JPH08148981A

JPH08148981A - 多光軸光電センサ

Info

Publication number: JPH08148981A
Application number: JP23531092A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Mitsutake; 昌一満武
Original assignee: Takenaka Electronic Ind Co Ltd
Current assignee: Takenaka Electronic Ind Co Ltd
Priority date: 1992-08-10
Filing date: 1992-08-10
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】投光素子および受光素子を増加させることな
く光軸数を増やすことができ、薄い平板状物体の存在確
認と同時に上記物体が傾斜し、正しい位置になった場合
などの異状確認も行なえるようにした多光軸センサを提
供する。【構成】複数の投光部および受光部を有し、検出光が
干渉しないように互いに対向する投光部および受光部の
投光及び受光タイミングを順次切り替える多光軸光電セ
ンサにおいて、第１回目の走査は互いに同じ段に位置す
る光部と投受光部間で順対応の光検出を行い、第２回目
の走査は投光部と対応の光検出を行い、上記走査を交互
に繰り返すことにより物体の存在・位置について検出精
度を向上させた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、複数の投光部と受光部
を備え、広範囲を検知する多光軸センサの改良に係り、
厚みのない平板状の物体であっても確実に検出すること
ができる技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から多光軸センサは公知であり、複
数の受光素子と発光素子とを同数で対向して配置し、一
対の素子ごとに同期させて順次作動を行い、物体の存在
によって光軸が遮断されたときに物体有りの検出を行う
ものである。また、この技術の改良に係る光電センサに
関して、たとえば出願人は特開平３−２５９１号の技術
を開示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、複数
対の投・受光素子における光軸は全て並行であるから、
検出物体が薄い平板状でかつ光軸に並行に位置した場合
には、光軸を遮断しないことがあり、物体が存在するに
もかかわらず物体無しという誤判定をしてしまう。光軸
の間隔を狭くすれば誤判定の確率は減るが、それだけ投
・受光素子を増設しなければならず、機器のコストが上
昇するにもかかわらず誤判定を確実に阻止することはや
はり不可能であるという根本的な課題がある。

【０００４】また、出願人開示の従来技術では、１つの
発光素子の発光を複数の受光素子で同時に検出し、複数
の受光素子において１つでも遮光があれば物体有信号を
出力するようにしている。そして、発光は一定の照射角
度で放射状に行われるから、発光素子が複数個あれば検
知域には放射状に多くの光軸が設定されることになって
精度が高い検出を行うことができる。しかし、全ての受
光素子が同時に光を検知する構成であるため、数量検知
には不向きで、またどの光軸が遮光されているかの位置
判定についても問題を残している。

【０００５】本発明では上述した従来の課題を解決する
もので、投光素子および受光素子を増加させることなく
光軸数を増やすことができ、薄い平板状物体の存在（数
量）確認と同時に上記物体が傾斜し、正しい位置（方
向）になった場合などの異状確認も行なえるようにした
多光軸センサを提供することを目的とするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、複数の投光部および受光部を有し、検出光
が干渉しないように互いに対向する投光部および受光部
の投光および受光タイミングを順次切り替える多光軸セ
ンサにおいて、第１回目の走査は互いに同じ段に位置す
る光部と投受光部間で順対応の光検出を行い、第２回目
の走査は投光部と対応する受光部の隣合う段との間で斜
め対応の光検出を行い、上記走査を交互に繰り返すとい
う手段を用いた。

