検出の安定性を示す安定性情報、エラー情報等の各種情報をメモリ８８に記憶させる。
【００６７】
また、制御回路８１は、メモリ８８に記憶された近接情報、変位情報、検出情報、安定性情報、エラー情報等の各種情報を表示部３０に切り換え表示させる。
【００６８】
本実施例では、ＬＥＤ２１が発光手段に相当し、２分割フォトダイオード２４が受光手段に相当し、回転調整器が調整手段に相当し、制御回路８１が検出手段、近接情報算出手段および変位検出手段に相当する。また、表示部３０が近接情報表示手段および変位情報表示手段に相当する。
【００６９】
図３（ａ），（ｂ）は近接情報および変位情報を説明するための模式図である。
【００７０】
図３（ａ）に示すように、ＬＥＤ２１からの投射光の光軸上において、検出対象物からの反射光が２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂに入射可能な範囲が検出領域Ｄ０となる。検出領域Ｄ０内に予め設定位置ＳＴが設定される。この設定位置ＳＴは、検出領域Ｄ０からの反射光に基づく検出結果がオン状態とオフ状態とに変化する位置を意味する。
【００７１】
ＬＥＤ２１からの投射光の光軸上に予め設定位置ＳＴが設定される。この設定位置ＳＴは、検出結果がオン状態とオフ状態との間で変化する地点を表す。受光レンズ２３および２分割フォトダイオード２４からなる光学系は、設定位置ＳＴからの反射光が受光面２４ａ，２４ｂの境界に入射するように、回転調整器を用いて調整される。
【００７２】
ＬＥＤ２１からの投射光の光軸上において、検出対象物からの反射光が２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂに入射可能な範囲が検出領域Ｄ０となる。検出領域Ｄ０において光電スイッチ１に最も近い端部Ｐ１と設定位置ＳＴとの間が検出可能範囲Ｄ１となり、光電スイッチ１から最も離れた端部Ｐ２と設定位置ＳＴとの間が非検出範囲Ｄ２となる。
【００７３】
図３（ｂ）に示すように、受光レンズ２３および２分割フォトダイオード２４からなる光学系を矢印Ｒ１の方向に揺動させると、設定位置ＳＴは矢印Ｘ１で示すように光電スイッチ１に近づく方向に移動する。この場合、検出領域Ｄ０も光電スイッチ１に近づく方向に移動する。受光レンズ２３および２分割フォトダイオード２４からなる光学系を矢印Ｒ１と逆の方向に揺動させると、設定位置ＳＴは矢印Ｘ１と逆に光電スイッチ１から離れる方向に移動する。この場合、検出領域Ｄ０も光電スイッチ１から離れる方向に移動する。
【００７４】
検出領域Ｄ０内で設定位置ＳＴに対する検出対象物の近接度が近接情報で表される。近接情報の値は、設定位置ＳＴで最大となり、設定位置ＳＴからの距離に比例して小さくなり、検出領域Ｄ０の端部Ｐ１，Ｐ２で最小となる。例えば、設定位置ＳＴの近接情報の値が１００に設定され、検出領域Ｄ０の端部Ｐ１，Ｐ２の近接情報の値が０に設定される。
【００７５】
このような近接情報により検出領域Ｄ０内での設定位置ＳＴと検出対象物との相対的な位置関係を容易かつ正確に認識することができる。
【００７６】
また、検出領域Ｄ０内で設定位置ＳＴに対する検出対象物の変位の量および変位の方向が設定位置ＳＴを原点とする変位情報で表される。変位の量は、設定位置ＳＴで最小となり、設定位置ＳＴからの距離に比例して大きくなり、検出領域Ｄ０の端部Ｐ１，Ｐ２で最大となる。また、変位の方向は、設定位置ＳＴに対して光電スイッチ１から離れた側と光電スイッチ１に近い側とで逆になる。例えば、設定位置ＳＴの変位情報の値が０に設定され、検出領域Ｄ０の端部Ｐ１の変位情報の値が−５０に設定され、検出領域Ｄ０の端部Ｐ２の変位情報の値が＋５０に設定される。この場合は、符号“−”は変位の方向が設定位置ＳＴに対して光電スイッチ１に近づく方向であることを示し、符号“＋”は変位の方向が設定位置ＳＴに対して光電スイッチ１から離れる方向であることを示している。
【００７７】
このような変位情報により検出領域Ｄ０内での検出対象物の位置を容易かつ正確に認識することができる。
【００７８】
図４は２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂ上の光スポットの位置と受光信号Ｎ，Ｆおよび位置信号（Ｎ−Ｆ）との関係を示す図である。
【００７９】
図４の−Ｓ１，Ｓ０，＋Ｓ１は、２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａの中心、受光面２４ａ，２４ｂの境界および受光面２４ｂの中心をそれぞれ表す。
【００８０】
図４（ａ）において、２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂ上の光スポットの位置を破線の丸印で示す。本例では、２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂの一辺と光スポットの直径とが同一であるものとする。図４（ｂ）に示すように、受光信号Ｎのレベルは、光スポットの中心が受光面２４ａの中心−Ｓ１に位置するときに最大となり、光スポットが受光面２４ａから完全に外れると０になる。図４（ｃ）に示すように、受光信号Ｆのレベルは、光スポットの中心が受光面２４ｂの中心＋Ｓ１に位置するときに最大となり、光スポットが受光面２４ｂから完全に外れると０となる。
