JPH03179211A - 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】 ［技術分野］ 本発明は、予め設定された検知エリア内に被検知物体が
存在するかどうかを判別してが所定エリア内に存在する
かどうかを反射型光電スイッチに関するものである。

［背景技術］ 第１図及び第２図は、この種の反射型光電スイッチの基
本例を示すもので、図中１は被検知物体Ｘに対してパル
ス変調光よりなる光ビームＰを投光する投光手段であり
、投光タイミングを設定する同期信号を発生する発振回
路１０と、ドライブ回路１１と、発光ダイオード、レー
ザーダイオードなどの投光素子１２と、光ビームＰを形
成するコンデンサレンズよりなる投光用光学系１３とで
形成されている。２は投光手段１から所定間隔ｅ０をも
って並置された受光手段であり、投、受光手段１．２は
被検知物体Ｘに対して三角測量的に配置されている。

この受光手段２は被検知物体Ｘによる反射光を集光する
ための凸レンズよりなる受光用光学系３と、受光用光学
系３の集光面に配設され、集光スポットＳの位置に対応
した位置信号を出力する位置検出手段４とで構成されて
おり、この位置検出手段４は、凸レンズよりなる受光用
光学系３の集光面内に配設され、距１ｌＩｌが変化した
場合における集光スポットＳの移動方向く矢印Ｍ）に連
設された２個の受光素子２０ａ、２０ｂにて形成されて
いる。但し、この位置検出手段４として位置検出素子（
いわゆるＰＳＤ）を用いても良い、基本例では、この受
光素子２０ａ、２０ｂとしてホトトランジスタ、ホトダ
イオード、太陽電池、ＣｄＳなどが用いられる。

５は判別制御手段であり、位置検出手段４出力に基づい
て被検知物体Ｘが所定の検知エリアＤＥ内に存在するか
どうかを判別して出力回路６を制御するようになってい
る。この判別制御手段５は、受光素子２０ａ、２０ｂか
らの出力電流ＩＡ。

Ｉゎを信号電圧ＶＡ、Ｖ、に増幅変換する受光回路２１
ａ、２１ｂと、対数増幅回路２２ａ、２２ｂと、対数増
幅回路２２ａ出力１　ｎ　Ｖ　Ａから対数増幅回路２２
ｂ出力１　ｎ　Ｖ　＠を減算する減算回路２３と、減算
回路２３出力ｊ！ｎ（ＶＡ／Ｖ、）と検知エリア設定ボ
リウムＶＲにて設定された動作レベル■３とを比較して
減算回ｉ′８２３出力Ｉ　ｎ（Ｖ　Ａ／　Ｖ　１．ｌ）
が動作レベルＶｓ以下のときＨレベルを出力する比較回
路２４と、投光素子１２からの光ビームＰの投光タイミ
ング（発振回路１０から出力される同期信号〉に同期し
て比較回路２４出力をサンプリングすることにより、被
検知物体Ｘが検知エリアＤＥ内に存在するかどうかを確
実に判別するようにした信号処理回路２５とで形成され
、信号処理回路２５出力にて負荷制御用のリレー、負荷
制御用の半導体スイッチ素子などよりなる出力回路６を
制御するようになっている。なお、受光回路２１ａ　＋
　２１．　ｂはパルス光信号のみを通し、直流光信号を
カットしたり、特定の周波数のみを通すバンドパスフィ
ルタ回路を含むものである。

今、被検知物体Ｘが第３図（ａ）に示すように反射型光
電スイッチＹから距離１ｍ、ｌｂ、ｌｅの位置ａ、ｂ、
Ｃに存在する場合において、集光面内に配設された受光
素子２０ａ、２０ｂに対する集光スポットＳの位置はそ
れぞれ第３図（ｂ）のようになり、被検知物体Ｘの位置
が光ビームＰの投光方向に変化すると、集光スポットＳ
が矢印Ｍ方向に科動して受光素子２０ａ、２０Ｌ：１に
入射する光量の比率が変化することになり、受光素子２
０ａ２０ｂの出力電流１に、１．は集光スポットＳの位
置に対応した位置信号となる。

判別制御手段５では受光回路２１ａ、２］、ｂにてこの
電流ＩＡ、Ｉｓに比例した電圧ＶＡ、Ｖ、を形成し、対
数増幅四Ｒ２２ａ、２２ｂにて対数増幅した電圧１ｎＶ
Ａ、　１ｎＶａを減算回路２３にて減算することにより
、減算回路２３から受光素子２０ａ、２０ｂに入射する
光量の比率の対数値Ｉｎ（Ｖ　Ａ／′Ｖ　ａ　）が出力
されることになる。この減算回路２３出力ｆｎ（ＶＡ／
′Ｖｓ）は、反射型光電スイッチＹから被検知物体Ｘま
での距ｙＩｅに応じて変化し、距離ｌに対する減算回路
２３出力Ｉｎ（ＶＡ／■、〉は、第４図に示すようにな
る。

