JPH0257678B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光信号を用いて被検知物を検知する
反射検知装置に関する。

光信号を用いて物体を検知する光センサーは物
体に非接触なため非常に用途が広く、多用されて
いる。この光センサーは被検知物の近くに直接発
光素子と受光素子とを対向配置し、発光素子によ
り被検知物を照射し、受光素子により被検知物か
らの反射光を受け、この受光素子に接続した被検
知物の検知信号発生回路により検知信号を発する
よう構成される。このような光センサーは各種装
置、たとえば複写機に使用される場合、コピー用
紙の有無をカセツト位置、レジスト位置、その他
のコピー用紙の搬送路上位置でそれぞれ検知する
のに用いられ、あるいは原稿検知、パルスエンコ
ーダ等にも使用される。このような各検知位置、
即ち、光センサーの取付位置は通常、スペースが
少なく、取付困難の場合もある。しかも、受光素
子と検知信号発生回路とを接続する配線はノイズ
を受けやすく、これを防ぐために、配線に対し、
シールドやツイストペア等の考慮が必要となる。
更に、受光素子と検知信号発生回路とはコネクタ
により接続されることが多く、この間を流れる微
小電流はコネクタ接触不良の影響を受けやすい。
このような不都合を除去するものとして、第１図
に示すような光フアイバー装備の光センサー１が
利用されている。この光センサー１は発光素子２
からの光を一方の光フアイバー３で被検知物４に
照射し、その反射光を他の光フアイバー５で受け
て、その反射光を受光素子６により検知するもの
である。このような光センサー１では被検知物４
に直接対向する部分が一対の光フアイバー３，５
の先端のみであり、これを設置するスペースは小
さくてすむ利点がある。しかも、配線に代えて光
フアイバーが各種ノイズ発生部分と対向すること
となり、耐ノイズ性能が向上する。このため光セ
ンサーの取付位置、配線方法等に自由度が増し、
高電圧部分近傍への取り付けも可能となる。しか
し、光フアイバー使用は電気配線の使用と比べ、
端末処理等も含めた場合コスト高となる。しかも
照射側と反対側との２系統の光フアイバーを被検
知物に対向させるため、この一対の光フアイバー
先端からなる被検知物対向部およびこれを支持す
るホルダ等がスペースを多く必要としている。更
に、被検知物に対しての照射光が被検知物で反射
され受光素子側に達するという光路は被検知物対
向部があまり近接すると有効に働かなくなり、微
小物体の検知に使用することは困難な場合があ
る。

この発明は被検知物対向部を比較的小さくでき
る反射検知装置を提供することを目的とする。

この発明による反射検知装置は、光フアイバの
一方の端面を被検知物に対向させ、他方の端面を
発光素子および受光素子に対向させ、被検知物を
検知した際、信号を発する回路を受光素子に接続
し、発光素子からの直接光が受光素子で受光され
ないよう両素子が配置され、光フアイバ内に発光
素子からの照射光の光路と被検知物からの反射光
の光路とを共に配備するようにしたことを特徴と
する。

この発明によれば、被検知物対向部を一本の光
フアイバーの先端で形成することになり、取付ス
ペースをわずかしか必要としないという利点があ
る。しかも、１つの端面が被検知物に対し光を照
射し、反射光を受けるという光部と対向すること
になり、被検知物に端面が正面で対向することよ
り、微小物体の検知や被検知物を近接状態で検知
することが容易となる。

