JPH06230316A - 光ファイバーヘッドの光軸調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本体部から延ばした光ファイバ４を、対物レ
ンズ８を有し検出位置ｍに設置した投光用ヘッド１又は
受光用ヘッド２に接続した光ファイバ式光電スイッチに
おいて、ヘッドの光軸調整を、１人で簡単、正確に行う
ことができる光軸調整装置を提供する 【構成】 可視レーザーダイオード３２を光源として用
いたスポット光源２０を、光ファイバ４の先端部４ａに
代えてヘッドの連結部１ｂに装着し、光ファイバーヘッ
ド１を通して照射されるスポット光が、検出位置又は対
向するヘッド２の中心に一致するようにヘッド１の取付
角度を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、レーザー光源及びアン
プ回路等を備えた本体部（投光器又は受光器）と、対物
レンズを備えた投受光用ヘッドを光ファイバで連結した
光ファイバ式光電スイッチに関し、特にその投受光用ヘ
ッド（光ファイバーヘッド）の光軸調整装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄鋼設備で物体の検知を行う光電スイッ
チは、塵埃及び水蒸気が多発する環境に対応させるた
め、光の散乱が少なく且つ強力な光が容易に得られるレ
ーザーダイオードを光源として採用するとともに、対物
レンズを備えた投光用及び受光用のヘッドを独立して設
け、レーザー光源を備えた光電スイッチ本体との間を光
ファイバで接続した構造を採用する。

【０００３】この光ファイバ式光電スイッチの透過型の
ものを図５に示す。１，２は投光用及び受光用のヘッド
で、被検出空間（ｍ）の両側で光軸を合わせて対向・配
置される。これらのヘッドには、投光器３と受光器３′
から延びる光ファイバ４,５が連結される。

【０００４】これらのヘッド１,２の取付は、その光軸
を一致させて行う必要がある。このため、以下の取付機
構が採用される。

【０００５】投光側と受光側のヘッド１，２は、固定台
６上に同一構造の取付ブラケット７，７を介して上下及
び左右に揺動可動に設置される。投光側のヘッド１の構
造と、その取付ブラケット７の構造例を図６と図７を参
照して説明する。

【０００６】図７に示すように、ヘッド１は円筒状のヘ
ッド本体１ａと、その後端に一体に同軸に形成した光フ
ァイバ連結部１ｂを有する。ヘッド本体１ａの先端開口
部内に対物レンズ８が固定されている。この図示例で
は、ヘッド先端面に円筒状のフード９がパッキング１０
を介して連結されているが、これを付けない場合もあ
る。光ファイバ連結部１ｂは、外周がネジ切りされた円
筒で、ここに光ファイバ４の先端部４ａが同軸に挿通さ
れて着脱可能に連結される。

【０００７】光ファイバ４の先端には、押え金具１１が
前後からナット部材１２，１３で挟まれて連結される。
この押え金具１１の周囲の円筒部の内周はネジ切りさ
れ、この内周が光ファイバ連結部１ｂの外周に螺装され
る。図７鎖線矢印方向から押え金具１１を光ファイバ連
結部１ｂに螺装して固定した段階で、光ファイバ４の先
端がヘッド本体１ａの後端部中心に位置し、レーザー光
を対物レンズ８から照射可能とする。また、押え金具１
１を光ファイバ連結部１ｂから外すと、光ファイバ４が
ヘッド１から取り外される。

【０００８】取付ブラケット７は、座板部７ａと垂直板
部７ｂから成るコ字形金具である。図６(ａ)及び(ｂ)に
示すように、垂直板部７ｂの上部がヘッド本体１ａに左
右に前後２本づつの取付ネジ１４，１５で固定され、座
板部７ａが固定台６に前後２本の取付ネジ１６，１７で
固定される。

【０００９】図６ａに示すように、垂直板部７ｂの上部
後方に上下方向の長穴１８が形成され、この長穴１８に
後部の取付ネジ１５が挿通される。前後の取付ネジ１
４，１５を弛めたとき、ヘッド１は前部の取付ネジ１４
を支点にして、長穴１８の寸法で決まる図６ａの角度α
だけ上下に回転する。

