JPH01312403A - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、光源として半導体レーザを使用して被検出物
体の寸法を計測判定する光電スイッチに関する。

〔従来の技術〕

まず、本発明の実施対象となる光電スイッチの従来構成
を第６図に示す０図において、１は基台、２１．３は相
互に間隔を隔てて基台１の両端に設置した投光部、受光
部であり、ここで投光部２には光源としての半導体レー
ザ４．コリメートレンズ５を内蔵し、受光部３には集光
レンズ６、受光素子７を内蔵し、かつ受光部３の前面に
は矩形状の受光スリット８が開口している。なお９は増
幅器、１０は比較器である。

かかる構成で、半導体レーザ４より放射するレーザ光は
コリメートレンズ５で平行光線の光束１１となって投光
部２と受光部３との間の光路を進み、受光スリット８を
透過した後に集光レンズ６を経て受光素子７に受光され
る。ここで光路を横切るように例えば円柱の被検出物体
１２を置くと、光束１１は被検出物体１２により遮光さ
れるようになる。

これにより受光素子７の受光量が被検出物体１２の断面
、つまりその直径寸法ｄに対応して変化する。

したがうて受光素子７の出力を増幅器９で増幅し、比較
器１０で基準値と比較することにより被検出物体１２の
基準寸法に対する大小が簡単に計測判定できることにな
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、前記光電スイッチの光源として採用した半導
体レーザ４の放射レーザ光は、第７図に示すようにビー
ムの中心で光強度が最も高く、放射角θが増すに連れて
光強度が低下するガウス分布を呈するガウスビームであ
る。したがってコリートレンズ５を経て投光部２から出
射する平行光線の光束１１の光強度分布も同様なガウス
分布を呈した不均一な分布となる。

このために、第８図の模式図で表すように、ガウス分布
を呈する光束１１の光路途中に、スリット幅Ｗがスリッ
ト全長域で一定な矩形状のスリット１３（第６図におけ
る受光部３の受光スリット８に相当する）が開口したマ
スクを置いたとすると、スリット１３を透過した光束１
１ａ（右側）のスリット長手方向に沿った光強度分布は
、入射側の光束１１（左側）と同様に中央域で光強度が
高く１両端域で光強度が低くなる不均一な分布となる。

上記した理由から、第６図の光電スイッチで被検出物体
１２の寸法ｄを計測判定する場合に、同じ寸法ｄの被検
出物体１２が光路の中心部に置かれた場合と、端部に置
かれた場合とでは被検出物体１２に遮られる遮光量、シ
たがって受光素子７の受光量に差が生じ、この受光量の
差がそのまま計測誤差になって現れる。

ここで光束の不均一性に起因する誤差を次記のように定
義する。すなわち、第９図において、受光部３に開口し
た受光スリット８の長さ寸法に相応する光束幅ωの入射
光束１１に対し、その一部を遮光するように光路途中に
遮光板１４を置いた場合を想定すると、遮光板１４の遮
光量ｌｘに対する受光スリット８を透過した受光部３へ
の入射光量は第１Ｏ図のようになる。ここで実線（イ）
は第９図における光束１１がガウスビームである場合、
点線（ロ）は光強度分布が均一な光束である場合を示し
、全入射光量をＰｏ、遮光位置Ｘにおける実線イと点線
口との間の入射光量差をΔＰとすると、光束の不均一誤
差Ｅｒは、Ｅｒ−ΔＰ　／　Ｐ　ｏとして定義される。

また、ガウスビームの光束不均一性と前記した不均一誤
差との対応を表すと第１１図のごと（である、なお、図
中の実線（ハ）はガウスビームの光強度分布を、点線（
ニ）は平均光強度を示し、位置Ｘに遮光板１４を置いて
遮光した場合の遮光領域における実線（ハ）と点線（ニ
）との光強度差の積算光量が前記したΔＰに相当する。

ところで、第６図に示したように従来では受光部３に開
口した受光スリット８の形状は、その長手方向でスリッ
ト幅Ｗが−様な矩形であることから、発光部２の光源に
ガウスビームを出射する半導体レーザ４を採用した場合
には、前述した理由から光束の不均一誤差Ｅｒが大きく
現れ、第７図の放射特性をもった半導体レーザを使用し
た場合には、前記誤差Ｅｒの値は１．９％にもなる。

一方、前記した光束の不均一性に起因する誤差の発生を
防ぐ対策として、半導体レーザから出射したガウスビー
ムを均一な光強度分布の光線に変える手段として、光学
系内に特殊な反射鏡、プリズムなどを組み込んで光強度
の低いビーム外周域の光線の向きを変えてビーム中心域
に重ね合わせたり、あるいは特殊形状の非球面レンズを
組合せて光強度の高いビーム中心域の光線を光強度の低
い周域に分散させるなどして光強度分布の均一化を図る
ようにした方式が報告されているが、かかる方式では光
学部品の追加設置により、光学系が複雑、大形化して光
電スイッチがコスト高となる。

本発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、半導
体レーザなどのガウスビームを放射する光源を採用した
光電スイッチを対象に、受光部に開口した受光スリット
の形状に改良を加えることにより、従来の対策のように
特別な光学部品を追加することなしに、光束の不均一性
に起因する計測誤差を低減でるようにした光電スイッチ
を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するために、本発明の光電スイッチにお
いては、受光部に開口した受光スリットの形状を、その
長手方向に沿い光強度の高い光束入射領域のスリット幅
が光強度の低い光束入射領域スリット幅よりも相対的に
狭くなるよう定めて構成するものとする。