以下、この発明を添付図面と共に説明する。

第２図にはこの発明の一実施例としての反射検
知装置７を示した。この反射検知装置７は被検知
物８の有無を判別し、検知信号Ｓを発するよう構
成される。即ち、所定長さの光フアイバー９の一
端は被検知物対向端面９０１として被検知物８に
所定量の対向間隔Ｈを隔てて対設される。そして
光フアイバー９の他端は発光素子１０と受光素子
１１とを支持するホルダ１２に連結される。この
ホルダ１２は光フアイバー９のホルダ対向面９０
２に発光素子１０と、受光素子１１とが共に対向
するよう支持する。しかも発光素子１０の発する
光が直接受光素子１１側に入射しないよう、両者
間を遮光板１３で区分し、かつホルダ対向面９０
２に外乱光が入射しないよう遮光性の素材からな
る隔壁１２１で両素子を覆うよう形成される。発
光素子１０側の隔壁１２１内側面は白塗装され、
高反射性を確保する。一方、受光素子１１側の隔
壁１２１内側面は黒塗装され、無反射性を確保し
ている。光フアイバー９のホルダ対向面９０２に
対し発光素子１０および受光素子１１は共に、光
フアイバー９が光伝送を可能とする入射範囲であ
る受光角θに対し取付角θ１が、θ１＜θ／２と
いう範囲で対向するよう配置される。このため発
光素子１０からの光はホルダ対向面９０２に大部
分が入射し、光フアイバー９内の光路Ｒを通り、
被検知物対向端面９０１より照射光Ａとして被検
知物８を照射する。これにより被検知物８は反射
光Ｂを被検知物対向面９０１に向け反射すること
になり、この被検知物対向面９０１より入射した
反射光Ｂは再び、光フアイバ９内光路Ｒを通り、
ホルダ対向面９０２より射出して受光素子１１に
達する。なお、ホルダ対向面９０２には発光素子
１０からの光を反射しないようにコーテイング等
により無反射性を持たせてもよい。受光素子１１
には受光素子１１が所定量の反射光Ｂを検知した
際検知信号Ｓを発する検知信号発生回路１４が接
続されている。一方、発光素子１０には所定電流
を供給する電源としての発光回路１５が接続され
る。

発光回路１５は第３図ａに示すように２つのト
ランジスタTr₁，Tr₂と、これらに所定電圧を加
えるための２つの分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２とを有した
定電流ドライブ回路として構成される。この発光
回路１５によれば電源電圧Vccの変動、周囲温度
の変動は自動補償される。そして発光素子１０は
常に定電流で駆動されることになり、この発光素
子１０の照射光Ａは強く、かつ安定したものとし
て送出され、これによるノイズの発生を低く押へ
ることができる。一方、第３図ｂに示すように、
検知信号発生回路１４はフオトトランジスタであ
る受光素子１１の発する光電流をリニアに電圧に
変換する増幅回路１４１と、この回路からの出力
電圧V_Lを一定レベルの電圧と比較し検知信号Ｓ
を発する比較回路１４２とで構成される。増幅回
路１４１はオペアンプＡ１、フイードバツク抵抗
R_L、信号源側の受光素子１１とからなる差動増
幅器である。受光素子１１には負の電圧V_EEがバ
イアスとして加えられており、これにより、受光
素子１１が反射光Ｂを受けた際、光電流I_Lが流
れ、出力電圧V_L（＝R_L・I_L）が発生する。比較回
路１４２はオペアンプＡ２、しきい値としての基
準電圧V_Rを設定するボリウムR_T、オペアンプＡ
２にヒステリシス特性を持たせるための抵抗R_H
とからなるコンパレータであり、増幅回路１４１
からの出力電流V_Lが基準電圧V_Rより上回つた時
に、出力電圧V_Oを低レベルに保つ。この出力電
圧V_OはゲートＧにより反転され高レベルの検知
信号Ｓが発せられる。なお、増幅回路１４１側か
らの出力電圧V_Lは受光素子１１が被検知物８か
らの反射光Ｂを受けた際発する高レベルの出力電
圧V_L1、あるいは、受光素子１１が光フアイバー
のホルダ対向面９０２で直接反射される発光素子
１０からの反射光および周面の外乱等を受けるこ
とにより発する低レベルの出力電圧V_L2を示す。
このため、基準電圧V_Rの値は、V_L1＞V_R＞V_L2、
となるよう設定する必要があり、これにより、外
乱光、不要光等による誤動作を防止できる。更
に、抵抗R_Hの値は、出力電圧V_L中に含まれるノ
イズによる細かいゆらぎを吸収できるように、そ
のゆらぎ幅より大きめのヒステリシス特性を示す
よう設定される。このような第３図ｂに示した検
知信号発生回路１４によればしきい値としての基
準電圧V_Rの設定、およびヒステリシス特性の利
用により、微細光レベルにある反射光Ｂを正確に
判別検知できる。なお、受光光量が微細であり、
オペアンプＡ１のオフセツト電流が問題となる場
合には、オフセツト電流を減らすよう、FET入
力のオペアンプを用いるか、通常のオペアンプの
入力部分にMOS−FETを用いてもよい。

