JPH086307Y2 - 光センサ - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は光センサに関し、詳しくは被検出物体の検出
可能範囲を、センサヘッドと対向する上記被検出物体の
前後方向に沿って深くすることができる反射型の光セン
サに関する。

〔従来の技術〕

一般に、反射型の光センサは、投光素子からの光を被
検出空間に投射し、上記被検出空間を通過する物体によ
る反射光を受光素子で受光することにより被検出空間で
の物体の有無を検出する。

この種光センサの基本構成は、第３図に示すように投
光素子（１）から延びる投光用光ファイバ（２）の前方
に、その光ファイバ（２）からの投射光（L₁）を集束さ
せる集光レンズ（３）を光軸をずらして配置すると共
に、受光素子（４）から延びる受光用光ファイバ（５）
の前方に、その光ファイバ（５）への入射光（L₂）を集
束させる集光レンズ（６）を光軸をずらして配置したセ
ンサヘッド（７）を有する。

上記光センサでは、被検出空間（ｍ）を通過する物体
（８）による反射光が得られる被検出範囲が、図中斜線
で示すように集束させた投射光（L₁）の投射範囲と入射
光（L₂）の受光範囲との交差部分（ｎ）となる。この交
差部分（ｎ）において、上記センサヘッド（７）と対向
する被検出物体（８）の前後方向に沿う検出感度は、第
４図に示すように検出距離がセンサヘッド（７）に近い
部分でピーク（Ｐ）が現れる特性となる。これは、被検
出物体（８）がセンサヘッド（７）から遠くなるにした
がって上記被検出物体（８）からの反射光の入射光量が
低下するためである。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで、前述した光センサでは、被検出物体（８）
に近接して他の物体（９）が存在する場合、例えば、物
体（９）上に被検出物体（８）であるマークが付されて
いる場合、上記被検出物体（８）と他の物体（９）とを
区別して正確に識別しなければならない。しかしなが
ら、上記光センサの検出感度特性において、第４図破線
で示すように他の物体（９）からの反射光の受光量
（ａ）が、被検出物体（８）からの反射光の受光量
（ｂ）に近似していると、光センサの動作レベル（S₁）
及び復帰レベル（S₂）をピーク部分（Ｐ）で設定さぜる
を得ず、その結果、被検出物体（８）の検出可能範囲
（α）が、上記ピーク部分（Ｐ）の比較的狭い範囲とな
る。このように検出可能範囲（α）が狭い、換言すれ
ば、センサヘッド（７）から被検出物体（８）へ向かっ
て浅いと、上記被検出物体（８）がその前後方向に沿っ
て大きく位置変動した場合、被検出物体（８）が検出可
能範囲（α）を逸脱する虞があり、上記被検出物体
（８）の識別を確実に行うことが困難になるという問題
があった。

そこで、本考案は上記問題点に鑑みて提案されたもの
で、その目的とするところは、被検出物体がセンサヘッ
ドに対して前後方向に位置変動しても上記被検出物体を
確実に識別し得る光センサを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本考案における上記目的を達成するための技術的手段
は、投光素子から延びる投光用光ファイバの前方に、そ
の光ファイバからの投射光を集束させる集光レンズを光
軸を一致させて配置すると共に、受光素子から延びる受
光用光ファイバの前方に、その光ファイバへの入射光を
集束させる集光レンズを光軸をずらせて配置することに
より、光の投射方向に対して受光方向に所定の角度を持
たせたセンサヘッドを有し、光の投射範囲と受光範囲の
交差部分からの反射光による受光出力が所定のレベルを
越えるか否かによって物体を識別するものであって、上
記受光用光ファイバの受光面を、投射光と入射光による
交差部分のセンサヘッドから遠い位置で反射した入射光
を受光する部位から、上記交差部分のセンサヘッドから
近い位置で反射した入射光を受光する部位へ向かって、
その受光面積が連続的に漸減するような形状とし、且
つ、投光用光ファイバとその集光レンズとを光軸を一致
させて配置したことである。

〔作用〕

本考案に係る光センサでは、受光用光ファイバの受光
面を、投射光と入射光による交差部分のセンサヘッドか
ら遠い位置で反射した入射光を受光する部位から、上記
交差部分のセンサヘッドから近い位置で反射した入射光
を受光する部位へ向かって、その受光面積が連続的に漸
減するような形状としたから、検出感度特性において、
センサヘッドから被検出物体までの検出距離に対する受
光量が一定のリニア部分を長くすることができる。これ
により、被検出物体に近接して他の物体が存在し、他の
物体からの反射光の受光量が被検出物体からの反射光の
受光量に近似していても、検出可能範囲を拡大して深く
することが可能となり、被検出物体のセンサヘッドに対
する位置変動を許容できる。