【００１０】また、図６ｂに示すように、座板部７ａの
後方に左右方向の長穴１９が形成され、この長穴１９に
後部の取付ネジ１７が挿通される。前後の取付ネジ１
６，１７を弛めたとき、取付ブラケット７とヘッド１
は、前部の取付ネジ１６を支点にして、長穴１９の寸法
で決まる図６ｂの角度βだけ左右に回転する。

【００１１】このヘッド１の上下左右の回転角度調整に
より、ヘッド１と相手側のヘッド２の光軸が合わされ
る。このような光軸合わせは、次のように行われる。

【００１２】ヘッド１からは、対物レンズ８の口径であ
る、例えば４cmφといった太さを持つ光が照射される。
従って、投光用ヘッド１と受光用ヘッド２の光軸合わせ
は、両者間に、この幅を持って検出位置を通る光の通路
を確保し、さらに両者の光軸をこれに一致させる必要が
ある。

【００１３】このため、従来は、例えば検出位置を通っ
て両側に延びる糸を張り、上記光の通路を確認しながら
両者の取付け位置を決定し、この後、受光感度が最大に
なるように投光用ヘッド１と受光用ヘッド２の上下左右
の角度を調整することによって、光軸合わせを行ってい
た。

【００１４】なお、上記説明は透過型の光電スイッチに
ついて行なったが、投光用ヘッドと受光用ヘッドを検出
位置に対して同じ側に配置する反射型の光ファイバ式光
電スイッチ、及び受光用ヘッドのみを持ち発光物体の検
知のみを行う受動型の光ファイバ式光電スイッチも同様
のヘッド構造を持ち、その光軸調整も同様の方法で行な
われる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】上記光軸合わせのため
に糸を這わせる作業は、鉄鋼設備等の製造ラインを横断
させて行う必要が有り、一般に困難である。

【００１６】また、受光レベルから光軸を調整する作業
は、ヘッド１，２と離れた本体部（投光器３又は受光器
３′）からモニタ出力を取り出して行うもので、ヘッド
とモニタが離れているため作業性が悪くかなりの時間を
要する。

【００１７】そこで、本発明は、ヘッドの光軸合わせ
を、ヘッドから光軸方向にスポット光を照射させ、この
スポット光が検出物体の所定位置に当たり、かつ対向す
るヘッドに当たることを直接目で確認するだけで行なえ
る光ファイバ式光電スイッチの光軸調整装置を提供する
ことを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明が提供する光ファ
イバーヘッドの光軸調整装置は、図１に示すように、対
物レンズ８を備え、検出位置に向けて配置された光ファ
イバーヘッド１，２の連結部に、投光器３又は受光器
３′から延ばされた光ファイバ４の先端部４ａを着脱自
在に装着し、この光ファイバヘッド１，２を通して投光
又は受光を行って、物体を検知する光ファイバ式光電ス
イッチにおいて、可視レーザーダイオードを光源として
用い、上記光ファイバの先端部４ａに代え、これと光軸
を一致させた状態で上記連結部１ｂに装着されるスポッ
ト光源２０からなり、図４に示すように、光ファイバー
ヘッド１，２を通して検出位置ｍに照射されるスポット
光によって、光ファイバヘッド１，２の光軸合わせを可
能としたことを特徴とする。さらに、この発明は、上記
スポット光源２０の構造として、光ファイバの先端部４
ａに代えて連結部１ｂに位置決め固定可能な外形を持つ
外筒２１と、可視レーザーダイオード及び集光レンズを
備えた発光部２２と、この発光部２２を上記外筒内で前
後方向にスライドさせ所定位置で固定する焦点調整機構
２３とから構成し、発光部の照射するレーザー光の集光
点を光ファイバーヘッドの対物レンズ８の後側焦点ｆに
一致させる調整を可能にしたものを提供する。

【００１９】

【作用】投光用ヘッド１又は受光用ヘッド２に、光ファ
イバ先端４ａに代え、これと光軸が一致する状態でスポ
ット光源２０を取付けると、例えば１cmφ程度でヘッド
の投受光幅（例えば４cmφ）に比べて小さい可視スポッ
ト光（例えば赤色）を、散乱することなくヘッドの光軸
に沿って照射可能となる。

