JP4860197B2 - 距離設定型光電センサー - Google Patents

Description

本発明は、対象物に向けて光を投光する投光部と、対象物からの反射光を受光する受光素子を含む受光部と、受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を求めることにより対象物までの距離を求めると共に基準距離との比較結果を出力する主制御部と、投光部の光軸と受光部の光軸とが成す角度である測距角を調整するための測距角調整機構とを備えた距離設定型光電センサーに関する。

光を用いた三角測距によって対象物までの距離を検出する三角測距式の光電センサーは、位置センサー又は変位センサーと呼称されることもあり、以下に説明するような原理を利用している。図１８に示すように、光電センサーのヘッド部１１には、投光部２１と受光部２０が内蔵されている。投光部２１は発光素子２１１及び投光レンズ２１２を含み、受光部２０は受光素子２００及び受光レンズ２０１を含んでいる。そして、発光素子２１１から投光された光が投光レンズ２１２を通って対象物（以下、ワークという）ＷＫに投光され、ワークＷＫで反射した光が受光レンズ２０１を通って受光素子２００の受光面に入射するように構成されている。受光素子２００として、入射光の受光面におけるスポット位置又は光量分布の重心位置を検出可能なＰＳＤ（位置検出半導体素子）やＣＣＤ（固体撮像素子）等が使用される。

図１８において、ワークＷＫの位置が実線の位置から破線の位置（ＷＫ’）へ、すなわちヘッド部１１へ近づく方向に移動すると、受光素子２００に入射する反射光が破線で示すように変化し、受光素子２００の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置が矢印で示すようにＦ側（離間側）からＮ側（接近側）へ移動する。逆に、ワークＷＫがヘッド部１１から遠ざかる方向に移動すれば受光素子２００の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置は矢印と逆の方向に移動する。したがって、受光素子２００の受光面における受光スポットの位置又は光量分布の重心位置を検出することによって、ワークＷＫまでの距離又はその変位を検出することができる。

このような光電センサーは通常、ワークＷＫまでの距離を検出して表示すると共に、検出結果（検出距離）と予め設定したしきい値（基準距離）との比較結果をＯＮ又はＯＦＦの二値信号として表示し、外部へ出力する機能を有する。例えば、ワークＷＫまでの距離が基準距離より近ければＯＮ表示（出力）を行い、ワークＷＫまでの距離が基準距離より遠い（又はワークＷＫが存在しない）場合はＯＦＦ表示（出力）を行う。このような機能を有する三角測距式光電センサーを特に距離設定型光電センサーという。

上記のような三角測距式光電センサーで検出可能な対象物までの距離の範囲は、図１８から分かるように、受光素子２００の受光面の大きさと光学系の定数（投光部２１と受光部２０との間隔や受光レンズ２０１の倍率等）によって決まる。ワークＷＫの位置が検出可能な距離の範囲から外れると、反射光の受光スポットが受光素子２００の受光面から外れてしまい検出不可能となる。受光レンズ２０１の倍率を大きくすれば、小さな受光素子（受光面）で広い距離範囲をカバーすることができるが、分解能が低下するデメリットがある。

そこで、近距離から遠距離までの広い距離範囲をカバーする方法として、図１８に示すように、投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが成す角度（以下、測距角という）ＭＡを変更設定可能とした三角測距式光電センサーが実用化されている。図１８に示す構成では、受光素子２００及び受光レンズ２０１を含む受光部２０が軸心ＡＸ周りに所定の角度範囲内で回動可能に構成されており、これによって測距角ＭＡを変更設定（調整）できるようにしている。このような測距角を調整するための測距角調整機構の具体的な構造が例えば特許文献１に記載されている。

特許文献１の測距角調整機構は、ウォームギアとそれに噛合する歯車を外周の一部に備えたカムとを用いて構成されている。ウォームギアの一端側が回転操作部としてヘッド部の上面に露出しており、これを回転操作すればウォームギアの回転に伴ってカムが回動する。カムは、ウォームギアの軸に直角な方向の軸心周りに回動し、これによって受光素子及び受光レンズを含む受光部がカムの回転軸心と平行な軸心周りに回動する。
特開平６−１６８６５２号公報

上記のような測距角調整機構を備えたヘッド部は、当然のことながら測距角調整機構を備えていないヘッド部に比べて外形寸法が大きくなってしまう。しかし、距離設定型光電センサーの用途によっては、ヘッド部を製造設備等の狭いスペースに設置する必要があり、測距角調整機構を備えたヘッド部を使用できない場合があった。このため、測距角調整機構を備えたヘッド部の小形化が要望されている。例えば、３０×３０×１０ｍｍ程度の略直方体ケースにヘッド部を収めることが要望されている。

しかしながら、特許文献１のように、ウォームギアとそれに噛合する歯車を備えたカムとを用いて測距角調整機構を構成した場合は、ウォームギアとそれに噛合する歯車との加工精度を確保することが難しいので小形化に限界があった。このため、ヘッド部の小形化が可能な新たな構造の測距角調整機構を開発する必要があった。本発明はこのような課題に鑑みて為されたものであり、その主たる目的は小形化が可能な測距角調整機構を備えたヘッド部を有する距離設定型光電センサーを提供することにある。また、測距角調整機構を用いて行う測距角の手動調整がし易く、かつ精度良くできるようにすることも本発明の目的である。

本発明による距離設定型光電センサーの第１の構成は、対象物に向けて光を投光する投光部と、前記対象物からの反射光を受光する受光素子を含む受光部と、前記受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を求めることにより前記対象物までの距離を求める主制御部と、前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが成す角度である測距角を調整するための測距角調整機構とを備えた距離設定型光電センサーであって、前記投光部、前記受光部及び前記測距角調整機構がケースに収容され、前記測距角調整機構は、前記ケースに対して所定の角度範囲内で回動自在に枢支された前記投光部又は前記受光部のホルダーと、前記ケース外部から回転操作可能な回転操作部と、前記回転操作部が一端側に設けられた送り螺子と、前記ホルダーとリンク機構で接続され直線移動自在であって、且つ前記送り螺子に螺合する雌螺子を有するナット部材と、を備え、前記リンク機構は、前記ナット部材に設けられた係合突起と、前記送り螺子の軸方向に略直角な方向に延びるように前記ホルダーに形成された係合溝とから構成されており、前記回転操作部を介した回転操作により前記送り螺子が回転したときに、前記ナット部材が前記送り螺子の軸方向に直線移動し、前記ナット部材の係合突起が前記ホルダーの係合溝に沿って移動しながら前記ホルダーを回動させることを特徴とする。

このような構成によれば、回転操作部が設けられた送り螺子とナット部材とからなる螺子送り機構を用いて測距角調整機構を構成しているので、従来例に述べたウォームギアとカムを用いた構造に比べて小形化が可能である。つまり、従来例の構造ではウォームギアとそれに噛合する歯車との加工精度を確保することが難しいので小形化に限界があるが、本発明の螺子送り機構を用いた測距角調整機構は構造が比較的簡単であり、加工精度を高めることが難しい部品を使用していないので、小形化が比較的容易である。したがって、投光部、受光部及び測距角調整機構がケースに収容されたヘッド部の外形を従来のものより大幅に小さくすることができるようになる。

本発明による距離設定型光電センサーの第３の構成は、上記第２の構成における具体構成を示すものであり、前記ホルダーと前記ナット部材とを接続するリンク機構は、前記ナット部材に設けられた係合突起と前記ホルダーに設けられた係合溝とからなり、前記係合溝は前記送り螺子の軸方向に略直角な方向に延びるように形成されており、前記送り螺子を回転操作したときに前記ナット部材が前記送り螺子の軸方向に移動すると、前記ナット部材の係合突起が前記ホルダーの係合溝に沿って移動しながら前記ホルダーを回動させるように構成されていることを特徴とする。

