JPH07311312A - 光学式センサ装置 - Google Patents

光学式センサ装置

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JPH07311312A
JPH07311312A JP6331155A JP33115594A JPH07311312A JP H07311312 A JPH07311312 A JP H07311312A JP 6331155 A JP6331155 A JP 6331155A JP 33115594 A JP33115594 A JP 33115594A JP H07311312 A JPH07311312 A JP H07311312A
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浩伸 清本
Narutome Yasuda
成留 安田
Koichi Egawa
弘一 江川
Hayami Hosokawa
速美 細川
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 物体の有無，表面の状態，材質，光散乱体等
を簡単な構成で正確に判別する。 【構成】 発光素子10から被検出物体１に投射光を投射
し，その反射光（透過光，散乱光）を偏光ビーム・スプ
リッタ40に入射させる。偏光ビーム・スプリッタ40の反
射光を受光素子20で，透過光を受光素子30で受光する。
それらの受光信号をＳ，Ｐとしたときに，Ｓ／Ｐ，Ｓ−
Ｐ，Ｓ−ｋＰ，（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）等の値に基づい
て判別する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】この発明は光学式センサ装置に関する。
【０００２】
【背景技術】物体に光を入射させたときに，その光の物
体からの反射光または物体の透過光の偏光状態は，物体
の表面状態，物体の材質等によって影響を受けることが
知られている。
【０００３】この原理を利用して物体の表面性状を評価
する装置が実開昭63−19246 号公報に記載されている。
この装置は物体表面に光を照射し，その反射光を偏光フ
ィルタを通して検出するものである。偏光フィルタを通
すことによって，反射光の特定の偏光成分のみを取出す
ことができる。
【０００４】特開平２−189408号公報に記載の粘着テー
プ検出装置では，粘着テープが貼付された紙面からの反
射光を偏光素子（可変偏光器）を通して受光するもので
ある。可変偏光器はうすいガラス製のセル内に液晶を封
入し，セルの両面に透明電極を形成したものである。
【０００５】上述した偏光フィルタにしても，可変偏光
器にしても一方向の偏光方向をもつ光成分しか取出すこ
とができない。互いに直交する方向の２つの偏光成分を
取出すために，実開昭63−19246 号公報では偏光フィル
タをその面内で90度回転させている。この構成では偏光
フィルタの回転機構が必要でありかつ測定に時間がかか
る。この文献にはまた互いに直交する方向の２枚の偏光
フィルタを横に並べた構成が記載されている。物体表面
からの反射光の光束の一部が一方の偏光フィルタを通
り，他の部分が他方の偏光フィルタを通る。物体表面か
らの反射光はその光束の部分によって偏光成分の構成が
変わることがあるので，この構成では物体表面の性状を
正確に検出することはできない。
【０００６】可変偏光器は透明電極に印加する電圧を変
えることにより偏光方向が変わる。電圧を印加する必要
があり，そのために可変電圧の発生回路が必要であると
ともに，印加電圧を変えながら測定を行なわなければな
らない。
【０００７】
【発明の開示】この発明は上記の問題点を一挙に解決
し，比較的簡単な構成で，同一の光束から，同時に互い
に直交する２方向の偏光成分を取出しかつその強度を測
定し，物体に関する正確な判別を行なえる光学式センサ
装置を提供することを目的とする。
【０００８】この発明はまた，物体の有無，物体の表面
状態，物体の材質，一時的に物体に付着したり空気等の
媒質中に浮遊する光散乱体の有無の検出に広く適用しう
る光学的センサ装置を提供するものである。
【０００９】この発明はさらに，投射光のもつ発散角や
収束角，センサ装置に入射する光のもつ入射角度のばら
つき，被検出物体の位置が変動することによるセンサ装
置に入射する光の入射角度の変動等に悪影響されること
のない安定な動作を行う光学的センサ装置を提供する。
【００１０】この発明はさらに，発光ダイオード等の光
源のもつ発光波長分布，光源自体のばらつきによる発光
波長のばらつき等にも悪影響されることのない安定なセ
ンサ装置の動作を確保するものである。
【００１１】この発明による光学式センサ装置は，被検
出物体に向けて光を投射する投光光学系と，被検出物体
からの反射光，透過光または散乱光が入射する受光光学
系とを含む。投光光学系は少なくとも投射光を出力する
発光素子を含む。受光光学系は，被検出物体からの反射
光，透過光または散乱光をその入射面についてのＳ偏光
成分を主とする第１の光束とＰ偏光成分を主とする第２
の光束とに分離する偏光ビーム・スプリッタ，上記第１
の光束を受光する第１の受光素子，および上記第２の光
束を受光する第２の受光素子を含む。
【００１２】上記第１および第２の受光素子の出力に基
づいて，被検出物体の有無，表面状態または材質に関す
る信号を出力する判別手段がさらに設けられる。第１お
よび第２の受光素子の出力に基づく判別のための演算に
は，判別すべき物体の材質，表面状態等に応じたものを
採用すればよい。
【００１３】この発明によると，受光光学系に偏光ビー
ム・スプリッタを用いているので，この偏光ビーム・ス
プリッタにより，その入射面を基準として定義される互
いに直交するＳ偏光成分を主に含む第１の光束とＰ偏光
成分を主に含む第２の光束とに分離することができる。
このようにして分離された２つの光束はそれぞれ受光素
子で受光され，その出力信号に基づいて被検出物体の有
無，表面状態または材質に関する情報が得られることに
なる。
【００１４】受光光学系への入射光をその全部を一つの
光束としてその中に含まれる互いに直交する２つの偏光
成分に分けているので，物体の材質，表面状態について
の情報を部分的に分けることがなく全体として受光信号
に反映させることができ，正確な判別が可能となる。ま
た，上述した文献に記載の装置のように回転機構や可変
印加電圧発生回路は不要となり，構成が簡素化される。
【００１５】この発明の好ましい実施態様においては，
被検出物体からの反射光，透過光または散乱光をその入
射面についてのＳ偏光成分を主とする第１の光束とＰ偏
光成分を主とする第２の光束とに分離し，その光分離特
性が使用入射角範囲内において実質的に一定である偏光
ビーム・スプリッタが用いられる。
【００１６】さらに望ましくは，上記偏光ビーム・スプ
リッタは，上記発光素子からの投射光の波長の広がりの
範囲内において，使用入射角範囲内において実質的に一
定である上記光分離特性を保つものである。
【００１７】他の好ましい実施態様においては，被検出
物体からの反射光，透過光または散乱光をその入射面に
ついてのＳ偏光成分を主とする第１の光束とＰ偏光成分
を主とする第２の光束とに分離し，その光分離特性が上
記発光素子からの投射光の波長の広がりの範囲内におい
て実質的に一定である偏光ビーム・スプリッタが用いら
れる。
【００１８】上記光分離特性は，上記偏光ビーム・スプ
リッタに入射するＳ偏光成分の光量に対する上記第１の
光束に含まれるＳ偏光成分の光量の比によって表わされ
る第１の比率，上記偏光ビーム・スプリッタに入射する
Ｐ偏光成分の光量に対する上記第２の光束に含まれるＰ
偏光成分の光量の比によって表わされる第２の比率，ま
たは，上記第１の比率と上記第２の比率との比によって
表わされる。そして，上記第１の比率および上記第２の
比率のうちの少なくともいずれか一方，または上記比が
実質的に一定に保たれる。
【００１９】上記第１の比率，第２の比率および比に
は，上記発光素子の発光スペクトルおよび上記受光素子
の分光感度特性を乗じて波長について積分した値によっ
て表わされるものが含まれる。
【００２０】投光光学系からの投射光には平行化された
もののみならず発散するもの，収束するものも含まれ
る。したがって，被検出物体からの反射光の方向はある
角度範囲をもつ。散乱光であればより広い角度範囲をも
つものが受光光学系に入射する。偏光ビーム・スプリッ
タにはさまざまな方向を持つ光が入射することになる。
【００２１】受光光学系が受光レンズを含む場合には偏
光ビーム・スプリッタは受光レンズによる収束光の光路
におかれる。この場合に，偏光ビーム・スプリッタに入
射する光の入射角度もある範囲内の値をもつことにな
る。
【００２２】さらに，被検出物体とセンサ装置との間の
距離が変動した場合にも，偏光ビーム・スプリッタへの
入射光の入射角は変化する。
【００２３】光学式センサ装置が使用される状況下にお
いて，このような入射角の広がりの範囲内において偏光
ビーム・スプリッタの光分離特性は実質的に一定に保た
れるので，安定しかつ正確な物体についての判別が可能
となる。
【００２４】投光光学系の発光素子としては発光ダイオ
ードや半導体レーザが用いられるが，発光ダイオードを
用いることが種々の観点から好ましい。発光ダイオード
は半導体レーザに比べてその発光スペクトル幅が広い。
また，発光ダイオードはその製造のばらつきにより，発
光スペクトルの中心波長は一定していない。発光中心波
長は温度変化や経年変化によってもシフトする。
【００２５】偏光ビーム・スプリッタの光分離特性を，
このような発光素子の発光波長の変動や広がりの範囲内
で実質的に一定に保つことにより，安定した正確な判別
が可能となる。
【００２６】光学式センサ装置には，反射型と透過型が
ある。反射型においては，上記投光光学系が被検出物体
の表面に斜めまたはほぼ垂直に投射光を投射するように
配置され，上記受光光学系が被検出物体の表面からの反
射光または散乱光が斜めまたはほぼ垂直に入射するよう
に配置される。透過型においては，上記投光光学系と上
記受光光学系が間隔をおいて互いに対向するように配置
される。
【００２７】この発明には種々の実施態様がある。
【００２８】その一においては，投光レンズが設けら
れ，投射光が投光レンズによって収束，発散または平行
化されて投射される。
【００２９】その二においては，ランダム偏光の投射光
を直線偏光の投射光に変換する偏光手段がさらに設けら
れる。直線偏光の投射光が投射されるので，被検出物体
による光の偏光状態に対する作用が顕著に現われる。こ
れにより，被検出物体によってはより正確な検知が可能
となる。
【００３０】その三においては，上記発光素子から出射
した光が投光用光ファイバに導かれ，この光ファイバの
端面から出射した光が投光される。光学式センサ装置の
ヘッドの構成が簡素化される。
【００３１】その四においては，上記受光光学系に入射
する光を収束する受光レンズがさらに設けられる。この
場合に，上記受光レンズによる収束光の光路に上記偏光
ビーム・スプリッタが配置される。
【００３２】その五においては，上記第１の光束および
第２の光束がそれぞれ受光用光ファイバによって上記第
１および第２の受光素子に導かれる。センサ・ヘッドの
小型化が図られる。
【００３３】その六においては，上記第１の受光素子の
前面に設けられたＳ偏光の通過を許す第１の検光手段，
および上記第２の受光素子の前面に設けられたＰ偏光の
通過を許す第２の検光手段の少なくともいずれか一方が
設けられる。これにより，第１の受光素子にはＳ偏光の
光のみが入射し，第２の受光素子にはＰ偏光の光のみが
入射する。一層正確な判別が可能となるとともに，偏光
ビーム・スプリッタとしてＳ偏光成分とＰ偏光成分とに
完全には分離できないものでも充分に使用できることと
なる。
【００３４】その七においては，上記偏光ビーム・スプ
リッタの上記第１または第２の光束の出射側面に対面し
て反射体が設けられる。これにより，第１の受光素子と
第２の受光素子とを偏光ビーム・スプリッタに対して同
じ側に配置できるようになる。
【００３５】その八においては，上記受光光学系の前面
に入射光を制限する開口が形成されている。この開口に
より，被検出物体からの正反射光を受光光学系に入射さ
せることができる。また散乱光の入射を排除できる。散
乱光は入射角によっては偏光ビーム・スプリッタに入射
することなく受光素子に直接に入ることがありうるの
で，このような事態を防止できる。
【００３６】この発明は，上述した光学式センサ装置を
利用した多くの装置および方法を提供している。その代
表的なものを例示しておく。
【００３７】上記光学式センサ装置が物体の搬送路上に
配置され，上記光学式センサ装置の出力信号に基づいて
搬送されている物体を識別する物体識別装置。
【００３８】上記光学式センサ装置が印刷媒体の搬送路
上に配置され，上記光学式センサ装置の出力信号に基づ
いて印刷媒体のエッジまたは位置づれを検出する印刷装
置。
【００３９】上記光学式センサ装置が印刷ヘッドと一緒
に動くように保持されている印刷装置。
【００４０】上記光学式センサ装置と，上記光学式セン
サ装置の出力に基づいて印刷媒体の種類を判別する判別
手段と，上記判別手段による判別結果に基づいて印刷条
件を制御する制御手段とを備えた印刷装置。
【００４１】結露媒体または着霜媒体の表面状態を判別
するように配置された上記光学式センサ装置と，上記光
学式センサ装置の出力に基づいて空調運転条件を制御す
る制御手段とを備えた空調装置。
【００４２】熱交換器と，上記熱交換器の表面状態を判
別する上記光学式センサ装置と，上記光学式センサ装置
の出力に基づいて運転条件を制御する制御装置とを備え
た温度または湿度制御装置。
【００４３】車両の窓ガラスの内側表面状態を判別する
ように配置された上記光学式センサ装置と，上記窓ガラ
スの曇りを除去する手段と，上記光学式センサ装置の出
力に基づいて上記曇り除去手段を制御する制御手段とを
備えた車両。
【００４４】車両の窓ガラスの外側表面の状態を判別す
るように配置された上記光学式センサ装置と，上記窓ガ
ラスの外側表面を清浄するウィンドウ・ワイパ装置と，
上記光学式センサ装置の出力に基づいて上記ウィンドウ
・ワイパ装置の動作を制御する制御手段とを備えた車
両。
【００４５】路面状態を判別するように配置された上記
光学式センサ装置と，車両の運転操作の状態を検出する
手段と，上記光学式センサ装置による路面状態判別結果
および上記運転操作状態検出手段による運転状態検出結
果に基づいて，上記運転操作に関連するアクチュエータ
の駆動を制御する手段とを備えた車両。
【００４６】路面に表わされたマーク等を検出するよう
に配置構成された上記光学式センサ装置と，運転者への
警告手段と，上記センサ装置の出力に基づいて警告手段
を制御する制御手段とを備えた車両。
【００４７】走行路にそって設けられたガイドからのず
れを検出する上記光学式センサ装置と，上記光学式セン
サ装置からのずれ検出信号に基づいて操舵制御する手段
とを備えた走行体。
【００４８】紙幣の表面を検出する上記光学式センサ装
置と，上記センサ装置の出力に基づいて装置の動作を制
御する制御手段とを備えた紙幣取扱い装置。
【００４９】印刷原板を固定する版銅と，印刷原板に湿
し水を供給する湿し水供給手段と，印刷原板の表面を検
出する上記光学式センサ装置と，上記センサ装置の出力
に基づいて湿し水供給手段を制御する制御手段とを備え
たオフセット印刷装置。
【００５０】搬送路上を搬送される物品の表面状態を判
別するように配置された上記光学式センサ装置と，搬送
される物品の搬送方向を変更する方向変更手段と，上記
光学式センサ装置の判別結果に基づいて上記方向変更手
段を制御する手段を備えた検査装置。
【００５１】上記光学式センサ装置によって，搬送路上
を搬送される物品の表面状態を判別し，この判別結果に
基づいて物品の搬送方向を制御する検査方法。