従って、比較回路２４の検知エリア設定ボリウムＶＲに
て動作レベルＶｓを適当に設定することにより、正確な
検知エリアＤＥが容易に設定でき、減算回路２３出力１
　ｒｌ　（Ｖ　Ａ／　Ｖ　ａ　）が動作レベルＶ８以上
となったとき、比較回路２４出力がＨレベルとなり、信
号処理回路２５を介して出力回路６が作動される。

この場合、判別制御手段５は、受光素子２０ａ、２０ｂ
出力のレベル比を演算し、そのレベル比が予め設定され
た動作レベル■３のとき、出力回路６を作動させるよう
になっており、被検知物体Ｘによる反射光Ｒのレベルと
関係なく検知エリアＤＥが設定されるようになっている
ので、検知エリアＤＥの後方に存在する光反射率の大き
い物体による誤動作が防止できるとともに、被検知物体
Ｘの光反射率に関係なく検知エリアＤＥを設定でき、さ
らに投、受光用光学系１３，３の汚れの影響を受けるこ
とがないようになっている。

ところで、このような基本例において、被検知物体Ｘが
光ビームＰを遮るように例えば、光ビームＰの投光方向
と直交する方向（矢印Ｚ）に移動し、光ビームＰが一定
のビーム径（ＡＰ）を有している＃Ｊきにおいて、被検
知物体Ｘに光ビームＰが完全に照射（Ｐ、〜Ｐ３部分が
照射）されているか否かによって誤動作が発生するとい
う問題があった。

すなわち、光ビームＰが第５図（ａ）に示すように、被
検知物体Ｘに完全に照射されている場合にあっては、位
置検出手段４上の集光スポットＳのスポット径はＸｌ−
Ｘ３であり、その中心位置はｘ２となり、被検知物体Ｘ
の距離１２に対応する位置情報として集光スポットＳの
中心位置ｘ２に基づいた位置信号ＩＡ、１．が出力され
ることになる。

同様にして、被検知物体Ｘまでの距離がｅｌ＋ｅ、で光
ビームＰが被検知物体Ｘに完全に照射されている場合、
その場合の集光スポットＳの中心位置Ｘ＋、Ｘ３に基づ
いた位置信号ＩＡ、１．が被検知物体Ｘの距離１．、ｌ
、に対応する位置情報として出力される。この場き、集
光スポットＳの中心位置Ｘは、ｘ　−（１２ｏ　ｘ　ｆ
　）　／　ｅとなる。但し、ｆは受光用光学系３の焦点
距離である。

しかしながら、今、光ビームＰを遮るように例えば、Ｚ
方向に移動する被検知物体Ｘが第５図（ｂ）のような位
置にあり、光ビームＰの９１部分のみが被検知物体Ｘに
照射されている場合には、位置検出手段４上の集光スポ
ットＳのスポット径は微小な値となり、集光スポットＳ
の中心位置はほぼｘ、となるにの場合、集光スポットＳ
の中心位置に基づいた位置信号ＩＡ、１．が被検知物体
Ｘの位置情報として出力され、この位置情報は、被検知
物体Ｘが距＠　ｐ−＋に存在する場合のものと同一であ
るので、被検知物体Ｘの位置を実際の位置よりも近いと
判断してしまうという問題がある。

また、被検知物体Ｘが第５図（ｃ）のような位置に移動
し、光ビームＰの２３部分のみが被検知物体Ｘに照射し
ている場合には、位置検出手段４上の集光スポットＳの
中心位置はほぼＸ、となり、集光スポットＳの中心位置
Ｘ、に基づいた位置信号ＩＡ、１．が被検知物体Ｘの位
置情報として出力され、あたかも被検知物体Ｘが距離ｌ
、の位置にあると認識され、実際の位置よりも遠いと判
断してしまうという問題があった。つまり、被検知物体
Ｘが光ビームＰに入るときと出るときに誤動作が生じる
ことになる。

ところで、集光スポットＳの中心位置のずれＡｘ（ｘ、
−Ｘ２、ｘ３−ｘ２）は、 ＩＩＩｘ＝（ＪＰＸｆ）／２１ であり、集光スポットＳの中心位置ｘは前述のように、 ｘ　＝　（１ｏ　ｘ　ｆ　）　／　１ であり、 （Ｊｘ／ｘ＞＝（ＡＰ／２１０） を小さくすれば上記誤動作を軽減できることになるが、
投光手段１と受光手段２との間の距離１０を長くするこ
と、及びビー１２径ＡＰを細くすることに対しては種々
の制限があり、根本的解決にはならないものである。

