JPH0714478A - 限定反射型光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 限定反射型光電スイッチにおいて、投受光ビ
ームが交差する範囲のうち光電スイッチより遠い側の領
域を限定できるようにすること。 【構成】 投光用光ファイバ２の端面にその出射光の一
部を遮蔽する遮蔽板８を受光用光ファイバ側より設け
る。同様に受光用光ファイバ３の端面に投光側より受光
領域を遮蔽する遮蔽板９を設ける。こうすれば光束の広
がりがなく、光電スイッチ１より遠い側での交差領域が
限定されることとなる。従ってこの範囲内では物体の有
無に対する光の変化率を大きくすることができ、物体を
確実に検出できることとなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体の検知領域を限定す
るようにした限定反射型の光電センサに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来投光部より光ビームを物体検知領域
に向けて照射し、これと交差する特定範囲の光を受光す
る受光部を設け、この交差領域を検知領域として物体が
この領域を通過したときには、受光部に得られる反射光
を検出して物体を判別するようにした限定反射型光電セ
ンサが用いられている。限定反射型光電センサは物体を
検知して検知信号を出力する動作レベルと、物体が移動
して非検知状態となる復帰レベルとの距離の差（以下応
差という）が小さく、又背景の影響も少なくなる。更に
投受光部の角度を変化させることによって、検出距離の
設定が可能であるという特徴がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な従来の限定反射型光電センサでは、投光素子として発
光ダイオード等を用いている限り投光ビームを完全に平
行とすることはできず、広がりを避けることはできな
い。又受光素子としてフォトダイオード等を用いている
が、この場合にも光学系を調整しても受光ビームを完全
に平行とすることができず、広がりが生じる。図８は従
来の限定反射型光電センサの光学系部分を示す概略図で
ある。本図に示すように光ファイバを有する投光部１０
１より出射された光はレンズ１０２によって集束され、
ほぼ平行な光ビームとして物体検知領域に照射される。
又これと交差するようにレンズ１０３及び光ファイバを
有する受光部１０４が設けられる。図示のように限定反
射型光電センサでは、投受光ビームの交差範囲が検知領
域１０５となる。この検知領域１０５は光電センサより
離れた側では図８に示すように広がってしまう。光束が
広がれば光束密度が低くなるため、物体検知の感度が低
下するという欠点があった。又この感度が低い領域では
応差の距離を十分小さくすることができないという欠点
があった。

【０００４】本発明はこのような従来の問題点に鑑みて
なされたものであって、通常の投受光素子を用いて投受
光ビームの範囲を限定できるようにすることを技術的課
題とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は投光部の投光ビ
ームの光軸と受光部の受光ビームの光軸とを所定角度で
交差させ、該交差領域を通る物体からの反射光を受光部
より受光し、その受光レベルに基づいて物体の有無を判
別する限定反射型光電センサであって、投光部及び受光
部の投受光ビームの成す面と直交して受光部側より投光
ビーム内に挿入され、投光部の投光ビームの一部を遮蔽
する投光用遮蔽板と、投光用遮蔽板を介して得られる投
光ビームを平行光として集束させる投光用レンズと、投
光部及び受光部の投受光ビームの成す面と直交して投光
部側より受光ビーム内に挿入され、受光部の受光ビーム
の一部を遮蔽する受光用遮蔽板と、投光ビームと交差す
る平行な受光ビームを受光部に集束する受光用レンズ
と、を具備することを特徴とするものである。