【０００７】

【作用】投・受光部間のタイミングは、第１回目の走査
では相対的に平行な光軸による順対応の光検出が行われ
ることになり、第２回目の走査では第１回目の走査と比
較すれば斜めの光軸による斜め対応の光検出が行われ
る。従って、投光部、受光部の物理的個数を増加させる
ことなく光軸数がほぼ２倍になるという作用を奏するこ
とになり、上記順対応の光検出で検出物体の異常を、そ
して斜め対応の光検出で物体の存在確認を行なうもので
ある。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に従って説明
する。１は投光器を示し、発光ダイオード（ＬＥＤ）な
どからなる複数の投光部１ａ〜１ｎを有するものであ
る。２は受光器であって、上記投光器１ａ〜１ｎと対向
してフォトダイオードなどからなる複数の受光部２ａ〜
２ｎを設けたものである。そして本発明では後述する回
路構成により光軸は対向する投・受光部の間の順対応の
光軸３ａ〜３ｎだけでなく、実線で示すような斜め対応
の光軸４ａ〜４ｎも創出されるのである。即ち、投光部
１ａの発光タイミングは受光部２ａによって同期され、
次々と同様の対応関係において投光部１ｎと、受光部２
ｎによる順対応の検出を終了する。次に投光部１ａの発
光タイミングで受光部２ｂが検出するという斜め対応に
ついて順次検出し、投光部１ａの発光タイミングで受光
部２ｂが検出するという斜め対応について順次検出し、
投光部１ｎ−₁ の発光を受光部２ｎが検出したときに一
周期が完了し、これを繰り返し走査するようにしている
のである。

【０００９】以下、その駆動回路について説明する。ま
ず投光器１側において、５はｎ段のシフトレジスタであ
り、各段の出力はそれぞれ一対一で投光部１ａ〜１ｎの
発光タイミング信号となり、ＡＮＤゲート６ａ〜６ｎの
一方入力とされる。７は発光タイミング回路であり、後
述するクロックａを分周回路４を介して信号ｊを発生さ
せ、この信号ｊをシフトレジスタ５の各段に入力される
と同時に、ＡＮＤゲート６ａ〜６ｎの一方入力としてい
る。

【００１０】次に受光器２側を説明すると、８ａ〜８ｎ
はスイッチ回路であり、受光部２ａ〜２ｎからの受光増
幅信号を後段の判定回路９に出力するタイミングを計る
ものである。１０はスイッチ回路８ａ〜８ｎを閉路する
タイミングを計るための同期回路であり、２×ｎ段のシ
フトレジスタによって構成されている。判定回路９にシ
リアルで入力された受光信号ｇは直並列変換回路１１に
よってパラレルの信号群に変換され、パラレルインター
フェイスを介してコンピュータなどの分析装置１２に出
力される。

【００１１】本実施例では、上述した回路構成において
順対応と斜め対応の２種類の光軸を順次制御している
が、初回の投・受光器の同期は投光部１ａと受光部２
ａ、投光部１ｂと受光部２ｂというように順対応し、投
光部１ｎと受光部２ｎの同期が完了すれば、次に投光部
１ａと受光部２ｂ、投光器１（ｎ−１）と受光器２ｎの
間で斜め対応で同期が行われる。

【００１２】これらの同期を制御するために、次に述べ
るような回路が採用されている。１４は分周回路で、ク
ロック信号ａをインバータ１３を介して同期回路１０の
シフトレジスタにシフト入力を行う。ここで、順対応が
完了して斜め対応に移行する場合には、受光部２ａの同
期のためのスイッチ回路８ａは動作しないが、これを制
御するための論理回路を説明する。１５は順対応と斜め
対応の同期を変更するためのフリップフロップであり、
順対応と斜め対応ごとの第１クロックに同期して入力さ
れるデータ切り替え信号ｆに応じてＱ出力とＱバー出力
が交互に反転する。そして、Ｑ出力は順対応のためのゲ
ートタイミング信号としてＡＮＤゲート１６を制御し、
Ｑバー出力は斜め対応のためのゲートタイミング信号と
してＡＮＤゲート１７を制御する。それぞれのＡＮＤゲ
ート１６、１７にはシフトレジスタのシフトデータ信号
ｃが並列に入力され、さらにＡＮＤゲート１７の出力は
ＯＲゲート１８を介してシフトレジスタで構成された同
期回路１０の３段目のフリップフロップに接続されてい
る。なお、ＯＲゲート１８はシフトレジスタの２段目と
３段目の間に設けられており、ＡＮＤゲート１７の信号
がない場合には機能的に通常のシフトレジスタと同様で
ある。即ち、ＡＮＤゲート１６の出力とＡＮＤゲート１
７の出力は選択的であるから、ＡＮＤゲート１６の出力
がない場合にはＡＮＤゲート１７の出力があり、たとえ
ばシフトレジスタで構成された同期回路１０は１段目か
ら順にシフトする。一方、ＡＮＤゲート１６の出力がな
い場合にはＡＮＤゲート１７の出力があるから、同期回
路１０のシフトレジスタは３段目からシフトを開始する
ことになる。また、フリップフロップ１５のＱ出力は判
定回路９にも接続されており、判定回路では現在受信し
ている受光増幅信号ｇが順対応のものであるか、斜め対
応のものであるかを識別することを可能としている。