また、投光用光ファイバとその集光レンズとを光軸を
一致させて配置したことにより、光の投射方向を投光用
光ファイバ及び集光レンズの光軸と一致させているの
で、その光軸の前方延長線上に被検出物体が配置される
ようにセンサヘッドを取り付けることができる。

〔実施例〕

本考案に係る光センサの一実施例を第１図（ａ）
（ｂ）及び第２図を参照しながら説明する。尚、第３図
及び第４図と同一、又は相当部分には同一参照符号を付
する。

第１図（ａ）に示す光センサのセンサヘッド（11）に
おいて、（12）はセンサヘッド（11）のハウジング、
（13）は上記ハウジング（12）に取付けられた投光用光
ファイバで、LED等の投光素子（図示せず）から延び、
その先端部分で外被材（14）から芯線（15）を突出させ
てその部分にホルダー（16）を外挿した上で上記ハウジ
ング（12）に組み込む。（17）は上記投光用光ファイバ
（13）の前方でハウジング（12）に取付け固定された集
光レンズで、上記光ファイバ（13）からの投射光（L₁）
を集束させる。この集光レンズ（17）は、上記投光用光
ファイバ（13）と光軸（l₁）を一致させて配置される。
（18）はハウジング（12）に投光用光ファイバ（13）と
平行して取付けられた受光用光ファイバで、フォトトラ
ンジスタ等の受光素子（図示せず）から延び、前述した
投光用光ファイバ（13）と同様、その先端部分で外被材
（19）から芯線（20）を突出させてその部分にホルダー
（21）を外挿した上で上記ハウジング（12）に組み込
む。（22）は上記受光用光ファイバ（18）の前方でハウ
ジング（12）に取付け固定された集光レンズで、上記光
ファイバ（18）への入射光（L₂）を集束させる。

上記センサヘッド（11）では、投受光用の集光レンズ
（17）（22）を同一平面内に配置すると共に、投光用光
ファイバ（13）を集光レンズ（17）の光軸（l₁）と一致
させて配置し、受光用光ファイバ（18）を集光レンズ
（22）の光軸（l₂）に対して外側にずらして配置するこ
とにより、投光用光ファイバ（13）及び集光レンズ（1
7）の光軸（l₁）と一致した光の投射方向に対して受光
方向に所定の角度（θ）を持たせて、光の投射範囲と受
光範囲の交差部分（ｎ）を生じさせる。

本考案に係る光センサの特徴は、この受光用光ファイ
バ（18）の受光面（23）の形状にある。即ち、受光用光
ファイバ（18）の受光面（23）を、投射光と入射光によ
る交差部分（ｎ）のセンサヘッド（11）から遠い位置
（Pa）で反射した入射光を受光する部位（23a）から、
上記交差部分（ｎ）のセンサヘッド（11）から近い位置
（Pb）で反射した入射光を受光する部位（23b）へ向か
って、その受光面積が連続的に漸減するような形状とす
る。具体的には、第１図（ｂ）に示すように、受光用光
ファイバ（18）のホルダー（21）の先端部に、逆台形状
のスリット（24）を形成したキャップ（25）を被着す
る。一方、受光用光ファイバ（18）の芯線（20）は、図
示しないが、極細径のファイバ芯線を多数本束ねたもの
であり、その芯線（20）の先端部を前方へ延在させてキ
ャップ（25）のスリット（24）に嵌挿させる。これによ
り芯線（20）の先端の受光面（23）はキャップ（25）の
スリット（24）の逆台形状に合致する。尚、上記受光用
光ファイバ（18）の芯線（20）の受光面（23）は、キャ
ップ（25）の先端面と面一となるように研磨加工され
る。このようにして得られた受光面（23）では、キャッ
プ（25）のスリット（24）の幅広部（24a）にて、前述
した交差部分（ｎ）のセンサヘッド（11）から遠い位置
（Pa）で反射した弱い入射光を受光し、幅狭部（24b）
にて、交差部分（ｎ）のセンサヘッド（11）から近い位
置（Pb）で反射した強い入射光を受光する。

上記光センサでは、まずセンサヘッド（11）を被検出
空間（ｍ）に向けてセッティングする。この時、投光用
光ファイバ（13）と集光レンズ（17）とを光軸（l₁）を
一致させて配置しているため、その光軸（l₁）の前方延
長線上に被検出物体（８）が配置されるようにセンサヘ
ッド（11）を被検出空間（ｍ）に対して取付ければよい
ので、被検出空間（ｍ）での被検出物体（８）との位置
合わせが容易となる。