第３図に示した発光回路１５および検知信号発
生回路１４に代えて第４図に示すような簡単な発
光回路１５および検知信号発生回路１４を用いて
もよい。この発光回路１５は発光素子１０に補護
抵抗Ｒ３を介し電源電圧Vccを加えるという構成
である。一方、検知信号発生回路１４は電源電圧
Vccを分圧抵抗Ｒ４と受光素子１１の内部抵抗と
で分圧し、その出力電圧が低レベルを示す際に、
これを受けたシユミツトトリガのゲートG₁が高
レベルの検知信号Ｓを発するよう構成される。こ
の場合もシユミツトトリガのゲートG₁がヒステ
リシス特性を示すから検知信号Ｓに不要な細かい
ゆらぎによる出力が含まれることはない。なお、
第４図に示した発光回路１５や検知信号発生回路
１４に代えて同様の働きをする公知の他の回路を
も同様に利用することができる。

第２図に示した反射検知装置７は被検知物８に
対し、光フアイバーの被検知物対向端面９０１の
みを対向配置させ、他の部分は所望の位置に取り
付けることになる。そして被検知物８の有無を反
射光Ｂにより検知し、検知信号発生回路１４が検
知信号Ｓを発することになる。このため被検知物
８に対設される部分がわずかであり、スペースを
あまり取らないため、取り付けに自由度がある。
被検知物８には被検知物対向端面９０１のみが対
設され、かつ、これにより照射光Ａを射出し、反
射光Ｂを受けるため、被検知物８との対向間隔Ｈ
を比較的小さくでき、微小物体の検知も高精度に
行なうことができる。しかも、光フアイバー９に
より所望位置まで光信号を伝送してから、これを
受光素子１１で受けて検知信号Ｓを発するという
構成であるため、電気的ノイズを受けやすい部分
を光フアイバー９により退去させることができ
る。このため高電圧部分、温度変化の激しい部分
での検知が可能となり、配線に電磁波によるノイ
ズから遮蔽するためのツイストペア、シールド等
の処理をするという考慮も不要となり、交流系、
電力系との配線の分離も不要となり、交流電源系
への信号伝達の際、電取等の規格上の制約をも受
けないことになる。

第２図に示した反射検知装置７は光フアイバの
ホルダ対向面９０２に対し共に等しい取付角θ１
で対設されているが、これを多少ずらせてもよ
い。このような場合、ホルダ対向面９０２で発光
素子１０からの光が正反射されて受光素子１１に
直接入射するという不都合を防止できる。

更に、第２図に示した反射検知装置７は光フア
イバ９の光軸ｌに対し取付角θ１で発光素子１０
からの光を入射させているため、照射光Ａの成分
の多くは被検知物対向面９０１より斜めに射出す
る成分が多い。このため、被検知物８の表面が曲
つているような場合には、特に、反射光Ｂの方向
が偏より、この反射光Ｂを有効に被検知物対向面
９０１が拾えないこともある。このような不都合
を防ぐため、第５図に示した反射検知装置７は、
ホルダ対向面９０２に垂直入射光を発することの
できる位置に配備される発光素子１０と、その両
側の２つの受光素子１１１，１１２と、これらを
個々に区分する２つの遮光板１６，１７とをホル
ダ１８内に収容するよう構成される。この場合、
被検知物８に垂直に照射された照射光Ａは効率よ
く反射光Ｂとして被検知物対向面９０１に受け取
られるため、光信号のレベルが上り、検知の精度
が上る。なお、２つの受光素子１１１，１１２の
両出力を用いる場合には、両出力を周知の電気回
路により合成して出力を得ればよい。２つの受光
素子１１１，１１２の各取付角θ２，θ３は共に
受光角θに対しθ／２＞θ２、θ／２＞θ３の関
係を保持する。