【００１３】なお、投光器側のシフトレジスタ５よりも
受光器側の同期回路１０を構成するシフトレジスタが倍
の個数のフリップフロップを用い、結果的に１つの受光
部に２つのフリップフロップが対応しているが、これは
スイッチ回路８ａ…８ｎのオン時間を短くすることを目
的としたものである。即ち、１つのフリップフロップで
１つのスイッチ回路を制御すればスイッチのオン時間が
長くなり、隣あうスイッチ回路のオン時間が連続するこ
ととなって誤同期のおそれが大きくなるからである。た
だし、この構成は一実施例であって、たとえばスイッチ
回路８ａ…８ｎをそれぞれタイマ付きの構成とした場合
には、実施例と同様の機能を発揮できることは当然であ
る。

【００１４】次に、図２は図１の回路を駆動した場合の
タイムチャートを示す。それぞれの波形は図１において
示した位置におけるものである。先ずクロック発生回路
１９から出力された信号は制御回路２０を経てクロック
信号ａを発生させる。このクロック信号ａは１／２分周
回路を経て分周信号ｊとなり、発光タイミング回路７に
よって発光タイミング信号ｂになると共に、シフトレジ
スタ５のシフト入力になる。シフトレジスタ５ではシフ
トデータｃの入力状態がクロックａの１／２分周信号ｊ
によってシフトし、次々と投光部１ａ・１ｂ〜ｎを発光
させてゆく。以上が投光側のタイミングである。一方受
光側では、シフトレジスタ１０のフリップフロップの数
がシフトレジスタ５の２倍であるから、クロックａと同
じ信号となりインバータ１３によって反転された信号ｅ
がシフト入力としてシフトレジスタ１０に与えられる。
これと共にシフトデータｃがＡＮＤゲート１６および１
７に並行して与えられるが、フリップフロップ１５に対
するデータ切り替え信号ｆによって第１回目はＱ出力が
オンしているので（信号ｈ）、ＡＮＤゲート１６の論理
が成立し、シフトレジスタ１０は１段目からシフトす
る。従って、投光部１ａに同期して受光部２ａのスイッ
チ回路８ａがオンするという順対応を行う。次に投光部
１ｎの発光動作が終了すればシフトデータｃとデータ切
り替え信号ｆが出力され、シフトレジスタ５は１段目か
らシフトを開始する。一方、フリップフロップ１５の出
力は反転してＱバー出力がオン状態になるので、シフト
レジスタ９は３段目からシフトを開始する。その結果、
投光部１ａの発光タイミングにおいて受光部２ｂが受光
するという斜め対応を開始することになる。