【００５２】
【実施例】
(1) 偏光ビーム・スプリッタの構成とその特性 光学式センサ装置で用いられる偏光ビーム・スプリッタ
は，基本的には基板上に誘電体または金属の薄膜を多層
に，相対的に高屈折率の薄膜と低屈折率の薄膜とを交互
に，積層することにより形成される。
【００５３】この偏光ビーム・スプリッタは，入射光ビ
ーム（偏光ビーム・スプリッタの入射面に直角に入射す
るものを除く）を，Ｐ偏光成分を主に含む光ビームと，
Ｓ偏光成分を主に含む光ビームとに分離するものであ
る。後述するように，ある波長帯域で，偏光ビーム・ス
プリッタの透過光がＰ偏光成分を主に含み，反射光（正
反射光）がＳ偏光成分を主に含む。
【００５４】Ｐ偏光とは試料面へ入射する光の電気ベク
トルの振動方向が入射面［試料面の法線と波面法線（光
の進行方向）を含む面］内に含まれる直線偏光をいい，
Ｓ偏光とは試料面へ入射する光の電気ベクトルの振動方
向が入射面に垂直な直線偏光をいう（日置隆一編「光用
語辞典」株式会社オーム社，1989年による）。
【００５５】偏光ビーム・スプリッタにおける試料面と
はその一面（いずれか一方の面）をいう。後述するよう
にＰ偏光およびＳ偏光は被検出物体（光学式センサ装置
によって検出される物体）においても定義される。この
場合には，上記試料面は被検出物体の表面（光学式セン
サ装置から投射された光が入射する面）となる。
【００５６】与えられた多層膜の構造（各層の材料（屈
折率），各層の厚さ，層数等）の特性を計算する方法
は，たとえばH. A. Macleod 著，小倉繁太郎，中島右
智，矢部孝，吉田国雄訳「光学薄膜（THIN-FILM OPTICA
L FILTERS ）」日刊工業新聞社，1989年や，藤原史郎
編，石黒浩三，池田英生，横田英嗣著「光学薄膜」第２
版，共立出版株式会社，1986年に記載されている。構造
を与えてその特性を計算し，その結果をみて構造を修正
する作業をコンピュータを用いて繰返すことにより，所
望の特性を得ることができる。
【００５７】光学式センサ装置で用いられる偏光ビーム
・スプリッタは，光学式センサ装置の構造およびその使
用条件によって定まる光の入射角の範囲内で光の分離特
性が実質的に一定であるという特徴をもつ（光の分離特
性の入射角依存性が一定の入射角範囲内で小さい）。
【００５８】偏光ビーム・スプリッタに光が入射する角
度は，光源（発光素子）からの投射光が角度において広
がりをもっていること，収束される光の中に偏光ビーム
・スプリッタが置かれること，被検出物体とセンサ装置
との間の距離が変動すること等の影響を受ける。そのた
めに偏光ビーム・スプリッタに入射する光の入射角は広
がりをもっている。これが光学式センサ装置の構造およ
びその使用条件によって定まる光の入射角の範囲であ
る。
【００５９】偏光ビーム・スプリッタにおける光の分離
特性はＰ偏光成分もしくはＳ偏光成分，それらの比，そ
れらの差，またはその他の演算（詳しくは後述する）に
よって表わされる。光源（発光素子）の発光特性や受光
素子の受光感度特性も必要に応じて考慮される。
【００６０】光の分離特性が実質的に一定であるとは，
光学式センサ装置として所与の検出感度（または検出能
力）が得られる，という意味である（具体例については
後述する）。
【００６１】偏光ビーム・スプリッタのもう一つの特徴
は，光学式センサ装置の光源が発生する光の波長の広が
りの範囲内で，光の分離特性を実質的に一定に保つこと
である。
【００６２】光源の光の波長の広がりとは，光源の光の
もつ発光スペクトルによって定まる波長帯域，および光
源の製造におけるばらつき，温度変化，経年変化等に起
因する発光波長の変動のいずれか一方または両方による
広がりを意味する。
【００６３】最も望ましくは，偏光ビーム・スプリッタ
は上述した特徴の両方を備える。すなわち，偏光ビーム
・スプリッタは，光学式センサ装置の光源が発光する光
の波長の広がりの範囲内において，所与の入射角範囲に
わたって光の分離特性の入射角依存性が小さい。
【００６４】もちろん，上述した特徴の少なくともいず
れか一方を備えるだけでも実用上は充分である。この場
合には，望ましくは，光学式センサ装置の他の構成要素
が特定の構造をもつように構成される。たとえば，光の
分離特性が実質的に一定に保たれる入射角範囲が狭い場
合には，平行光が用いられる。光の分離特性が実質的に
一定に保たれる波長範囲が狭い場合には，発光スペクト
ル幅の狭い半導体レーザが光源として用いられる。
【００６５】上述した光の分離特性をもつ偏光ビーム・
スプリッタの具体例について説明する。
【００６６】まず，最も好ましい特性をもつ偏光ビーム
・スプリッタ（ＰＢＳ）を示す。
【００６７】図１は第１番目の偏光ビーム・スプリッタ
（これを偏光ビーム・スプリッタＡという）の構造を示
す。ガラス等の平板からなる基板上に誘電体多層膜が形
成されている。
【００６８】この構成は次のように表現される。ガラス
基板（屈折率ｎ＝1.51）／0.465 Ｌ，0.268 Ｈ，1.072
Ｌ，0.584 Ｈ，0.965 Ｌ，0.822 Ｈ，（0.795 Ｌ，0.98
2 Ｈ）４，1.097 Ｌ，0.526 Ｈ，1.014 Ｌ，1.549 Ｈ，
0.640 Ｌ，0.646 Ｈ，1.176Ｌ，（0.937 Ｈ，0.828
Ｌ）４，1.094 Ｈ，2.039 Ｌ，0.950 Ｈ／空気（ｎ＝
１）。
【００６９】ＨおよびＬはそれぞれ相対的に高屈折率の
薄膜および低屈折率の薄膜を意味する。高屈折率の薄膜
は屈折率が2.26のＴｉＯ2 により，低屈折率の薄膜は屈
折率が1.46のＳｉＯ2 によりそれぞれ構成されている。
【００７０】ＨおよびＬの前に記載された数値は薄膜の
光学的膜厚を表わし，波長λ＝610nm のときのλ／４を
1.000 としている。
【００７１】（0.795 Ｌ，0.982 Ｈ）４は，0.795 Ｌ層
と0.982 Ｈ層の組合せが４回繰返されていることを示
す。（0.937 Ｈ，0.828 Ｌ）４も同じである。このよう
な繰返し層を周期層と呼ぶ。
【００７２】図２は図１に示す構造をもつ偏光ビーム・
スプリッタＡの透過率特性を示すものである。この特性
は上述した文献に記載の方法により計算（シミュレーシ
ョン）で求めたものである。このことは，順次説明する
他の構造の偏光ビーム・スプリッタについても同じであ
る。
【００７３】図２において，横軸は波長，縦軸は透過率
である。偏光ビーム・スプリッタＡに入射する光のＰ偏
光成分（図２にＰで示す）とＳ偏光成分（図２にＳで示
す）とについてそれぞれ示されている。また，３つの異
なる入射角（45度，55度および65度）について透過率特
性が示されている。反射率は１から透過率を減算した値
となる。
【００７４】いずれの入射角においても，Ｐ偏光成分お
よびＳ偏光成分とも透過率（反射率）がほぼ一定に保た
れる波長範囲（600nm 〜750nm 程度）があり，その波長
範囲は150nm またはそれ以上にわたっている。この波長
範囲において透過率（分離特性）は波長依存性が殆んど
無い。
【００７５】この波長範囲においてＰ偏光成分の透過率
がＳ偏光成分の透過率よりもかなり大きい。偏光ビーム
・スプリッタＡはＰ偏光成分を透過させ，Ｓ偏光成分を
反射させる分離特性をもっていることが分る。すなわ
ち，偏光ビーム・スプリッタＡの透過光は主にＰ偏光成
分を含み，反射光はＳ偏光成分を多く含む。
【００７６】以下に示す他のすべての偏光ビーム・スプ
リッタにおいても，Ｐ偏光成分を主に透過させ，Ｓ偏光
成分を主に反射させるという光の分離特性が示される。
【００７７】図２のグラフにおいて，Ｐ偏光成分におい
ても，Ｓ偏光成分においても，入射角が異なると透過率
（反射率）も異なる。ＰまたはＳ偏光成分それぞれ単独
でみると，偏光ビーム・スプリッタＡの光分離特性は，
入射角依存性を持っている。
【００７８】しかしながら，この偏光ビーム・スプリッ
タＡの光分離特性を，Ｓ偏光成分の反射率Ｒs とＰ偏光
成分の透過率Ｔp との比（以下これを単にＲs ／Ｔp で
表わす）で表わすと，入射角依存性が殆んどない。
【００７９】図３は偏光ビーム・スプリッタＡのＳ偏光
成分の反射率Ｒs とＰ偏光成分の透過率Ｔp の入射角依
存性を示すものである。このグラフにおいて横軸は偏光
ビーム・スプリッタＡへの光の入射角である。縦軸は積
分値である（これについては次に詳しく説明する）。
【００８０】図３のグラフにおいて，反射率Ｒs と透過
率Ｔp （いずれも積分値）は光の入射角が変化するにつ
れてほぼ直線的に変化している。しかしながら，反射率
Ｒsの変化率（入射角の変化に対する）と透過率Ｔp の
変化率はほぼ同じである。すなわち，Ｒs ／Ｔp は，入
射角の変化にかかわらずほぼ一定に保たれる（45度から
65度の範囲で）。
【００８１】偏光ビーム・スプリッタＡは，その分離特
性をＲs ／Ｔp （Ｔp ／Ｒs でも同じ）の観点から捉え
る限り，入射角のある範囲内で，入射角依存性を殆んど
持たないことが分る（Ｒs ／Ｔp がほぼ一定に保たれ
る）。
【００８２】偏光ビーム・スプリッタＡは，Ｒs ／Ｔp
で表現されるその光分離特性が，使用する波長範囲で波
長依存性を殆んど持たず（図２），使用する入射角の範
囲で入射角依存性を殆んど持たないように設計されたも
のである。
【００８３】この偏光ビーム・スプリッタＡを用いる光
学式センサ装置においては，偏光ビーム・スプリッタの
反射光（Ｓ偏光成分）と透過光（Ｐ偏光成分）がそれぞ
れ受光素子によって検出される。偏光ビーム・スプリッ
タの反射光の光量をＳ（Ｒ），透過光の光量をＰ（Ｔ）
でそれぞれ表わすと，Ｓ（Ｒ）／Ｐ（Ｔ）が使用する波
長範囲および入射角範囲でほぼ一定に保たれるから，こ
の値Ｓ（Ｒ）／Ｐ（Ｔ）を用いて被検出物体の高精度の
検出が可能となる。被検出物体の検出のためには，Ｓ
（Ｒ）／Ｐ（Ｔ）のみならず，Ｓ（Ｒ）−Ｐ（Ｔ），
［Ｓ（Ｒ）−Ｐ（Ｔ）］／［Ｓ（Ｒ）＋Ｐ（Ｔ）］，Ｓ
（Ｒ）−ｋＰ（Ｔ）等の値を用いることも可能である
（ｋは定数）。このことは，後に説明する他のすべての
偏光ビーム・スプリッタについて言える。
【００８４】後述するように光学式センサ装置は光源
（発光素子）を備え，この光源の光を被検出物体に投射
する。被検出物体からの反射光（反射型の場合），また
は被検出物体の透過光もしくは散乱光（透過型の場合）
を受光する。受光素子は２個（２分割されたものを含
む）設けられる。被検出物体からの反射光または透過光
が偏光ビーム・スプリッタで分割され，２個の受光素子
にそれぞれ受光される。
【００８５】図４は発光素子の一例としてのＧａＡｌＡ
ｓ発光ダイオードの発光スペクトルを示している。この
発光スペクトルは波長約680nm の位置にピークがあり，
約20nm程度の半値幅をもっている。半導体レーザに比べ
てその発光スペクトルは広い波長範囲にわたっている。
【００８６】このように発光波長帯域が比較的広い発光
素子を用いた場合に，その発光波長帯域の殆んど全域に
わたる波長範囲について，波長依存性のない光分離特性
が偏光ビーム・スプリッタに要求される。
【００８７】発光ダイオード等の発光素子は製造過程に
おける特性のばらつきが比較的大きい。発光スペクトル
でいうと，発光強度のピークを示す波長に±10〜±20nm
程度のばらつきがある。発光波長が＋10nmおよび−10nm
シフトした発光スペクトルが図４に破線で示されてい
る。
【００８８】光学式センサ装置で用いられる偏光ビーム
・スプリッタにはこのような発光素子の発光波長のばら
つきの範囲をもカバーしうる（すなわち，ばらつきの波
長範囲にわたっても一定に保たれる）光分離特性が要求
される。
【００８９】図１に示す構造をもつ偏光ビーム・スプリ
ッタは，発光ダイオードの発光波長の広がりおよびその
ばらつきの範囲にわたって光分離特性（Ｒs もしくはＴ
p の値，またはＲs ／Ｔp もしくはＴp ／Ｒs の値）が
ほぼ一定に保たれる（図２と図４とを比較せよ），最も
好ましい特性を有するものである。
【００９０】このような光分離特性をもつ偏光ビーム・
スプリッタを用いた光学式センサ装置では光源として半
導体レーザではなく発光ダイオードを用いることができ
るという利点がある。半導体レーザのレーザ光は光エネ
ルギ密度が高いので人体等に対する危険性を考慮しなけ
ればならないからである。また，半導体レーザは高価で
あり，組立時の取扱いに細心の注意が必要である。
【００９１】図５は受光素子の一つとしてのＳｉピン・
フォトダイオードの分光感度特性を示している。このよ
うに受光素子は入射する光の波長によって感度が異な
る。
【００９２】光学式センサ装置は受光素子の受光信号
（出力信号）に基づいて信号処理（演算等）を行ない，
最終的に被検出物体についてのセンス情報を出力する。
受光素子に入射する光は分光感度特性にしたがって電気
信号に変換される。受光素子から出力される受光信号は
入射した光のもつ全波長について入射光量を分光感度特
性にしたがって光電変換して得られた値の総和を表わし
ている。入射する光は図４に示すような発光スペクトル
をもつ。したがって偏光ビーム・スプリッタの光分離特
性を考えるにあたっては，発光素子の発光スペクトルお
よび受光素子の分光感度を考慮することが好ましい。
【００９３】この意味で図３に示す積分値は，図４に示
す発光スペクトルと，図２に示す透過率（反射率）と，
図５に示す分光感度とを全波長帯域（結局，発光スペク
トルの波長帯域で決定されてしまう）にわたって積分し
て得られた値を示している。
【００９４】偏光ビーム・スプリッタの他の例について
説明する。以下に説明する４種類を偏光ビーム・スプリ
ッタＢ，Ｃ，ＤおよびＥとする。これらの偏光ビーム・
スプリッタは，特に，Ｓ偏光成分の反射率Ｒs の入射角
依存性をなくするように（入射角の変化にかかわらずＲ
s がほぼ一定値を保つように）設計されたものである。
【００９５】図６は偏光ビーム・スプリッタＢの構造を
示している。この図において，光学的膜厚は波長λ＝59
0nm のとき，λ／４を1.000 として表わされている。
【００９６】図７は偏光ビーム・スプリッタＢの透過率
特性を，Ｐ偏光成分およびＳ偏光成分のそれぞれについ
て，入射角をパラメータとして示すものである。このグ
ラフにおいて，ＰおよびＳ偏光成分の透過率は波長の変
化に対して波打って変化しているが，図８に示す積分値
においては発光素子の発光スペクトルおよび受光素子の
分光感度が積分されるので，この波打つ変化の影響は殆
んどなくなっている。
【００９７】図８は偏光ビーム・スプリッタＢにおける
Ｓ偏光成分の反射率Ｒs とＰ偏光成分の透過率Ｔp の入
射角依存性を示すものである。入射角の45度〜65度の範
囲にわたって，Ｓ偏光成分の反射率Ｒs （積分値）がほ
ぼ一定に保たれていることが分る。
【００９８】偏光ビーム・スプリッタＣの構造が図９
に，その透過率特性が図10に，入射角依存性を示すグラ
フが図11にそれぞれ示されている。光学的膜厚はλ＝68
0nm のときのλ／４を1.000 としたものである。中心入
射角は65度に設定され，反射率Ｒs および透過率Ｔp が
非常に高い値に保たれている。Ｓ偏光成分の反射率Ｒs
は55度〜75度の入射角範囲にわたってほぼ一定に保たれ
ていることが分る。
【００９９】偏光ビーム・スプリッタＤの構造が図12
に，その透過率特性が図13に，入射角依存性を示すグラ
フが図14にそれぞれ示されている。
【０１００】偏光ビーム・スプリッタＥの構造が図15
に，その透過率特性が図16に，入射角依存性を示すグラ
フが図17にそれぞれ示されている。
【０１０１】偏光ビーム・スプリッタＤおよびＥにおい
て，その光学的膜厚はλ＝610nm のときのλ／４を1.00
0 としたものである。中心入射角は50度で，その前後に
６度の変化許容幅が設定されている。
【０１０２】図15に示す偏光ビーム・スプリッタＥの構
造においては，図12に示す偏光ビーム・スプリッタの構
造と比較して，低屈折率薄膜として２種類のものが用い
られている。その一つは，Ｌで示されたＳｉＯ2 であ
り，他の一つはＬo で示されたＭｇＦ2 （屈折率ｎ＝1.