【００２０】このスポット光の経路は、光ファイバ先端
４ａを取り付けたときの光軸と完全に一致している。し
たがって、対物レンズ８の機械軸中心がその光軸からず
れていること等によって生じるヘッド光軸の振れに影響
されず、正確な基準として用いることができる。

【００２１】そこで、この照射点が、検出位置、及び対
向するヘッドの中心に一致するようにヘッド１，２を動
かすことにより、極めて簡単に、光の通路を確認しなが
ら光軸を調整できる。

【００２２】また、スポット光源２０に焦点調整機構２
３を設けると、ヘッドの仕上がり寸法のバラツキがあっ
た場合及びヘッド型式が異なり軸方向長さがばらついて
いた場合でも、スポット光源の集光点をヘッドの対物レ
ンズの内側焦点に一致させることができ、スポット光を
広がりがない最適状態で照射可能とする。

【００２３】

【実施例】以下、本発明を、図５に示される光ファイバ
式光電センサに適用した一実施例について、図１乃至図
４を参照して説明する。なお、この実施例の図５乃至図
７と同一、又は、相当部分には同一符号を付して説明を
省略する。

【００２４】図１及び図２に示される光軸調整装置は、
一方の例えば投光側のヘッド１の光ファイバ連結部１ｂ
にスポット光源２０を装着するもので、これは光ファイ
バの先端４ａに代えて着脱自在に行われる。

【００２５】この光軸調整装置は、図１に示すようにス
ポット光源２０を装着した状態で、そのスポット光の照
射点を、検出位置及び相手側のヘッド２の位置で確認し
ながら、スポット光源を付けたヘッド１の光軸合わせを
行う。

【００２６】すなわち、スポット光源２０を装着する
と、ヘッドの対物レンズ８で平行光化された可視レーザ
ー光が、ヘッドの光軸に沿って照射される。そこで、図
４に示すように、対向するヘッドの前、及び被検出空間
（ｍ）に、必要に応じて板状スクリーンＰを置けば、そ
こに１cmφといった幅で照射されるスポット光２０ａ
が、ヘッド１の光軸と一致しているので、この照射点２
０ｂが、所望の検出位置（例えば、コンべア上方の１５
cmの点）に一致し、かつ対向するヘッドの中心に一致す
るように、ヘッド１の角度を調整すればよい。この光軸
調整は、受光側のヘッド２においても、スポット光源２
０の装着により同様に行なわれる。

【００２７】上記スポット光源２０の具体的構造を、分
解状態を示す図３に基づき説明する。

【００２８】このスポット光源２０は、外筒２１、スリ
ーブ２４、レンズホルダ２５、筒形ケース２６を組み合
わせて構成される。

【００２９】外筒２１は、外周の一端に鍔２１ａを形成
した円筒体で、この鍔部分２１ａが、図１に示すように
光ファイバの先端４ｂに代えて、ヘッド連結部１ｂに嵌
入される。このため、この鍔２１ａの外径をヘッド連結
部１ｂの内径と一致させてある。この鍔２１ａによって
形成される段差部２１ｂを、図１に示すように光ファイ
バ連結部１ｂの外周に螺装される押え金具２７で締め付
けることによって、取り付けが行われる。この押え金具
２７は、その挿通孔の径がスリーブ２４に対応して大き
くなっている他は、光ファイバ４の取付けに用いる前記
押え金具１１と同様の形状を持つ。また、この外筒２１
にはスリーブ固定ネジ２８が径方向に貫通する状態で螺
装されている。

【００３０】スリーブ２４は円筒形状のもので、筒形ケ
ース２６を前記外筒２１内にスライド調整可能に組み付
けるために用いられる。このため、その外径は外筒２１
の内部をガタ付きなく摺動する大きさとし、その先端部
の内径を筒形ケース２６が密着して嵌まる大きさとして
いる。なお、スリーブ２４の先端部以外の内径は、筒形
ケース２６よりやや大きくしているが、これは後述する
筒形ケース２６を組み付ける際の光軸合わせのためであ
る。この光軸合わせのため、スリーブ２４の後端部を厚
肉にし、ここに、径方向に向く複数（通常は３本）のセ
ットネジ２９を螺装している。