このような構成によれば、ナット部材に設けられた係合突起とホルダーに設けられた係合溝とからなる簡単なリンク機構でホルダーとナット部材とを接続するので、部品点数を増やすことなく簡素な構造の測距角調整機構を実現することができる。このような簡素な構造でホルダーを回動させる場合に回動可能な角度範囲が制限されるが、１５度程度の角度範囲は十分確保可能であり、測距角調整機構としてはこの程度の回動角度範囲が確保できれば問題ない。これにより、ヘッド部の小形化とコスト低減が可能になる。

本発明による距離設定型光電センサーの第４の構成は、上記第３の構成において、前記ホルダーの回動可能な角度範囲にわたって、前記係合溝の延びる方向が前記送り螺子の軸方向に直角な方向から一方向に傾斜するように設定され、これによって前記測距角が大きいほど前記送り螺子の単位回転角当たりの前記ホルダーの角度変化量が小さくなるように構成されていることを特徴とする。つまり、測距角が大きいほど係合溝の延びる方向の傾きが大きくなるので、送り螺子の単位回転角（すなわちナット部材の単位移動量）当たりのホルダーの回転方向成分の移動量が小さくなる（係合突起の係合溝に沿う移動量が大きくなる）。この結果、測距角が大きいほど、すなわち対象物が近いほどホルダーの角度変化量が小さくなり、調整精度が高くなる。これは、ほとんどの用途で望ましいことである。

本発明による距離設定型光電センサーの第５の構成は、上記第２から第４のいずれかの構成において、前記送り螺子の軸方向中央部のみに前記ナット部材の雌螺子と螺合する雄螺子が形成され、前記ナット部材が送り螺子の軸方向両端側へ移動すれば前記送り螺子が空回りするように構成され、前記送り螺子の軸方向両端側から中央に向けて前記ナット部材を付勢する一対の弾性部材が設けられていることを特徴とする。このような構成によれば、送り螺子を回転操作し続けたときに、ホルダーの回動角度が規制限界に達する前にナット部材の雌螺子が送り螺子の雄螺子から外れて送り螺子が空回りするので、測距角調整機構の各部に無理な力が掛かることによる機械的な破壊やダメージを回避することができる。そして、一対の弾性部材（例えばコイルバネ）によってナット部材が送り螺子の軸方向中央に向けて付勢されているので、送り螺子が空回りしている状態から逆方向に回転操作すれば再びナット部材の雌螺子が送り螺子の雄螺子に螺合し、ホルダーが逆方向に回動するようになる。

本発明による距離設定型光電センサーの第６の構成は、上記第２から第５のいずれかの構成において、前記ケースの投光側及び受光側の面と反対側の面に前記送り螺子の回転操作部が露出していることを特徴とする。このような構成によれば、距離設定型光電センサーのヘッド部を設備等に固定（設置）した状態で測距角の調整を行う際の作業性が良い。例えば、ヘッド部の投光側及び受光側の面が下向きになるようにヘッド部が設置される場合に、送り螺子の回転操作部がヘッド部の上面に露出しているので、回転操作部を回転操作して測距角を調整する作業を行いやすい。

本発明の距離設定型光電センサーによれば、回転操作部が設けられた送り螺子とナット部材とからなる螺子送り機構を用いて測距角調整機構を構成しているので、ウォームギアとカムを用いた従来の構造に比べて小形化を実行しやすく、ひいては、投光部、受光部及び測距角調整機構をケースに収容したヘッド部の外形を従来のものより大幅に小さくすることが可能となる。また、測距角が大きいほど、すなわち対象物が近いほどホルダーの角度変化量が小さくなるようにして調整精度を高め、あるいはケースの投光側及び受光側の面と反対側の面に送り螺子の回転操作部を露出させた構造により測距角を調整する作業を行いやすくすることが可能である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図１は、本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーの外観を示す斜視図である。この実施例の距離設定型光電センサーは、いわゆるアンプ分離型であり、ヘッド部１１とアンプ部１２が電気ケーブル１３で接続された構成を有する。

アンプ部１２は薄型直方体形状のケース１２１を有し、その前端側にはヘッド部１１に接続された電気ケーブル１３が接続され、後端側には上位の制御装置（ＰＬＣ等）に接続された電気ケーブル１４が接続されている。ケース１２１の下面１２２には、ＤＩＮレール（機器取付用規格レール）に装着するための構造が備えられている。複数のアンプ部１２を重ねるように並べてＤＩＮレールに取り付けることができ、その際にアンプ部１２の側面に設けられたコネクタ１２３によって隣接するアンプ部１２との電気的な接続をとることができる。

アンプ部１２の上面には、検出結果である検出距離や予め設定する基準距離の数値表示等に使用される８桁（４桁×２）の７セグメントＬＥＤを用いたディジタル表示器１２４と、検出距離と基準距離との比較結果を表示するための出力インジケータ（発光ダイオード）１２５が設けられている。また、基準距離の設定、動作モードや表示モードの切り替え等に使用される複数の押釦スイッチ１２６〜１２８が設けられている。さらに、本実施例の距離設定型光電センサーは基準距離を２個設定して記憶することができ、現在いずれの基準距離を使用しているかを示す基準距離インジケータ１２９が設けられている。

これらのディジタル表示器１２４、インジケータ１２５，１２９及び押釦スイッチ１２６〜１２８を保護するための透明樹脂製の保護カバー１３０が設けられ、図１では保護カバー１３０を開いた状態が示されている。保護カバー１３０はアンプ部１２の後端側上部に設けられたヒンジ部で枢支されており、これを閉じた状態ではディジタル表示器１２４、インジケータ１２５，１２９及び押釦スイッチ１２６〜１２８を含むアンプ部１２の上面パネル（表示・操作パネル）が保護カバー１３０で覆われるようになっている。

ヘッド部１１は、略直方体の樹脂製のケース１１１に発光素子を含む投光部と受光素子を含む受光部、そして電子回路等が内蔵されたものである。投光部の発光素子から発した光ＬＢがヘッド部１１の前面から対象物（以下ワークという）ＷＫに向けて投光され、ワークＷＫからの反射光ＬＢ’が受光部の前面から受光素子に入射する。

ケース１１１の背面（投光側及び受光側の面と反対側の面）の一端側（図１では下側）からはアンプ部１２に接続された電気ケーブル１３が引き出され、他端側（図１では上側）には判定インジケータ（ＯＮ／ＯＦＦ表示灯）１１２が設けられている。この判定インジケータ１１２は、アンプ部１２の出力インジケータ１２５と同様に、検出距離と基準距離との比較結果を表示するためのものである。例えば、検出距離が基準距離より小さい（すなわちワークＷＫの位置が近い）ときに判定インジケータ１１２が点灯し、検出距離が基準距離より大きい（すなわちワークＷＫの位置が遠い、又はワークＷＫが存在しない）ときに判定インジケータ１１２が消灯する。

また、ヘッド部１１には投光部の光軸と受光部の光軸とが成す角度である測距角（図１８における角度ＭＡ）をワークＷＫまでの大まかな距離に応じて調整（設定）するための測距角調整機構（測距角調整手段）が内蔵されており、その回転操作部であるトリマー１１３がケース１１１の背面に露出している。また、３個の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる測距角調整ガイドインジケータ１１４がケース１１１の背面に設けられ、トリマー１１３に近接するように配置されている。この測距角調整ガイドインジケータ１１４は、ユーザーがトリマー１１３を回転させて測距角の調整（設定）を行う際に調整すべき方向と最適な調整状態を表示する機能を有する。

図２は、本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーのヘッド部の内部概略構造を示す図である。これは、図１におけるヘッド部１１を左側面から透視した図に相当する。また、図３は、受光素子及び受光レンズのホルダーを示す図である。図３（ａ）はホルダーの側面から見た図であり、図３（ｂ）はホルダーの背面から見た図である。図２において、ヘッド部１１（ケース１１１）の内部空間の前面側一端部（図２では左上側）には発光素子２１１及び投光レンズ２１２を含む投光部２１が内蔵されている。また前面側他端部（図２では左下側）から中央部にわたる広い空間は、受光素子２００、受光レンズ２０１及びそれらのホルダー２０２を含む受光部２０が占めている。