38）である。一層低屈折率の薄膜ＭｇＦ2 を用いること
により，Ｓ偏光成分の反射率Ｒs が高められていること
が分る（図14と図17を比較せよ）。
【０１０３】これらの偏光ビーム・スプリッタＤおよび
Ｅにおいても，44度〜56度の入射角範囲内において，Ｓ
偏光成分の反射率Ｒs がほぼ一定に保たれている。
【０１０４】上述した偏光ビーム・スプリッタＡおよび
Ｂにそれぞれ対応し，これらよりも入射角依存性が少し
劣った偏光ビーム・スプリッタＦおよびＧについて説明
する。これらの偏光ビーム・スプリッタＦおよびＧも，
もちろん，後述するところから分るように，光学式セン
サ装置に充分使用しうるものである。
【０１０５】偏光ビーム・スプリッタＦの構造が図18
に，その透過率特性が図19に，入射角依存性を示すグラ
フが図20にそれぞれ示されている。
【０１０６】偏光ビーム・スプリッタＧの構造が図21
に，その透過率特性が図22に，入射角依存性を示すグラ
フが図23にそれぞれ示されている。
【０１０７】図18および図21において，光学的膜厚はλ
＝610nm のときのλ／４を1.000 として表現されてい
る。
【０１０８】図20に示す偏光ビーム・スプリッタＦのＲ
s ／Ｔp で表現される光分離特性において，偏光ビーム
・スプリッタＡの特性（図３）よりも少し劣るとして
も，入射角の45度から65度の範囲内でその変化は比較的
小さい。同じように，図23に示す偏光ビーム・スプリッ
タＧのＲs で表わされる光分離特性において，偏光ビー
ム・スプリッタの特性（図８）よりも少し劣るとして
も，入射角の45度から65度の範囲で，その変化は比較的
小さい。これらの程度の入射角依存性をもつ偏光ビーム
・スプリッタは充分に実用に耐えうるものである。
【０１０９】図24は900nm 〜1000nm付近で発光するＧａ
Ａｓ発光ダイオードの発光スペクトルを示すものであ
る。このような発光スペクトルをもつ発光ダイオードが
光源（発光素子）として用いられた光学式センサ装置に
おいて好適に利用できる偏光ビーム・スプリッタの例に
ついて説明する。
【０１１０】図25は偏光ビーム・スプリッタＨの構造
を，図26はその透過率特性を示すものである。
【０１１１】図27は偏光ビーム・スプリッタＩの構造
を，図28はその透過率特性を示すものである。
【０１１２】これらの偏光ビーム・スプリッタＨおよび
Ｉはそれぞれ，上述した偏光ビーム・スプリッタＤおよ
びＥと表面的に同じ構造をもつ（図25と図12とを，図27
と図15とをそれぞれ比較せよ）。しかし，図12および図
15では光学的膜厚をλ＝610nm のときのλ／４を1.000
として表わしているのに対して，図25および図27では光
学的膜厚をλ＝860nm のときのλ／４を1.000 として表
現しているので，実際の薄膜の厚さは異なる。
【０１１３】図29は図27に示す構造をもつ偏光ビーム・
スプリッタにおいて，図24に示す発光スペクトルを用い
算出されたＳ偏光成分の透過率Ｔs （反射率Ｒs ＝１−
Ｔs）およびＰ偏光成分の透過率Ｔp を示している。特
にＳ偏光成分の透過率Ｔs （反射率Ｒs ）が使用される
入射角範囲にわたってほぼ一定に保たれている。
【０１１４】上述したように，光源としての発光ダイオ
ードは製造のばらつき，環境の変化（温度変化を含
む），経年変化等により，その発光スペクトルが変動す
る。製造のばらつきによる発光スペクトルのばらつきが
最も大きく，それは±10〜±20nm程度である。したがっ
て，発光ダイオードの発光中心波長が変化（ばらつき）
しても，Ｒs またはＲs ／Ｔp が入射角が変化してもほ
ぼ一定に保たれるという，上述した偏光ビーム・スプリ
ッタの光分離特性が維持されることが望ましい。
【０１１５】図４に示す発光スペクトルの中心波長が−
10nmシフトしたとき，および＋10nmシフトしたときに，
入射角依存性がほとんど変化しないことを，上述した偏
光ビーム・スプリッタＡ，Ｂ，Ｃ，ＤおよびＥ，ならび
にＦおよびＧについて定量的に説明する。
【０１１６】偏光ビーム・スプリッタＡは，使用入射角
範囲（45度〜65度）において，入射角の変化にかかわら
ずＲs ／Ｔp がほぼ一定値を保つように設計されたもの
である。
【０１１７】図３に示す入射角依存性のグラフにおい
て，入射角45度，50度，55度，60度および65度における
Ｒs ／Ｔp の値はそれぞれ67／66，71／70，75／75，79
／80，および83／87である。これらのうちで最大値は67
／66（入射角45度），最小値は83／87（入射角65度）で
ある。最大値／最小値＝1.064 で約６％となる。これを
ΔＲs ／Ｔp （％）と呼ぶ。
【０１１８】図30(A) および(B) は，発光ダイオードの
発光中心波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトした
ときの偏光ビーム・スプリッタＡにおける入射角依存性
を示すグラフである。これらにおいて，上述と同じよう
にΔＲs ／Ｔp （％）を求めると，それらは約８％とな
る。
【０１１９】偏光ビーム・スプリッタＢは，使用入射角
範囲において，入射角の変化にかかわらずＲs がほぼ一
定値に保たれるように設計されたものである。
【０１２０】図８に示す入射角依存性のグラフにおい
て，Ｒs の最大値（87：入射角65度）と最小値（85：入
射角45度）の差は２である。これをΔＲs （％）と呼
ぶ。
【０１２１】図31(A) および(B) は，発光ダイオードの
発光中心波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトした
ときの偏光ビーム・スプリッタＢにおける入射角依存性
を示すグラフである。これらにおいて，ΔＲs （％）は
それぞれ２および３となる。
【０１２２】図32(A) および(B) は，偏光ビーム・スプ
リッタＣについて，図33(A) および(B) は，偏光ビーム
・スプリッタＤについて，図34(A) および(B) は，偏光
ビーム・スプリッタＥについて，それぞれ発光中心波長
が−10nmおよび＋10nmシフトしたときの入射角依存性を
示す。
【０１２３】これらの偏光ビーム・スプリッタＣ，Ｄお
よびＥも，入射角の変化にかかわらずＲs がほぼ一定値
に保たれるように設計されたものである。図11，14およ
び17，ならびに上記の図32(A) ，(B) ，図33(A) ，(B)
および図34(A) ，(B) から，偏光ビーム・スプリッタ
Ｃ，ＤおよびＥについてそれぞれΔＲs （％）を求める
ことができる。
【０１２４】このようにして得られた結果をまとめたの
が，図35である。
【０１２５】偏光ビーム・スプリッタＡにおいては，使
用入射角範囲において，発光素子の発光波長のシフトを
考慮してもΔＲs ／Ｔp は約８％未満，偏光ビーム・ス
プリッタＢ，Ｃ，ＤおよびＥにおいてはΔＲs が５％以
下である。ΔＲs ／Ｔp が10％以下，またはΔＲs が５
％以下であれば，入射角変化および波長シフトに対して
非常に良い光分離特性をもっているといえる。
【０１２６】偏光ビーム・スプリッタＦおよびＧは上述
した偏光ビーム・スプリッタＡおよびＢにそれぞれ対応
し，それらよりも入射角依存性が少し劣ったものとして
設計されている。
【０１２７】図36(A) および(B) は偏光ビーム・スプリ
ッタＦについて、図37(A) および(B) は偏光ビーム・ス
プリッタＧについて，それぞれ発光中心波長が−10nmお
よび＋10nmシフトしたときの入射角依存性を示すグラフ
である。
【０１２８】図20および図23，ならびにこれらの図36
(A) ，(B) は図37(A) ，(B) を参照して，偏光ビーム・
スプリッタＦについてΔＲs ／Ｔp を，偏光ビーム・ス
プリッタＧについてΔＲs をそれぞれ求めた結果が図38
に示されている。
【０１２９】偏光ビーム・スプリッタＦについては，そ
の使用入射角範囲において，発光素子の発光波長のシフ
トを考慮してもΔＲs ／Ｔp は約18％以下，偏光ビーム
・スプリッタＧにおいてはΔＲs が９％以下である。Δ
Ｒs ／Ｔp が20％以下，またはΔＲs が10％以下であれ
ば，入射角変化および波長シフトがあっても，光学式セ
ンサ装置において充分に使用可能な偏光ビーム・スプリ
ッタであるといえる。
【０１３０】(2) 光学式センサ装置の基本構成とその基
本動作 物体に光を入射させたとき，その光の物体からの反射光
または物体の透過光の偏光の状態は，物体の表面の状
態，物体の材質等によって影響を受ける。その重要な態
様には次のものがある。
【０１３１】物体表面が鏡面の場合には，入射光の偏光
状態が反射光に保存される。
【０１３２】物体表面上にも，上述したように入射光の
入射面を基準としてＰ偏光とＳ偏光を定義することがで
きる。鏡面に入射する光がＰ偏光のものであればその反
射光もＰ偏光であり，Ｓ偏光であれば鏡面からの反射光
はＳ偏光である。
【０１３３】物体の表面が粗面（拡散反射面）の場合に
は，入射光の偏光状態（円偏光であろうと，直線偏光で
あろうと）にかかわらず，その反射光はランダム偏光
（無偏光）またはそれに近い状態となる。
【０１３４】透明な物体の表面（表面は光沢面である）
では，Ｓ偏光の光の反射率の方がＰ偏光の反射率よりも
大きいので，透明物体の表面に斜めに光が入射したとき
には，その反射光にはＰ偏光成分よりもＳ偏光成分の方
がより多く含まれる。透明物体の透過光にはＳ偏光成分
よりもＰ偏光成分の方が多く含まれることになる。
【０１３５】特にブリュースタ角においてはＰ偏光成分
の反射率が零（透過率が１または100 ％）になる。入射
光のＳ偏光成分のみが反射されることになる。
【０１３６】透明物体の表面の光沢の程度によっても反
射する（または透過する）Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の割
合が変わる。
【０１３７】透明物体が複屈折特性をもっている場合
に，直線偏光の光を入射させると，入射光の偏光方向が
複屈折の方向と異なれば，入射光が物体を透過する過程
で入射光の偏光方向に対して垂直な偏光方向をもつ成分
が現われる。
【０１３８】物体内部，物体表面，空中を問わず，光路
中に光を散乱する粒子や水滴，霜等が存在すると，どの
ような偏光をもつ光でも（直線，円，楕円偏光であって
も），反射光または透過光はほとんどランダム偏光とな
る。
【０１３９】以下に説明する光学式センサ装置は，上述
した光の偏光に関する性質を利用して，物体（特に透明
物体）の有無，物体の表面状態，物体の材質，一時的ま
たは恒久的に物体表面に付着した粒子，水滴，霜等の存
在，または空気中に浮遊する光散乱体の有無等を検知す
るものである。
【０１４０】反射型の光学式センサ装置を例にとり，そ
の構成と動作を説明する。
【０１４１】図39は反射型光学式センサ装置のセンサ・
ヘッドの光学的構成を示すものである。センサ・ヘッド
は発光素子10および投光レンズ50から構成される投光光
学系と，受光レンズ60，偏光ビーム・スプリッタ40およ
び２つの受光素子20，30から構成される受光光学系とか
ら構成されている。
【０１４２】発光素子10はここでは発光ダイオードであ
り（たとえば図４または図24の発光スペクトルを持
つ），ランダム偏光の光を発光する。投光レンズ50は，
発光素子10の出射光を用途に応じてやや広がった光束，
平行な光束または収束する光束に変換して，被検出物体
１の表面に斜めに投光する。投光レンズ50は必ずしも設
けなくてもよい。
【０１４３】発光素子10とレンズ50との間，またはレン
ズ50の前方に，偏光フィルタ（または偏光ビーム・スプ
リッタ）を配置し，特定方向の偏光をもつ直線偏光の光
を投射することもある。レンズ付きの発光ダイオードを
用いることもできる。後に示すように，発光素子として
半導体レーザを用いることもある。
【０１４４】受光光学系において，偏光ビーム・スプリ
ッタとしては，発光素子10の発光スペクトルおよび用途
に応じて，上述した偏光ビーム・スプリッタＡ〜Ｉのう
ちいずれか，または他の特性をもつものが用いられる。
投光光学系によって投射された光のうち被検出物体１で
反射した光（正反射光を含む）が受光レンズ60で収束さ
れる。この収束光の光路上に偏光ビーム・スプリッタが
その主軸に対して斜めに（上述した使用入射角範囲の中
心角付近の角度で）配置される。偏光ビーム・スプリッ
タ40で反射した光が受光素子20によって，偏光ビーム・
スプリッタ40を透過した光が受光素子30によってそれぞ
れ受光されるように，これらの受光素子20，30が配置さ
れる。受光レンズ60は必ずしも設けなくてもよい。
【０１４５】検出感度を高めるために，受光素子20およ
び30の前面にそれぞれ偏光フィルタ（たとえば偏光ビー
ム・スプリッタ40からのＳ偏光の反射光およびＰ偏光の
透過光を通過させる）が設けられることがある。さらに
必要であれば，受光レンズ60の前に，外乱光の入射を阻
止する（たとえば，赤外光の投射光が用いられている場
合には，可視光を遮断し赤外光の通過を許す）光学フィ
ルタが設けられる。前面にレンズが一体的にモールドさ
れた受光素子を用いることもできる。
【０１４６】上述したように被検出物体１が透明体の場
合には，その反射光にはＰ偏光成分よりもＳ偏光成分が
より多く含まれる。なお，被検出物体１が不透明体，そ
の表面が拡散反射面である，またはその表面に水滴や霜
が付着している場合には反射光はランダム偏光となる。
【０１４７】一方，上述したように偏光ビーム・スプリ
ッタ40はその入射光を，主にＳ偏光成分を含む反射光
と，主にＰ偏光成分を含む透過光とに分離する。
【０１４８】図39に示す配置構成では，被検出物体１に
おいて定義されるＳ，Ｐ偏光の方向と，偏光ビーム・ス
プリッタ40において定義されるＳ，Ｐ偏光の方向とはそ
れぞれ一致している。
【０１４９】したがって，受光素子20の出力信号のレベ
ルをＳ，受光素子30の出力信号のレベルをＰ（簡単のた
めにＳとＰの符号を使用する）とすれば，上述したよう
に，Ｓ／Ｐ，（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ），Ｓ−Ｐ，Ｓ−ｋ
Ｐの値を演算し，この演算結果を適当なしきい値で弁別
することにより，被検出物体が透明体かどうか，拡散反
射面を持つか，表面に水滴等が付着しているかどうかを
判別することができる。すなわち，透明体の場合には上
記の演算結果が高い値を示し，不透明体の場合には相対
的に低い値となる。
【０１５０】図39に示すように，偏光ビーム・スプリッ
タ40が収束光の光路内に置かれた場合には，入射光の入
射角は場所によって異なる。また，被検出物体１とセン
サ・ヘッドとの間の距離が変動した場合にも，偏光ビー
ム・スプリッタ40への入射角は変化する。上述した偏光
ビーム・スプリッタＡ〜Ｉは，このような使用入射角の
範囲において光分離特性（Ｒs ／Ｔp またはＲs ）がほ
ぼ一定に保たれる。したがって，検出結果が入射角の広
がり，変化等に依存して変わることによって誤検知する
おそれがなくなり，検出精度が高まる。特に偏光ビーム
・スプリッタＡおよびＦはＲs ／Ｔp がほぼ一定に保た
れるから，Ｓ／Ｐの演算をする構成において，検出の安
定性が高められる。
【０１５１】また，上述した偏光ビーム・スプリッタＡ
〜Ｉは発光ダイオードの発光スペクトルの広がりを考慮
して，かつその波長シフトを考慮しても，光分離特性の
入射角依存性が小さいので，発光素子として発光ダイオ
ードを用いることが可能となる。
【０１５２】図40はガラス等の透明体（屈折率ｎ＝1.5
）における反射率および透過率の入射角依存性を示し
ている。Ｒs ，Ｒp はそれぞれＳ偏光成分，Ｐ偏光成分
の反射率を，Ｔs ，Ｔp はそれぞれＳ偏光成分，Ｐ偏光
成分の透過率を示す。
【０１５３】入射角が大きくなれば，反射率は増大す
る。Ｓ偏光成分の反射率Ｒs の方がＰ偏光成分の反射率
Ｒp よりも大きく，その比Ｒs ／Ｒp は入射角が50度か
ら60度付近において最も大きくなる。
【０１５４】特に，ガラス面に対する光の入射角が56.3
度のとき，Ｐ偏光成分の反射率Ｒpは零になる。この入
射角をブリュースタ角θB という。
【０１５５】入射角が40度から65度付近になるように，
センサ・ヘッドからの投射光を被検出物体に投射する構
成とすることにより，被検出物体が透明体の場合には，
Ｓ偏光成分の反射光が多くなり，検出精度を高めること
ができる。ガラス基板等に多層薄膜を形成することによ
り構成される偏光ビーム・スプリッタにおいても，その
入射角がブリュースタ角の近傍になるように配置すれ
ば，Ｓ偏光成分とＰ偏光成分とを効果的に分離すること
ができる。
【０１５６】図41は反射型光学式センサ装置におけるセ
ンサ・ヘッドの他の構成例を示している。図39に示すセ
ンサ・ヘッドでは投射光を被検出物体に斜めに投射し，
斜めに反射された光を受光するように構成されている。
これに対して図41に示すセンサ・ヘッド70は被検出物体
の表面に対してほぼ垂直に光を投射し，ほぼ垂直に反射
して戻ってくる光を受光するように構成されたものであ
る。
【０１５７】発光素子（発光ダイオード）10と投光レン
ズ50との間に偏光フィルタ51が設けられている。この偏
光フィルタ51は，受光光学系の偏光ビーム・スプリッタ
40において定義されるＳ偏光の光を透過させるものであ
る。他の構成要素は図39に示すものと同じである。
【０１５８】このセンサ・ヘッド70は鏡面をもつ物体と
粗面（光拡散面）をもつ物体とを識別するために好適に
用いられる。上述したように，鏡面は入射光の偏光状態
を保存する。したがって，Ｓ偏光の光が鏡面に入射する
と，その正反射光はほとんどＳ偏光の光である。これに
対して粗面はランダム偏光を生じさせるから，Ｓ偏光の
光が入射してもその反射光にはＳ偏光成分とＰ偏光成分
とがほぼ等しい割合で含まれる。
【０１５９】したがって，被検出物体２からの反射光を
受光光学系の偏光ビーム・スプリッタ40によって，Ｓ偏
光成分を主に含む光とＰ偏光成分を主に含む光とに分離
して，これらを受光素子20，30によってそれぞれ受光
