JPH01156694A - 光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野１ 本発明は、ＦＡ用の光電スイッチに関するものである。

［背景技術］ 従来、ＦＡ用の光電スイッチとしては、被検知物体に照
射した光の反射光量をもって物体の有無を検出していた
が、被検知物体の反射率や背景の光による影響で誤動作
が起きるという問題があった。そこで、このような問題
点を解決するものとして、三角測量方式によって被検知
物体までの距離を測定し、その距離が予め設定された検
知距離よりも近いかどうかを判定して物体の有無を検出
するようにしたもの（例えば、特願昭５８−１４１６３
号）があった。第６図（ａ）は三角測量方式の測距原理
を示す概略構成図であり、発光ダイオード、半導体レー
ザなどの投光素子１および投光レンズ２よりなる投光手
段３は、被検知物体Ｘに光ビームを照射している。一方
、投光手段３の側方に所定距離Ｂｌ−をもって配設され
た受光レンズ５よりなる受光子１ｒｉ６は、第６図（ｂ
）に示すように、その光ビームの被検知物体Ｘによる反
射光を集光した集光スボッ）Ｓが位置検出素子たる半導
体装置センサ（以下ＰＳＤと称する）７上に結像させる
ようになっている。ここに、ＰＳＤ７の両端出力端子か
ら集光スポットＳの位置に対応した相反する位置検出信
号Ｉ＾ｙＩ［＋が得られるようになっており、この位置
検出信号Ｉ　、、　ｒ、が入力される判定制御部では、
位置検出信号■＾Ｉ１．の比Ｉ　Ａ／　ＩｎあるいはＱ
ｎ　Ｉ　Ａ／　Ｉ　ｎを演算して被検知物体Ｘまでの距
＠　Ｒｌ：対応する信号を形成し、この信号を所定の基
準電圧と比較することによって被検知物体Ｘが検知エリ
ア内に存在するかどうかを判定して出力回路を制御する
ようになっている。なお、ＰＳＤ７は、表面に光電効果
を有する所謂ｐｉｎ７オトグイオード構造になっており
、裏面側にｎ型層が形成された高抵抗シリコン基板（ｉ
屑）の表面に均一なｐ型紙抗層が設けられ、ｐ型紙抗層
の両端に設けられている一対の出力端子とｎ型層に設け
られている共通端子との間に集光スボッ）Ｓの位置に対
応する相反した電流よりなる位置検出信号■あ＋Ｉ［ｌ
が流れるようになっている。

しかしながら、このような従来例にあっては、位置検出
素子としてＰＳＤ７を用いていたので、コストが高くな
るとともに、ＰＳＤ７の電極間抵抗が高＜（ｐ型紙抗層
の抵抗が数十にΩ〜数百にΩ程度）なっているため、ノ
イズ発生源となって位置検出信号Ｉ＾＋Ｉ８のＳ／Ｎが
低下して検出距離の長距離化が難しくなるという問題が
あった。

また、他の従来例として、第７図およびｆｆ１８図に示
すように、位置検出素子としてＰＳＤ７に代えでフォト
ダイオードペア８　ａｔ　ａ　ｂを用い、位置検出信号
■＾、ＩＢのＳ／Ｎを改善して検出距離の長距離化を図
るようにしたものがあった。

第９図は、判定制御手段１０の構成例を示す図であり、
分？！ｌ１１フォトダイオード８　ａｔ　８　ｂからそ
れぞれ出力される位置検出信号■あｌｘｏ出力は、受光
回路１１ａ、ｌｌｂによって電圧信号ＶＡｔＶＢに変換
された後、それぞれ対数増幅回路１２ａ、１２ｂにて対
数増幅され、この対数増幅された信号０．ｎ■＾、Ｑｎ
Ｖｎを減算回路１３にて減算することによりＰｔＳ７図
に示すように、距離Ｒに対応した距離信号α！１（■＾
／ＶＢ）が得られるようになっている。

比較回路１４では、この距離信号αｎ（Ｖ＾／Ｖａ）と
、予め距離設定ボリュームＶＲにて設定された基準電圧
Ｖｓとを比較して被検知物体Ｘが検知エリアＤＥに入っ
たがどうかを判定して物体検知信号＼ｌ×を出力（例え
ば、距離信号Ｑ’（ＶＡ／Ｖｏ）が基準電圧Ｖｓ以下に
なったときに物体検知信号Ｖｘを出力）するようになっ
ている。この物体検知信号Ｖｘは、信号処理回路１５に
よって正常信号かどうかが判定され、出力回路１６を介
して出力される。なお、投光素子１は、ドライブ回路１
７によって駆動され、発振回路１８にて発生されたクロ
ック信号に同期して発光されるようになっている。一方
、信号処理回路１５では、上記クロック信号に基いて物
体検知信号Ｖｘをサンプリングして正常信号か否かを判
定するようになっている。