【００１５】本実施例では順対応と斜め対応を変更する
際には、受光部の動作段を進行するためのシフトレジス
タ１０の論理を第１回目の走査と第２回目の走査におい
て変更するようにしたが、投光部のシフトレジスタ５の
論理を変更するようにしてもよい。即ち、シフトレジス
タ１０は通常の構成として、フリップフロップ１５のＱ
バー出力をシフトレジスタ５の第１段と第２段の間に与
え、Ｑ出力を第１段に与えると共に同様の論理積を組む
ことにより、第２回目の走査では投光部１ｂと受光部２
ａの間で同期が成立することになる。結果的には斜めの
対応関係が変わるが、本発明が達成しようとする機能に
はなんら効果の相違はない。

【００１６】上述したように、本実施例では投光部と受
光部の同期を順対応と斜め対応の交互に行い、順対応時
に得られる平行光軸により傾きなどの異常検出を、また
斜め対応時の斜め光軸によって検出物の存在検出を行な
うようにしたものである。

【００１７】ここで本発明の多光軸センサを利用して
鏡、ステンレス板、シリコンウエハーなどの鏡面体を検
出する場合の実施例について説明するが、この種鏡面体
は、表面光沢があるため光の反射が強く、本来同期して
遮光（検知）状態となるべき受光部に不要な反射光が入
り、検出が行なえないという不都合がある。そのため本
発明では上述の検出手段に加えて投光部、受光部の光学
構造について改良している。図３において、１００Ａ、
１００Ｂは投光素子１ａ〜１ｎ及び受光素子２ａ〜２ｎ
を一定の間隔で保持するハウジングであって、上記各素
子を収納する収納室（イ）に連通し、上記収納室の内径
よりやや小さな内径の透孔（ロ）及び該透孔より小さな
内径とした絞り部（ハ）を形成すると共に、その各内面
は黒体処理またはネジ溝を刻設するなどの不要反射防止
加工が施されている。

【００１８】従って、投光素子１ａ〜１ｎからの発光は
絞り部（ハ）から投射されるまでに収納室（イ）の段部
（イ’）及び透孔（ロ）の光軸方向における長さや、そ
の段部（ロ’）、さらに絞り部（ハ）のかい開口径など
との関係で、その投射光は順対応および斜め対応におい
て光結合がし得る程度に光路が制限されるのである。し
かしながら、上記絞り部（ハ）の開口径により投射光は
所定の角度（θ）をもって拡散されていることも事実で
ある。

【００１９】今仮に鏡面体Ｕ₃ を検出する時、投光素子
１ｃまたは１ｄから発せられる投射光は、鏡面体Ｕ₃ の
上下に位置する鏡面体Ｕ₂ 〜Ｕ₄ に当たり不要な反射光
が生まれるが、受光素子側の光学構造も投射側のそれと
全く同様の構成であるから、異なる角度からの光は対向
同期する受光素子には一切入光しないのである。

【００２０】このように投光部及び受光部の光学構成に
工夫を加えたことにより鏡面体Ｕ₁〜Ｕｎが正規な状態
にある場合には順対応における平行な光軸３ａ〜３ｎで
は鏡面体が存在するにもかかわらず、対向する各受光部
２ａ〜２ｎは遮光とならず、検出し得ないが、斜め対応
によって創出される斜め光軸４ａ〜４ｎは確実に上記各
鏡面体Ｕ₁ 〜Ｕｎにより遮ぎることになる関係上、この
ことを以て各鏡面体Ｕ₁ 〜Ｕｎが正規な位置に正規な数
量、存在することが判定検出し得るのである。

【００２１】この時、正規な数量がなく、例えば鏡面体
Ｕ₃ が欠けている場合には、その斜め光軸４が遮光とな
らないので受光部２ｄの出力との関係において欠落検出
及び欠落位置の判定が行なわれるのである。

【００２２】また鏡面体Ｕ₅ のように正規な位置にな
く、傾斜している場合には順対応時の平行光軸３ｆが相
対応する受光部２ｆに入光せず上記鏡面体Ｕ₅ で遮光さ
れることを以て異常と判別するのである。尚、この場合
でもどの光軸が遮られたかにより、どの位置の鏡面体が
異常であることが判明し得ることは述べる迄もない。