し，Ｓ−Ｐ，Ｓ−ｋＰ，（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ），Ｓ／
Ｐ等を演算し，この演算結果をしきい値と比較すれば，
被検出物体２が鏡面をもつか粗面を持つかを判別するこ
とができる。投射光をＰ偏光の光としてもよい。
【０１６０】投光光学系のレンズ50が複屈折をもつ特定
のプラスチック・レンズの場合には，図42に示すよう
に，投光レンズ50によって平行化された投射光の光路に
偏光フィルタ51を配置する方がよい。
【０１６１】図43においては，投光光学系に偏光フィル
タに代えて偏光ビーム・スプリッタ52が用いられてい
る。偏光ビーム・スプリッタ52には，発光素子10の投射
光の発散光路中にその光軸に対して斜めに配置されてい
る。図44の(A) は投光光学系の平面図，(B) は側面図で
ある。これから分るように，投光光学系の偏光ビーム・
スプリッタ52と受光光学系の偏光ビーム・スプリッタ40
とは配置角度がほぼ直交している。
【０１６２】図41の構成において発光素子10として赤外
域に発光スペクトル（図24に示すような）をもつ発光ダ
イオードが用いられる場合には，赤外域の偏光フィルタ
を用いなければならない。赤外域の偏光フィルタは高価
であるので，図43に示すように偏光ビーム・スプリッタ
52を用いることが好ましい。
【０１６３】上述したように，図39に示すセンサ・ヘッ
ドにおいても，偏光フィルタまたは偏光ビーム・スプリ
ッタを用いて，投射光をＳ偏光またはＰ偏光の光とする
ことができる。
【０１６４】以上をまとめると次のようになる。図39に
示す構成を斜め入射タイプ，図41または図43に示す構成
を垂直入射タイプと呼ぶ。
【０１６５】斜め入射タイプにおいては，投射光として
ランダム偏光またはＳ偏光を用いることができる。ラン
ダム偏光の投射光を用いたときには，透明体と不透明体
とを識別することができる。Ｓ偏光の投射光を用いたと
きには透明体と不透明体の識別のみならず，鏡面と粗面
の識別を行うことができる。
【０１６６】垂直入射タイプにおいては，投射光として
Ｓ偏光またはＰ偏光を用いることができ，いずれの場合
にも鏡面と粗面を識別することができる。
【０１６７】２つの受光素子20，30からの出力信号に基
づいて被検出物体の識別または判別を行う回路の例につ
いて図45から図48を参照して説明する。
【０１６８】図45はＳ／Ｐを算出し，これに基づいて判
別を行う回路を示している。受光素子30，20の受光信号
Ｐ，Ｓは増幅器101 ，102 でそれぞれ増幅されたのち，
割算回路103 に入力する。割算回路でＳ／Ｐの演算が行
なわれ，この演算結果は判別回路104 に与えられる。判
別回路104 は最も簡単には比較器により構成される。割
算結果Ｓ／Ｐが判別回路104 にあらかじめ設定された１
または複数の異なるしきい値と比較され，その比較結果
そのもの，またはそれをデコードした値が判別回路104
から出力される。好ましくは，しきい値は可変である。
【０１６９】種々のサンプルについての割算結果Ｓ／Ｐ
をＣＰＵ105 に与え，ＣＰＵ105 でしきい値を決定まは
修正させるようにしてもよい。また，ＣＰＵ105 を介し
て入力装置106 からしきい値をユーザが入力または修正
してもよい。
【０１７０】図45に示す回路は特に，信号ＰとＳとに大
きな差を生じさせる被検出物体の判別に適している。こ
の場合に，発光素子の出力変動，被検出物体の位置の変
動等に起因して受光素子の入射光に光量変動が多少あっ
たとしても，判別結果に誤りが生じることはない。
【０１７１】図46は（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）の演算を行
い，その結果に基づいて判別する回路を示している。減
算器107 および加算器108 においてそれぞれＳ−Ｐ，Ｓ
＋Ｐの演算が行なわれ，この演算結果が割算回路103 に
与えられる。
【０１７２】Ｓ＋Ｐは全入射光量を表わす。差Ｓ−Ｐは
光量変動の影響を受けやすいので，この差を全光量で規
格化することにより，光量変動に強いものとなる。
【０１７３】図47はＳ−Ｐの演算を行ない，この演算結
果に基づいて判別する回路を示しており，特に，図41と
図43の構成（投射光にＳ偏光の光を用いるもの）に適し
ている。
【０１７４】この構成においては，受光素子20には被検
出物体からの正反射光のＳ偏光成分と拡散反射光のＳ偏
光成分が主に入射する。受光素子30には被検出物体から
の拡散反射光のＰ偏光成分が主に入射する。検出したい
ものは正反射光成分である。拡散反射光のＳ偏光成分と
Ｐ偏光成分とはほぼ等しい。したがって，Ｓ−Ｐの演算
を行なえばよい。この演算は減算回路107 で行なわれ，
その演算結果は判別回路104 に入力する。
【０１７５】増幅器102 の増幅率を増幅器101 のｋ倍
（ｋは任意の定数）としてもよい。この場合には，減算
回路107 において，Ｓ−ｋＰの演算が行なわれる。この
補正は，受光素子の前面に偏光フィルタを配置したり，
偏光ビーム・スプリッタのＳ偏光反射率とＰ偏光透過率
が異なる場合に有効である。
【０１７６】図48の回路は，被検出物体にＳ偏光の光を
投射する構成において，反射光のＰ偏光成分の割合を検
出することにより，被検出物体を識別または判別するた
めの回路である。すなわち，被検出物体による拡散反射
成分の割合を算出することにより，被検出物体表面の光
沢の度合いをセンシングするものである。
【０１７７】加算回路108 においてＰ＋Ｓが演算され，
割算回路103 においてＰ／（Ｐ＋Ｓ）が算出される。こ
の結果判別回路104 に入力する。全光量Ｐ＋Ｓで規格化
しているので光量変動による影響を受けにくい。
【０１７８】上述した回路の判別結果を組合せることに
より，最終的な判別結果を得ることもできる。たとえ
ば，図45に示す回路においてＳ／Ｐを算出し，この値で
判断ができない（複数の異なる物体についてＳ／Ｐの値
の差が小さい）場合に，図47に示す回路でＳ−Ｐを算出
して判別を試みる等である。一の回路の判別結果を他の
回路の判別結果で確認するようにすることもできる。
【０１７９】光学式センサ装置の検出動作について具体
例をあげて説明する。
【０１８０】図49は斜め入射タイプのセンサ・ヘッドを
示している。図39に示すものと同一物には同一符号を付
し，説明を省略する。投光レンズと受光レンズは設けら
れていない。受光素子としてはレンズ付きのものが示さ
れている。発光素子10は発光ダイオードである。
【０１８１】偏光ビーム・スプリッタ40としては上述し
た偏光ビーム・スプリッタＡが用いられている。
【０１８２】被検出物体１は３種類である。普通紙，コ
ート紙（上質紙）および光沢紙である。光沢紙とはコー
ト紙よりも光沢があり，一例として写真の印刷等に用い
られる紙である。
【０１８３】発光素子10から被検出物体１に入射する投
射光の入射光θはブリュースタ角に非常に近い55度を標
準とする。普通紙は拡散反射物体と考えられるので，そ
の反射光はランダム偏光であり，Ｓ偏光成分とＰ偏光成
分の比率はほぼ１対１である。コート紙の表面にはコー
ト材（誘電体）が設けられているので，その正反射光は
Ｓ偏光である。もちろんコート紙の反射光には散乱光が
含まれるのでＰ偏光成分もあるが，Ｓ偏光成分の方が多
くなる。光沢紙からの反射光におけるＳ偏光成分の割合
はコート紙よりも多くなる。
【０１８４】そこで，Ｓ偏光成分のＰ偏光成分に対する
比をＳ／Ｐで表わし，普通紙ではＳ／Ｐ＝１，コート紙
ではＳ／Ｐ＝1.5 ，光沢紙ではＳ／Ｐ＝２とする。
【０１８５】被検出物体１とセンサ・ヘッドとの距離が
±ｄ変動するものとする。このとき，被検出物体１から
センサ・ヘッドの受光光学系に向う正反射光の反射角
（偏光ビーム・スプリッタ40への入射角）は±Δθ変動
する。
【０１８６】標準位置にある被検出物体１と受光素子20
または30との間の光軸上の距離をＬとすると，Δθは図
49において幾何学的に次式で求まる。
【０１８７】
【数１】
【０１８８】ここで，Ｌ＝15mm，ｄ＝±１mm，θ＝55度
とすればΔθは約±４度となる。ビーム径を考慮してΔ
θ＝±５度とする。
【０１８９】上述した３種類の被検出物体を図45に示す
回路を用いて演算結果Ｓ／Ｐに基づいて識別するものと
する。ここでのＳ／Ｐは（受光素子20の受光量）／（受
光素子30の受光量）である。これを受光量比と呼ぶ。
【０１９０】この受光量比は次式にしたがって求めるこ
とができる。
【０１９１】
【数２】
【０１９２】ここで，Ｒs は偏光ビーム・スプリッタ40
におけるＳ偏光成分の反射率，ＴsはＳ偏光成分の透過
率（＝１−Ｒs ），Ｒp はＰ偏光成分の反射率（＝１−
Ｔp），Ｔp はＰ偏光成分の透過率である。また，ｈは
被検出物体のＳ／Ｐの値（すなわち，ｈ＝１，1.5 およ
び２）である。
【０１９３】図50は，被検出物体１が±ｄ＝±１mm変動
することに伴い，偏光ビーム・スプリッタ40への入射角
が±５度変動したときの受光量比を，３種類の被検出物
体について示すものである。
【０１９４】図51は，標準状態（被検出物体の変動がな
い状態）において，発光ダイオード10の発光中心波長が
±10nmシフトしたときの受光量比を，３種類の被検出物
体について示すものである。
【０１９５】図52は発光ダイオード10の発光中心波長が
−10nmシフトしたときに，受光量比が入射角の変動に伴
ってどのように変化するかを示している。
【０１９６】図53は，発光ダイオード10の発光中心波長
が＋10nmシフトしたときの，受光量比が入射角の変動に
伴ってどのように変化するかを示している。
【０１９７】これらのグラフから，いずれの場合におい
ても，２つのしきい値をＴＨ1 ＝1.10，ＴＨ2 ＝1.31に
設定すれば，Ｓ／Ｐに基づいて３種類の被検出物体を識
別することができることが分る。
【０１９８】すなわち，被検出物体とセンサ・ヘッドと
の間の距離変動に起因する偏光ビーム・スプリッタへの
入射角の変動，発光ダイオードのばらつきによる発光波
長の変動があったとしても，普通紙とコート紙と光沢紙
との識別が可能である。
【０１９９】受光光学系に受光レンズを設け，偏光ビー
ム・スプリッタを収束光の光路に配置した場合でも，上
記と同じ結果が得られる。
【０２００】さらに他の具体例について説明する。
【０２０１】図54は光ファイバを利用したセンサ・ヘッ
ドを示している。このセンサ・ヘッドにおいて，発光素
子からの光は投光用光ファイバ11によって導かれ，その
端面から出射する。この出射光は投光用レンズ50によっ
て集光される。この収束光路上にＳ偏光成分のみを透過
させる偏光フィルタ51が設けられている。被検出物体１
からの正反射光は偏光ビーム・スプリッタ40に入射す
る。その反射光は受光用光ファイバ21の端面から光ファ
イバ21内に入り，受光素子（受光素子20に対応するも
の）に導かれる。偏光ビーム・スプリッタ40の透過光は
受光用光ファイバ31の端面から光ファイバ31内に入り，
受光素子（受光素子30に対応するもの）に導かれ受光さ
れる。
【０２０２】被検出物体１はフィルム包装されたパッケ
ージまたはボックスである。パッケージの表面も光沢が
ある。包装用フィルムは透明体であるから，パッケージ
がこのフィルムで包装されている場合には正反射光に含
まれるＳ偏光成分はフィルム包装がない場合に比べて高
くなる。
【０２０３】投光レンズ50からの投射光が入射角θ＝20
度で被検出物体１に入射した場合に，その反射光におけ
るＳ偏光成分とＰ偏光成分の比Ｓ／Ｐは，パッケージの
光沢表面の場合（フィルム包装がない）３，フィルム包
装がある場合に７となる。
【０２０４】図54に示すセンサ・ヘッドはパッケージに
おけるフィルム包装の有無を検出するものである。
【０２０５】このセンサ・ヘッドの仕様が，検出距離Ｄ
が10mm±３mm，被検出物体１の角度ずれが±３度である
とする。これは，被検出物体１であるパッケージは搬送
路上を搬送される過程でフィルム包装の有無が検査され
るためである。被検出物体１は搬送の過程で位置がずれ
たり，揺れたりする。
【０２０６】設計値としては余裕をもたせて検出距離Ｄ
＝10mm±４mm，角度ずれ＝±４度とする。
【０２０７】被検出物体が±４度傾いたとき，その反射
光の光軸は図55に示すように，±８度傾くことになる。
この傾きがあっても反射光が光ファイバ21および31に確
実に入射する位置に光ファイバ21および31を配置する必
要がある。
【０２０８】検出距離Ｄ＝10mm±４mmで，光ファイバの
直径を1.25mmとしたときに，被検出物体１と光ファイバ
21，31の受光端面との間の光軸上の距離Ｌは約25mmとな
る。
【０２０９】上述した式１を用いて，Ｌ＝25mm，ｄ＝±
４mm，θ＝20度としたときに，Δθは＋5.5 度〜−6.5
度となる。実際上は光ビーム径等を考慮する必要がある
ので，Δθ＝±7.5 度で考える。
【０２１０】判定回路は図45に示すものが用いられる。
したがって，受光量比がしきい値と比較される。
【０２１１】図56は偏光ビーム・スプリッタ40として，
特性のやや劣る上述した偏光ビーム・スプリッタＦを用
いた場合の受光量比を示しており，横軸は偏光ビーム・
スプリッタへの入射角である。
【０２１２】図57および図58は，発光ダイオードの発光
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときにお
ける受光量比を，入射角（または検出距離）を横軸とし
て示すものである。
【０２１３】これらのグラフから，たとえ発光素子の発
光波長に±10nmの波長シフトがあっても，入射角範囲55
度±10度の範囲にわたり，フィルム包装の有無を判別で
きることが分る。受光量比を判別するしきい値ＴＨは，
たとえば2.3 のところに設定される。
【０２１４】図59は偏光ビーム・スプリッタとして上述
した偏光ビーム・スプリッタＧを用いた場合の特性を示
している。また，受光光学系の受光素子の前に，偏光分
離比を上げるために，偏光フィルタを配置した構成をと
っている。偏光ビーム・スプリッタの反射光を受光する
受光素子（受光素子20に相当）の前にはＳ偏光フィルタ
が，透過光を受光する受光素子（受光素子30に相当）の
前にはＰ偏光フィルタがそれぞれ設けられる。
【０２１５】図47に示す回路が用いられる。すなわち，
偏光ビーム・スプリッタのＳ偏光反射光の受光量（Ｒs
に比例）からＰ偏光透過光の受光量（Ｔp に比例）を差
し引いた値（これを受光量差と呼ぶ：任意目盛）がしき
い値と比較される。
【０２１６】図60および図61は発光素子の発光波長がそ
れぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの受光量差を
表わしている。図59から図61において横軸は偏光ビーム
・スプリッタ40への入射角（または検出距離）である。
【０２１７】これらのグラフから，しきい値をＴ＝0.61
5 に設定することにより，発光素子の発光波長に±10nm
の変動があっても，少なくとも55度±7.5 度の入射角範
囲において，フィルム包装の有無の判別が可能であるこ
とが分る。
【０２１８】上述した偏光ビーム・スプリッタＡ，Ｆお
よびＧを用いた光学式センサ装置が，いずれも発光素子
の発光波長のばらつきや入射角の広がりにもかかわら
ず，充分な偏光分離能力をもち，これによって被検出物
体の正確な検出が可能であることが分る。
【０２１９】(3) センサ・ヘッドのバリエーション 種々のセンサ・ヘッドの構成例について説明する。
【０２２０】まず，反射型でかつ斜め入射タイプのバリ
エーションについて述べる。
【０２２１】図62に示すものは図39に示すセンサ・ヘッ
ドと基本的に同じ構成である。異なる点は，投光用レン
ズ50が投射光を集光して被検出物体１に投射する点であ
る。受光用レンズ60は被検出物体１からの反射光を集光
する。
【０２２２】この構成によると，投射光スポットを容易
に目で見ることができる。また，投光効率が高まる。と
くに，微小な間隔（たとえば透明ラベルの継ぎ目など）
の検知が可能となる。
【０２２３】図63に示すセンサ・ヘッドにおいては，投
光レンズ50の前面に偏光フィルタ51が設けられている。
この偏光フィルタ51はＰ偏光の光を通過させるものであ
る。
【０２２４】被検出物体１が透明体（複屈折物質を除
く）または鏡面をもつものの場合には正反射光にはＳ偏
光の光は含まれない。被検出物体１が複屈折をもつ物質
の場合には，その複屈折方向とＰ偏光とが異なっていれ
ばＳ偏光成分が発生し，これが受光光学系の受光素子20
で受光される。したがって，図63のセンサ・ヘッドは複
屈折物質を検知することができる。
【０２２５】図64におけるセンサ・ヘッドでは投光用光
ファイバ11から投射光が出射し，被検出物体１に斜めに
投射されている。受光光学系において，偏光ビーム・ス
プリッタ40の反射光と透過光は光ファイバ21，31を通し
て受光素子に導かれる。このセンサ・ヘッドは小型化を
図ることができる。投光用レンズを設けて投射光を集光
してもよい。
【０２２６】図65において，投光および受光光学系を収
めたセンサ・ヘッドのケース80に，被検出物体１からの
反射光を制限するための開口81が形成されている。この
開口81は，被検出物体１が標準位置にあるときに，被検
出物体１からの散乱光などが入射するのを制限し，主に
正反射光を偏光ビーム・スプリッタ40に入射される位置
と大きさに形成されている。またこの開口は，被検出物
体１からの反射光の一部が偏光ビーム・スプリッタ40で
反射しないまま受光素子20に入射したり，偏光ビーム・
スプリッタ40を透過しないまま受光素子30に入射するの
を防止する。上述した普通紙，コート紙，光沢紙の判別
は非常に微妙である。この開口81により被検出物体１か
らの正反射光を効率よく偏光ビーム・スプリッタ40を経
て受光素子に導き，正確な判別ができるようになる。
【０２２７】図66はケース80の具体的な構成を示すもの
である。開口81に加えて，散乱光等の入射を制限するた
めの突起82が設けられている。