【０００６】

【作用】このような特徴を有する本発明によれば、投光
部と受光部の光軸を交差させてその交差領域を物体検知
領域としており、投受光ビームの成す面に直交して投光
用遮光板を配置している。こうすれば投光レンズを介し
て投光ビームがほぼ平行となって物体検知領域に照射さ
れる。同様にして受光部にも受光用の遮光板を設け、レ
ンズを介して投光ビームと交差させている。こうすれば
交差領域では光軸の広がりを少なくすることができ、光
束密度の高い部分のみを物体検知領域として限定できる
こととなる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明の一実施例による限定反射型光
電センサの投受光部の構成を示す図である。本図に示す
ように本実施例ではケース１内に投光用光ファイバ２及
び受光用光ファイバ３の端部を固定してセンサ部とし、
この投受光部のケース１をねじ孔４，５によって所定の
位置に固定するようにしている。投光用光ファイバ２は
図示のようにコア２ａより光ビームを出射するものであ
り、その出射光を平行にするための投光用のレンズ６
が、光ファイバ２のクラッド２ｂ内のコア２ａの端面よ
り所定距離を隔てて固定される。一方受光用光ファイバ
３のクラッド３ｂ内のコア３ａの端面より所定距離を隔
てて、投光部と同様に受光用のレンズ７を固定する。そ
して本実施例では図１に示すように、投受光ビームの光
軸で形成される面（紙面）に垂直に、投光用光ファイバ
２より出射される光ビームの一部を遮蔽するナイフエッ
ジ型の投光用遮蔽板８を受光用光ファイバ３の端面側よ
りコアの端面に接して取付ける。同様にしてナイフエッ
ジ型の受光用遮蔽板９はこれと対称な位置、即ち投光用
光ファイバ２の端面側より受光用光ファイバ３の端面に
接して紙面に垂直にその受光ビームの一部を遮蔽するよ
うに取付ける。

【０００８】図２は投光部の光源とレンズ６及び遮蔽板
８の関係、及び光ビームを示す図である。図２（ａ）に
おいて光ファイバ２のコア２ａの中心より出射される光
を２Ａ、コア２ａの端部より出射される光を２Ｂとし、
遮蔽板８によってその一部が遮蔽されるが、遮蔽されな
い端部の光を２Ｃとして示している。本図より明らかな
ように、光ファイバ２から出射されコアの中心を通る光
はレンズ６の焦点位置Ｐ０で集光することとなり、又コ
ア２ａの端部より出射した光２Ｂは図２に示す集束位置
より上方の位置Ｐ１で集束することとなる。又遮蔽板８
を用いていなければコア２ａの他端より出射された光は
これと対称な下方の位置で集束することとなるが、コア
２ａより出射する光の一部を遮るように遮蔽板８を配置
しているため、その遮られない端部から出射された光２
Ｃは、図示のように位置Ｐ２で集光することとなる。受
光側の受光範囲についても同様である。尚図１，図２で
は光ファイバ２から出射される光の中心と両端の光の分
布のみを示しているが、この間では光が連続して出射さ
れることはいうまでもない。

【０００９】又図２（ｂ）は投光用光ファイバの端面か
ら見た光ファイバのコアと遮蔽板８の関係を示す図であ
る。本図に示すように長方形状の遮蔽板８の一部を受光
部の光ファイバ３側から遮蔽するように構成している。

【００１０】このため投光ビームの光束の幅は図２に示
す光の上下の最外角によって規定されることとなる。こ
のような投受光部の光ビームの一方向のみを限定する遮
蔽板８及び９を用いることによって、投受光ビームが交
差する検知領域はほぼ図１に示すように断面が菱形状の
部分に限定されることとなる。図８は遮蔽板を取付けな
い場合の投受光ビームの状態を図１と比較して示してい
る。この場合には投光ビームは中心軸に対して対称とな
り、受光ビームも同様であるため投受光ビームが交差す
る領域は図示のように光電センサから離れた側では広い
範囲に広がることとなる。このため本実施例では遮蔽板
８，９を用いてこの範囲を限定している。

【００１１】図３はこの限定反射型光電センサの投受光
用ファイバに接続される光電センサ本体の構成を示すブ
ロック図である。本図に示すように本実施例では周期的
に投光パルスを発生する投光回路１１を有しており、そ
の出力は投光素子、例えば発光ダイオード１２に与えら
れる。発光ダイオード１２の前面には投光用光ファイバ
２の端面が固定されており、発光した光を光ファイバ２
に入射するものである。又受光用光ファイバ３より得ら
れる光は受光素子、例えばフォトダイオード１３に入射
される。フォトダイオード１３は受光した光信号を電気
信号に変換するものであって、その出力は増幅器１４を
介してゲート回路１５に与えられる。ゲート回路１５の
他方の入力端には投光回路１１より投光パルスが入力さ
れ、投光パルスに同期した受光信号のみが比較回路１６
に与えられる。比較回路１６は所定の閾値と受光レベル
とを比較するものであって、受光レベルが閾値を越える
ときには比較出力を信号処理部１７に与える。信号処理
部１７は連続して複数のクロック周期の間受光信号が得
られるときに物体を検知し、出力回路１８を介して物体
検知信号を外部に出力するものである。