第２図、および第５図に示した各反射検知装置
７は共に、被検知物８が完全正反射面（たとえば
鏡面）あるいはそれに近いものであると、反射光
Ｂを光軸ｌよりずれた位置の各受光素子１１，１
１１，１１２で受けるため、その量が減り、検知
が難かしくなる場合がある。これを防ぐために、
拡散フイルタを光部Ｒ中に挿入してもよいが、改
善される程度は少なく、信号対雑音比（Ｓ／Ｎ）
が低下する。このような鏡面を有する被検知物８
の検知を行なうことのできる反射検知装置７を第
６図に示した。ホルダ１９内には光フアイバーの
ホルダ対向面９０２と所定間隔を離ててハーフミ
ラー２０が対設される。ハーフミラー２０は光フ
アイバー９の光軸ｌの延長線と45゜の角度で対向
しており、このハーフミラー２０を通過した光軸
ｌの延長線上に発光素子１０が、ハーフミラー２
０で光軸ｌを直角に折り返したその延長上に受光
素子１１がそれぞれ配備される。この場合、発光
素子１０からの光はハーフミラー２０を通過し、
光フアイバー９に垂直入射し、被検知物対向面９
０１より光軸ｌと平行に照射光Ａが射出される。
被検知物８が完全な正反射面である場合、照射光
Ａは全反射され、その反射光Ｂはハーフミラー２
０に達し、更に、反射されて受光素子１１に致達
する。照射光Ａと反射光Ｂはハーフミラー２０で
分離される以外は全く同一の光路Ｒを通ることに
なり、完全正反射面はもちろん、拡散反射面を有
する被検知物８の検知も高精度に行なうことがで
きる。しかも照射光Ａと反射光Ｂの光路が一致す
ることにより、対向間隔Ｈをできる限り小さくで
き、微少物体の検知を高精度に行なうことができ
る。

第７図にはこの発明の他の実施例としての反射
検知装置７を示した。この反射検知装置７は発光
素子１０の光をレンズ２１で集め、光フアイバの
ホルダ対向面９０２に入射すると共に、ホルダ対
向面９０２から射出してくる反射光Ｂをレンズ２
２で集め、受光素子１１に照射するよう構成され
る。この場合、照射光Ａおよび反射光Ｂの各光利
用効率を上げることができる。

第８図には発光素子と受光素子とを一体化した
反射型フオトセンサ２３を直接光フアイバのホル
ダ対向面９０２に光学的に接続した反射検知装置
７を示した。この反射型フオトセンサ２３は多種
類市販されており、これを用いることにより簡単
にこの発明の反射検知装置７を作製できる。更
に、第２図に示したようなホルダ１２は必要な
く、単に周囲光の遮断と、内部の発光素子からの
直接光が受光素子に入射することを防ぐ処理のみ
が必要となる。

上述の処において、各反射検知装置７に取り付
けられる発光素子１０としては発光ダイオード
（LED）やタングステン電球を使用することがで
きる。これらのうち、高輝度で細いビーム状に発
光するようなものが特に適している。一方、受光
素子１１としてはフオトダイオードやCdS光導電
素子等を使用することができるが、比較的高感度
が要求されることよりフオトトランジスタが最適
である。これら受光素子１１は発光素子１０の波
長範囲と対応するよう利用されるが、特に周囲光
が比較的多い場合では、赤外範囲に感度特性を有
するものがよい。更に、光フアイバー９としては
プラスチツクフアイバーやガラスフアイバー等を
使用できる。以上のように、本発明は光フアイバ
の一方の端面を被検知物に対向させるのみで検知
信号を得ることができ、取付スペースをわずかし
か必要としないという利点がある。しかも、被検
知物を近接状態で検知することが容易となり、特
に発光素子の直接光を受光素子が受光しないよう
配備されるので、SN比の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光センサーの要部概略正面図、
第２図はこの発明の一実施例としての反射検知装
置の概略断面正面図、第３図および第４図は同上
反射検知装置に用いられるそれぞれ異なる発光回
路と検知信号発生回路図、第５図、第６図、第７
図および第８図はこの発明の各々異なる実施例と
しての反射検知装置の要部断面正面図である。 ７……反射検知装置、８……被検知物、９……
光フアイバー、１０……発光素子、１１……受光
素子、１４……検知信号発生回路、９０１……被
検知物対向面、９０２……ホルダ対向面、Ａ……
照射光、Ｂ……反射光、Ｒ……光路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一方の端面を被検知物に対向させ、他方の端
   面を発光素子および受光素子に対向させた１つの
   光フアイバと、 該受光素子に接続され、かつ、被検知物を検知
   した際信号を発する回路とを有し、 該発光素子からの直接光が該受光素子で受光さ
   れないように該発光素子と該受光素子とを配置す
   るとともに、上記光フアイバ内に上記発光素子か
   らの照射光の光路と上記被検知物からの反射光の
   光路とを共に配備するようにしたことを特徴とす
   る反射検知装置。