【０２２８】必要ならば発光ダイオード10の前方に偏光
フィルタ51が設けられる。また，開口81に可視光を遮断
する光学フィルタ61が取付けられる（発光ダイオード10
が赤外光を発光するものの場合）。
【０２２９】図65および図66に示すように，偏光ビーム
・スプリッタ40からの反射光を受光する受光素子20を他
の受光素子30よりも開口81に近い位置に配置することに
より，センサ・ヘッドを小さくすることができる。
【０２３０】図67(A) は上記の配置を示し，図67(B) は
受光素子20と30を反対にした配置を示している。被検出
物体からの正反射光および拡散光をすべて偏光ビーム・
スプリッタに導くために，図67(A) ではａ，ｂ，および
ｃの位置に開口の縁またはケースの壁の一部（突起等）
を位置させればよいが，図67(B) ではｄ，ｅおよびｆの
位置にもってこなければならない。図67(A) と図67(B)
において，受光素子の視野角を同一とした場合には，図
67(B) の配置によるとケースが大型化することは避けら
れない。また，光路も長くなるので光の利用効率が低下
する。
【０２３１】図68(A) は開口81をもつセンサ・ヘッドの
ケース80を，図68(B) および(C) は開口81の形を示して
いる。開口81の形状は，被検出物体１で反射した正反射
光ビームの断面形状にほぼ合致させることにより，より
多くの正反射光を取入れることができる。被検出物体１
がセンサ・ヘッド１に近づいたとき（破線で示す）の方
が正反射光の断面形状は小さいので，開口81は小さい方
の断面形状にあわせるのがよい。
【０２３２】図69(A) は投射光の出口に特定の形の開口
83をもつケース80を示し，図69(B)および(C) は開口83
の形状を示すものである。投射光は斜め上方に投射され
るので，発光素子10から遠ざかるほど広がる。そこで，
被検出物体１表面での光の照射幅をほぼ一定にするため
に，開口83の発光素子10から遠い部分ほどその幅を狭く
している。
【０２３３】図70は投射光の幅を制限するシリンドリカ
ル・レンズ53を投射口に設け，受光口には反射光の広が
った長さ方向の光を集光するシリンドリカル・レンズ63
を設けたケース80を示している。
【０２３４】次に垂直入射タイプまたはこれに近いタイ
プのバリエーションについて説明する。
【０２３５】図71に示すセンサ・ヘッド70においては，
図43に示すものと比較して，受光光学系において，偏光
ビーム・スプリッタ40の反射光と透過光をそれぞれ光フ
ァイバ21，31で受け，受光素子20，30に導いている点で
異なる。センサ・ヘッド70を小型化することが可能であ
る。発光素子10はレンズ付きのものである。
【０２３６】図72は正反射光をより多く受光するように
構成された光学系を示している。投射光はレンズ50によ
ってわずかに広げられて，被検出物体１に垂直に近い角
度で投射される。被検出物体１からの正反射光が受光レ
ンズ60によって集光される。投光レンズ50の前面にはＳ
偏光成分を透過させる偏光フィルタ51が設けられてい
る。被検出物体１からの正反射光に含まれるＳ偏光成分
の量によって被検出物体１の表面の光沢の程度が検出さ
れる。
【０２３７】図73は投光レンズ50によって投射光を集光
して被検出物体１に投射する光学系を示している。
【０２３８】図74においては投光レンズは設けられてい
ない。受光光学系には，被検出物体１からの正反射光を
取入れるための開口板またはスリット64が設けられてい
る。開口を通過した正反射光は偏光ビーム・スプリッタ
40に入射する。受光レンズも設けられていない。
【０２３９】図75は光ファイバ11，21および31を用いた
光学系を示している。投光レンズ50によって投射光は集
光される。受光レンズ60も設けられている。
【０２４０】図76は受光用光ファイバ21および31のそれ
ぞれについて受光用レンズ65，66を設けたものである。
偏光ビーム・スプリッタ40の反射光および透過光はそれ
ぞれ受光レンズ65，66を通して光ファイバ21，31に入射
する。
【０２４１】図77は偏光ビーム・スプリッタ40の透過光
をミラー67で反射させ，レンズ66を通して光ファイバ31
に導くようにした構成を示している。
【０２４２】図78は受光用レンズを設けない光ファイバ
型の受光光学系を示している。
【０２４３】透過型のセンサ・ヘッドについて説明す
る。
【０２４４】図79において，透過型のセンサ・ヘッドは
投光ヘッド70Ａと受光ヘッド70Ｂとから構成され，これ
らのヘッド70Ａ，70Ｂは距離をおいて互いに対向するよ
うに配置される。これらの両ヘッド70Ａと70Ｂの間にあ
る物体１が検知される。
【０２４５】投光ヘッド70Ａには発光素子10と投光レン
ズ50とが設けられる。投光レンズ50によって投射光が平
行化されて，受光ヘッド70Ｂに向けて投射される。投光
レンズ50によって投射光をわずかに広げてもよいし，収
束させてもよい。
【０２４６】受光ヘッド70Ｂは受光レンズ60，偏光ビー
ム・スプリッタ40および２つの受光素子20，30を含み，
上述した受光光学系と同じ構成である。
【０２４７】図79に示す構成においては，投射光の光軸
に斜めに存在する透明体１が検知される。透明体は上述
したように，斜めに入射する光について，Ｐ偏光成分の
透過率の方がＳ偏光成分の透過率よりも高い。したがっ
て，受光素子20と30の出力の比Ｓ／Ｐ（またはＰ／Ｓ，
もしくはＰ−Ｓ／Ｐ＋Ｓ，Ｐ−ｋＳ，Ｐ−Ｓ等でもよ
い）を算出しこの比をしきい値と比較することにより，
被検出物体が透明体がどうかが判別される。
【０２４８】図80において，投光ヘッド70Ａの前面に偏
光フィルタ51が設けられている。この偏光フィルタ51
は，受光ヘッド70Ｂの偏光ビーム・スプリッタ40におい
て定義されるＰ偏光成分（またはＳ偏光成分）の光を通
過させる。このように，直線偏光の投射光を用いると，
特に反射型センサ・ヘッドにおいて説明したように，複
屈折を有する物体を検知することができる。たとえば，
図81に示すように，複屈折をもつペット・ボトル３を検
出することができる。
【０２４９】図82は偏光フィルタに代えて偏光ビーム・
スプリッタ52を用いて直線偏光の光を発生する投光ヘッ
ドを示している。直線偏光の投射光はまた，光を散乱さ
せる物体（雨，水，霧，雪，その他の小さな粒子，表面
の粗い透明体など）を検知するのに用いられる。投射光
は図に示すように少し広がらせてもよい，またはその方
が好ましい。
【０２５０】光を散乱させる物体からの散乱光はランダ
ム偏光となる。したがって，Ｓ偏光またはＰ偏光の投射
光を用いると，散乱物体が存在すればそれと直交する方
向の偏光成分が現われる。したがって，２つの受光素子
20，30の出力信号の差，比，その他の演算（上述したＳ
−Ｐ／Ｓ＋Ｐなど）を行い，その演算結果をしきい値と
比較することにより散乱物体の存在が検知できる。
【０２５１】図83は受光ヘッド70Ｂにおいて，偏光ビー
ム・スプリッタの反射光および透過光を光ファイバ21，
31を用いて受光素子20，30に導く構成を示している。
【０２５２】図84は投光光学系の他の例を示している。
【０２５３】図84(A) では発光素子としてレーザ・ダイ
オード（半導体レーザ）12が用いられている。レーザ・
ダイオードの出射光は直線偏光であるので，偏光フィル
タを用いる必要がない。また，遠方まで光が届くので，
長い距離範囲にわたる検知に有用である。
【０２５４】図84(B) は発光ダイオード10の出射光をレ
ンズ54で集光し，偏光フィルタ51を通して偏波面保存光
ファイバ55の一端に入射させ，適所に導かれた光ファイ
バ55の他端から直線偏光の光を投射するようにしたもの
である。
【０２５５】図85は受光光学系の他の例を示している。
【０２５６】図85(A) においては，２つの受光素子20，
30に代えて２分割フォトダイオード20Ａが用いられてい
る。
【０２５７】図85(B) には，偏光ビーム・スプリッタ40
と受光素子30との間に，Ｐ偏光成分を通過させる偏光フ
ィルタ32を配置した構成が示されている。偏光ビーム・
スプリッタ40の透過光にＳ偏光成分が含まれてしまうも
のにおいては，それを除去することによって偏光分離特
性を向上させることができる。
【０２５８】図85(C) は偏光ビーム・スプリッタ40と偏
光フィルタ32とを貼付けて一体化した構成を示してい
る。
【０２５９】図85(D) は偏光ビーム・スプリッタ40と受
光素子20との間にＳ偏光成分を通過させる偏光フィルタ
22が配置された構成を示している。偏光ビーム・スプリ
ッタ40の反射光にＰ偏光成分が含まれる場合に有効であ
る。
【０２６０】図85(E) は偏光ビーム・スプリッタ40の透
過光を偏波面保存光ファイバ33で受光素子30に導く構成
を示している。偏光ビーム・スプリッタ40の反射光を同
様に偏波面保存光ファイバで受光素子20に導いてもよ
い。
【０２６１】受光光学系のさらに他の例について説明す
る。
【０２６２】図86において偏光ビーム・スプリッタ40の
背面に反射体41が接着されている。この反射体41は鏡
面，多層膜，全反射を利用すること等により実現するこ
とができる。
【０２６３】受光レンズ60によって集光されながら偏光
ビーム・スプリッタ40に入射した光のうち，反射光は受
光素子20に入射し，透過光は反射体41で反射して受光素
子30に入射する。２つの受光素子20，30を偏光ビーム・
スプリッタ40の前方のほぼ同じ位置に配置することがで
きる。
【０２６４】図87(A) ，(B) はくさび形の透明基体を利
用した構成を示している。くさび形基体43の一面に偏光
分離機能をもつ誘電体多層膜40Ｂを形成し，他面に反射
面を形成する。図87(A) では２つの受光素子20と30を離
して配置することができ，図87(B) では２つの受光素子
20と30に代えて２分割フォトダイオードが用いられてい
る。
【０２６５】図88はプリズムを利用した構成を示してい
る。図88(A) において，両面に偏光分離機能をもつ誘電
体多層膜40Ｂと反射膜41Ａが形成された基板40Ａがプリ
ズム44の斜面に接着されている。図88(B) においては，
受光レンズ60もプリズム44に接着されている。また，光
ファイバ21，31を用いて反射光と透過光を受光素子に導
く構成となっている。
【０２６６】特に斜め入射タイプのセンサ・ヘッドにお
いて，ほぼ円形断面の投射光は被検出物体に斜めに入射
し，かつ斜めに反射して受光光学系に入射する。投射光
が広がっているかまたは収束している場合，センサ・ヘ
ッドと被検出物体との間の距離が変化すると，偏光ビー
ム・スプリッタを経て受光素子に入射する光の単位面積
当りの強度は変動する。このような被検出物体の距離変
動による反射光量変動の補正を行う構成について説明す
る。
【０２６７】図89(A) において，被検出物体１がセンサ
・ヘッドから離れたりセンサ・ヘッドに近づいたりする
と，受光用光ファイバ21または31に入射する反射光の角
度が変化する（図89(A) および次に述べる図89(B) ，
(C) では簡単のために偏光ビーム・スプリッタの図示が
省略されている）。そこで，光量の少ない反射光の入射
角にあわせて光ファイバ21または31を配置し，光量の少
ない反射光が最も多く光ファイバ21または31の端面に入
射するようにする。
【０２６８】図89(B) は受光用光ファイバ21または31の
入射端面を斜めにカットした場合を示している。この場
合にも，カットした端面を光量の少ない反射光に向ける
ように光ファイバ21，31を配置する。
【０２６９】図89(C) はバンドル・ファイバを用いた例
を示す。バンドル・ファイバの被覆を変形し，光量の少
ない反射光が入射する箇所で光ファイバの数を多くする
形とする。
【０２７０】図90(A) では偏光ビーム・スプリッタの透
過率Ｔp または反射率Ｒs を図90(B) に示すように入射
角に応じて変化させ，光量の少ない反射光の入射角で透
過率Ｔp または反射率Ｒs が増大するようにしている。
【０２７１】図91は透過型の光学式センサ装置における
例を示している。投光レンズ50に収差をもたせ，受光用
ヘッドの位置で光強度分布がほぼ均一になるようにした
ものである。
【０２７２】図92(A) ，(B) ，(C) においては，断面が
投射光が斜めに投射される方向に長いバンドル・ファイ
バ11Ａを投光用光ファイバとして用いている。
【０２７３】図93はライト・コントロール・フィルム
（ＬＣＦ）68を受光光学系の前面に配置した例を示して
いる。ライト・コントロール・フィルムは入射角によっ
て透過率が異なるものである。ルーバ角度が０度のライ
ト・コントロール・フィルム68が用いられ，このフィル
ム68が，検出距離が最も長い位置にある被検出物体（鎖
線で示す）１からの反射光（光量が最も少ない）のフィ
ルム68への入射角０度となるように配置されている。
【０２７４】(4) 光学式センサ装置のアプリケーション 上述した光学式センサ装置には多くの応用分野がある。
光学式センサ装置を利用した代表的な装置の例について
説明する。
【０２７５】図94から図95は普通紙の存在を検知する，
または用紙の種類（上述した普通紙，コート紙，光沢紙
など）を判別するものである。
【０２７６】図94(A) において，台板90上を用紙５が送
られる。反射型斜め入射タイプのセンサ・ヘッド70は台
板90の上方に位置し，下方に向けて投射光を投射する。
【０２７７】台板90はたとえば鏡面体（金属）である。
センサ・ヘッド70において投射光には直線偏光（たとえ
ばＳまたはＰ偏光）の光が用いられる。鏡面体は入射光
の偏波面を保存するので，反射光も投射光と同じ直線偏
光をもつ。用紙５が普通紙であれば入射光は拡散される
ので，反射光はランダム偏光に近くなる。また，用紙５
がコート紙や光沢紙でも散乱される光が存在する。した
がって，投射光の偏光方向と直交する偏光方向の成分が
現われ，この偏光方向成分は用紙の種類によって変化す
るので，用紙の存在と判断が可能である。
【０２７８】図94(B) は用紙５の折り返し搬送路の途中
にセンサ・ヘッド70を設けた例を示している。折り返し
搬送のための円筒ローラ91も鏡面をもつ。
【０２７９】図95(A) は誘電体よりなる台板92上に用紙
５を置いた場合を示している。センサ・ヘッド70からの
投射光はランダム偏光をもつものである。ランダム偏光
の光が誘電体に入射すると，その反射光にはＳ偏光成分
が多く含まれる。一方，用紙（普通紙）５からの反射光
ではＳ偏光成分とＰ偏光成分とがほぼ等しい。したがっ
て，用紙５の存在，場合によってはその種類（反射光に
含まれるＳ偏光成分の割合による）の判別が可能とな
る。
【０２８０】図95(B) において，台板（たとえば金属）
93の表面に塗料層94が塗布されている。塗料層94におい
ても，Ｓ偏光成分の反射率がＰ偏光成分のそれよりも高
い。
【０２８１】図96はトレー95内に収められている用紙等
５の存在およびその種類を検知するものである。検出原
理は上述したものと同じである。
【０２８２】プリンタやコピーマシンのような印刷機に
おいて（その他ワードプロセッサ，プロッタ，ファック
ス，レコーダ等でもよい），用紙トレイ95に収納された
印刷対象物５が紙であるのか，ＯＨＰフィルムであるの
か（すなわち，透明体または不透明物質であるか否か）
を検出したり，または紙の種類（普通紙，感熱紙，コー
ト紙）を検出するために利用される。
【０２８３】センサ・ヘッド70は用紙トレイ95の上方に
配置され，印刷対象物の判別を行い，その判別結果を印
刷制御装置（図示略）に出力する。印刷制御装置は，こ
の判別結果に応じて，印刷処理に際し，搬送経路の機械
的パラメータ，印字方式，印刷濃度等のパラメータの調
整，設定を行う。
【０２８４】センサ・ヘッド70を手差し給紙部分や搬送
経路中に配置し，印刷対象物の判別を行い，上に述べた
パラメータの調整，設定を行えるようにすることもでき
る。
【０２８５】図97はドットピン方式の印字ヘッド96を有
するワードプロセッサの印字装置である。センサ・ヘッ
ド70は給紙部，搬送路等に設けられている。
【０２８６】図98はサーマルヘッド98を有するファクシ
ミリ装置であり，センサ・ヘッド70は給紙搬送路99にの
ぞむように配置されている。
【０２８７】図99は感光ドラム100 を有する複写機の一
部を示し，センサ・ヘッド70は給紙搬送路111 にのぞむ
ように配置されている。
【０２８８】これらの装置においてセンサ・ヘッド70の
出力信号は用紙判別装置に与えられる。用紙判別装置が
判別した用紙の種類に応じて，最適なインク量や感光ド
ラムへの帯電量などの調整が行なわれる。
【０２８９】印刷装置におけるインク量の制御の一例に
ついて図100 から図102 を参照して説明する。
【０２９０】図100 はインクジェット方式の印刷装置の
構成の一部を示す。印刷部115 に搬送される過程で用紙
５の存在とその種類が判別される。用紙の種類は先に説
明した普通紙，コート紙および光沢紙である。
【０２９１】センサ・ヘッド70は用紙５の搬送路の途上
に設けられている。センサ・ヘッド70からの受光信号は
判別回路112 に送られる（この判別回路112 の構成につ
いては後述するが，これは図45〜図48に示す判別回路10
4 よりは広い概念である）。用紙の種類の判別結果は制
御回路113 に与えられる。制御回路113 はＣＰＵ，メモ
リ等を含む。インクジェット・ヘッド114 におけるイン
ク噴出量が制御回路113 により制御される。
【０２９２】図101 は判別回路112 の構成例を示す。図
46に示すものと同一物には同一符号を付し説明を省略す
る。一定周波数のパルスがパルス発生回路117 から発生
し，駆動回路118 により発光素子10がパルス駆動され
る。受光素子20，30のパルス状出力信号は増幅器119 で
増幅されたのち，復調回路120 でそれぞれ復調され，直
流信号に変換される。復調回路120 はサンプル・ホール
ド回路である。
【０２９３】割算回路103 の出力は比較回路121 ，122
