JPH0227632A - 回帰反射型光電スイッチ - 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】 〔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（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〕

従来の回帰反射型充電スイフチは、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、反射板は前記充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×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
板で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０本図において充電スイッ
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０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１
６が取付けられる。×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χ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０反射板１
１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。偏光ビームスプリンタ１９は照射光の
偏光方向と垂直な偏光方向の反射光を透過させ、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２０ａ１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２０
ａ、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、　ｌｏ
ｇｂ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の出力を減電する（ｌ
ｏｇａ　−１ｏｇｂ）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＜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に与える。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０発光ダイオード１３はＬＥＤ駆動回路１
２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１
１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０回帰反射板１
７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χ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ｌＯ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１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。

表１ （Ｊｌ）　　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の闇値を
夫々例えば２０ｍＶと設定しておけば、夫々の出力がｒ
ＨＪレベルとなるためその論理積出力もｒＨＪレベルと
なって物体がない状態が判別される。

（ｂｌ　　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０＋Ｖとなる。従ってこれらの論理積信号もｒＬＪ
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ンタ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ｒＬＪレベルとなり、波形整形器３５との論理積出
力もｒＬＪレベルとなって物体を識別することができる
。

ｔｄ）　　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ｒ
ＬＪレベルとなり、アンド回路３６の論理積出力もｒＬ
Ｊ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ｒＬＪレベルとなる。そのためアンド回路３６の
論理積出力もｒＬＪ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−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ンタ
１９を用いたが、第３図に示すように偏光ビームスブリ
フタに代えてハーフミラー４１と一対の偏光フィルタ４
２．４３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−４１を設け、ハーフミラ−４１によって光
を二分する。そしてハーフミラ−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−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２０
ａ、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１
３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、３
１ｂ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３４．３
５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４
８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−−−−
−−一反射板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・−−−一−・回帰
反射板　　２１−・−・・−信号処理回路３１２　、　
３　ｌ　ｂ−＝一対数増幅器　　３２−−−−−−一差
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−４４・−−−
−−−レーザダイオード４６−・−キャッツアイ　　４
７−・・−・・方形波発振器４８−・・−・・−ゲート
回路 第 図 １０−−−−−−−−−−−丸亀スイ、ア＋本Ａネ１１
−−−−−−−−・・−ＩＬ射坂 １３　−−−−−−−−−−一養＊、′ｙ″イ汁−ド１
６−−−−−−−−−−−１／４　＊長板１７−−−−
−−−−−−−　＠帰！Ｌ射板１９・−−−−−−−−
−・ｌＡ先ビームスプ゛ｊ７り２０ａ、２０ｂ−−−−
−−”７＊トグイオード第 図 第 図 ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （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。