【００３１】レンズホルダ２５は、光学絞り３０を一体
成形した筒体の内部に、集光レンズ３１を固定したもの
で、その後方部分の外周２５ａに雄ネジが形成され、先
端部外周に刻み目を入れたつまみ形状としている。

【００３２】筒形ケース２６は、内部に可視レーザーダ
イオード３２を取り付けた有底円筒体で、先端開口には
前記レンズホルダ２５の雄ネジと螺合する雌ネジが形成
されている。この螺合構造によって、筒形ケース２６に
レンズホルダ２５が前後動による焦点調整可能な状態で
組み付けられる。なお、可視レーザーダイオード３２
は、後端から引き出されたコード３３で電源（電池ボッ
クス等）３４と接続される。

【００３３】図３に示す分解状態から、スポット光源２
０を組み立てる手順は、以下のようになる。

【００３４】まず、前述したようにレンズホルダ２５を
螺装した筒形ケース２６を、先端を合わせてスリーブ２
４に入れる。この状態で筒形ケース２６は、先端側を中
心としてスリーブ内で振らすことが可能である。ここ
で、図示しない組立治具を用い、スリーブ２６の軸中心
が、この治具のスクリーン上の目印と一致するようにス
リーブ２６を固定する。そして、可視レーザーダイオー
ド３２を点灯させ、それが照射するスポット光が、上記
目印上に照射されるように、複数のセットネジ２９の締
付量を調整する。これによって、スポット光の光軸は、
スリーブ２４の機械軸と一致する。

【００３５】このような光軸調整を行うのは、可視レー
ザーダイオード３２の発光点を筒形ケース２６の軸中心
に置くことが組み立て工程上極めて困難なため必要とさ
れるからである。

【００３６】この後、必要に応じてスリーブ２４と筒形
ケース２６を接着剤で固定する。上記スリーブ２４と筒
形ケース２６の一体化によって発光部２２が製作される
ことになる。

【００３７】この発光部２２を、外筒２１内にスライド
挿入し、適当な位置でスリーブ固定ネジ２８で固定す
る。このようにスライド挿入してネジ２８で固定する構
造によって焦点調整機構２３が形成され、組立てた状態
のものがスポット光源２０となる。

【００３８】以上の作業によって組み立てられたスポッ
ト光源２０は、図２に示すように、光ファイバの先端４
ａに代えて、ヘッド連結部１ｂ内に挿入され、押え金具
２７でネジ締め固定することにより装着される。この状
態で、スポット光源２０の集光点は、必ずしも、図１に
示すようにヘッド１の対物レンズ８の後方焦点ｆに一致
しているとは限らない。これは、機械加工の精度によっ
て、ある程度の寸法誤差は避けられずヘッド毎の器差が
生じ、あるいはヘッドの型式等によって寸法の異なるヘ
ッドに、このスポット光源２０を取付ける場合があるか
らである。

【００３９】この場合は、前方に照射されるスポット光
が拡散した状態で照射されるので、焦点調整機構２３を
用いる、すなわち、スリーブ固定ネジ２８を緩め、スリ
ーブ２４を前後動させスポット光が収束するように位置
決めし、スリーブ固定ネジ２８を再度締め付ける。これ
によって、正常な光軸調整が行なえるようになる。

【００４０】なお、この焦点調整は、筒形ケース２６に
螺装したレンズケース２５の回転によっても行えるが、
この場合は、スポット光源２０をヘッド連結部１ｂから
取り外す必要がある。この発明のように、ヘッド連結部
１ｂに装着したままで作業できることは、実際に光軸調
整の対象とする検出位置または対向するヘッドに照射さ
れるスポット光の収束を見ながら焦点調整を行えること
を意味し、作業性を大幅に向上し、確実な焦点調整を可
能とする。

【００４１】上記取付を行ない電源３４から通電して可
視レーザーダイオード３２を発光させると、図４に示す
ように１cmφといった細い可視レーザーのビーム光２０
ａが照射され、前述したように容易に光軸調整を行うこ
とができる。