【００１２】このように本実施例による限定反射型光電
センサでは、遮蔽板８及び９を投受光用光ファイバ２，
３の光軸に対してどれだけ挿入するかによって検出距離
と受光レベルが規定される。図４は入射光に対する反射
光のレベルを挿入損失とし、物体を鏡面とした場合の物
体までの距離Ｌに対する挿入損失を示している。本実施
例では光ファイバのコアをφ0.75mmとし、遮蔽板８，９
の挿入量ｘを投受光部とも夫々０からその１／２（即ち
ｘ＝０〜ｘ＝0.375 mm）までシフトさせたときの物体ま
での距離と挿入損失との関係を示すグラフである。本図
に示すようにｘ＝０、即ち遮蔽板８，９を挿入しなけれ
ば検出距離が大きい側では挿入損失がなだらかに低下す
るが、光ファイバコアの１／２の点、即ちＸ＝0.375 mm
にまで遮蔽板８，９を挿入したときには検出距離が６〜
８mmの範囲で特にその両側では急峻な変化が起こる。こ
のように物体検知の応差が小さくなるため、閾値付近で
も安定して物体を検出することができる。

【００１３】次にケース１の前方に固定され、投受光用
光ビームの方向を側方に向けるサイドビューアタッチメ
ントについて説明する。図５はこのサイドビューアタッ
チメントの構成を示す正面図及び側面図である。本図に
おいてアタッチメント２１は略コ字状の部材であって、
両側に互いに内向きの爪２２ａ，２３ａを持ったアーム
２２，２３が設けられる。そしてアーム２２，２３の間
は三角柱状の部分２４が形成されている。このサイドビ
ューアタッチメント２１はポリカーボネイト等の透明性
樹脂で形成され、レンズ６より出射した投光ビームをそ
の表面２４ａで全反射することによって投光ビームの方
向を直角に折り曲げるものであり、同様にして受光ビー
ムは三角柱部２４の表面で全反射する。

【００１４】図６はこのアタッチメントが取付けられる
光電センサのケース１Ａの外観を示す正面図及び側面図
である。又ケース１Ａは図６（ａ）に示すように側方に
爪２２ａ，２３ａ及びアーム２２，２３と係合する凹部
３１ａ，３１ｂが設けられる。この凹部３１ａ，３１ｂ
にサイドビューアタッチメントのアームを係合させた状
態を図６（ｂ）に示している。こうすれば投受光ビーム
の光軸はいずれも直角に折り曲げられるため、ケース１
Ａの側方に検知領域を設けることができる。更に透明性
樹脂内を光が通過するため、光行路が長くなり検知領域
をより遠ざけることができる。又ポリカーボネイトに代
えて、三角柱状の部分を除きその表面２４ａ部分のみの
平板状の部材で構成して、その表面に蒸着等によって反
射膜を成形するようにしてもよい。この場合には光行路
を長くする効果はないが、側方を検知領域とすることが
できる。