【００８１】
それにより、図４（ｄ）に示すように、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルは、光スポットの中心が受光面２４ａ，２４ｂの境界Ｓ０に位置するときに０となる。また、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルは、光スポットの中心が受光面２４ａの中心−Ｓ１に位置するときに正の最大となり、光スポットの中心が受光面２４ｂの中心＋Ｓ１に位置するときに負の最大となる。
【００８２】
したがって、位置信号（Ｎ−Ｆ）を用いて２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂ上の光スポットの中心位置を算出することができる。
【００８３】
例えば、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルが０である場合には、光スポットの中心は受光面２４ａ，２４ｂの境界Ｓ０に位置すると判定することができる。また、位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルが正の場合には、光スポットの中心は受光面２４ａ，２４ｂの境界Ｓ０と受光面２４ａの中心−Ｓ１との間に位置すると判定することができる。位置信号（Ｎ−Ｆ）のレベルが負の場合には、光スポットの中心は受光面２４ａ，２４ｂの境界Ｓ０と受光面２４ｂの中心＋Ｓ１との間に位置すると判定することができる。
【００８４】
図１の制御回路８１は、受光信号Ｎ，Ｆおよび位置信号（Ｎ−Ｆ）を用いて２分割フォトダイオード２４の受光面２４ａ，２４ｂ上の光スポットの中心位置を算出し、その算出結果に基づいて上記の近接情報および変位情報を算出する。
【００８５】
図５は設定位置ＳＴ近傍における位置信号（Ｎ−Ｆ）の拡大図である。
図５において、オン点は検出結果がオフ状態からオン状態に変化する点であり、オフ点は検出結果がオン状態からオフ状態に変化する点である。オン点は、設定位置ＳＴよりも所定距離だけ光電スイッチ１に近い側に設定されており、オフ点は、設定位置ＳＴよりも所定距離だけ光電スイッチ１から離れた側に設定されている。オン点とオフ点との間隔が応差となる。
【００８６】
本実施例の光電スイッチ１においては、位置信号（Ｎ−Ｆ）に生じるノイズの大きさが検出対象物の色（反射率）によらず一定となるので、応差を小さくすることができる。したがって、より厚さの薄い検出対象物の検出が可能となる。
【００８７】
近接情報を用いて応差の設定を行うことができる。例えば、より厳密な検出を行う場合には、近接情報の値が１００に近い位置にオン点およびオフ点を設定する。また、検出対象物の振動、検出対象物の色の変化、検出対象物の角度の変化等のある程度の許容度を持って検出を行う場合は、近接情報の値が小さくなる位置にオン点およびオフ点を設定する。
【００８８】
図６は図１の光電スイッチ１における表示灯６０を示す図である。
図６に示すように、表示灯６０には、検出結果を表示する検出表示用ＬＥＤ（発光ダイオード）６２ａおよび検出の安定性を表示する安定性表示用ＬＥＤ（発光ダイオード）６２ｂが内蔵される。
【００８９】
検出結果がオン状態のときには検出表示用ＬＥＤ６２ａが点灯し、検出結果がオフ状態のときには検出表示用ＬＥＤ６２ａが消灯する。また、検出の安定性が安定状態の場合には安定性表示用ＬＥＤ６２ｂが点灯し、検出の安定性が不安定状態の場合には安定性表示用ＬＥＤ６２ｂが消灯する。
【００９０】
図７は図１の光電スイッチ１における表示部３０の第１の例を示す模式図である。図７に示すように、表示部３０は、変位情報表示部３１および近接情報表示部３２を含む。図７の例では、変位情報表示部３１は、７セグメントＬＥＤ（発光ダイオード）または液晶表示装置からなり、変位情報を正負の符号および数値でデジタル表示する。また、近接情報表示部３２は、１列に配列された複数のＬＥＤ（発光ダイオード）からなり、近接情報を棒グラフ状にバー表示する。
【００９１】
図８は図１の光電スイッチ１における表示部３０の第２の例を示す模式図である。図８に示すように、表示部３０は、変位情報表示部３１および近接情報表示部３２を含む。図８の例では、変位情報表示部３１は、１列に配列された複数のＬＥＤからなり、変位情報をバー表示する。また、近接情報表示部３２は、同様に、１列に配列された複数のＬＥＤからなり、近接情報をバー表示する。
【００９２】
図９は図１の光電スイッチ１における表示部３０の第３の例を示す模式図である。図９に示すように、表示部３０は、変位情報／近接情報表示部３３を含む。変位情報／近接情報表示部３３は、７セグメントＬＥＤまたは液晶表示装置からなり、変位情報および近接情報を切り換え表示する。変位情報は、正負の符号および数値でデジタル表示され、近接情報は、数値でデジタル表示される。
【００９３】