受光部２０は、ケース１１１に対して枢支軸ＡＸを中心に所定の角度範囲内で回動自在に枢支されている。この枢支構造は、樹脂成形品であるホルダー２０２の略中央部から突出する軸部（図３の２０２ｄ）がケース１１１の側面１１１ａに形成された軸受孔（図１６の１１１ｈ）に係合することによって実現されている。ホルダー２０２の下側にはケース側面と平行な（枢支軸ＡＸに垂直な）ホルダー側接触面２０２ａが形成されている。ケース１１１の下面１１１ｂから側面１１１ａと平行に延びるように設けられた固定側接触部１１１ｃの面（固定側接触面）がホルダー側接触面２０２ａと面接触する。同様に、ホルダー２０２の上側にもケース側面と平行なホルダー側接触面２０２ｂが形成されている。このホルダー側接触面２０２ｂに面接触する固定側接触面を有する固定側接触部材１１１ｄが固定螺子１１１ｅによってケース１１１の側面１１１ａに固定されている。ホルダー２０２に設けられたホルダー側接触面２０２ａ、２０２ｂが、ケース１１１の固定側接触部１１１ｃ及びケース１１１に固定された固定側接触部材１１１ｄに設けられた固定側接触面と面接触することによって、摩擦力でホルダー２０２の回動姿勢を保持するように構成されている。このホルダー２０２の回動姿勢を保持する構造については後で説明を加える。

上記のようなホルダー２０２を枢支軸ＡＸ周りに回動させる調整操作部として、送り螺子１３１とナット部材１３２とが設けられている。これらを含む調整操作部の動作を図２から図４と図１５を参照して説明する。図４は、送り螺子１３１の軸方向に移動してホルダー２０２を回動させるナット部材１３２の斜視図である。また、図１５は、ホルダー２０２（受光部２０）の離間側回動姿勢及び接近側回動姿勢を示す図面である。

送り螺子１３１は一端側に回転操作部１１３を備え、これは図１に示したケース１１１の背面に露出しているトリマー１１３に相当する。送り螺子１３１の軸方向中央部には雄螺子１３１ａが形成され、この雄螺子１３１ａに螺合する雌螺子１３２ａがナット部材１３２に形成されている。送り螺子１３１は、ケース１１１の側面１１１ａに立設された一対の送り螺子支持部１１１ｆ、１１１ｇに設けられた支持孔に挿通されるようにして保持されている。また、送り螺子１３１と平行に、送り螺子支持部１１１ｆ、１１１ｇの間に架け渡されるようにして傾き防止ロッド１３３が設けられている。傾き防止ロッド１３３は、ナット部材１３２に雌螺子１３２ａの孔と平行に形成された貫通孔１３２ｂに挿通されている。送り螺子１３１、ナット部材１３２、及び傾き防止ロッド１３３は金属製である。

図２に示すように、ナット部材１３２の下端部はケース前面側（図２では左側）に向かって直角に折れ曲がり、その先端部にはホルダー２０２の枢支軸ＡＸと平行に突出する円柱状の係合突起１３２ｃが設けられている。他方、ホルダー２０２のホルダー側接触面２０２ｂからケース背面側（図２では右側）に続く部分（ケース側面に平行な面）には、ナット部材１３２の係合突起１３２ｃに係合する係合溝２０２ｃが形成されている。

上記のような調整操作部の構造によって、ホルダー２０２を枢支軸ＡＸ周りに回動させる手動調整を行うことができる。すなわち、トリマー１１３を矢印線で示すように回転操作すると、送り螺子１３１の回転に伴ってナット部材１３２が矢印線で示すように前後方向（図２では左右方向）に移動する。その結果、ナット部材１３２の係合突起１３２ｃがホルダー２０２の係合溝２０２ｃに沿って移動しながらホルダー２０２に枢支軸ＡＸ周りの回転力を与える。このように、ユーザーがトリマー１１３を回転操作すると、ホルダー２０２の回動姿勢（角度）が変化するので、受光部２０の角度、ひいては測距角（図１８における角度ＭＡ）を変更設定することができる。

なお、ナット部材１３２の雌螺子と螺合する送り螺子１３１の雄螺子１３１ａは、送り螺子１３１の軸方向中央部のみに形成されている。つまり、ナット部材１３２が可動範囲の端部（送り螺子１３１の軸方向両端部）まで移動すると、ナット部材１３２の雌螺子１３２ａが送り螺子１３１の雄螺子１３１ａから外れるように構成されている。したがって、この状態でトリマー１１３の回転操作を続けても送り螺子１３１は空回り状態となり、これによって各部材の機械的な損傷が防がれる。

また、送り螺子１３１に外嵌するように一対のコイルバネ（弾性部材）１３４が設けられ、これらがナット部材１３２を送り螺子１３１の軸方向両端側から中央に向けて付勢している。したがって、送り螺子１３１が空回りする状態から逆方向にトリマー１１３を回転操作すれば、再びナット部材１３２の雌螺子が送り螺子１３１の雄螺子１３１ａに螺合し、ナット部材１３２が送り螺子１３１の軸方向に移動するようになる。図１５（ａ）には、投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが成す角度である測距角ＭＡ（図１８参照）が最も小さくなるときの受光部２０の姿勢、すなわち離間側回動姿勢が示されている。また、図１５（ｂ）には、逆に測距角ＭＡが最も大きくなるときの受光部２０の姿勢、すなわち接近側回動姿勢が示されている。

図１５から分かるように、受光部２０のホルダー２０２に形成された係合溝２０２ｃは、ホルダー２０２の回動可能な角度範囲にわたって、送り螺子１３１の軸方向に直角な方向から一方向（図では右側）に傾斜するように設定されている。したがって、図１５（ａ）に示す離間側回動姿勢よりも図１５（ｂ）に示す接近側回動姿勢の方が係合溝２０２ｃの傾きが大きくなる。ナット部材１３２が送り螺子１３１の軸方向に沿って単位距離だけ移動するときに、その係合突起１３２ｃがホルダー２０２の係合溝２０２ｃに沿って移動しながらホルダー２０２を枢支軸ＡＸ周りに所定角度だけ回転させるが、この所定角度は係合溝２０２ｃの傾斜が大きくなるほど小さくなる。また、送り螺子１３１の回転角度とナット部材１３２の移動距離とは比例関係にある。したがって、図１５（ａ）に示す離間側回動姿勢から図１５（ｂ）に示す接近側回動姿勢に近づくほど、送り螺子１３１を単位角度だけ回転操作したときのホルダー２０２の回動角度が小さくなる。このことは、ワークＷＫが近いほど（接近側位置にあるほど）送り螺子１３１の単位回転角度当たりのホルダー２０２の角度変化量が小さくなり、調整精度が高くなることを意味する。このような設計は、ほとんどの用途で望ましいことである。

上記のような測距角調整機構の構造により、ユーザーはトリマー１１３を回転操作して、受光素子２００、受光レンズ２０１及びホルダー２０２を含む受光部２０の角度姿勢、ひいては投光部２１の光軸ＯＸと受光部２０の光軸ＩＸとが成す角度である測距角ＭＡを調整することができる。測距角ＭＡはワークＷＫまでの大まかな距離に応じて調整（設定）される。具体的な調整手順の例については後述する。

また、本実施例の距離設定型光電センサーでは、受光部２０の回動姿勢を保持するための構造を、その枢支軸ＡＸに垂直な面同士の摩擦力を利用した簡単な手段で実現している。つまり、前述のケース１１１及びそれに固定された固定側接触部材１１１ｄに形成された固定側接触面とホルダー側接触面２０２ａ及び２０２ｂとの面接触による摩擦が利用されている。この構造について図２、図１６及び図１７を参照しながら説明を加える。図１６は受光部、板バネ及びケースの分解斜視図であり、図１７は受光部、板バネ及びケースの関係を示す側面視の部分断面図である。図１６は図２におけるケース１１１の側面１１１ａを下側にして描かれており、図１６（ａ）は斜め下方から見た図を示し、図１６（ｂ）は斜め上方から見た図を示している。図１７もケース側面１１１ａを下側にして描かれている。