【００１５】図７は光ファイバ２，３の端面に設ける遮
蔽板８，９を、夫々光ファイバ２，３の端面に沿って位
置をＸ軸方向に微小距離調整できるようにした移動機構
を示している。本図ではケース１内に光ファイバ２，３
の成す面と垂直な向きに溝を設け、この溝にギア３２
ａ，３３ａを有するシャフト３２，３３を夫々回転自在
に保持しておく。そしてナイフエッジ型遮蔽板８，９を
Ｘ軸方向にのみ移動自在に保持し、これらのギア３２
ａ，３３ａに噛合させておく。こうすればケースの外部
より遮蔽する範囲ｘを調整することが可能となる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、光源側及び受光側に遮蔽板を設けているため、投受
光ビームが交差する検知領域の幅が小さくなり、物体の
検知領域内では物体の有無に応じて大きく変化する光学
特性が得られることとなる。従って物体の移動に伴う応
差を小さくすることができ、物体の検知を確実に行うこ
とができるという効果が得られる。又遮蔽板の位置を外
部から調整できるようにすれば物体の検知領域の大きさ
が調整できるという効果が得られる。又請求項４の発明
では、ケースに投受光ビームの方向を側方に変えるサイ
ドビューアタッチメントを設けているため、検知領域を
側方にすることができ、使用環境に応じてこのアタッチ
メントを着脱することによって使用範囲を拡大すること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による限定反射型光電センサ
の投受光部分の構成を示す概略図である。

【図２】本実施例の投光部の光ファイバとレンズ及び光
ファイバを出射した光の投光領域を示す図である。

【図３】本実施例の光電センサの電気的構成を示すブロ
ック図である。

【図４】本実施例による遮蔽板を光ファイバの中心に近
づけた状態での物体までの距離と挿入損失との関係を示
すグラフである。

【図５】本発明の第２実施例に用いられるサイドビュー
アタッチメントの構成を示す正面図及び側面図である。

【図６】本実施例のサイドビューアタッチメントを取付
けるようにした光電センサの外観を示す正面図及び側面
図である。

【図７】本発明の他の実施例による遮蔽板の移動機構の
構成を示す概略図である。

【図８】従来の限定反射型光電センサの光学系の構成を
示す概略図である。

【符号の説明】

１，１Ａ ケース ２ 投光用光ファイバ ３ 受光用光ファイバ ２ａ，３ａ コア ２ｂ，３ｂ クラッド ６，７ レンズ ８，９ 遮蔽板 １１ 投光回路 １２ 発光ダイオード １３ フォトダイオード １５ ゲート回路 １６ 比較回路 １７ 信号処理部 １８ 出力回路 ２１ サイドビューアタッチメント ２２，２３ アーム ２４ 三角柱部 ３１ 凹部 ３２，３３ シャフト ３３ａ，３３ｂ ギア

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光部の投光ビームの光軸と受光部の受
   光ビームの光軸とを所定角度で交差させ、該交差領域を
   通る物体からの反射光を受光部より受光し、その受光レ
   ベルに基づいて物体の有無を判別する限定反射型光電セ
   ンサにおいて、 前記投光部及び前記受光部の投受光ビームの成す面と直
   交して前記受光部側より前記投光ビーム内に挿入され、
   前記投光部の投光ビームの一部を遮蔽する投光用遮蔽板
   と、 前記投光用遮蔽板を介して得られる投光ビームを平行光
   として集束させる投光用レンズと、 前記投光部及び前記受光部の投受光ビームの成す面と直
   交して前記投光部側より前記受光ビーム内に挿入され、
   前記受光部の受光ビームの一部を遮蔽する受光用遮蔽板
   と、 前記投光ビームと交差する平行な受光ビームを前記受光
   部に集束する受光用レンズと、を具備することを特徴と
   する限定反射型光電センサ。
2. 【請求項２】 前記投光部は投光素子とその光が一端に
   入射される投光用光ファイバとを有し、前記投光用遮蔽
   板は前記光ファイバの他方の端面に接して配置されたも
   のであり、 前記受光部は受光用光ファイバ及びその一端から得られ
   る光を受光する受光素子を有し、前記受光用遮蔽板は前
   記受光用ファイバの他方の端面に接して配置されたもの
   であることを特徴とする請求項１記載の限定反射型光電
   センサ。
3. 【請求項３】 前記投光用遮蔽板及び受光用遮蔽板を夫
   々投光部及び受光部の端面に対して平行に微小距離移動
   させる移動機構を設けたことを特徴とする請求項１又は
   ２記載の限定反射型光電センサ。
4. 【請求項４】 前記光電センサの外部に投受光部の光軸
   を側方に反射するアタッチメントを着脱自在に取付けた
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の
   限定反射型光電センサ。