この光センサでは、受光用光ファイバ（18）の受光面
（23）を、キャップ（25）のスリット（24）に合致した
逆台形状としたことにより第２図に示すような検出感度
特性を得る。この検出感度特性では、交差部分（ｎ）の
センサヘッド（11）から遠い位置（Pa）で反射した弱い
入射光を受光用光ファイバ（18）の受光面（23）での上
側部位（23a）、即ち、スリット（24）の幅広部（24a）
で受光し、上記交差部分（ｎ）のセンサヘッド（11）か
ら近い位置（Pb）で反射した強い入射光を受光面（23）
での下側部位（23b）、即ち、スリット（24）の幅狭部
（24b）で受光し、上記交差部分（ｎ）のセンサヘッド
（11）から遠い位置（Pa）と近い位置（Pb）との間で反
射した入射光をスリット（24）の幅が連続的に漸減する
部位で受光するため、受光用光ファイバ（18）の受光面
（23）での受光量が検出距離の長い距離間に亘って一定
のリニア部分（Ｆ）が得られる。従って、他の物体
（９）上に被検出物体（８）であるマークが付されてい
る場合などのように上記被検出物体（８）と他の物体
（９）とを区別して識別しなければならない場合、上述
した検出感度特性において、他の物体（９）からの反射
光の受光量（ａ）が、被検出物体（８）からの反射光の
受光量（ｂ）に近似していても、光センサの動作レベル
（S₁）及び復帰レベル（S₂）を受光量が一定の長いリニ
ア部分（Ｆ）に設定することにより、検出可能範囲
（α）が拡大されて深くなる。

尚、上記実施例では、受光用光ファイバ（18）の受光
面（23）の形状を、多数本のファイバ芯線を束ねてキャ
ップ（25）のスリット（24）に嵌め込んで逆台形状とし
たが、本考案はこれに限定されることなく、単一のファ
イバ芯線の受光面に逆台形状のスリットを持つマスクを
貼着するようにしてもよい。また、本考案における受光
用光ファイバの受光面は、逆台形状に限定されるもので
はなく、受光面（23）での受光量が検出距離の長い距離
間に亘って一定のリニア部分（Ｆ）が得られるように、
交差部分（ｎ）のセンサヘッド（11）から遠い位置（P
a）で反射した入射光を受光する部位（23a）から近い位
置（Pb）で反射した入射光を受光する部位（23b）へ向
かって、受光面積が連続的に漸減するような形状であれ
ばよい。

〔考案の効果〕

本考案によれば、検出感度特性において、検出距離に
対して受光量が一定の長いリニア部分が得られ、検出可
能範囲を深くすることが実現容易となり、被検出物体が
センサヘッドに対して前後方向に沿って位置変動して
も、上記被検出物体の識別を確実に行うことができる。
このように、受光用光ファイバの受光面において、その
受光面積を連続的に変えることにより検出感度でリニア
な特性が確保でき、安定動作する信頼性の高い実用的価
値大なる光センサを提供できる。また、投光用光ファイ
バとその集光レンズとを光軸を一致させて配置したこと
により、その光軸の前方延長線上に被検出物体が配置さ
れるようにセンサヘッドを取り付けることができるの
で、被検出物体に対するセンサヘッドの位置合わせが容
易となる。

【図面の簡単な説明】 第１図（ａ）は本考案に係る光センサの一実施例を示す
センサヘッド断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）の受
光用光ファイバの受光面となるキャップのスリットを示
す正面図、第２図は本考案の光センサによる検出距離に
対する受光量の関係を示す特性図である。 第３図は光センサの従来例を示す概略構成図、第４図は
第３図の光センサの検出距離に対する受光量の関係を示
す特性図である。 （11）……センサヘッド、（13）……投光用光ファイ
バ、（17）……集光レンズ、（18）……受光用光ファイ
バ、（22）……集光レンズ、（23）……受光面、（l₁）
（l₂）……光軸、（θ）……所定の角度、（L₁）……投
射光、（L₂）……入射光、（ｎ）……交差部分。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】投光素子から延びる投光用光ファイバの前
   方に、その光ファイバからの投射光を集束させる集光レ
   ンズを配置すると共に、受光素子から延びる受光用光フ
   ァイバの前方に、その光ファイバへの入射光を集束させ
   る集光レンズを配置することにより、光の投射方向に対
   して受光方向に所定の角度を持たせたセンサヘッドを有
   し、光の投射範囲と受光範囲の交差部分からの反射光に
   よる受光出力が所定のレベルを越えるか否かによって物
   体を識別するものであって、 上記受光用光ファイバの受光面を、投射光と入射光によ
   る交差部分のセンサヘッドから遠い位置で反射した入射
   光を受光する部位から、上記交差部分のセンサヘッドか
   ら近い位置で反射した入射光を受光する部位へ向かっ
   て、その受光面積が連続的に漸減するような形状とし、
   且つ、投光用光ファイバとその集光レンズとを光軸を一
   致させて配置したことを特徴とする光センサ。