図１６（ｂ）に示されているように、ヘッド部のケース１１１の側面１１１ａ（図１６では底面）には、ホルダー２０２から突出する軸部２０２ｄを枢支する軸受孔１１１ｈが形成され、これを中心に略上下方向（図１６では左右方向）に延びる板バネ固定溝１１１ｋがケース側面１１１ａの内側に形成されている。この板バネ固定溝１１１ｋには、ケース側面１１１ａとホルダー２０２との間に介在してホルダー２０２を枢支軸ＡＸの方向に付勢する弾性部材である板バネ１３５が装着される。

板バネ１３５は、リン青銅のような板金を打ち抜き及び折り曲げ加工して形成され、長手方向中央部にはホルダー２０２から突出する軸部２０２ｄが挿通される貫通孔１３５ａが形成されている。この貫通孔１３５ａを中心に長手方向に延びる平板部がケース側面１１１ａの板バネ固定溝１１１ｋに装着される。また、ホルダー２０２に当接して枢支軸ＡＸの方向にホルダー２０２を押圧するホルダー押圧部１３５ｂが長手方向両端部に折り曲げ加工によって形成されている。

ヘッド部１１の組み立て工程において、ケース側面１１１ａの板バネ固定溝１１１ｋに板バネ１３５を装着し、ホルダー２０２のホルダー側接触面２０２ｂをケース１１１の固定側接触部１１１ｃの内側（図１６では下側）に潜り込ませるようにして受光部２０をケース側面１１１ａに対して押さえつける。そして、図２に示したように、ホルダー２０２の上側のホルダー側接触面２０２ｂを押さえつける固定側接触部材１１１ｄを固定螺子１１１ｅによってケース１１１の側面１１１ａに固定する。この結果、図１７に示すように、ケース側面１１１ａと、ホルダー２０２との間に板バネ１３５が変形した状態で挟み込まれ、その復元力によってホルダー２０２が枢支軸ＡＸの方向（図１６及び１７では上方）に付勢する。そして、図１７の断面に示すように、ホルダー側接触面２０２ａと固定側接触部１１１ｃの接触面（固定側接触面１１１ｃａ）とが面接触する。

なお、図１６及び図１７において、固定側接触部１１１ｃの上側（固定側接触面１１１ｃａと反対側）には補強用リブ１１１ｃｂが形成されている。また、図１７において、ホルダー２０２の右側のみにホルダー側接触面２０２ａと固定側接触面１１１ｃａとの面接触の断面構造が示されているが、ホルダー２０２の左側も同様に、ホルダー側接触面２０２ｂと固定側接触部材１１１ｄの接触面との面接触が形成されている。

上記のように、ホルダー２０２の枢支軸ＡＸに垂直なホルダー側接触面２０２ａ及び２０２ｂと固定側接触面との面接触による摩擦力を利用して、ホルダー２０２がケース１１１に対してがたつき無く固定され、ホルダー２０２の回動姿勢が保持される。前述の調整操作部によってホルダー２０２を回動させる力がホルダー２０２に加わり、その力が上記の摩擦力を超えればホルダー２０２は回動する。調整操作部からホルダー２０２に加わる力が無くなれば（摩擦力以下になれば）ホルダー２０２の回動は停止し、その角度姿勢が調整後の状態として保持される。これによって、ヘッド部１１に振動や衝撃が加わったときに受光部２０が簡単に動いてしまうことは回避される。複雑なロック機構を設ける必要がないので、ヘッド部１１の小形化とコスト低減が可能になる。

図２に戻って、ヘッド部１１のケース１１１の内部において、右辺（背面側）及び上辺から中央部にかけて略三角形状の破線の輪郭で示すように、プリント配線板１４１が収容されている。このプリント配線板１４１には、発光素子２１１等の駆動回路や受光素子２００の出力信号の処理回路等が実装されている。発光素子２１１及び受光素子２００とプリント配線板１４１との電気接続は、それぞれフレキシブル配線板１４２及び１４３を用いて行われている。特に、受光素子２００とプリント配線板１４１との電気接続のためのフレキシブル配線板１４３は図示のように折り曲げられている。これは、測距角の調整に伴って受光素子２００の位置がプリント配線板１４１に対して移動するので、この変位をフレキシブル配線板１４３の折り曲げ部が吸収できるようにするためである。

また、図２では省略しているが、図１に示した判定インジケータ１１２のＬＥＤが右上コーナー部に装着され、プリント配線板１４１に電気接続される。また、図１４に示すように、調整ガイドインジケータ１１４（図１参照）を構成する３個のＬＥＤ１１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃが別の小さいプリント配線板１４４に実装され、プリント配線板１４４とプリント配線板１４１とが基板間コネクタ（図示せず）で電気接続されている。図１４は、調整ガイドインジケータ１１４のＬＥＤが実装されたプリント配線板１４４と送り螺子１３１や傾き防止ロッド１３３との位置関係を示している。

プリント配線板１４４は縦長の形状で、幅方向の一端側が送り螺子１３１及び傾き防止ロッド１３３を逃げるように曲線状に切りかかれている。この端部に沿って、図１４にハッチング領域１１４ａで示すように、銅箔パターン（導電パターン）が形成されている。この銅箔パターン１４４ａはグランド（ＧＮＤ）ラインに接続されている。これにより、ヘッド部１１の背面から露出した金属製の送り螺子１３１の操作部（トリマー）１１３が外部から印可された静電気パルスを拾ったときに、その電荷が送り螺子１３１からプリント配線板１４４の銅箔パターン１４４ａを経由してグランドラインへ放電される。この結果、静電気パルスが信号ラインに重畳されて誤動作や誤検出が生ずることを防ぐことができる。

なお、プリント配線板１４４が両面銅箔基板で作製されている場合は銅箔パターン１４４ａを両面に設けることが好ましい。もちろん片面のみの銅箔パターン１４４ａであっても、上記の静電気パルスを放電させる効果を奏することが可能である。また、図１４では、銅箔パターン（ハッチング領域）１４４ａがプリント配線板１４４の右端部に沿って比較的長い領域に形成されているが、例えば耐静電気試験の結果に応じて、十分な長さや幅の銅箔パターン１４４ａを設ければよい。

次に、距離設定型光電センサーの全体の回路構成について説明する。図５は本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーの回路構成を示すブロック図である。ヘッド部１１に内蔵された受光部２０の受光素子２００として、本実施例の距離設定型光電センサーでは二分割ＰＤ（二分割フォトダイオード）が用いられている。二分割ＰＤは、ＰＳＤ（位置検出半導体素子）やＣＣＤ（固体撮像素子）に比べて安価であることが大きなメリットである。

図６は、二分割ＰＤから得られる受光信号について説明するための図である。二分割ＰＤである受光素子２００は受光面が２つに（図６では上下に）分割されており、各分割受光面から個別の受光量信号（Ｎ及びＦ）が得られる。一方の分割受光面をＮ側（接近側）受光面といい、他方の分割受光面をＦ側（離間側）受光面という。また、受光スポット位置（又は受光量分布の重心位置）を模式的に示すために、灰色に塗りつぶした円で受光スポットＳＰを表している。

図６（ｂ）に示すように受光スポットＳＰがＮ側受光面とＦ側受光面との境界に位置するときに両方の分割受光面から同等の受光量信号が得られる（Ｎ＝Ｆ）。また、図６（ａ）に示すように受光スポットＳＰがＮ側受光面に偏ると、Ｎ側受光面から得られる受光量ＮがＦ側受光面から得られる受光量Ｆより大きくなる（Ｎ＞Ｆ）。逆に図６（ｃ）に示すように受光スポットＳＰがＦ側受光面に偏ると、Ｆ側受光面から得られる受光量ＦがＮ側受光面から得られる受光量Ｎより大きくなる（Ｎ＜Ｆ）。したがって、Ｎ側受光面から得られる受光量ＮとＦ側受光面から得られる受光量Ｆとの差Ｎ−Ｆを用いて、受光スポット位置（又は受光量分布の重心位置）、すなわちワークＷＫまでの距離に関係する量を求めることが可能である。なお、以下の説明において、Ｎ側受光面から出力された受光量信号をＮで示し、Ｆ側受光面から得られる受光量信号をＦで表す場合があり、あるいは、Ｎ側受光面から得られた受光量（に相当する電圧又はディジタル変換値）をＮで表し、Ｆ側受光面から得られた受光量をＦで表すこともある。Ｎ−Ｆについても、受光量差信号を表す場合もあるし、受光量差（に相当する電圧又はディジタル変換値）を表す場合もある。