［発明の目的］ 本発明は、上述の点に鑑みて提供したものであって、被
検知物体が投光手段から投光される光ビームを遮るよう
に移動し、光ビームがビーム径を有している場合におけ
る誤動作を防止することを目的としたものである。

［発明の開示］ （実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第
６図及び第７図は本発明一実施例を示すもので、前述の
基本例と同様の投光手段１を有し、投光手段１の両側に
夫々所定間隔ｌ。をもって受光手段２．２□を配設した
ものである。投光手段１の光軸に対して対称に配置され
た受光手段２３，２□の受光用光学系３．３□は被検知
物体Ｘによる光ビームＰの反射光をそれぞれ集光するよ
うになっており、両受光用光学系３．３．の集光面には
集光スポットＳの位置に対応した位置信号を出力する位
置検出手段４．４□がそれぞれ配設されている。

位置検出手段４．．４□はそれぞれ一対の受光素子２０
＋Ａ、２０．、．２０２Ａ、２０□６をＭ方向に連設し
て形式されている。なお、実施例では受光手段２．２□
と投光手段１との間隔は同一となっているが、夫々異な
った間隔に設定しても良く、コノ場合、受光素子２０　
＋Ａ、　２０　ｌ！ｌ、２０２Ａ、２０２ｇの寸法を変
えるか、後述する判別制御手段５の演算にて補正すれば
良い、また、受光用光学系３．３□の光軸を投光手段】
の光ビームＰと交叉させるようにしても良く、更にまた
、実施例では受光用光学系３．．３２と投光用光学系１
３と、受光素子２０＋Ａ、２０．、．２０２Ａ、２０□
６は互いに平行となっているが、必ずしも平行でなくて
も良い。

位置検出手段４１．４２の出力は、前述の基本例と同様
の判別制御手段５出力に基づいて被検知物体Ｘが所定検
知エリアＤＥ内に存在するかどうかを判別して出力回路
６を制御するようになっており、再位置検出手段４から
は被検知物体Ｘに光ビームＰの一部が照射された場合に
おいて相反的な位置信号が出力されるので、光ビームＰ
の一部が被検知物体Ｘに照射された場合における異常位
置信号を補正することができ、被検知物体Ｘに光ビーム
Ｐが完全に照射されない場合の誤動作を防止することが
できるようになっている。

すなわち、実施例１にあっては、受光素子２０２Ａ、　
２０　＋Ａから出力される信号電流１．Ａ、Ｉの和を位
置信号ＩＡとして受光回路２１ａに入力するとともに、
受光素子２０２．．２０．ｌｌから出力される信号電流
１２１１　　Ｉｌ’の和を位置信号１．とじて受光回路
２１ｂに入力し、基本例と同様に位置信号ＩＡ、　　■
、に比例した電圧ＶＡ、Ｖ＠を形成し、対数増幅回路２
２ａ、２２ｂにて対数増幅した電圧ｅｎＶ＾、１’ｎＶ
ｓを減算回路２３にて減算し、減算回路２３出力１ｎ　
（ＶＡ／　Ｖ−）に基づいて被検知物体Ｘまでの距離ｌ
を判別して出力回路６を制御するようになっている。

（実施例の動作） 今、被検知物体Ｘに光ビームＰが完全に照射されている
場合、位置検出手段４．上の集光スポットＳｌのスポッ
ト径は、ｘ、−Ｉ３となり、その中心位置はＩ２となる
とともに、位置検出手段４□上の集光スポットＳ２のス
ポット径は、ｘ、−ｘ。

となり、その中心位置はｘ２′となり、同一の位置検出
手段４１．４□を投光手段１の光ビームＰに対して対称
に配置しているので、ｘｌ＝ｘ、　　、ｘ２＝ｘ２’　
、Ｘ３＝Ｘ３′となる。従って、位置検出手段４□４□
の各受光素子２０．Ａ、２０．．，２０２ＡＩ　２０２
８に対応する信号電流Ｔ１Ａ、Ｉ１Ｂ、Ｉ　２Ａ。

Ｉ２１１が出力され、この場合、Ｉ　ＨＡ＝　Ｉ　２Ａ
、Ｉ　＋１ｌ−１２Ｂとなっており、信号電流■０、Ｔ
２Ａの和（２１、Ａ＝　Ｔ　Ａ＞と、信号電流１１ｍ、
１２ｍの和（２Ｉ　ｌ。