に与えられる。比較回路121 ，122にはしきい値レベル
α，βがそれぞれ設定されている。このしきい値レベル
α，βは上述したしきい値ＴＨ1 ，ＴＨ2 に対応するも
のである。比較回路121 ，122 は入力信号のレベルがし
きい値レベルα，β（０＜α＜β＜１）よりも小さいと
きに１の信号をそれぞれ出力する。比較回路121 ，122
の出力は論理回路123に与えられる。この論理回路123
が上記の判別回路104 に相当する。
【０２９４】論理回路123 において，割算回路103 の出
力がしきい値レベルα未満のときは出力信号ａが１にな
り，αとβの間のときは出力ｂが１，βを超えるときに
は出力ｃが１となる。この判別信号ａ，ｂおよびｃは制
御回路113 に入力する。
【０２９５】制御回路113 は図102 に示す処理を行い，
インクジェット・ヘッド114 におけるインク噴出量を制
御する。初期化処理（ステップ401 ）ののち，判別信号
ａ，ｂまたはｃを取込む（ステップ402 ）。信号ａ，ｂ
およびｃはそれぞれ用紙５が普通紙，コート紙および光
沢紙であることをそれぞれ表わしている。これらの判別
結果を表示装置（図示略）に表示し（ステップ403 ，40
4 ），インク噴出量を設定する（ステップ405 ）。
【０２９６】インク噴出量は一般に普通紙，コート紙，
光沢紙の順に多くなる。用紙の種類に応じた噴出量デー
タはあらかじめメモリに記憶されているので，判別結果
に応じて噴出量をメモリから読出して，これに応じてイ
ンクジェット・ヘッド114 におけるインク噴出量を制御
する（たとえば圧電素子に加える電圧を制御する）（ス
テップ406 ）。
【０２９７】図103 は，光学式センサ装置によって供給
される用紙の種類を判別することにより，複数の印字ユ
ニットのうちの判別結果に適したものを選択して駆動す
る印刷装置の一部を示している。
【０２９８】インク・リボン・カートリッジ129 を有す
る印字ヘッド130 と，インク・ジェット印字ヘッド131
とが案内シャフト124 に移動自在に設けられている。こ
れらの印字ヘッド130 ，131 はモータ126 によって駆動
されるタイミング・ベルト125 に連結され，任意の位置
に移送される。用紙５は送りモータ128 によって回転駆
動されるプラテン・ローラ127 に巻回されて送られる。
【０２９９】送られてくる用紙５がセンサ・ヘッド70に
よって検出され，その種類が判別される。判別された用
紙の種類に応じて，いずれか一方の印字ヘッド130 また
は131 が選択的に駆動される。感光ドラム方式，感熱方
式，その他の方式の印字ヘッドを設けることもできる。
【０３００】図104 に示すように，印字ヘッド135 と一
緒にセンサ・ヘッド70を移動させる構成とすることもで
きる。
【０３０１】支持ブロック134 は案内シャフト132 に移
動自在に支持され，かつスクリュ133 を回転させること
により任意の位置に移送される。支持ブロック134 には
印字ヘッド135 とセンサ・ヘッド70とが取付けられてい
る。
【０３０２】センサ・ヘッド70が用紙５の側縁を検出し
たときに印字を停止し，用紙送りを行う。再び印字ヘッ
ド135 を移送しながら印字を行い，センサ・ヘッド70が
用紙の側縁を検出したときに印字を停止し，用紙送りに
移る。
【０３０３】センサ・ヘッド70からの出力信号に基づい
て用紙の種類を判別し，それに応じて上述したインク噴
出量の制御を行ってもよい。
【０３０４】図105 は用紙５の基準位置からのずれ量δ
を検出する構成を示している。基準位置はマイクロスイ
ッチ136 によって定められる。マイクロスイッチ136 が
支持ブロック134 を検出した位置からどれだけ移送した
ときにセンサ・ヘッド70が用紙５の側縁を検出したかに
よって，ずれ量δが計測される。
【０３０５】センサ・ヘッド70のみを支持ブロックに設
け，センサ・ヘッド70によって用紙の前端縁，後端縁，
両側縁を検出するようにすることもできる。
【０３０６】図106 は，熱ポンプ式空調機への応用例を
表している。暖房運転時には，冷媒は，四方弁141 ，室
内熱交換機142 ，絞り装置143 ，室外熱交換機144 の経
路で流れる。冷房運転時には冷媒は，四方弁141 ，室外
熱交換機144 ，絞り装置143，室内熱交換機142 の経路
で流れる。冷媒は圧縮機140 で圧縮される。
【０３０７】室外熱交換機144 は，暖房運転時に発熱機
として作用し，室外ファン144 ａにより外気を取り込
み，外気より吸熱する。この熱が冷媒を介して室内熱交
換機142 に伝達され，室内熱交換機142 はこの熱を室内
ファン142 ａにより室内に放出する。
【０３０８】冷房運転時には，室内熱交換機142 により
室内ファン142 ａを利用して取り込まれた熱が，冷媒を
介して室外熱交換機144 に供給され，そこで室外ファン
144ａを介して室外に放出される。
【０３０９】検知装置145 は，室外熱交換機144 の着霜
（または結露）状態を検知し，その検知結果を制御回路
146 に出力する。制御回路146 は，検知装置145 の検知
出力に対応して，四方弁141 を制御し，冷媒の流れる方
向を切り換える。
【０３１０】検知装置145 は光学式センサ装置を含んで
いる。そのセンサ・ヘッド70は，図107(A)に示すよう
に，室外熱交換機のスパイラル・フィン147 に光を照射
し，その反射光を受光する。これにより着霜，結露が検
知される。または，図107(B)に示すように，投光ヘッド
70Ａと受光ヘッド70Ｂが設けられ，着霜，結露を検知す
るために，投光ヘッド70Ａの投射光が室外熱交換機のプ
レート・フィン148 の間を通って受光ヘッド70Ｂにより
受光される。これらに代えてセンサ・ヘッド70は，図10
7(C)に示されるように，室外熱交換機のコルゲート・フ
ィン149 の適所における着霜，結露状態を検知するよう
に配置される。
【０３１１】図108 は，検知回路145 の構成例を示して
いる。この回路において，図45に示すものと同一物には
同一符号を付し，説明を省略する。微分回路151 は割算
回路103 の出力の変化を検出する。これにより，判別回
路150 は着霜，結露の有無と，その速度を検出する。
【０３１２】制御回路146 はＣＰＵを含み，図109 に示
す除霜処理を行う。
【０３１３】暖房運転において時間の経過とともに，室
外熱交換機144 に露（霜）が生じ，成長してくると，そ
の表面状態が検知装置145 により検知される（ステップ
411）。制御回路146 は，霜の付着を検知したとき，四
方弁141 を制御し，冷媒の流れる方向を冷房運転方向に
切換え，室外熱交換機144 の除霜を開始させる（ステッ
プ142 ）。
【０３１４】検知装置145 の出力をモニタし，室外熱交
換機144 の霜が除去されたとき（ステップ143 ，144
），制御回路146 は四方弁141 を再び切り換え，暖房
運転を再開させる（ステップ145 ）。
【０３１５】検知された着霜速度に基づいて室内ファン
142 ａの風量や圧縮機140 の運転が制御される。
【０３１６】図110 は空調機におけるフィルタの目詰り
検知に応用した例を示す。空調機152 のフィルタ153 に
投射光を投射するようにセンサ・ヘッド70が設けられ
る。フィルタ153 は樹脂製であるからその反射光にはＳ
偏光成分が多く含まれる。フィルタ153 にほこりが付着
すると反射光はランダム偏光に近づくのでＳ偏光成分は
減少する。これによりフィルタ153 へのほこりの付着が
検知される。この検知信号により警報表示等を行わせ
る。
【０３１７】図111 はショーケース154 におけるガラス
155 のくもり（または霜）検知に応用したものである。
透過型のセンサ装置が用いられ，投光ヘッド70Ａと受光
ヘッド70Ｂがケース154 の内側前部に設けられる。投光
ヘッド70Ａの出射光はガラス155 に入射し，反射して受
光ヘッド70Ｂに入射する。くもりの検出原理はほこりの
場合と同じである。
【０３１８】図112 から図116 は自動車内の空調機，と
くにフロント・ガラスの内面に生じたくもりを除去する
装置（除曇装置）に光学式センサ装置を応用した例を示
している。
【０３１９】図112 に示すように，自動車のフロント・
ウィンドウ156 の上部に設けられたバックミラー157 の
背面にセンサ・ヘッド70が取付けられている。このセン
サ・ヘッド70はダッシュ・ボード158 の上に配置するこ
ともできる。
【０３２０】図113 はセンサ・ヘッド70の構成を示して
いる。この構成は既に説明した通りである。ケース80内
において，発光素子10が下部に，受光素子20，30が上部
に配置されている。このように配置することにより，自
然光（特に太陽光）が受光素子20，30に入射することに
よって生じる誤検知がなくなる。
【０３２１】また，投射光のうち，フロント・ウィンド
ウ156 の内面で反射した光のみが受光光学系に入射する
ように，ケース80の特定の位置に開口81があけられてい
る。この開口に赤外フィルタを設けて投射光（赤外光の
場合）のみが受光光学系に入射するようにすると検出精
度が一層高まる。
【０３２２】図114 において，センサ・ヘッド70からの
受光信号は判別回路159 に入力し，くもりの有無および
その程度が検出される。この検出結果に基づいて制御回
路160 によってデフロスタ161 が制御される。
【０３２３】図115 は判別回路159 の構成例を示してい
る。図101 に示す判別回路と基本的に同じである。異な
る点は３つの比較回路162 ，163 ，164 が設けられてい
ること，それに伴って論理回路123 Ａの構成が異なる点
である。
【０３２４】センサ・ヘッド70の投光光学系からはＳ偏
光の投射光が投射される。フロント・ウィンドウ156 の
内面にくもりが無いときには，反射光はＳ偏光の光であ
る。くもりが生じてくるとランダム偏光に近づくので反
射光に含まれるＰ偏光成分が増大する。したがって，
（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）の値がくもりが無いときに最大
値を示し，くもりの程度が増大するにつれて小さくな
る。
【０３２５】比較器162 ，163 ，164 に設定されるしき
い値レベルはα＞β＞γの関係にあり，入力信号のレベ
ルがα，β，γよりもそれぞれ大きいときに１の出力を
それぞれ発生する。論理回路123 Ａからは，くもり無，
くもり弱，くもり中，くもり強の４段階の判別信号が出
力され，制御回路160 に与えられる。
【０３２６】制御回路160 は図116 に示す手順にしたが
ってデフロスタ161 を制御する。すなわち，くもりが検
知されると（ステップ421 ，422 ），その程度に応じて
デフロスタ161 を駆動し，くもりを除去する（ステップ
423 ）。くもりがなくなれば除曇動作は終る（ステップ
424 ，425 ）。くもりの程度に応じてデフロスタ161か
ら送られる熱風の温度と風の強さが制御されよう。
【０３２７】図117 に示すように，リアウィンドウ165
の左側および右側の下部近傍にセンサ・ヘッド70を配置
することもできる。リアウィンドウの左，右側下部の位
置は，リアウィンドウ165 を熱線ヒータ166 で加熱して
も，リアウィンドウ165 に付着したくもりが最後まで残
る場所である。そこにおけるくもりを検出することによ
り，リアウィンドウ165 のくもり状態を確実に検出する
ことが可能となる。
【０３２８】図118 は熱線ヒータ166 を制御する構成を
示している。イグニッション・スイッチ（または所定の
手動スイッチ）174 をオンすると，バッテリ（電源）17
3 の電力が，パルス発生回路175 と制御回路172 に供給
される。パルス変調回路175は，イグニッション・スイ
ッチ174 がオンされたとき，発光素子10をパルスを駆動
し，点滅させる。
【０３２９】発光素子10の投射光はリアウィンドウ165
の内面で反射して偏光ビーム・スプリッタを介して受光
素子20，30に受光される。判別回路171 は図115 に示す
ものと同じである。制御回路172 は判別されたくもりの
程度に応じた電流を熱線ヒータ166 に流す。
【０３３０】発光素子10をパルス駆動することにより，
駆動されたタイミングにおいてのみ，演算回路171 で演
算を行うようにすることができ，外乱光による影響を抑
制することが可能となる。
【０３３１】図119 は自動車のフロント・ウィンドウの
ガラスの外面に付着する雨滴を検知し，ワイパを制御す
る応用例である。
【０３３２】センサ・ヘッド70はバック・ミラー157 の
背面に取付けられている。フロント・ガラス156 の前面
（外面）に付着した雨滴を検知するために，ガラス156
の外面からの反射光を受光するように，センサ・ヘッド
70のケース80に開口81があけられている。センサ・ヘッ
ド70はガラス156 の内面に固定してもよい。
【０３３３】判別回路177 および雨滴の判別原理は先に
説明したくもり検知の場合と同じである（図115 参
照）。
【０３３４】判別結果に応じて制御回路178 は図120 に
示す手順でワイパ駆動装置179 を制御してワイパ183 を
駆動する。
【０３３５】すなわち，フロント・ガラス156 の雨滴を
検出すると（ステップ431 ，432 ），検出した雨滴量に
応じたワイパ速度を設定して，ワイパ183 を駆動する
（ステップ433 ，434 ）。一般には雨滴量が多いほどワ
イパ速度を速くする。雨滴が検知されなくなるまで上記
動作を繰返し（ステップ435 ），検知されなくなればワ
イパ183 を停止する（ステップ436 ）。
【０３３６】図121 は上述したワイパ制御を実行するハ
ード回路を示す。図115 に示すものと同一物には同一符
号を付し説明を省略する。
【０３３７】カウンタ180 はワイパの動いた回数を計数
する。カウンタ180 の計数値が所定値に達した時点から
少し遅延した時点でタイマ181 はサンプル・パルスを発
生し，かつリセットされる。サンプル・ホールド回路18
2 はサンプル・パルスが入力した時点の割算回路103 の
出力をサンプルして，次のサンプル・パルスが入力する
まで保持する。サンプル・ホールド回路182 の出力は比
較回路162 〜164 に送られる。新たな判別結果にしたが
ってワイパ183 がワイパ駆動装置179 により駆動される
ことになる。制御回路178 Ａは判別結果にしたがってワ
イパ速度を決定し，ワイパ駆動装置179 に与える。
【０３３８】このようにして，ワイパ183 が所定回往復
動する間はワイパは同じ速度で駆動される。これにより
運転者に不快感（ワイパ速度が頻繁に切替ることによ
る）を与えることがなくなる。
【０３３９】図122 から図124 は光学式センサ装置を自
動車のアンチロック・ブレーキ・システムに応用した例
を示している。
【０３４０】図122 に示すように，自動車の車体の下面
に下方に向けてセンサ・ヘッド70が取付けられる。
【０３４１】図123 において，センサ・ヘッド70からは
路面に向けてＳ偏光の光が投射される。路面が乾燥して
いるときには路面は凹凸面であるからその反射光はラン
ダム偏光またはそれに近い状態となる。路面が水で濡れ
たり，路面に水がたまったりしたときには正反射光成分
が多くなるため反射光にＳ偏光成分が増大する。
【０３４２】判別回路184 はＳ／Ｐを演算する。Ｓ／Ｐ
が１よりも大きくなると路面が濡れており，増大するに
したがい湿潤度が高くなる。判別回路184 はＳ／Ｐの値
を湿潤度に変換して制御回路185 に与える。
【０３４３】制御回路185 は図124 に示されたブレーキ
制御処理を行う。判別回路184 から湿潤度信号を取込
み，湿潤度に応じた制動力Ｐs を算出する（ステップ44
1 ，442 ）。湿潤度と最適制動力との対応表をメモリに
記憶しておいて最適制動力を求めてもよい。
【０３４４】運転者がブレーキを踏んだことを表わす信
号がブレーキ186 から与えられたときには（ステップ44
3 ），ブレーキを踏む力が急激に増大したかどうかによ
り急ブレーキであるかどうかが判断される（ステップ44
4 ）。急ブレーキの場合には先に求めた制動力Ｐs で制
動するようにブレーキ186 を制御し（ステップ445 ），
急ブレーキでない場合には運転者が踏む力に応じてブレ
ーキを制御する（ステップ446 ）。これにより，湿潤状
態において，急ブレーキを踏んだときに生じるスリップ
を軽減することができる。
【０３４５】センサ・ヘッド70からの投射光がランダム
偏光の光であってもＳ／Ｐにより湿潤度を求めることが
できる。
【０３４６】図125 は図124 に示す処理を行うハード回
路を示している。既に説明した回路の重複説明は避け
る。
【０３４７】割算回路103 はＳ／Ｐを算出し，その結果
をＣＰＵ190 に与える。ＣＰＵ190はＳ／Ｐを湿潤度に
変換する。
【０３４８】ブレーキ186 を踏む力Ｑはセンサにより検
出される。この力Ｑと所定のしきい値Ｋ１とが比較回路
194 で比較される。踏む力Ｑの微分値ｄＱ／ｄｔが微分
回路192 で算出され，この微分値が比較回路193 で所定
のしきい値Ｋ２と比較される。
【０３４９】力ＱがＫ１より大きくかつ微分値ｄＱ／ｄ
ｔがＫ２よりも大きいときに急ブレーキであると判定さ
れ，急ブレーキ信号がＡＮＤ回路195 からＣＰＵ190 に
与えられる。
【０３５０】ＣＰＵ190 は急ブレーキのときには湿潤度
に応じた制動力をタイヤに与えるようにブレーキ駆動装
置191 を制御する。
【０３５１】図126 および図127 は光学式センサ装置を
いねむり検知に応用した例を示している。
【０３５２】道路面には車線を分けるために道路にそっ
て白線または黄線がある。この装置は，一定時間以内に
この白線または黄線を所定回数以上検知したときに運転
者がいねむり状態にあるとして警報を出力するものであ
る。
【０３５３】白線または黄線からの反射光にはＳ偏光成
分が多く含まれる。図126 において，センサ・ヘッド70
からの受光信号に基づいて判別回路196 はＳ／Ｐの値が