図５のブロック図に示すように、受光素子２００のＮ側受光面及びＦ側受光面から出力された受光量信号Ｎ及びＦはそれぞれの増幅器２３及び２４を経てアナログ演算部２５に入力される。そして、アナログ演算部２５から２つの受光量の差を表す信号（受光量差信号という）Ｎ−Ｆと受光量信号Ｆとが出力される。これらの信号は信号切替部２６に入力される。信号切替部２６は、アンプ部１２からの切替制御信号にしたがって、受光量信号Ｆと受光量差信号Ｎ−Ｆを交互に（時分割で）電気ケーブル１３に送り出す。信号切替部２６に与えられる切替制御信号は、発光素子２１１等の駆動制御信号に重畳されてアンプ部１２から電気ケーブル１３を介して送られ、信号分離部２７で分離される。

ヘッド部１１には、レーザーダイオード等で構成された発光素子２１１の他に、前述の判定インジケータ１１２及び調整ガイドインジケータ１１４の各ＬＥＤが内蔵されている。これらの駆動回路２８が設けられ、アンプ部１２からの駆動制御信号にしたがって駆動回路２８が発光素子２１１と判定インジケータ１１２及び調整ガイドインジケータ１１４の各ＬＥＤをオン・オフ駆動する。

アンプ部１２では、ヘッド部１１から電気ケーブル１３を介して送られた受光量信号Ｆ及び受光量差信号Ｎ−Ｆを信号増幅部３１で増幅し、ＡＤ変換部３２でディジタル値に変換して主制御部３３に入力する。主制御部３３は、ディジタル値となった受光量Ｆ及び受光量差Ｎ−Ｆから他方の受光量Ｎを復元する。主制御部３３は更に、受光量差Ｎ−Ｆを両受光量の和Ｎ＋Ｆで除算する正規化演算処理を行う。この正規化演算処理は、受光素子２００として用いた二分割ＰＤによる距離検出性能の直線性を得るために行われ、また、主としてワークＷＫの色の違いによる受光量の変動をキャンセルするために行われる。本実施例の距離設定型光電センサーは、正規化演算処理後の値を用いてワークＷＫまでの距離又は変位を検出する第１動作モードと、正規化演算前の受光量差Ｎ−Ｆを用いてワークＷＫの変位を検出する第２動作モードとを備えている。第１動作モードのメリットはワークＷＫの色の違いに起因する検出精度への悪影響を受けにくくなることであり、第２動作モードのメリットは高い検出分解能が維持されること、つまり、ワークＷＫまでの距離の変化が僅かであっても判別できることである。この動作モードの切り替えについては後で詳しく説明する。

また、アンプ部１２には、表示部３４が備えられている。表示部３４は前述のディジタル表示器１２４及び出力インジケータ１２５を含む。上記のようにして主制御部３３が求めたワークＷＫまでの検出距離（に相当するディジタル値）は、ディジタル表示器１２４に数値表示される。また、予め設定される基準距離や設定中又は検出動作中の各種記号表示もディジタル表示器１２４を用いて行われる。出力インジケータ１２５は、検出距離と基準距離との比較結果の表示に使用される。主制御部３３による検出距離と基準距離との比較結果は、出力インジケータ１２５に表示されると共に、制御装置（ＰＬＣ等）に接続された電気ケーブル１４へ出力される。電気ケーブル１４を介して行われる外部出力は、２個の出力インジケータ１２５（図１参照）に対応する２本の出力線を設けて行ってもよいし、１本の出力線のみでいずれかのインジケータ１２５に対応する出力を行ってもよい。

また、アンプ部１２には、基準距離の設定（変更調整）を含む各種パラメータの設定や各モードの切替等を行うための設定入力部３５が備えられている。設定入力部３５は、図１に示したアンプ部１２の上面パネルに設けられた押釦スイッチ１２６〜１２８を含む。これらの設定入力部３５及び表示部３４を用いた設定入力の例については後述する。また、アンプ部１２には、ヘッド部制御出力部３６が備えられ、これは主制御部３３の指令に基づいて、ヘッド部１１に対する発光素子２１１等の駆動制御信号を生成して電気ケーブル１３へ送り出す。また、前述のように、ヘッド部１１からアンプ部１２へ送られる受光量信号Ｆと受光量差信号Ｎ−Ｆとを時分割で切り替えるための切替制御信号を駆動制御信号に重畳する働きも有する。

次に、主制御部３３が行う受光量差の正規化演算処理について説明する。図７は、受光量差の正規化演算を説明するためのグラフである。また、図８は、受光量差の正規化演算処理の流れを示すフローチャートである。前述したように、受光素子２００として使用されている二分割ＰＤは、Ｎ側受光面とＦ側受光面との境界に受光スポットＳＰが位置するときに両方の分割受光面から同等の受光量信号が得られ、受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる（図６参照）。受光スポットＳＰがＮ側受光面に偏るとＮ−Ｆは正の値になり、受光スポットＳＰがＦ側受光面に偏るとＮ−Ｆは負の値になる。この様子をグラフで表すと、図７（ａ）に示す実線又は破線の曲線のようになる。

図７（ａ）において、実線の曲線４１は表面の光拡散反射率が比較的高い（例えば白色に近い）ワークＷＫの場合の特性であり、破線の曲線４２は光拡散反射率が比較的低い（例えば黒色に近い）ワークＷＫの場合の特性である。いずれの場合も、受光素子２００の受光面の範囲内に受光スポットが存在する範囲に相当する距離範囲Ｒｇｄのほぼ中央の距離に相当する光学設定距離Ｄｓでは受光量差Ｎ−Ｆがゼロになる。この光学設定距離Ｄｓは、受光素子２００のＮ側受光面とＦ側受光面との境界に受光スポットＳＰが位置するときの距離に相当し、前述の測距角ＭＡに対応して一意に決まる距離である。

しかし、光学設定距離Ｄｓからずれた点では、同じ距離のずれであってもワークＷＫの表面の光拡散反射率によっての受光量差Ｎ−Ｆの値が異なる。また、図７（ａ）からわかるように、光学設定距離Ｄｓからずれるにしたがって、受光量差Ｎ−Ｆの絶対値は増加した後に下降に転じる。そして、距離範囲Ｒｇｄの両端でゼロになる。つまり、受光スポットが受光素子２００の受光面の両端から外れれば受光量Ｎ及びＦは共にゼロになるので、受光量差Ｎ−Ｆの値も当然ゼロになる。これらのことから、受光量差Ｎ−Ｆを用いてワークＷＫの変位を検出することはできても、ワークＷＫまでの距離を表す数量として受光量差Ｎ−Ｆをそのまま使用することはできない。

そこで、本実施例の距離設定型光電センサーでは、主制御部３３が受光量差の正規化演算処理を行う。この処理は、基本的には受光量Ｎと受光量Ｆとの和（Ｎ＋Ｆ）で受光量差Ｎ−Ｆを除算することによって、ワークＷＫの表面の色等に起因する光拡散反射率の影響を除く処理である。更に、受光量Ｎ又は受光量Ｆがゼロに近づいたときに（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に１にする処理を加えている。更に係数Ｄを掛けて得られる値が図７（ｂ）に図示されている。これらの処理について、図８のフローチャートに沿って以下に説明を加える。