図１０は図１の光電スイッチ１における表示部３０の第４の例を示す模式図である。図１０に示すように、表示部３０は、変位情報表示部３１および近接情報表示部３２を含む。図１０の例では、変位情報表示部３１は、１列に配列された複数のＬＥＤからなり、変位情報をバー表示する。また、近接情報表示部３２は、７セグメントＬＥＤまたは液晶表示装置からなり、近接情報を数値でデジタル表示する。
【００９４】
図１１は図７の表示部３０の使用状態を示す模式図である。
図１１（ａ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で端部Ｐ１に近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１に「−４０」が表示され、近接情報表示部３２の１つのＬＥＤが点灯する。
【００９５】
図１１（ｂ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１に「−１０」が表示され、近接情報表示部３２の４つのＬＥＤが点灯する。
【００９６】
図１１（ｃ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の設定位置ＳＴに存在する場合には、変位情報表示部３１に「０」が表示され、近接情報表示部３２のすべてのＬＥＤが点灯する。
【００９７】
図１１（ｄ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１に「＋１０」が表示され、近接情報表示部３２の４つのＬＥＤが点灯する。
【００９８】
図１１（ｅ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で端部Ｐ２に近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１に「＋４０」が表示され、近接情報表示部３２の１つのＬＥＤが点灯する。
【００９９】
図１２は図８の表示部３０の使用状態を示す模式図である。
図１２（ａ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で端部Ｐ１に近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から左端までの３つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２の１つのＬＥＤが点灯する。
【０１００】
図１２（ｂ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から左隣の２つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２の４つのＬＥＤが点灯する。
【０１０１】
図１２（ｃ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の設定位置ＳＴに存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部のＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２のすべてのＬＥＤが点灯する。
【０１０２】
図１２（ｄ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から右隣の２つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２の４つのＬＥＤが点灯する。
【０１０３】
図１２（ｅ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で端部Ｐ２に近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から右端までの３つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２の１つのＬＥＤが点灯する。
【０１０４】
図１３は図９の表示部３０の使用状態を示す模式図である。
図１３（ａ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で端部Ｐ１に近い位置に存在する場合には、変位情報／近接情報表示部３３に変位情報として「−４０」が表示され、近接情報として「２０」が表示される。
【０１０５】
図１３（ｂ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報／近接情報表示部３３に変位情報として「−１０」が表示され、近接情報として「８０」が表示される。
【０１０６】
図１３（ｃ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の設定位置ＳＴに存在する場合には、変位情報／近接情報表示部３３に変位情報として「０」が表示され、近接情報として「１００」が表示される。
【０１０７】
図１３（ｄ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報／近接情報表示部３３に変位情報として「＋１０」が表示され、近接情報として「８０」が表示される。
【０１０８】