所定値以上のときに白線または黄線の検知と判定し，そ
の結果を制御回路197 に与える。
【０３５４】制御回路197 はＣＰＵを含み，図127 にし
たがう処理を一定時間ごとに（たとえば１秒ごとに）実
行する。
【０３５５】時間を測定するカウンタをｔとする。上記
の一定時間をｎとする。白線または黄線を検知した回数
を計数するカウンタをＰとする。この計数値Ｐのしきい
値をＫとする。
【０３５６】白線または黄線を検知すると（ステップ45
2 ），カウンタＰがインクレメントされ（ステップ453
），カウンタＰの新たな値がしきい値Ｋに達したかど
うかが判定される（ステップ454 ）。
【０３５７】カウンタＰの値がしきい値Ｋに達していな
ければ，カウンタｔをインクレメントする（ステップ45
6 ）。
【０３５８】カウンタＰの値がしきい値Ｋに達すると，
警報器198 から警報が発生する。警報は，ブザー，合成
音声による注意，表示灯の点滅等により実現される。
【０３５９】一定時間ｎに達したときには，カウンタｔ
がクリアされる（ステップ457 ）。
【０３６０】図128 は図127 の処理を実行するハード回
路を示している。
【０３６１】割算回路103 の出力Ｓ／Ｐは比較回路201
でしきい値Ｋ３と比較され，しきい値Ｋ３を超えていれ
ば比較回路201 から出力が発生する。
【０３６２】パルス発生回路203 はたとえば１秒ごとに
１個のパルスを発生する。このパルスが発生したときに
比較回路201 の出力はＡＮＤ回路202 を通してカウンタ
205に与えられる。カウンタ205 の計数値は比較回路206
で警報しきい値Ｋと比較され，Ｋを超えていれば警報
器198 から警報が発生する。
【０３６３】分周回路204 は上記の一定時間ｎを計測す
るもので，入力パルスをｎ分周する。分周回路204 の出
力によりカウンタ205 がリセットされる。
【０３６４】図129 から図131 は無人搬送車（走行体）
の操舵制御に関する応用例である。
【０３６５】無人車の走行路にはガイドのための白線
（光沢のある塗料または金属線）が引かれている。無人
車の車体の下面には２つのセンサ・ヘッド70ａ，70ｂが
取付けられ，無人車が正しく走行しているときには，こ
れらのセンサ・ヘッドからの投射光スポットＳＰａ，Ｓ
Ｐｂが，白線210 を等しい面積で照射する（図130 ）。
【０３６６】判別回路211 ａ，211 ｂはセンサ・ヘッド
70ａ，70ｂからの受光信号に基づいてＳ／Ｐ等を表わす
信号Ｐａ，Ｐｂを出力する。この信号Ｐａ，Ｐｂは制御
装置212 に与えられる。
【０３６７】制御装置212 はＣＰＵを含み，操舵装置21
3 に対して図131 に示す操舵制御を行う。
【０３６８】Ｐａ＝Ｐｂ＝０のときはガイドから外れて
いるか，または異常であるから走行を停止させる（ステ
ップ161 ）。
【０３６９】Ｐａ＝Ｐｂのときには正しく走行している
のでそのまま直進させる（ステップ462 ，464 ）。Ｐａ
＞Ｐｂのときには右側にずれているので左へ操舵させ，
逆のときには右へ操舵させる（ステップ463 ，465 ，46
6 ）。
【０３７０】図132 から図134 は紙幣に粘着されている
テープを検出するものであり，たとえば預金支払機等の
紙幣取扱装置内に設けられる。
【０３７１】紙幣搬送路の所定箇所がセンシング部であ
り，ここに搬送路の両側にセンサ・ヘッド70ａ，70ｂが
設けられている。搬送される紙幣の向きは定まってい
ず，また粘着テープが紙幣のどの面にあるかどうか分ら
ないので搬送路の両側にセンサ・ヘッド70ａ，70ｂが設
けられる。センサ・ヘッド70ａ，70ｂからの投射光は搬
送される紙幣の面に投射される。
【０３７２】判別回路 215ａ， 215ｂはそれぞれセンサ
・ヘッド70ａ，70ｂの受光信号に基づいてＳ−Ｐ，Ｓ／
Ｐまたは（Ｓ−Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）を算出する。図133 に
示すように，紙幣６にテープ６ａが付着していると，こ
れらの値は高い値となる。判別回路 215ａ， 215ｂはこ
れらの値がしきい値を超えるとテープ検出信号を出力す
る。
【０３７３】テープ検出信号はＣＰＵを含む制御回路21
7 にＯＲ回路216 を経て与えられる。制御回路217 は図
134 に示す処理を行う。
【０３７４】紙幣投入口等に紙幣が存在すれば，その紙
幣を一枚ずつセンシング部へ送る（ステップ471 ，472
）。判別回路 215ａまたは 215ｂからテープ検出信号
が入力すると（ステップ473 ，474 ），搬送制御装置21
9 によりその紙幣を投入口または返却口に送り返すか，
または紙幣回収箱に送る（ステップ475 ）とともに表示
装置218 にその旨を表示する。
【０３７５】図135 はオフセット印刷装置の一部を示す
ものである。
【０３７６】オフセット印刷装置において，湿し水とイ
ンキの供給量のバランスはオフセット印刷の品質に大き
な影響を与える。良好な印刷状態を保つために湿し水量
は印刷物の条件，紙の種類，インキの種類等に応じて変
化させる必要がある。湿し水量の調整のためには版胴の
版面上の水膜厚を計測する必要がある。
【０３７７】版胴225 の版面上の水膜厚はセンサ・ヘッ
ド70によって検出される。センサ・ヘッド70の投射光は
版面上に投射される。判別回路221 はＳ／Ｐや（Ｓ−
Ｐ）／（Ｓ＋Ｐ）を算出する。これらの値が大きければ
水膜厚は大きい。
【０３７８】算出されたＳ／Ｐ等の値はＣＰＵを含む制
御装置222 に与えられる。制御装置222 は，そのときの
印刷条件を考慮して，Ｓ／Ｐ等の値に基づいて，適切な
水膜厚となるように水供給ローラ224 の回転速度を水供
給ローラ駆動装置223 を介して制御する。
【０３７９】図136 から図138 は製造ラインにおける検
査装置を示している。この例は製品７の表面に適切に塗
料が塗られているかどうかを検査するものである。上述
したように包装フィルムの有無等を検査するラインにも
光学式センサ装置を応用できる。
【０３８０】製造ライン230 には製品７が順次送られて
くる。検査位置において，搬送されている製品の表面に
向けて投射光を投射するようにセンサ・ヘッド70が配置
されている。
【０３８１】センサ・ヘッド70の受光信号は判別回路23
4 に送られ，判別回路234 で，たとえばＳ／Ｐの値が算
出される。製品の表面に塗料が正しく塗られていればこ
の値はしきい値よりも大きい。塗られていなければこの
値はしきい値よりも小さい。
【０３８２】コントローラ235 はＣＰＵを含み，図138
に示す処理を実行する。
【０３８３】製品の総数Ｔ，良品数Ｒ，不良品数Ｆを計
数するカウンタを初期化する（ステップ481 ）。
【０３８４】製品７が検査箇所に到達したときに（ステ
ップ482 ），判別回路234 からの信号に基づいて製品７
の良，不良を判定する（ステップ483 ）。良品であれば
カウンタＲがインクレメントされる（ステップ484 ）。
不良品の場合には，プッシャ232 が駆動され，不良品は
不良品搬送路231 に送られる（ステップ486 ）。またカ
ウンタＦがインクレメントされる（ステップ487 ）。以
上ののち，カウンタＴがインクレメントされる（ステッ
プ485 ）。
【０３８５】製品の搬送方向を判定結果によって切替え
るのではなく，Ｓ／Ｐの値に基づいて次の工程における
塗装の制御を行うようにしてもよい。
【０３８６】図139 に示すように，製造ライン240 上を
送られてくる透明フィルム（シート）８の有無をセンサ
・ヘッド70の出力信号に基づいて検知することもでき
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】偏光ビーム・スプリッタＡの構造を示す。
【図２】偏光ビーム・スプリッタＡの透過率特性を示す
グラフである。
【図３】偏光ビーム・スプリッタＡのＳ偏光成分の反射
率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフで
ある。
【図４】ＧａＡｌＡｓ発光ダイオードの発光スペクトル
を示す。
【図５】Ｓｉピン・フォトダイオードの分光感度特性を
示す。
【図６】偏光ビーム・スプリッタＢの構造を示す。
【図７】偏光ビーム・スプリッタＢの透過率特性を示す
グラフである。
【図８】偏光ビーム・スプリッタＢのＳ偏光成分の反射
率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフで
ある。
【図９】偏光ビーム・スプリッタＣの構造を示す。
【図１０】偏光ビーム・スプリッタＣの透過率特性を示
すグラフである。
【図１１】偏光ビーム・スプリッタＣのＳ偏光成分の反
射率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフ
である。
【図１２】偏光ビーム・スプリッタＤの構造を示す。
【図１３】偏光ビーム・スプリッタＤの透過率特性を示
すグラフである。
【図１４】偏光ビーム・スプリッタＤのＳ偏光成分の反
射率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフ
である。
【図１５】偏光ビーム・スプリッタＥの構造を示す。
【図１６】偏光ビーム・スプリッタＥの透過率特性を示
すグラフである。
【図１７】偏光ビーム・スプリッタＥのＳ偏光成分の反
射率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフ
である。
【図１８】偏光ビーム・スプリッタＦの構造を示す。
【図１９】偏光ビーム・スプリッタＦの透過率特性を示
すグラフである。
【図２０】偏光ビーム・スプリッタＦのＳ偏光成分の反
射率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフ
である。
【図２１】偏光ビーム・スプリッタＧの構造を示す。
【図２２】偏光ビーム・スプリッタＧの透過率特性を示
すグラフである。
【図２３】偏光ビーム・スプリッタＧのＳ偏光成分の反
射率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフ
である。
【図２４】ＧａＡｓ発光ダイオードの発光スペクトルを
示す。
【図２５】偏光ビーム・スプリッタＨの構造を示す。
【図２６】偏光ビーム・スプリッタＨの透過率特性を示
すグラフである。
【図２７】偏光ビーム・スプリッタＩの構造を示す。
【図２８】偏光ビーム・スプリッタＩの透過率特性を示
すグラフである。
【図２９】偏光ビーム・スプリッタＩのＳ偏光成分の反
射率とＰ偏光成分の透過率の入射角依存性を示すグラフ
である。
【図３０】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＡにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３１】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＢにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３２】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＣにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３３】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＤにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３４】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＥにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３５】偏光ビーム・スプリッタＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ
についてのΔＲs ／Ｔp およびΔＲs をまとめて示すも
のである。
【図３６】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＦにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３７】(A) および(B) は発光ダイオードの発光中心
波長がそれぞれ−10nmおよび＋10nmシフトしたときの偏
光ビーム・スプリッタＧにおける入射角依存性を示すグ
ラフである。
【図３８】偏光ビーム・スプリッタＦ，ＧについてのΔ
Ｒs ／Ｔp およびΔＲs をまとめて示すものである。
【図３９】反射型光学式センサ装置のセンサ・ヘッドの
光学的構成を示す。
【図４０】透明体における反射率および透過率の入射角
依存性を示す。
【図４１】反射型光学式センサ装置のセンサ・ヘッドの
他の構成例を示す。
【図４２】投光光学系の他の例を示す。
【図４３】センサ・ヘッドのさらに他の構成例を示す。
【図４４】図43のセンサ・ヘッドの投光光学系を示し，
(A) は平面図，(B) は側面図である。
【図４５】光学式センサ装置における判別回路の例を示
すブロック図である。
【図４６】光学式センサ装置における判別回路の例を示
すブロック図である。
【図４７】光学式センサ装置における判別回路の例を示
すブロック図である。
【図４８】光学式センサ装置における判別回路の例を示
すブロック図である。
【図４９】斜め入射タイプのセンサ・ヘッドを示す。
【図５０】入射角が変動したときの受光量比を示すグラ
フである。
【図５１】発光ダイオードの発光中心波長が±10nmシフ
トしたときの受光量比を示すグラフである。
【図５２】発光ダイオードの発光中心波長が−10nmシフ
トしたときに，受光量比が入射角の変動に伴ってどのよ
うに変化するかを示すグラフである。
【図５３】発光ダイオードの発光中心波長が＋10nmシフ
トしたときに，受光量比が入射角の変動に伴ってどのよ
うに変化するかを示すグラフである。
【図５４】センサ・ヘッドの構成例を示す。
【図５５】被検出物体が傾いたときの反射光の変動する
範囲を示す。
【図５６】入射角が変動したときの受光量比を示すグラ
フである。
【図５７】発光ダイオードの発光中心波長が−10nmシフ
トしたときに，受光量比が入射角の変動に伴ってどのよ
うに変化するかを示すグラフである。
【図５８】発光ダイオードの発光中心波長が＋10nmシフ
トしたときに，受光量比が入射角の変動に伴ってどのよ
うに変化するかを示すグラフである。
【図５９】入射角が変動したときの受光量差を示すグラ
フである。
【図６０】発光ダイオードの発光中心波長が−10nmシフ
トしたときに，受光量差が入射角の変動に伴ってどのよ
うに変化するかを示すグラフである。
【図６１】発光ダイオードの発光中心波長が＋10nmシフ
トしたときに，受光量差が入射角の変動に伴ってどのよ
うに変化するかを示すグラフである。
【図６２】反射型でかつ斜め入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図６３】反射型でかつ斜め入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図６４】反射型でかつ斜め入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図６５】反射型でかつ斜め入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図６６】反射型でかつ斜め入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図６７】(A) は図66に示す構成，(B) は受光素子を反
対に配置したときの構成をそれぞれ示す。
【図６８】(A) はセンサ・ヘッドの構成を示し，(B) お
よび(C) は開口の形状を示す。
【図６９】(A) はセンサ・ヘッドの構成を示し，(B) お
よび(C) は開口の形状を示す。
【図７０】反射型でかつ斜め入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７１】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７２】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７３】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７４】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７５】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７６】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７７】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７８】反射型でかつ垂直入射タイプのセンサ・ヘッ
ドの構成例を示す。
【図７９】透過型のセンサ・ヘッドの構成例を示す。
【図８０】透過型のセンサ・ヘッドの構成例を示す。
【図８１】透過型のセンサ・ヘッドの構成例を示す。
【図８２】透過型のセンサ・ヘッドの構成例を示す。
【図８３】透過型のセンサ・ヘッドの構成例を示す。
【図８４】(A) および(B) は投光光学系のさらに他の例
を示す。
【図８５】(A) ，(B) ，(C) ，(D) および(E) は受光光
学系のさらに他の例を示す。
【図８６】受光光学系の他の例を示す。
【図８７】(A) および(B) は受光光学系の他の例を示
す。
【図８８】(A) および(B) は受光光学系の他の例を示
す。
【図８９】(A) ，(B) および(C) は被検出物体の距離変
動にかかわらず入射光量を一定に保つための構成例を示
す。
【図９０】(A) は被検出物体の距離変動にかかわらず入