〔作用〕

上記構成のように、受光スリットへ入射するガウスビー
ムの光束に対し、光強度の高い光束が透過するスリット
中央部におけるスリット幅を、光強度の低い光束が透過
するスリット両端部におけるスリット幅よりも狭く設定
しておくことにより、スリット中央部の光透過率が両端
部よりも低くなり、この結果として、受光スリットを透
過した光束は受光スリットの全長域でその光強度分布が
略均−化されるようになる。

したがって、光電スイッチで被検出物体の寸法を計測判
定する場合には、被検出物体を置く位置に関係なく高精
度な一計測判定が得られる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例による光電スイッチを示すもの
であり、第６図に対応する同一部品には同じ符号が付し
である。ここで発光部２から出射する光束１１の光軸に
中心を合わせて受光部３の前面に開口した受光スリット
８１は、その長手方向に沿い中央部分のスリット幅がＷ
、両端部のスリット幅がＷ（Ｗ＞ｗ）となるように設定
した蝶ネクタイ形に形成されている。

かかる受光スリット８１の゛形状により、半導体レーザ
４を光源としてコリメートレンズ５を経て投光部２より
出射するガウス分布を呈する光束１１に対し、受光スリ
ット８１におけるスリット幅が狭い中央部を透過する光
線の透過率は、スリット幅の広い両端部の透過率に比べ
て相対的に低くなる。

したがって、第２図の模式図（第８図の模式図に対応す
る）で表したように、光路途中に配したマスクの開ロス
リッ）　１３１を第１図で述べた受光スリット８１と同
じ形状にすれば、ガウス分布を呈する入射側の光束１１
は、スリット１３１を透過する過程で前記スリット幅に
相応した光線透過率の拘束を受け、結果としてスリット
１３１を透過した光束１１ｂの光強度はその長手方向の
全域に亙って略均−化されるようになる。

なお、受光スリットの形状は、第１図に示した蝶ネクタ
イ形の他、第３図、第４図に符号８２．８３で示したよ
うな異形形状で実施しても同様な効果を奏する。

次に、第１図の実施例についての評価を具体的な数値で
示す、すなわち第７図に示した放射特性の半導体レーザ
を光源として焦点距離３５ｓ＋ｍのコリメートレンズと
ともに第１図の光電スイッチの発光部２に組み込み、か
つ受光部３に開口した受光スリット８１の長さ寸法を１
０１として、その受光スリット８１の長手方向のスリッ
ト幅を第５図における一点鎖線（ホ）で表すように、両
端部のスリット幅を１として中央部のスリット幅を０．
７５に狭めて設定すると、入射側光束の光強度分布が点
線（へ）であるのに対して、受光スリット８１を透過し
た光束の強度分布は実線（ト）で表すように受光スリッ
ト８１の全長域で略均等化される。また先述（第９図な
いし第１１図）で定義した光束の不均一誤差Ｅｒは約０
．１％となり、第６図に示した従来構成における矩形状
の受光スリットの不均一誤差１．９％と比べて誤差を大
幅に改善できることがＶ１１認された。

〔発明の効果〕

本発明による光電スイッチでは、以上説明したように構
成されているので、次記の効果を奏する。

すなわち、半導体レーザなどガウスビームを放射する光
源を組み込んだ発光部に対向する受光部において、受光
部に開口した受光スリットの形状を、その長手方向に沿
い光強度の高い光束入射領域のスリット幅が光強度の低
い光束入射領域スリット幅よりも相対的に狭くなるよう
定めことにより、何等特別な光学部品を追加装備するこ
となく僅かに受光スリットの形状を変えるのみで、受光
スリットを透過した光束の光強度を受光スリットの全長
域で均等化することができ、かくして光束の不均一性に
起因する計測誤差の発生を抑え被検出物体の計測判定精
度の向上が図れる

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の光電スイッチの構成斜視図、第
２図は第１図における受光スリットを透過する光束の状
態を表す模式図、第３図、第４図は第１図の実施例と異
なる実施例による受光スリットの形状図、第５図は第１
図の実施例の評価を数値的に表した特性図、第６図は従
来における光電スイッチの構成斜視図、第７図は半導体
レーザの放射光強度分布図、第８図は第２図に対応した
第６図における光束透過状態の模式図、第９図。 第１０図、第１１図は光束の不均一誤差を定義する説明
図である。各図において、 ２：発光部、３：受光部、４：半導体レーザ、５：コリ
メートレンズ、６：集光１／ンズ、７：受光素子、８．
８１，８２．８３：受光スリット、１１：光束、Ｗ、ｗ
：受光スリットの長手方向のスリット幅。 第３図　　　　　第４図 受光スリーｌトの炙＋距離 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）光線放射強度がガウス分布を呈する光源、コリメー
   トレンズを備えた投光部と、投光部から出射した平行光
   線の光束を受光スリットを通して受光する集光レンズ、
   受光素子を備えた受光部との組合せから成る光電スイッ
   チにおいて、前記受光スリットの形状を、その長手方向
   に沿い光強度の高い光束入射領域のスリット幅が光強度
   の低い光束入射領域スリット幅よりも相対的に狭くなる
   よう定めたことを特徴とする光電スイッチ。