また、受光回路１１ａ、１１ｂには、特定周波数のパル
ス信号のみを通過させ直流成分をカットするバンドパス
フィルタ回路が設けられている。また、上記例では、α
ｎ（Ｖ　Ａ／　Ｖ　ｏ）を演算して距離信号トシテイル
カ、ＶＡ／Ｖｌｌ１１（ＶＡ　　ＶＢ）／（ＶＡ＋Ｖ、
）、Ｑｎ（（ＶＡ　ＶＤ）／（ＶＡ＋ＶＢ））を演算し
て距離信号とし、被検知物体Ｘが検知エリア内に存在す
るかどうかを判定するように判定制御手段１０を形成し
ても良い。

ところで、上述のように分割フォトダイオード８　ａｔ
　Ｂ　ｂを位置検出素子として用いたものにあっては、
受光手段６による集光スポットＳは常にフォトダイオー
ド８　ａｔ　Ｂ　ｂの分割ライン上に位置させる必要が
あるが、分割ラインが直交して設けられている場合には
、被検知物体Ｘの投光方向の移動によって集光スボッ）
Ｓが一方の分１１Ｆ１フォトダイオード８ａあるいは８
ｂ上に移動してしまい易く、検出距離範囲をあまり広く
することができないという問題があった。

そこで、第１０図に示すように、投光用発光素子１、投
光用光学１？Ｓ２、受光用光学系５およ１フォトダイオ
ード８　ａ、　８　ｂよりなる位置検出手段の光学的相
対位置を変化させることにより検知エリアの検出距離を
設定する検知エリア設定手段を設けるようにしたもの（
例えば、特願昭６０−２１１３１５号）があった、すな
わち、＠１０図従来例では、位置検出素子から構成され
る装置信号Ｉ＾、よりがＩＡ≦ＩＢとなる時、検知信号
を出力するようにしておけば、集光スポラ）Ｓは常にフ
ォトダイオード８　ａ、　８　ｂの分割ライ、ン上に位
置することになり、検知距離を変更したい場合には、位
置検出手段を矢印方向ｍにスライドすれば良く、測距精
度を低くせずに測距可能範囲を広くすることができるよ
うになっている。しかしながら、このような従来例にあ
っては、受光量が検知匪離のほぼ２乗に反比例して増減
する為に、測距可能範囲が広いほど受光量のダイナミッ
クレンジが大きくなり、第１１図に示すように、受光量
の小さいところではノイズの影響を受け、受光量の大き
いところでは増幅回路の飽和の影響を受け、正しい測距
値が得られなくなって誤動作するという問題があった。

この場合、増幅回路のダイナミックレンツを大きくして
飽和の影響を少なくすることが考えられるが、回路系の
負担が大きくなってコストが高くなるという問題が生じ
る。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、測距精度を低くすることなく測距可
能範囲を広くすることができ、しかも、受光量のダイナ
ミックレンジを抑えて回路系の負担を少なくすることが
でき、安価な光電スイッチを提供することにある。

［発明の開示］ （構　成） 本発明は、光ビームを被検知物体に投光する投光手段と
、投光手段の側方に所定距離をもって配設され光ビーム
の被検知物体による反射光を集光する受光手段と、受光
手段の結像面に配置され被検知物体が投光方向に移動し
た場合における集光スポット移動方向が分割ラインと斜
交するように分割されたフォトダイオードよりなる位置
検出素子と、位置検出素子の各分割フォトダイオード出
力に基いて被検知物体が所定の検知エリア内に存在する
かどうかを判定して出力回路を制御する判定制御手段と
よりなる光電スイッチにおいて、集光スポットを上記集
光スポット移動方向に直交した方向に引き伸ばすアナモ
フィックレンズにて受光手段の受光レンズを形成し、位
置検出素子の受光面に近接して検知距離変更用の光遮蔽
マスクを移動自在に配設することにより、測距精度を低
くすることなく測距可能範囲を広くすることができ、し
かも、受光量のダイナミックレンジを抑えて回路系の負
担を少なくすることができ、安価な光電スイッチを提供
するものである。