射光量を一定に保つための構成例を示し，(B) は入射角
の変化に対するＲs またはＴp の変化を示すグラフであ
る。
【図９１】被検出物体の距離変動にかかわらず入射光量
を一定に保つための構成例を示す。
【図９２】被検出物体の距離変動にかかわらず入射光量
を一定に保つための構成例を示し，(A) は正面図，(B)
は平面図，(C) はバンドル・ファイバの拡大図である。
【図９３】被検出物体の距離変動にかかわらず入射光量
を一定に保つための構成例を示す。
【図９４】(A) および(B) は紙の判別についての応用例
を示す斜視図である。
【図９５】(A) および(B) は紙の判別についての応用例
を示す斜視図である。
【図９６】紙の判別についての応用例を示す斜視図であ
る。
【図９７】印刷装置への応用例を示す構成図である。
【図９８】印刷装置への応用例を示す構成図である。
【図９９】印刷装置への応用例を示す構成図である。
【図１００】インクジェット方式の印刷装置への応用を
示し，印刷装置の構成を示すブロック図である。
【図１０１】インクジェット方式の印刷装置への応用を
示し，判別回路の構成を示すブロック図である。
【図１０２】インクジェット方式の印刷装置への応用を
示し，インクの噴出量制御処理手順を示すフローチャー
トである。
【図１０３】印字装置への応用例を示す斜視図である。
【図１０４】印字装置への応用例を示す斜視図である。
【図１０５】印字装置への応用例を示す斜視図である。
【図１０６】熱ポンプ式空調機への応用例を示し，空調
機の構成を示す。
【図１０７】(A) ，(B) および(C) はセンサ・ヘッドの
配置を示す斜視図である。
【図１０８】判別回路の構成を示すブロック図である。
【図１０９】除霜処理手順を示すフローチャートであ
る。
【図１１０】空調機におけるフィルタの目詰り検知に応
用した例を示す空調機の斜視図である。
【図１１１】ショーケースの断面図である。
【図１１２】くもり除去装置への応用例を示し，自動車
の前部の斜視図である。
【図１１３】センサ・ヘッドの構成を示す。
【図１１４】くもり除去装置への応用例を示し，制御装
置の構成を示すブロック図である。
【図１１５】判別回路の構成を示すブロック図である。
【図１１６】くもり除去処理手順を示すフローチャート
である。
【図１１７】くもり除去装置への応用例を示し，自動車
の後部の斜視図である。
【図１１８】くもり除去装置への応用例を示し，制御装
置の構成を示すブロック図である。
【図１１９】ワイパ制御への応用例を示す構成図であ
る。
【図１２０】ワイパ制御処理手順を示すフローチャート
である。
【図１２１】ワイパ制御回路を示すブロック図である。
【図１２２】ブレーキ制御システムの応用例を示し，自
動車の前部の斜視図である。
【図１２３】ブレーキ制御システムの構成を示すブロッ
ク図である。
【図１２４】ブレーキ制御処理手順を示すフローチャー
トである。
【図１２５】ブレーキ制御回路を示すブロック図であ
る。
【図１２６】いねむり検知システムを示すブロック図で
ある。
【図１２７】いねむり検知処理手順を示すフローチャー
トである。
【図１２８】いねむり検知回路を示すブロック図であ
る。
【図１２９】無人車走行制御システムを示すブロック図
である。
【図１３０】白線と投射光スポットを示す。
【図１３１】無人車走行制御処理手順を示すフローチャ
ートである。
【図１３２】テープ検知システムを示すブロック図であ
る。
【図１３３】(A) はテープが粘着された紙幣を，(B) は
センス信号を示す。
【図１３４】テープ検知処理手順を示すフローチャート
である。
【図１３５】オフセット印刷装置の一部を示す。
【図１３６】製造ラインにおける検査装置を示す斜視図
である。
【図１３７】製造ラインにおける検査装置を示すブロッ
ク図である。
【図１３８】製造ラインにおける検査処理手順を示すフ
ローチャートである。
【図１３９】他の製造ラインの例を示す。
【符号の説明】
10 発光素子 20，30 受光素子 40 偏光ビーム・スプリッタ 50 投光レンズ 60 受光レンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細川 速美 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内

Claims (38)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 被検出物体に向けて光を投射する投光光
    学系と，被検出物体からの反射光，透過光または散乱光
    が入射する受光光学系とを含み，投光光学系は少なくと
    も投射光を出力する発光素子を含み，受光光学系が，被
    検出物体からの反射光，透過光または散乱光をその入射
    面についてのＳ偏光成分を主とする第１の光束とＰ偏光
    成分を主とする第２の光束とに分離し，その光分離特性
    が使用入射角範囲内において実質的に一定である偏光ビ
    ーム・スプリッタ，上記第１の光束を受光する第１の受
    光素子，および上記第２の光束を受光する第２の受光素
    子を含む，光学式センサ装置。
  2. 【請求項２】 上記偏光ビーム・スプリッタが，上記発
    光素子からの投射光の波長の広がりの範囲内において，
    使用入射角範囲内において実質的に一定である上記光分
    離特性を保つものである，請求項１に記載の光学式セン
    サ装置。
  3. 【請求項３】 被検出物体に向けて光を投射する投光光
    学系と，被検出物体からの反射光，透過光または散乱光
    が入射する受光光学系とを含み，投光光学系は少なくと
    も投射光を出力する発光素子を含み，受光光学系が，被
    検出物体からの反射光，透過光または散乱光をその入射
    面についてのＳ偏光成分を主とする第１の光束とＰ偏光
    成分を主とする第２の光束とに分離し，その光分離特性
    が上記発光素子からの投射光の波長の広がりの範囲内に
    おいて実質的に一定である偏光ビーム・スプリッタ，上
    記第１の光束を受光する第１の受光素子，および上記第
    ２の光束を受光する第２の受光素子を含む，光学式セン
    サ装置。
  4. 【請求項４】 上記第１および第２の受光素子の出力に
    基づいて，被検出物体の有無，表面状態または材質に関
    する信号を出力する判別手段をさらに備えた請求項１か
    ら３のいずれか一項に記載の光学式センサ装置。
  5. 【請求項５】 上記投光光学系が被検出物体の表面に斜
    めまたはほぼ垂直に投射光を投射するように配置され，
    上記受光光学系が被検出物体の表面からの反射光または
    散乱光が斜めまたはほぼ垂直に入射するように配置され
    ている，請求項１から４のいずれか一項に記載の光学式
    センサ装置。
  6. 【請求項６】 上記投光光学系と上記受光光学系が間隔
    をおいて互いに対向するように配置されている，請求項
    １から４のいずれか一項に記載の光学式センサ装置。
  7. 【請求項７】 上記光分離特性が，上記偏光ビーム・ス
    プリッタに入射するＳ偏光成分の光量に対する上記第１
    の光束に含まれるＳ偏光成分の光量の比によって表わさ
    れる第１の比率，上記偏光ビーム・スプリッタに入射す
    るＰ偏光成分の光量に対する上記第２の光束に含まれる
    Ｐ偏光成分の光量の比によって表わされる第２の比率，
    または，上記第１の比率と上記第２の比率との比，によ
    って表わされ，上記第１の比率および上記第２の比率の
    うちの少なくともいずれか一方，または上記比が実質的
    に一定に保たれる，請求項１から６のいずれか一項に記
    載の光学式センサ装置。
  8. 【請求項８】 上記第１の比率，第２の比率および比
    が，上記発光素子の発光スペクトルおよび上記受光素子
    の分光感度特性を乗じて波長について積分した値によっ
    て表わされる，請求項７に記載の光学式センサ装置。
  9. 【請求項９】 投光レンズを備え，投射光が投光レンズ
    によって収束，発散または平行化されて投射される，請
    求項１から８のいずれか一項に記載の光学式センサ装
    置。
  10. 【請求項１０】 ランダム偏光の投射光を直線偏光の投
    射光に変換する偏光手段をさらに備えている，請求項１
    から９のいずれか一項に記載の光学式センサ装置。
  11. 【請求項１１】 上記発光素子から出射した光が投光用
    光ファイバに導かれ，この光ファイバの端面から出射し
    た光が投光される，請求項１から10のいずれか一項に記
    載の光学式センサ装置。
  12. 【請求項１２】 上記受光光学系に入射する光を収束す
    る受光レンズをさらに備えている，請求項１から11のい
    ずれか一項に記載の光学式センサ装置。
  13. 【請求項１３】 上記受光レンズによる収束光の光路に
    上記偏光ビーム・スプリッタが配置されている，請求項
    12に記載の光学式センサ装置。
  14. 【請求項１４】 上記第１の光束および第２の光束がそ
    れぞれ受光用光ファイバによって上記第１および第２の
    受光素子に導かれる，請求項１から13のいずれか一項に
    記載の光学式センサ装置。
  15. 【請求項１５】 上記第１の受光素子の前面に設けられ
    たＳ偏光の通過を許す第１の検光手段，および上記第２
    の受光素子の前面に設けられたＰ偏光の通過を許す第２
    の検光手段の少なくともいずれか一方を備えている，請
    求項１から14のいずれか一項に記載の光学式センサ装
    置。
  16. 【請求項１６】 上記偏光ビーム・スプリッタの上記第
    １または第２の光束の出射側面に対面して設けられた反
    射体をさらに備え，上記第１または第２の光束がこの反
    射体で反射する，請求項１から15のいずれか一項に記載
    の光学式センサ装置。
  17. 【請求項１７】 上記受光光学系の前面に入射光を制限
    する開口が形成されている，請求項１から16のいずれか
    一項に記載の光学式センサ装置。
  18. 【請求項１８】 被検出物体に向けて光を投射する投光
    光学系と，被検出物体からの反射光，透過光または散乱
    光が入射する受光光学系とを含み，投光光学系は少なく
    とも投射光を出力する発光素子を含み，受光光学系が，
    被検出物体からの反射光，透過光または散乱光をその入
    射面についてのＳ偏光成分を主とする第１の光束とＰ偏
    光成分を主とする第２の光束とに分離する偏光ビーム・
    スプリッタ，上記第１の光束を受光する第１の受光素
    子，および上記第２の光束を受光する第２の受光素子を
    含む，光学式センサ装置。
  19. 【請求項１９】 上記第１および第２の受光素子の出力
    に基づいて，被検出物体の有無，表面状態または材質に
    関する信号を出力する判別手段をさらに備えた請求項21
    に記載の光学式センサ装置。
  20. 【請求項２０】 投射光を被検出物体に向けて投射し，
    光分離特性が使用入射角範囲内において実質的に一定で
    ある偏光ビーム・スプリッタを用い，被検出物体からの
    反射光，透過光または散乱光を上記偏光ビーム・スプリ
    ッタの入射面についてのＳ偏光成分を主とする第１の光
    束と，Ｐ偏光成分を主とする第２の光束とに分離し，こ
    れらの分離された第１の光束の光量と第２の光束の光量
    とに基づいて被検出物体の有無，表面状態または材質に
    関する信号を出力する，センシング方法。
  21. 【請求項２１】 上記発光素子からの投射光の波長の広
    がりの範囲内において，使用入射角範囲内において実質
    的に一定である上記光分離特性を保つ偏光ビーム・スプ
    リッタを用いる，請求項18に記載のセンシング方法。
  22. 【請求項２２】 投射光を被検出物体に向けて投射し，
    光分離特性が投射光の波長の広がりの範囲内において実
    質的に一定である偏光ビーム・スプリッタを用い，被検
    出物体からの反射光，透過光または散乱光を上記偏光ビ
    ーム・スプリッタの入射面についてのＳ偏光成分を主と
    する第１の光束と，Ｐ偏光成分を主とする第２の光束と
    に分離し，これらの分離された第１の光束の光量と第２
    の光束の光量とに基づいて被検出物体の有無，表面状態
    または材質に関する信号を出力する，センシング方法。
  23. 【請求項２３】 投射光を被検出物体に向けて投射し，
    偏光ビーム・スプリッタを用いて被検出物体からの反射
    光，透過光または散乱光を上記偏光ビーム・スプリッタ
    の入射面についてのＳ偏光成分を主とする第１の光束
    と，Ｐ偏光成分を主とする第２の光束とに分離し，これ
    らの分離された第１の光束の光量と第２の光束の光量と
    に基づいて被検出物体の有無，表面状態または材質に関
    する信号を出力する，センシング方法。
  24. 【請求項２４】 請求項１から19のいずれか一項に記載
    の光学式センサ装置が物体の搬送路上に配置され，上記
    光学式センサ装置の出力信号に基づいて搬送されている
    物体を識別する物体識別装置。
  25. 【請求項２５】 請求項１から19のいずれか一項に記載
    の光学式センサ装置が印刷媒体の搬送路上に配置され，
    上記光学式センサ装置の出力信号に基づいて印刷媒体の
    エッジまたは位置づれを検出する印刷装置。
  26. 【請求項２６】 上記光学式センサ装置が印刷ヘッドと
    一緒に動くように保持されている，請求項25に記載の印
    刷装置。
  27. 【請求項２７】 請求項１から19のいずれか一項に記載
    の光学式センサ装置と，上記光学式センサ装置の出力に
    基づいて印刷媒体の種類を判別する判別手段と，上記判
    別手段による判別結果に基づいて印刷条件を制御する制
    御手段と，を備えた印刷装置。
  28. 【請求項２８】 結露媒体または着霜媒体の表面状態を
    判別するように配置された，請求項１から19のいずれか
    一項に記載の光学式センサ装置と，上記光学式センサ装
    置の出力に基づいて空調運転条件を制御する制御手段
    と，を備えた空調装置。
  29. 【請求項２９】 熱交換器と，上記熱交換器の表面状態
    を判別する請求項１から19のいずれか一項に記載の光学
    式センサ装置と，上記光学式センサ装置の出力に基づい
    て運転条件を制御する制御装置と，を備えた温度または
    湿度制御装置。
  30. 【請求項３０】 車両の窓ガラスの内側表面状態を判別
    するように配置された請求項１から19のいずれか一項に
    記載の光学式センサ装置と，上記窓ガラスの曇りを除去
    する手段と，上記光学式センサ装置の出力に基づいて上
    記曇り除去手段を制御する制御手段と，を備えた車両。
  31. 【請求項３１】 車両の窓ガラスの外側表面の状態を判
    別するように配置された請求項１から19のいずれか一項
    に記載の光学式センサ装置と，上記窓ガラスの外側表面
    を清浄するウィンドウ・ワイパ装置と，上記光学式セン
    サ装置の出力に基づいて上記ウィンドウ・ワイパ装置の
    動作を制御する制御手段と，を備えた車両。
  32. 【請求項３２】 路面状態を判別するように配置された
    請求項１から19のいずれか一項に記載の光学式センサ装
    置と，車両の運転操作の状態を検出する手段と，上記光
    学式センサ装置による路面状態判別結果および上記運転
    操作状態検出手段による運転状態検出結果に基づいて，
    上記運転操作に関連するアクチュエータの駆動を制御す
    る手段と，を備えた車両。
  33. 【請求項３３】 路面に表わされたマーク等を検出する
    ように配置構成された請求項１から19のいずれか一項に
    記載の光学式センサ装置と，運転者への警告手段と，上
    記センサ装置の出力に基づいて警告手段を制御する制御
    手段と，を備えた車両。
  34. 【請求項３４】 走行路にそって設けられたガイドから
    のずれを検出する，請求項１から19のいずれか一項に記
    載の光学式センサ装置と，上記光学式センサ装置からの
    ずれ検出信号に基づいて操舵制御する手段と，を備えた
    走行体。
  35. 【請求項３５】 紙幣の表面を検出する上記請求項１か
    ら19のいずれか一項に記載の光学式センサ装置と，上記
    センサ装置の出力に基づいて装置の動作を制御する制御
    手段と，を備えた紙幣取扱い装置。
  36. 【請求項３６】 印刷原板を固定する版銅と，印刷原板
    に湿し水を供給する湿し水供給手段と，印刷原板の表面
    を検出する請求項１から19のいずれか一項に記載の光学
    式センサ装置と，上記センサ装置の出力に基づいて湿し
    水供給手段を制御する制御手段と，を備えたオフセット
    印刷装置。
  37. 【請求項３７】 搬送路上を搬送される物品の表面状態
    を判別するように配置された請求項１から19のいずれか
    一項に記載の光学式センサ装置と，搬送される物品の搬
    送方向を変更する方向変更手段と，上記光学式センサ装
    置の判別結果に基づいて上記方向変更手段を制御する手
    段，を備えた検査装置。
  38. 【請求項３８】 請求項１から19のいずれか一項に記載
    の光学式センサ装置によって，搬送路上を搬送される物
    品の表面状態を判別し，この判別結果に基づいて物品の
    搬送方向を制御する，検査方法。
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