【００２３】さらに図４に示す光学構造は図３に代わる
他の実施例で絞り部（ハ）に相応する部分を、その内径
を維持しながら投・受光素子の方向に十分長くすること
により同等の効果を得ようとするものであるが、これは
投・受光部をむやみに長大化させるだけで、小型化を実
現させるためには透孔（ロ）を設ける方がよい。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、複数の投受部と受光部を有
する多光軸センサにおいて、平行な光軸とこれに相対し
て斜めの光軸を創出することができるので、鏡板やシリ
コンウエハーなどの鏡面体の存在（枚数）検出は、斜め
光軸で、また傾き異常などは平行な光軸で確実に検出す
ることができ、精度の高い多光軸を提供することができ
るようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多光軸センサの投光部１と受光部２を
模式的に示した図、

【図２】本発明の動作を実現するためのブロック図、

【図３】図２における各部の波形をしめすタイミングチ
ャート、

【図４】本発明を利用してシリコンウエハを検出すると
ころを示した平面図、

【図５】投受光部の特徴ある構造的な一例を示した断面
図である。

【符号の説明】

１投光器２受光器４分周回路５シフトレジスタ６ａ〜６ｎＡＮＤゲート７発光タイミング回路８ａ〜８ｎスイッチ回路９判定回路１０同期回路１１直並列変換回路１２分析装置１３インバータ１４分周回路１５フリップフロップ１６・１７ＡＮＤゲート１８ＯＲゲート１８

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年１０月７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】多光軸光電センサ

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００３】

【０００５】本発明では上述した従来の課題を解決する
もので、投光素子および受光素子を増加させることなく
光軸数を増やすことができ、薄い平板状物体の存在（数
量）確認と同時に、上記物体が傾斜して正しい位置（方
向）でなくなった場合などの異常確認も行なえるように
した多光軸センサを提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、複数の投光部および受光部を有し、検出光
が干渉しないように互いに対向する投光部および受光部
の投光および受光タイミングを順次切り替える多光軸セ
ンサにおいて、第１回目の走査は互いに同じ段に位置す
る投光部と受光部間で順対応の光検出を行い、第２回目
の走査は投光部と対応する受光部の隣合う段との間で斜
め対応の光検出を行い、上記走査を交互に繰り返すとい
う手段を用いた。

【０００７】

【０００８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に従って説明
する。１は投光器を示し、発光ダイオード（ＬＥＤ）な
どからなる複数の投光部１ａ〜１ｎを有するものであ
る。２は受光器であって、上記投光器１ａ〜１ｎと対向
してフォトダイオードなどからなる複数の受光部２ａ〜
２ｎを設けたものである。そして本発明では後述する回
路構成により光軸は対向する投・受光部の間の順対応の
光軸３ａ〜３ｎだけでなく、実線で示すような斜め対応
の光軸４ａ〜４ｎも創出されるのである。即ち、投光部
１ａの発光タイミングは受光部２ａによって同期され、
次々と同様の対応関係において投光部１ｎと、受光部２
ｎによる順対応の検出を終了する。次に投光部１ａの発
光タイミングで受光部２ｂが検出するという斜め対応に
ついて順次検出し、投光部１ｎ−₁の発光を受光部２ｎ
が検出したときに一周期が完了し、これを繰り返し走査
するようにしているのである。

【０００９】以下、その駆動回路について説明する。ま
ず投光器１側において、５はｎ段のシフトレジスタであ
り、各段の出力はそれぞれ一対一で投光部１ａ〜１ｎの
発光タイミング信号となり、ＡＮＤゲート６ａ〜６ｎの
一方入力とされる。７は発光タイミング回路であり、後
述するクロックａを分周回路１４を介して信号ｊを発生
させ、この信号ｊをシフトレジスタ５の各段に入力され
ると同時に、ＡＮＤゲート６ａ〜６ｎの一方入力として
いる。