【００４２】光軸合わせが終了すれば、図２に示したよ
うに、光ファイバ４との付替えを行って、通常の使用を
することができる。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ヘッドに、その光ファ
イバ４に代わりスポット光源２０を同軸に取付け、スポ
ット光の照射点が検出位置ｍおよび対向するヘッドに一
致するように、ヘッド角度を調整することによって、極
めて簡単にヘッドの光軸合わせを行うことができる。

【００４４】特に、この発明は光ファイバの先端に代
え、これと光軸が一致する状態でスポット光源２０を装
着する光軸調整方式であるので、ヘッドの加工精度に左
右されず高精度の光軸調整が可能になる特徴を有する。

【００４５】これは、個々のヘッドの光軸が、加工精度
上、その機械軸中心に対して偏心していたとしても、実
際に物体検出のための投受光を行う光軸に一致する光路
を通してスポット光を照射できることによる。なお、上
記加工精度上の偏心は、対物レンズ８の機械軸中心とそ
の光軸がずれている場合、あるいはヘッド連結部１ｂの
外周のネジが軸方向に傾斜して形成された場合等に発生
する。また、上述した高精度の光軸調整は、ヘッドと平
行に望遠鏡式の照準を設けた場合と比較して考えれば、
一層明らかである。

【００４６】また、スポット光源２０に、外筒２１とス
リーブ２４の摺動による焦点調整機構２３を設けたか
ら、スポット光源２０をヘッド連結部１ｂに装着したま
まで、焦点調整が可能になる。これは、機械加工上の誤
差及び型式の相違により、軸方向の寸法が異なるヘッド
に対して、高い操作性で確実な焦点調整を可能とするも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の光軸調整装置の使用例を示
す部分断面を含む側面図である。

【図２】図１の装置におけるヘッドとスポット光源、及
び、光ファイバの部分断面を含む分解側面図。

【図３】図１の装置におけるスポット光源の分解断面
図。

【図４】図１装置を使った光軸調整時の光電スイッチの
概略を示す側面図。

【図５】光ファイバ式光電スイッチの概略を示す側面
図。

【図６】図５の光電スイッチのヘッドとその光ファイバ
の連結部の拡大図で、ａは側面図、ｂは一部省略部分を
含む平面図である。

【図７】図５の光電スイッチのヘッドと光ファイバの部
分断面を含む拡大側面図。

【符号の説明】

１ 投光用のヘッド（光ファイバーヘッド） ２ 受光用のヘッド（光ファイバーヘッド） ３ 投光器（光電スイッチ本体） ３′ 受光器（光電スイッチ本体） ４ 光ファイバ ４ａ 光ファイバの先端 ８ 対物レンズ ２０ スポット光源 ２１ 外筒 ２２ 発光部 ２３ 焦点調整機構 ２４ スリーブ ２６ 筒形ケース ２７ 押え金具 ２８ スリーブ固定ネジ ２９ セットネジ ３１ 集光用レンズ ３２ 可視レーザーダイオード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 敏明 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 小寺 正治 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 坪井 宏之 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対物レンズを備え、検出位置に向けて配
   置された光ファイバーヘッドの連結部に、投光器又は受
   光器から延ばされた光ファイバの先端部を着脱自在に装
   着し、この光ファイバヘッドを通して投光又は受光を行
   って、物体を検知する光ファイバ式光電スイッチにおい
   て、 可視レーザーダイオードを光源として用い、上記光ファ
   イバの先端部に代え、これと光軸を一致させた状態で上
   記連結部に装着されるスポット光源からなり、 光ファイバーヘッドを通して検出位置に照射されるスポ
   ット光によって、光ファイバヘッドの光軸合わせを可能
   としたことを特徴とする光ファイバーヘッドの光軸調整
   装置。
2. 【請求項２】 スポット光源を、光ファイバの先端部に
   代えて連結部に位置決め装着可能な外形を持つ外筒と、
   可視レーザーダイオード及び集光レンズを備えた発光部
   と、この発光部を上記外筒内で前後方向にスライドさ
   せ、発光部の照射するレーザー光の集光点を光ファイバ
   ーヘッドの対物レンズの後側焦点に一致させて固定する
   焦点調整機構とから構成したことを特徴とする請求項１
   記載の光ファイバーヘッドの光軸調整装置。