（実施例） 第１図および第２図は本発明一実施例を示すもので、光
ビームを被検知物体Ｘに投光する投光手段３と、投光手
段３の側方に所定距離ＢＬをもって配設され光ビームの
被検知物体Ｘによる反射光を集光する受光手段６と、受
光手段６の結像面に配置され被検知物体Ｘが投光方向に
移動した場合における集光スポラ）Ｓの移動方向Ｍが分
割ラインと斜交するように分割されたフォトダイオード
８　ａｔ　ａ　ｂよりなる位置検出素子と、位置検出素
子の各分割フォトダイオード８　ａ、　８　ｂ出力に基
いて被検知物体Ｘが所定の検知エリア内に存在するかど
うかを判定して出力回路１６を制御する判定制御手段１
０とよりなる光電スイッチにおいて、集光スポットＳを
集光スポラ）Ｓの移動方向Ｍに直交した方向（投受光軸
を含む平面に垂直な方向）に引き伸ばすアナモフィック
レンズにて受光手段６の受光レンズ５を形成し、位置検
出素子の受光面に近接して検知距離変更用の光遮蔽マス
ク９を移動自在に配設したものである。なお、アナモフ
ィックレンズは、レンズの断面方向により曲率が異なり
、焦点距離が異なったレンズであり、引き伸ばされたラ
イン状の集光スポラ）Ｓの長さは、分割フォトダイオー
ド８　ａｔ　ａ　ｂの幅よりも若干長くなるように設定
されている。第２図中において、集光スポラ）　Ｓ　、
、Ｓ　２．Ｓ　、は、被検知物体Ｘが距離Ｒ，，Ｒ２，
Ｒ３に存在する場合の結像位置を示している。

以下、実施例の動作について説明する。いま、実施例に
あっては、受光手段６を構成する受光レンズ５としてア
ナモフィックレンズを用いているので、フォトダイオー
ド８　ａｔ　ａ　ｂ上には、常にライン状の集光スポツ
）Ｓが形成され、この集光スポラ）Ｓは、被検知物体Ｘ
の投光方向の移動に対応して第２図に示すように（Ｓ　
ｌ−３２−８３）Ｍ方向に移動するようになっている。

また、フォトダイオード８　ａ、　８　ｂよりなる位置
検出手段から構成される装置信号１　、、１．が、ｌｘ
／Ｉｓ≦１　となる時、検知信号を出力するように判別
制御手段１０が形成されている。なお、必ずしも■＾／
Ｉ口≦１に設定する必要はなく、ＩＡ／Ｉｎ≦ｋ（但し
、ｋは任意の敗）であっても良い。

まず、被検知物体Ｘが比較的遠い位置にあって距離がＲ
３である場合には、位置検出手段上に集光される集光ス
ポラ）Ｓは、第３図（ａ）に示すようにＳ、の位置にな
る。このとき、被検知物体Ｘからの反射光レベルが低く
、フォトダイオード８ａ、８ｂよりなる位置検出手段の
受光量が小さいので受光面積を大きくするために光遮蔽
マスク９は、殆ど集光スポラ）Ｓを遮光しないような位
置にセットされる。

次に、光遮蔽マスク９をずらせて第３図（ｂ）に示す位
置にセットすれば、集光スポットＳ２の位置で検知信号
が得られることになり、検知距離はＲ２となる。この場
合、被検知物体Ｘが近づくことになるので、被検知物体
Ｘによる反射光レベルが高くなってフォトダイオード８
　ａ、　８　ｂの受光量が大きくなるが、光遮蔽マスク
９による遮光量を大きくして集光面積を小さくしており
、フォトダイオード８　ｌｉｔ　ａ　ｂの受光量増加は
従来例に比べて小さくなっている。同様にして、＠３図
（Ｃ）に示す位置に光遮蔽マスク９をセットすれば、集
光スポットＳが８１の位置で検知信号が出力されること
になり、被検知物体Ｘの検知距離がＲ１に設定される。

したがって、より近づいた被検知物体Ｘによる反射光レ
ベルが高くなってフォトダイオード８　ａ、　８　ｂの
受光量がさらに大きくなでも、光遮蔽マスク９による遮
光量がより大きくなって受光面積が小さくなり、フォト
ダイオード８　ａ、　８　ｂの受光量増加は第４図に点
線で示すように低減されることになる。なお、図中、実
線は従来例の受光量を示している。