【００１８】従って、投光素子１ａ〜１ｎからの発光は
絞り部（ハ）から投射されるまでに収納室（イ）の段部
（イ’）及び透孔（ロ）の光軸方向における長さや、そ
の段部（ロ’）、さらに絞り部（ハ）の開口径などとの
関係で、その投射光は順対応および斜め対応において光
結合がし得る程度に光路が制限されるのである。しかし
ながら、上記絞り部（ハ）の開口径により投射光は所定
の角度（θ）をもって拡散されていることも事実であ
る。

【００２０】このように投光部及び受光部の光学構成に
工夫を加えたことにより鏡面体Ｕ₁〜Ｕｎが正規な状態
にある場合には順対応における平行な光軸３ａ〜３ｎで
は鏡面体が存在するにもかかわらず、対向する各受光部
２ａ〜２ｎは遮光とならず、検出し得ないが、斜め対応
によって創出される斜め光軸４ａ〜４ｎは確実に上記各
鏡面体Ｕ₁〜Ｕｎにより遮ぎることになる関係上、この
ことをもって各鏡面体Ｕ₁〜Ｕｎが正規な位置に正規な
数量、存在することが判定検出し得るのである。

【００２１】この時、正規な数量がなく、例えば鏡面体
Ｕ₃が欠けている場合には、その斜め光軸４ｃが遮光と
ならないので受光部２ｄの出力との関係において欠落検
出及び欠落位置の判定が行なわれるのである。

【００２２】また鏡面体Ｕ₅のように正規な位置にな
く、傾斜している場合には順対応時の平行光軸３ｆが相
対応する受光部２ｆに入光せず上記鏡面体Ｕ₅で遮光さ
れることを以て異常と判別するのである。なお、この場
合でもどの光軸が遮られたかにより、どの位置の鏡面体
が異常であることが判明し得ることは述べるまでもな
い。

【００２４】

【発明の効果】本発明では、複数の投光部と受光部を有
する多光軸センサにおいて、平行な光軸とこれに相対し
て斜めの光軸を創出することができるので、鏡板やシリ
コンウエハーなどの鏡面体の存在（枚数）検出は、斜め
光軸で、また傾き異常などは平行な光軸で確実に検出す
ることができ、精度の高い多光軸光電センサを提供する
ことができるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の多光軸光電センサの投光部１と受光部
２を示したブロック図、

【図２】図１における各部の波形を示すタイミングチャ
ート、

【図３】本発明を利用して鏡面体を検出するところを示
した平面図、

【図４】投受光部の特徴ある構造的な一例を示した断面
図である。

【符号の説明】１投光器２受光器３ａ〜３ｎ順対応の光軸４ａ〜４ｎ斜め対応の光軸５シフトレジスタ６ａ〜６ｎＡＮＤゲート７発光タイミング回路８ａ〜８ｎスイッチ回路９判定回路１０同期回路１１直並列変換回路１２分析装置１３インバータ１４分周回路１５フリップフロップ１６・１７ＡＮＤゲート１８ＯＲゲート

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の投光部および受光部を有し、検出光
が干渉しないように互いに対向する投光部および受光部
の投光及び受光タイミングを順次切り替える多光軸光電
センサにおいて、第１回目の走査は互いに同じ段に位置
する光部と投受光部間で順対応の光検出を行い、第２回
目の走査は投光部と対応の光検出を行い、上記走査を交
互に繰り返すことにより物体の存在・位置について検出
精度を向上させたことを特徴とした多光軸光電センサ。
【請求項２】投光部および受光部の順対応・斜め対応の
切り替え機能を持った請求項１記載の多光軸光電セン
サ。
【請求項３】投光部及び受光部は、素子収納室と連通す
る透孔の先端を絞り部として順対応時および斜め対応時
の投射光路および受光光路を創出する光学構造とした請
求項１記載の多光軸光電センサ。