図１３（ｅ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で端部Ｐ２に近い位置に存在する場合には、変位情報／近接情報表示部３３に変位情報として「＋４０」が表示され、近接情報として「２０」が表示される。
【０１０９】
図１４は図１０の表示部３０の使用状態を示す模式図である。
図１４（ａ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で端部Ｐ１に近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から左端までの３つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２に「２０」が表示される。
【０１１０】
図１４（ｂ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から左隣の２つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２に「８０」が表示される。
【０１１１】
図１４（ｃ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の設定位置ＳＴに存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部のＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２に「１００」が表示される。
【０１１２】
図１４（ｄ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で設定位置ＳＴに近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から右隣の２つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２に「８０」が表示される。
【０１１３】
図１４（ｅ）に示すように、検出対象物５００が検出領域Ｄ０の非検出範囲Ｄ２内で端部Ｐ２に近い位置に存在する場合には、変位情報表示部３１の中央部から右端までの３つのＬＥＤが点灯し、近接情報表示部３２に「２０」が表示される。
【０１１４】
上記のように、本実施例の光電スイッチ１においては、表示部３０に近接情報および変位情報を表示させることができるので、ユーザは、近接情報により設定位置ＳＴに対する検出対象物の相対的な位置関係を容易かつ正確に認識することができるとともに、変位情報により検出領域Ｄ０内での検出対象物の位置を容易かつ正確に認識することができる。したがって、設定位置ＳＴと検出対象物との相対的な位置関係を容易かつ正確に調整することが可能となる。
【０１１５】
なお、上記実施例では、検出領域Ｄ０において光電スイッチ１に近い側に検出可能範囲Ｄ１が設定され、光電スイッチ１から離れた側に非検出範囲Ｄ２が設定されているが、図１５に示すように、検出領域Ｄ０において光電スイッチ１に近い側に非検出範囲Ｄ２が設定され、光電スイッチ１から離れた側に検出可能範囲Ｄ１が設定されてもよい。この場合にも、検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内に検出対象物が存在する場合に検出結果がオン状態となり、検出可能範囲Ｄ１内に検出対象物が存在しない場合に検出結果がオフ状態となる。図１５の例では、検出領域Ｄ０の検出可能範囲Ｄ１内の検出対象物５００を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における三角測距方式の光電スイッチの構成を示すブロック図である。
【図２】図１の光電スイッチを一方向および他方向から見た外観斜視図である。
【図３】近接情報および変位情報を説明するための模式図である。
【図４】２分割フォトダイオードの受光面上の光スポットの位置と受光信号および位置信号との関係を示す図である。
【図５】設定位置近傍における位置信号の拡大図である。
【図６】図１の光電スイッチにおける表示灯を示す図である。
【図７】図１の光電スイッチにおける表示部の第１の例を示す模式図である。
【図８】図１の光電スイッチにおける表示部の第２の例を示す模式図である。
【図９】図１の光電スイッチにおける表示部の第３の例を示す模式図である。
【図１０】図１の光電スイッチにおける表示部の第４の例を示す模式図である。
【図１１】図７の表示部の使用状態を示す模式図である。
【図１２】図８の表示部の使用状態を示す模式図である。
【図１３】図９の表示部の使用状態を示す模式図である。
【図１４】図１０の表示部の使用状態を示す模式図である。
【図１５】検出領域における検出可能範囲および非検出範囲の他の設定例を示す図である。
【図１６】ＰＳＤを用いた従来の三角測距方式の光電スイッチの主要部の構成を示す模式図である。
【図１７】ＰＳＤから出力される受光信号を用いた判定処理を説明するための図である。
【図１８】２分割フォトダイオードを用いた従来の三角測距方式の光電スイッチの主要部の構成を示す模式図である。
【図１９】２分割フォトダイオードから出力される受光信号を用いた判定処理を説明するための図である。