以上のように、実施例にあっては、被検知物体Ｘが投光
方向に移動した場合における集光スポットＳの移動方向
Ｍが分割ラインと斜交するように分割されたフォトダイ
オード８　ｇ、　８　ｂにて位置検出素子を形成し、集
光スポラ）Ｓを上記集光スポット移動方向に直交した方
向に引き伸ばすアナモフィックレンズにて受光手段６の
受光レンズ５を形成しているので、測距精度を低くする
ことなく測距可能範囲を広くすることができる。なお、
位置検出素子を構成するフォトダイオード８ａ、８ｂの
内部抵抗が低いので、位置検出信号のＳ／Ｎが高くなっ
て検出距離を長く設定できるという効果もある。

また、実施例では、フォトダイオード８　ｍ、　８　ｂ
よりなる位置検出素子の受光面に近接して検知距離変更
用の光遮蔽マスク９が移動自在に配設されており、遠距
離にある被検知物体Ｘに対しては受光面積が大きく、近
距離にある被検知物体に対しては受光面積を小さくする
ことにより受光量のダイナミックレンジを低く抑えるこ
とができ、回路系（特に、増幅回路）の負担を少なくし
て回路構成が簡単で安価な光電スイッチを実現できるこ
とになる。

なお、本実施例では、位置検出手段として直線的に分割
されたフォトダイオード８ａ、８ｂを用いているが、ｆ
ｊＳＳ図に示すように、適当な曲線によって分割された
フォトダイオード８　ａ、　８　ｂを用いることにより
、受光量のダイナミックレンジのより一層の低減（第５
図に一点鎖線で示す）を図ることができる。また、光遮
蔽マスク９の移動方向は実施例に限定されるものではな
い。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、光ビームを被検知物体に投光す
る投光手段と、投光手段の側方に所定距離をもって配設
され光ビームの被検知物体による反射光を集光する受光
手段と、受光手段の結像而に配置され被検知物体が投光
方向に移動した場合における集光スポット移動方向が分
割ラインと斜交するように分割されたフォトダイオード
よりなる位置検出素子と、位置検出素子の各分割フォト
ダイオード出力に基いて被検知物体が所定の検知エリア
内に存在するかどうかを判定して出力回路を制御する判
定制御手段とよりなる光電スイッチにおいて、集光スポ
ットを上記集光スポット移動方向に直交した方向に引き
伸ばすアナモフィックレンズにて受光手段の受光レンズ
を形成し、位置検出素子の受光面に近接して検知距離変
更用の光遮蔽マスクを移動自在に配設したものであり、
測距精度を低くすることなく測距可能範囲を広くするこ
とができ、しかも、遠距離にある被検知物体に対しては
受光面積が大きく、近距離にある被検知物体に対しては
受光面積を小さくすることにより受光量のダイナミック
レンジを低く抑えることができ、回路系の負担を少なく
して回路構成が簡単で安価な光電スイッチを提供するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図は同上の
要部正面図、第３図および第４図は同上の動作説明図、
第５図は他の実施例を示す要部正面図、Ｐ１４６図（ａ
）は従来例の概略構成図、第６図（ｂ）は同上の要部正
面図、第７図は他の実施例の概略構成図、第８図は同上
の要部正面図、第９図は同上の要部ブロック回路図、第
１０図はさらに他の従来例の概略構成図、第１１図は向
上の動作説明図である。 ３は投光手段、５は受光レンズ、６は受光手段、８　ａ
、　８　ｂはフォトダイオード、９は光遮蔽マスク、１
０は判定制御手段、１４は比較回路、１６は出力回路、
Ｘは被検知物体である。 代理人　弁理士　石　１）艮　七 第４図 引禾麹 第５図 ｉΔ 第６図 第７図 第９図 第１０図 第１１図 狭尤江紘

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを被検知物体に投光する投光手段と、投
   光手段の側方に所定距離をもって配設され光ビームの被
   検知物体による反射光を集光する受光手段と、受光手段
   の結像面に配置され被検知物体が投光方向に移動した場
   合における集光スポット移動方向が分割ラインと斜交す
   るように分割されたフォトダイオードよりなる位置検出
   素子と、位置検出素子の各分割フォトダイオード出力に
   基いて被検知物体が所定の検知エリア内に存在するかど
   うかを判定して出力回路を制御する判定制御手段とより
   なる光電スイッチにおいて、集光スポットを上記集光ス
   ポット移動方向に直交した方向に引き伸ばすアナモフイ
   ックレンズにて受光手段の受光レンズを形成し、位置検
   出素子の受光面に近接して検知距離変更用の光遮蔽マス
   クを移動自在に配設したことを特徴とする光電スイッチ
   。