図８は、主制御部３３が受光量Ｆ及び受光量差Ｎ−Ｆから正規化演算処理を行って検出距離に相当する表示値を算出する過程を示している。まず、ステップ＃１０１において主制御部３３は、受光量Ｆに受光量差Ｎ−Ｆを加える演算によって受光量Ｎを求め（復元し）内部メモリに保存する。次のステップ＃１０２において主制御部３３は、受光量Ｎと受光量Ｆとの和（受光量和）Ｎ＋Ｆを算出し、内部メモリに保存する。続くステップ＃１０３において主制御部３３は、受光量差Ｎ−Ｆを受光量和Ｎ＋Ｆで除算する処理を行い、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）を求める。この演算処理が狭義の正規化演算処理である。

更に、次のステップ＃１０４において主制御部３３は受光量Ｎ又はＦがゼロ近傍のときの補正処理を行う。これは、受光量Ｎ又はＦが予め定めたゼロに近い値より小さくなったときに、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に１にする処理である。この処理は、受光量Ｎ又は受光量Ｆがゼロに近づいたときに（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値が不安定になり、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）と距離との関係が一義的に定まらなくなるのを回避するために行われる。

次のステップ＃１０５において主制御部３３は、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に所定の係数（図７（ｂ）におけるＤ）を乗算すると共に所定のオフセットを加算して検出距離に相当する表示値を算出する。例えば８桁のディジタル表示器１２４の上位４桁又は下位４桁を用いて検出距離を表示する場合は、０〜９９９９の範囲内の数値表示が可能である。そこで、（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に適切な係数Ｄを乗算することによって、４桁で表示可能な数値範囲を有効に利用する。また、０を中心に正負の値をとり得るＤ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）に適切なオフセット値Ｃを加算してＣ＋Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）とすることによってＣ（例えば５０００）を中心に正の範囲内のみで変動するようになる。この算出結果Ｃ＋Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）は、検出距離を表す数値として主制御部３３の内部メモリに一旦保存されると共に、表示部３４のディジタル表示器１２４に表示される（ステップ＃１０６）。

上記のようにして得られた正規化演算処理結果である（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の値をグラフで表すと図７（ｂ）のようになる。但し、図７（ｂ）のグラフは、ステップ＃１０５においてオフセット値Ｃを加算する前の値Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）を示している。図７（ｂ）から分かるように、距離範囲Ｒｇｄのうちの両端部を除いた範囲Ｒｇｌでは、Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）が略直線的に変化する。この両端部が、図８のステップ＃１０４で（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）の絶対値を強制的に１にした範囲に対応している。両端部を除いた範囲Ｒｇｌでは、Ｄ（Ｎ−Ｆ）／（Ｎ＋Ｆ）と距離との関係が略直線的になるので、この範囲内でワークＷＫまでの距離をほぼ正確に検出することが可能である。また、ティーチングによって主制御部３３が基準距離を自動設定することができる。ティーチングによる基準距離の設定手順の具体的な例については後で説明するが、その前に、ワークＷＫまでの大まかな距離に応じて調整（設定）される測距角ＭＡの調整手順の例について説明する。

測距角ＭＡを調整する第１の方法として、ユーザーはワークＷＫを測距角調整用の基準位置に置いて距離設定型光電センサーの検出動作を実行させる。そして、このときの検出距離の表示値が所定値（例えば５０００）となるように、トリマー１１３を回転操作すればよい。例えばトリマー１１３を時計回りに回転操作すれば検出距離の表示値が増加し、反時計回りに回転操作すれば検出距離の表示値が減少する。検出距離の表示値が所定値（例えば５０００）になれば、前述のように受光素子２００のＮ側受光面とＦ側受光面との境界に受光スポットＳＰが位置する状態であり、これは測距角ＭＡが適当に調整されたことを意味する。しかし、第１の方法では、ユーザーはアンプ部１２のディジタル表示器１２４に表示される検出距離を見ながらヘッド部１１のトリマー１１３の回転操作（調整）を行わなければならない。アンプ部１２がヘッド部１１から離れた場所に設置されている場合や、ヘッド部１１のトリマー１１３の回転操作中にアンプ部１２のディジタル表示器１２４の表示が見にくい場合はこの方法は採用しにくい。

第２の方法として、ヘッド部１１の判定インジケータ１１２の表示を見ながらトリマー１１３の回転操作を行う方法がある。すなわち、基準距離を所定値（例えば５０００）に設定してトリマー１１３の回転操作を行うと、検出距離の表示値が所定値になる前後で判定インジケータ１１２の点灯・消灯が反転するので、それによって測距角ＭＡが適当に調整された状態を知ることができる。しかし、基準距離と検出距離の比較処理にはチャタリングを回避するために一定のヒステリシス（不感帯）が設けられている。したがって、トリマー１１３を時計回りに回転操作したときに判定インジケータ１１２が変化する（例えば点灯から消灯へ）タイミングとトリマー１１３を反時計回りに回転操作したときに判定インジケータ１１２が変化する（例えば消灯から点灯へ）タイミングとの間にはヒステリシス分のずれがある。このため、慣れていないユーザーの場合は判定インジケータ１１２の点灯・消灯の反転から測距角ＭＡが適当に調整された状態を知ることは決して容易ではない。

第３の方法として、ヘッド部１１の測距角調整ガイドインジケータ１１４の表示を見ながらトリマー１１３の回転操作を行う方法がある。本実施例の距離設定型光電センサーでは、前述したようにヘッド部１１の背面にトリマー１１３と並ぶように３個の発光ダイオード（ＬＥＤ）からなる測距角調整ガイドインジケータ１１４が設けられている。図９に示すように、ヘッド部１１の背面において、トリマー１１３の左横に３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃからなる測距角調整ガイドインジケータ１１４が設けられている。

中央のＬＥＤ１１４ｂは測距角ＭＡが適当に調整されたとき、すなわち図６（ｂ）に示したように受光スポットが受光素子２００のＮ側受光面とＦ側受光面との境界に位置するときに点灯する。上側のＬＥＤ１１４ａは測距角ＭＡが適当な状態より少し小さいとき、すなわち、図６（ａ）に示したように受光スポットがＮ側に偏っているときに点灯する。下側のＬＥＤ１１４ｃは測距角ＭＡが適当な状態より少し大きいとき、すなわち、図６（ｃ）に示したように受光スポットがＦ側に偏っているときに点灯する。

これら３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃの駆動制御は、図５を参照して説明したように、アンプ部１２の主制御部３３によって実行される。主制御部３３は、前述のようにして入力された受光量差Ｎ−Ｆが正の場合はＬＥＤ１１４ａを点灯させ、受光量差Ｎ−Ｆがゼロの場合はＬＥＤ１１４ｂを点灯させ、受光量差Ｎ−Ｆが負の場合はＬＥＤ１１４ｃを点灯させるように駆動制御を行う。但し、受光量Ｎ及び受光量Ｆが共にゼロの場合は、３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃはすべて消灯する。この状態は、受光スポットが受光素子２００の受光面から外れていることを示している。

ユーザーが測距角ＭＡの調整のためにトリマー１１３の回転操作を行うと、受光スポットが受光素子２００の受光面内にあるときは、受光量差Ｎ−Ｆが正か負か、又はゼロであるかによって測距角調整ガイドインジケータ１１４の３個のＬＥＤ１１４ａ、１１４ｂ及び１１４ｃのいずれかが点灯する。この場合は上述の判定インジケータ１１２の表示のようなヒステリシスがないので、ユーザーは測距角調整ガイドインジケータ１１４の表示を見ながらトリマー１１３を回転操作することによって容易に測距角ＭＡの調整を行うことができる。トリマー１１３をいずれの方向に回転操作すればよいかはＬＥＤ１１４ａ又は１１４ｃのいずれが点灯しているかによって容易に分かる。また、ＬＥＤ１１４ｂが点灯すれば適当な測距角ＭＡに調整されたことが分かる。