【図２０】図１８の光電スイッチにおける設定位置の設定方法を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１ 光電スイッチ
２１ ＬＥＤ
２２ 投光レンズ
２３ 受光レンズ
２４ ２分割フォトダイオード
２４ａ，２４ｂ 受光面
３０ 表示部
３１ 変位情報表示部
３２ 近接情報表示部
３３ 変位情報／近接情報表示部
５００ 検出対象物
Ｄ０ 検出領域
Ｄ１ 検出可能範囲
Ｄ２ 非検出範囲
ＳＴ 設定位置

Claims (7)

1. 検出領域に光を投射するとともに検出領域からの帰還光を受光する投受光部を有し、三角測距方式により検出領域における物体の有無を検出する光電スイッチであって、
   前記検出領域には、設定位置が設定されるとともに、前記設定位置を基準として前記投受光部に近い側および遠い側の一方に検出結果が非検出状態から検出状態へ変化するオン点が設定可能であり、前記設定位置を基準として前記投受光部に近い側および遠い側の他方に検出結果が検出状態から非検出状態へ変化するオフ点が設定可能であり、
   前記投受光部を通して前記検出領域に光を投射する発光手段と、
   前記投受光部を通して前記検出領域からの帰還光を受光する２分割された第１および第２の受光面を有し、前記第１および第２の受光面での受光量に応じた第１および第２の受光信号をそれぞれ出力する受光手段と、
   前記設定位置の設定の際に、前記検出領域内に設定される設定位置からの反射光を前記受光手段の前記受光面の境界で受けることにより前記受光手段により出力される第１および第２の受光信号の差が０となるように前記受光手段を調整するための調整手段と、
   前記受光手段により出力される第１および第２の受光信号の差を位置信号として算出し、算出された位置信号を前記オン点に対応する位置信号の値と比較することにより前記検出領域に物体が無い状態から前記検出領域に物体が有る状態に変化したことを検出し、算出された位置信号を前記オフ点に対応する位置信号の値と比較することにより前記検出領域に物体が有る状態から前記検出領域に物体が無い状態に変化したことを検出する検出手段と、
   前記受光手段から出力される第１および第２の受光信号を用いて前記設定位置に対する前記検出領域内の物体の近接度を示す近接情報を算出する近接情報算出手段と、
   前記近接情報算出手段により算出された近接情報を表示する近接情報表示手段とを備え、
   前記近接情報は、前記物体が前記設定位置にある状態で最大となるとともに物体が前記投受光部に近い側および遠い側における前記検出領域の端部にある場合に最小となることを特徴とする光電スイッチ。
2. 前記発光手段、前記受光手段、前記検出手段、前記位置設定手段、前記調整手段、近接情報算出手段、および前記近接情報表示手段を収容するケーシングと、
   前記検出手段の検出結果を表示する表示灯と、
   前記検出手段の検出結果を外部に出力するための出力ケーブルとをさらに備え、
   前記ケーシングは、長方形状の前面部と、前記前面部に対向する長方形状の背面部と、互いに対向する第１および第２の端面部と、前記背面部と前記第２の端面部との間に形成された角部とを有し、
   前記投受光部は、前記前面部に設けられ、
   前記近接情報表示手段は、前記背面部に設けられ、
   前記表示灯は、前記第１の端面部に設けられ、
   前記出力ケーブルが、前記角部に接続されたことを特徴とする請求項１記載の光電スイッチ。
3. 前記検出手段により算出された位置信号と前記設定位置に対応する位置信号の値との差が所定値以上である安定状態、および前記検出手段により算出された位置信号と前記設定位置に対応する位置信号の値との差が所定値よりも小さい不安定状態のいずれかを示す安定性情報を記憶するメモリをさらに備え、
   前記表示灯は、前記メモリに記憶された安定性情報をさらに表示することを特徴とする請求項２記載の光電スイッチ。
4. 前記表示灯は、前記検出手段の検出結果を表示する検出表示用発光ダイオードと、前記安定性情報を表示する安定性表示用発光ダイオードとからなることを特徴とする請求項３記載の光電スイッチ。
5. 前記メモリは、前記検出手段の検出結果、および前記近接情報算出手段により算出された近接情報をさらに記憶し、
   前記近傍情報表示手段は、前記メモリに記憶された前記検出結果、前記安定性情報および前記近接情報を切り換え表示することを特徴とする請求項３または４記載の光電スイッチ。
6. 前記受光手段から出力される受光信号を用いて前記設定位置に対する前記検出領域内の物体の変位の方向を検出し、変位の方向を変位情報として出力する変位検出手段と、
   前記変位検出手段から出力された変位情報を表示する変位情報表示手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電スイッチ。
7. 前記変位検出手段は、前記受光手段から出力される受光信号を用いて前記設定位置に対する前記検出領域内の物体の変位の量をさらに検出し、変位の方向および変位の量を変位情報として出力することを特徴とする請求項６記載の光電スイッチ。

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