＝１．〉との比、すなわちＶＡ／Ｖ、は、Ｉ、Ａ／Ｉと
なり、基本例と全く同様にして被検知物体Ｘまでの距離
ｅが判別され、出力回路６が制御される。

一方、被検知物体Ｘに光ビームＰ＜７１Ｐ、部分のみが
照射されている場き、各位置検出手段４．。

４２上の集光スポットＳ、、Ｓ２の中心位置は、Ｉ４、
Ｘｆｆ′となり、この中心位置Ｘ４、ｘ３′は、ｆ　　
　Ｌ上 ｘ、＝　　　（／＋　　　　） ２ 、　　　ｆ　　　　　ＡＰ Ｘｓ　　”　　　＜ｔｏ−） ２ となる、ここに、位置検出手段４１４２の信号電流１１
Ａ＋Ｉ２Ａの和■８及び信号電流１１１　Ｉ２＊の和１
．をとることにより１ 、ｒｄＰｆ　　　−涯 Ｘ　Ｈ＋　Ｘ　３　＝（１０＋−）　＋（’ｏ　　ｚ　
）１　　　２１ ＝　２　Ｘ　（ｆ　／　０１ｏ”　２　・Ｘ　ｚに対応
する位置情報が得られることになり、上式から明らかな
ようにＸ　＋　＋　ｘ　ｓ′／　２は、被検知物体Ｘの
正確な距！１ｌｉ１を示しており、判別制御手段５にて
Ｚｒ＋　＜Ｉ　Ａ／　Ｉ　ｅ）を演算することにより、
被検知物体Ｘの位置を正確に判断できることになる。

同様にして被検知物体Ｘに光ビームＰのＰ３部分のみが
照射された場合にも被検知物体Ｘの位置を正確に判断で
き、被検知物体Ｘが光ビームＰと直交する方向（Ｚ方向
）に移動し、光ビームＰが一定のビーム径ｌＪＰを有す
る場合にあっても、被検知物体Ｘの位置が正確に判断さ
れ、被検知物体Ｘが光ビームＰに入るときと、出るとき
における誤動作を防止できる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、移動する被検知物体に対して光
ビームを投光する投光手段と、投光手段の両側に夫々所
定間隔をもって配設され、被検知物体による光ビームの
反射光を集光する第１゜第２の受光用光学系と、第１．
第２の受光用光学系の集光面にそれぞれ配設され集光ス
ポットの位置に対応した位置信号を出力する第１．第２
の一対の受光素子と、第１の受光素子の出力をＩＩＡ＋
■、とじ、第２の受光素子の出力を１２Ａ＋■２１１と
して、両受光素子出力を式 二しいコニＬ１２ Ｉ＋ｓ＋１２＠ について演算を行い、この出力に基いて被検知物体が所
定エリア内に存在するかどうかを判別してが所定エリア
内に存在するかどうかを判別制御手段とを具備している
ものであるから、被検知物体が光ビームの一部を遮る場
きにおいて第１．第２の一対の受光素子から出力される
相反的な位置信号に基づいて異常位置データを補正する
ことができ、被検知物体が投光手段から投光される光ビ
ームを遮るように移動し、光ビームがビーム径を有して
いる場合においても、誤動作を防止することができる効
果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る基本例の構成を示す図、第２図は
同上のブロック回路図、第３図乃至第５図は同上の動作
説明図、第６図は本発明の一実施例の概略構成及び動作
を示す図、第７図は同上のブロック回路図である。 １は投光手段、３１１３２は受光用光学系、５は判別制
御手段、６は出力回路、２０．Ａ、２０．、。 ２０□、、２０２．は受光素子である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）移動する被検知物体に対して光ビームを投光する
   投光手段と、投光手段の両側に夫々所定間隔をもって配
   設され、被検知物体による光ビームの反射光を集光する
   第１、第２の受光用光学系と、第１、第２の受光用光学
   系の集光面にそれぞれ配設され集光スポットの位置に対
   応した位置信号を出力する第１、第２の一対の受光素子
   と、第１の受光素子の出力をＩ＿１＿Ａ、Ｉ＿１＿Ｂと
   し、第２の受光素子の出力をＩ＿２＿Ａ、Ｉ＿２＿Ｂと
   して、両受光素子出力を式 （Ｉ＿１＿Ａ＋Ｉ＿２＿Ａ）／（Ｉ＿１＿Ｂ＋Ｉ＿２＿
   Ｂ）について演算を行い、この出力に基いて被検知物体
   が所定エリア内に存在するかどうかを判別して出力回路
   を制御する判別制御手段とを具備して成る反射型光電ス
   イッチ。