次に、アンプ部１２の上面パネルに設けられた押釦スイッチ１２６〜１２８やディジタル表示器１２４等の機能の一部を説明する。図１０に、アンプ部の押釦スイッチやディジタル表示器を含む上面パネルの平面図を示す。出力インジケータ１２５は、既に説明したように、主制御部３３によるワークＷＫまでの検出距離と基準距離との比較結果が表示されるＬＥＤである。例えば、ワークＷＫまでの距離が基準距離より短ければ左側の出力インジケータ１２５が点灯し、ワークＷＫまでの距離が基準距離より長ければ右側の出力インジケータ１２５が点灯する。なお、前述のように、出力インジケータ１２５の表示及び外部への出力信号のチャタリングを回避するために、ワークＷＫまでの距離と基準距離との比較処理には一定のヒステリシス（不感帯）が設けられている。

ディジタル表示器１２４は８桁の７セグメントＬＥＤであり、上４桁の表示部１２４Ｈと下４桁の表示部１２４Ｌとに分かれている。下４桁の表示部１２４Ｌは、上４桁の表示部１２４Ｈより少し大きく、主として検出距離に相当する数値（０〜９９９９）の表示に使用される。上４桁の表示部１２４Ｈは、主として基準距離に相当する数値の表示に使用される。また、設定モードにおける各種記号表示や設定値等の表示が両方の表示部１２４Ｈ、１２４Ｌを用いて行われる。また、後述するように測距角ＭＡが最適に設定されているか否かの記号表示、あるいは前述の受光量Ｎ、受光量Ｆ、受光量差Ｎ−Ｆ、又は受光量和Ｎ＋Ｆの数値表示等、種々の表示のためにディジタル表示器１２４が使用される。

押釦スイッチ１２６〜１２８のうち、１２６はセットボタン、１２７はモードボタン、１２８は増減ボタンである。モードボタン１２７は各種設定モードや検出モードの切り替えに使用される。例えば、前述の第１動作モードと第２動作モードとの切り替えに使用される他に、簡易検出モードとフル機能モードとの切り替え、検出距離と基準距離との比較結果の表示や出力をＮＣ（ノーマルクローズ）とするか又は（ＮＯ）ノーマルオープンとするかの切り替え、分解能（応答速度）の設定、タイマーモードのオン・オフ切り替え等に使用される。モードボタン１２７は短押し（例えば２秒未満）するか長押し（例えば２秒以上）するかによって異なる機能を持たせている。また、各種モードは階層構造を採っており、モードボタン１２７の長押し又は短押しを使い分けることによって各モード間を移動することができる。

セットボタン１２６は、ティーチングにおける検出距離の確定（記憶）や各種パラメータ（設定情報）の入力確定等に使用される。また、増減ボタン１２８は、前述の分解能（応答速度）の設定、タイマーモードにおける遅延時間の設定、ヒステリシスの設定等において設定値の増減変更を行う際に使用される。

基準距離インジケータ１２９は、２種類記憶可能な基準距離のどちらが選択されているかを示すＬＥＤである。検出モードにおいて、選択されている基準距離と検出距離との比較が行われる。また。設定モードにおいて、選択されている基準距離について前述のＮＣ又はＮＯの切り替え設定やタイマーモードのオン・オフ切り替え、遅延時間の設定等を行うことができる。

次に、ティーチングによる基準距離の自動設定の例を説明する。ティーチングは、ユーザーが対象物を適当な位置に置いたり移動させたりしながら検出距離を主制御部３３に記憶させ、記憶された検出距離から基準距離を算出して設定する処理を主制御部３３に実行させる作業である。ここでは、２点ティーチング及び最大感度ティーチングについて説明する。

図１１は、２点ティーチングにおける主制御部３３の処理の流れを例示するフローチャートである。２点ティーチングでは、ユーザーがワークＷＫを検出すべき位置（接近側位置）と検出すべきでない位置（離間側位置）とに置いてセットボタン１２６を押し、それぞれの検出距離（接近側検出距離及び離間側検出距離）を記憶させる。主制御部３３は、これら２点の検出距離の中間値（又はその近傍の値）を算出し、算出結果を基準距離として設定する。

図１１において、ステップ＃２０１で主制御部３３はセットボタン１２６の入力の監視を行っている。このとき、ワークＷＫは第１の位置（例えば接近側位置）に置かれている。セットボタン１２６が押されたことがチェックされると（ステップ＃２０２のＹｅｓ）、ステップ＃２０３で検出距離が算出され、第１距離（例えば接近側検出距離）として記憶される。続くステップ＃２０４で再びセットボタン１２６の入力の監視が行われる。このとき、ワークＷＫは第２の位置（例えば離間側位置）に置かれる。そして、セットボタン１２６が押されたことがチェックされると（ステップ＃２０５のＹｅｓ）、ステップ＃２０６で検出距離が算出され、第２距離（例えば離間側検出距離）として記憶される。次のステップ＃２０７で主制御部３３は第１距離と第２距離との中間値を算出し、算出結果を基準距離として設定（記憶）する。

図１２は、最大感度ティーチングにおける主制御部３３の処理の流れを例示するフローチャートである。最大感度ティーチングでは、ユーザーがワークＷＫを離間側位置に置いてセットボタン１２６を押し、そのときの検出距離（離間側検出距離）を記憶させる。主制御部３３は、この離間側検出距離より所定値だけ接近側の値を算出し、算出結果を基準距離として設定する。

図１２において、ステップ＃３０１で主制御部３３はセットボタン１２６の入力の監視を行っている。このとき、ワークＷＫは離間側位置に置かれている。セットボタン１２６が長押しされた後に離されたことがチェックされると（ステップ＃３０２のＹｅｓ）、主制御部３３はこのときの検出距離（離間側検出距離）を算出し記憶する。（ステップ＃３０３）。更に主制御部３３は、離間側検出距離より所定値だけ接近側の値を算出し、算出結果を基準距離として設定する（ステップ＃３０４）。

上記のようにしてティーチングによって基準距離が設定された後は、例えばコンベア上を流れて来るワークＷＫまでの距離を所定間隔で検出し、基準距離との比較結果を出力する動作が距離設定型光電センサーによって実行される。

次に、本実施例の距離設定型光電センサーに備えられている第１動作モードと第２動作モードとの切り替えのための操作の例を図１３に基づいて説明する。図１３は、動作モードの切り替えに関する表示の推移を例示する図である。図１３（ａ）の表示において、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈには基準距離（５５５０）が表示され、下位４桁１２４Ｌには現在のワークＷＫまでの検出距離（６２００）が表示されている。基準距離インジケータ１２９は、２種類記憶可能な基準距離のうち第１の基準距離が選択されていることを示している。

図１３（ａ）の状態からモードボタン１２７を長押しすると、図１３（ｂ）又は（ｃ）に例示するように、検出距離と基準距離との比較結果の表示及び出力をノーマルオープンとするかノーマルクローズとするかの切り替え表示に移行する。図１３（ｂ）の表示例は、基準距離インジケータ１２９で第１の基準距離が選択されている場合であって、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈにもそれを示す記号表示（ＯＵＴ１）が行われている。また、ディジタル表示器１２４の下位４桁１２４Ｌにノーマルオープンを示す記号表示（ＮＯ）が行われている。図１３（ｃ）の表示例は、基準距離インジケータ１２９で第２の基準距離が選択されている場合であって、ディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈにもそれを示す記号表示（ＯＵＴ２）が行われている。また、ディジタル表示器１２４の下位４桁１２４Ｌにノーマルクローズを示す記号表示（ＮＣ）が行われている。増減ボタン１２８の左又は右を短押しすることにより、ノーマルオープン又はノーマルクローズが設定される。

図１３（ｂ）又は（ｃ）の状態からモードボタン１２７を短押しすると、図１３（ｄ）又は（ｅ）に例示するように、動作モードの切り替え表示に移行する。図１３（ｄ）は第１モードである通常（色キャンセル）モードが選択されている例を示し、ディジタル表示器１２４の下位４桁１２４Ｌに通常モードを示す記号表示（ＳＴＤ）が行われている。図１３（ｅ）は第２モードであるフォーカス（高精度）モードが選択されている例を示し、ディジタル表示器１２４の下位４桁１２４Ｌにフォーカスモードを示す記号表示（ＦＣＵＳ）が行われている。図１３（ｄ）及び（ｅ）のいずれの場合もディジタル表示器１２４の上位４桁１２４Ｈには動作モード切り替えを示す記号表示（ＦＵＮＣ）が行われている。また、増減ボタン１２８の左又は右を短押しすることにより、通常モード又はフォーカスモードが設定される。

なお、通常モード（第１モード）では主制御部３３は受光量差Ｎ−Ｆを両受光量の和Ｎ＋Ｆで除算する前述の正規化演算処理を行い、正規化演算処理後の値を用いてワークＷＫまでの距離又は変位を検出する。フォーカスモード（第２モード）では、そのような正規化演算処理を行わないで受光量差Ｎ−Ｆそのものに基づいてワークＷＫまでの変位を検出する。

第１モードでは距離検出性能の直線性が所定範囲内（図７（ｂ）のＲｇｌ）で得られるのでワークＷＫまでの距離（相当量）を検出することが出来ると共に、この範囲内で前述のティーチングによって主制御部３３が基準距離を設定することができる。したがって、測距角ＭＡをさほど正確に設定（調整）していなくても支障ない。また、ワークＷＫの色の違いによる受光量の変動がキャンセルされるので、ワークの色にかかわらず的確にワークＷＫまでの距離又は変位を検出することができる。

第２モードでは、正規化演算処理を行わないで受光量差Ｎ−Ｆをそのまま使用してワークＷＫの変位を求める（基準距離と比較する）ので、ワークＷＫの色の影響を受けやすい。また、前述の測距角ＭＡをできるだけ正確に調整して受光素子２００の受光面のできるだけ中央付近（Ｎ側及びＦ側受光面の境界付近）に受光スポットが来るようにする必要がある。その代わりに、高い検出分解能が維持され、ワークＷＫの僅かな変位でも検出できるようになるメリットがある。また、主制御部３３の処理負荷が軽減され、高速連続検出が可能になる。

図１３（ｄ）及び（ｅ）の状態から更にモードボタン１２７を短押しすると応答速度の切り替え表示になり、増減ボタン１２８を用いて応答速度の増減変更を行うことができる。更に、簡易モードとフル機能モードとの切り替え、出力タイマーの設定等を同様の操作と表示によって順次行うことができる。これらの設定の詳細説明については割愛する。

以上、本発明の実施例について適宜変形例を含めながら説明したが、本発明は上記の実施例及び変形例の構成に限らず種々の構成で実施することができる。例えば、上記の実施例ではアンプ部１２に設けられた主制御部３３が光電センサー全体の制御を司っているが、ヘッド部にも補助制御部（マイクロコンピュータ）を設け、一部の制御をヘッド部でできるようにしてもよい。例えば、受光量差Ｎ−Ｆの値に基づいて測距角調整ガイドインジケータ１１４の点灯制御を行う処理をヘッド部に内蔵した補助制御部が行うようにすれば、主制御部３３の処理負荷やヘッド部とアンプ部との間の通信処理負荷が軽減される。

また、上記の実施例では受光素子２００及び受光レンズ２０１を含む受光部２０を枢支軸ＡＸ周りに回動させる機構を採用することによって測距角が変更設定可能な構成を実現しているが、この構成は他の機構によって実現することも可能である。例えば、発光素子及び投光レンズを含む投光部を枢支軸周りに回動させる機構を採用してもよい。あるいは、受光部及び投光部の両方を互いに逆方向に同じ角度だけ回動させる機構を採用してもよい。このような機構は、特に光を正反射する表面（鏡面）を有するワークの検出に適している。上記実施例の測距角調整機構の具体的な構造を適宜変更して、投光部を枢支軸周りに回動させる機構に適用することは容易であろう。

また、本発明は、ヘッド部とアンプ部が電気ケーブルで接続されたアンプ分離型の光電センサーに限らず、ヘッド部とアンプ部とが１つの筐体に内蔵されたアンプ一体型の光電センサーにも適用することができる。

本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーの外観を示す斜視図である。 本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーのヘッド部の内部概略構造を示す図である。 受光素子及び受光レンズのホルダーを示す図である。 送り螺子の軸方向に移動してホルダーを回動させるナット部材の斜視図である。 本発明の実施例に係る距離設定型光電センサーの回路構成を示すブロック図である。 二分割ＰＤから得られる受光信号について説明するための図である。 受光量差の正規化演算を説明するためのグラフである。 受光量及び受光量差から正規化演算処理を行って検出距離に相当する表示値を算出する処理の流れを示すフローチャートである。 ヘッド部の背面を示す図である。 アンプ部の押釦スイッチやディジタル表示器を含む上面パネルの平面図である。 ２点ティーチングにおける主制御部の処理の流れを例示するフローチャートである。 最大感度ティーチングにおける主制御部の処理の流れを例示するフローチャートである。 動作モードの切り替えに関する表示の推移を例示する図である。 調整ガイドインジケータのＬＥＤが実装されたプリント配線板と送り螺子及び傾き防止ロッドとの位置関係を示す斜視図である。 受光部の離間側回動姿勢及び接近側回動姿勢を示す図である。 受光部、板バネ及びケースの分解斜視図である。 受光部、板バネ及びケースの関係を示す側面視の部分断面図である。 測距角が変更設定可能な三角測距式光電センサーの動作原理を示す図である。

符号の説明

２０ 受光部
２１ 投光部
３３ 主制御部
１１１ ケース
１１３ トリマー（回転操作部）
１３１ 送り螺子
１３１ａ 雄螺子
１３２ ナット部材
１３２ａ 雌螺子
１３２ｃ 係合突起（リンク機構）
１３４ コイルバネ（弾性部材）
２００ 受光素子
２０２ ホルダー
２０２ｃ 係合溝（リンク機構）
ＩＸ 受光部の光軸
ＯＸ 投光部の光軸
ＭＡ 測距角
ＳＰ 受光スポット
ＷＫ ワーク（対象物）

Claims (4)

1. 対象物に向けて光を投光する投光部と、前記対象物からの反射光を受光する受光素子を含む受光部と、前記受光素子の受光面における受光スポット位置又は受光量分布の重心位置を求めることにより前記対象物までの距離を求める主制御部と、前記投光部の光軸と前記受光部の光軸とが成す角度である測距角を調整するための測距角調整機構とを備えた距離設定型光電センサーであって、
   前記投光部、前記受光部及び前記測距角調整機構がケースに収容され、
   前記測距角調整機構は、
   前記ケースに対して所定の角度範囲内で回動自在に枢支された前記投光部又は前記受光部のホルダーと、
   前記ケース外部から回転操作可能な回転操作部と、
   前記回転操作部が一端側に設けられた送り螺子と、
   前記ホルダーとリンク機構で接続され直線移動自在であって、且つ前記送り螺子に螺合する雌螺子を有するナット部材と、を備え、
   前記リンク機構は、前記ナット部材に設けられた係合突起と、前記送り螺子の軸方向に略直角な方向に延びるように前記ホルダーに形成された係合溝とから構成されており、
   前記回転操作部を介した回転操作により前記送り螺子が回転したときに、前記ナット部材が前記送り螺子の軸方向に直線移動し、前記ナット部材の係合突起が前記ホルダーの係合溝に沿って移動しながら前記ホルダーを回動させることを特徴とする距離設定型光電センサー。
2. 前記ホルダーの回動可能な角度範囲にわたって、前記係合溝の延びる方向が前記送り螺子の軸方向に直角な方向から一方向に傾斜するように設定され、これによって前記測距角が大きいほど前記送り螺子の単位回転角当たりの前記ホルダーの角度変化量が小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の距離設定型光電センサー。
3. 前記送り螺子の軸方向中央部のみに前記ナット部材の雌螺子と螺合する雄螺子が形成され、前記ナット部材が送り螺子の軸方向両端側へ移動すれば前記送り螺子が空回りするように構成され、前記送り螺子の軸方向両端側から中央に向けて前記ナット部材を付勢する一対の弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の距離設定型光電センサー。
4. 前記ケースの投光側及び受光側の面と反対側の面に前記送り螺子の回転操作部が露出していることを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の距離設定型光電センサー。

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