JPH10122954A - 光学式センサ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 光学式センサ装置において一定の検知範囲か
らの反射光のレベル変動を防止すること。 【解決手段】 受光素子１４の前面に検知範囲のうち近
い位置にあるときにはその一部を遮光し、遠ざかるにつ
れて遮光量を減少させる遮光部材１６を設ける。こうす
れば受光素子１４に入射される光のレベル変動を小さく
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は検知対象に光を照射
し、その反射光によって物体を検出する反射型の光学式
センサ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の反射型の光学式センサ装置１は、
図１２に示すように投光素子２より集束レンズ３によっ
て物体検出範囲に照射し、所定の位置にある物体からの
反射光を受光素子４によって受光する。そして受光回路
５によって受光レベルを判別して物体の有無を検出する
ようにしている。この場合には検出すべき物体の光学式
センサ装置からの距離は所定範囲内に限定される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかるに対象となる物
体とセンサ装置との距離が変動する場合には、受光素子
で受光される受光量が変動する。例えば対象物体が拡散
反射型物体の場合には、対象物体から受光素子までの距
離の二乗に反比例して受光量が変動する。従って所定の
閾値で物体の有無を判別する場合には、検出範囲が所定
の狭い領域に限定され、この範囲内を外れた場合には正
確に物体の有無を判別することが難しくなるという欠点
があった。又対象物体の色彩や光沢度の相違を受光量の
大きさで判別する光学式センサ装置においても、距離変
動の影響を受ける。従って検出範囲が所定の狭い領域に
限定され、この範囲内を外れた場合には正確に判別でき
なくなる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、距離変動の影響を少なくして物
体の有無や表面状態を検出できるようにすることを目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、光を物体検出範囲に照射する投光部と、前記投光部
より照射される所定の検出範囲にある対象物体からの反
射光を受光する受光部と、前記受光部の受光面の前面に
配置され、物体検出範囲において対象物体に近いときに
遮光する光量が大きく、対象物体が遠ざかるに従い遮光
する光量が小さくなるように配置された遮光部材と、を
具備することを特徴とするものである。

【０００６】本願の請求項２の発明は、Ｓ偏光又はＰ偏
光のいずれか一方の光を物体検出範囲に照射する投光部
と、前記投光部から照射される所定の物体検出範囲にあ
る対象物体からの反射光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に
分離する偏光ビームスプリッタと、前記偏光ビームスプ
リッタより分離されたＳ偏光成分及びＰ偏光成分の受光
レベルを夫々検出する受光部と、前記受光部の受光面の
前面に配置され、物体検出範囲において対象物体に近い
ときに遮光する光量が大きく、対象物体が遠ざかるに従
い遮光する光量が小さくなるように配置された遮光部材
と、前記２つの偏光成分の受光レベルの差に基づいて光
沢度を検出し、光沢度の相違により物体を判別すること
を特徴とするものである。

【０００７】このような特徴を有する本願の請求項１，
２の発明によれば、受光部の前面に遮光部材が設けら
れ、遮光部材により検出範囲の近いときに遮光する光量
を大きくし、遠ざかるに従い遮光する光量を小さくする
ようにしている。反射光自体は距離の二乗に反比例して
減少するため、遮光部材を配置することによって検出距
離の範囲内での反射光の光量変化が小さくなる。そのた
め物体の有無や光沢度を正確に判別することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施の形態
による光学式センサ装置の構成を示す図である。本図に
示すように発光ダイオード等の投光素子１１は投光回路
１２により駆動され、集束レンズ１３によって物体の検
出範囲に入射される。そして物体検出領域として距離Ｌ
_S 〜Ｌ_L の検出範囲を有し、この範囲内からの反射光を
受光素子１４によって受光するものとする。受光素子１
４の出力は受光回路１５によって電気信号に変換され、
所定のレベルを越える受光信号があれば物体を検知信号
が出力される。さてこの実施の形態では、受光素子１４
の受光面の前方の投光素子１２側に遮光部材１６を設け
る。遮光部材１６は対象物体に近いときに遮光する光量
が大きく、物体検出範囲において対象物体が遠ざかるに
従い遮光する光量が小さくなるように配置しておく。図
２は受光素子１４側から見た正面図であり、投光素子側
に遮光部材１６が設けられ、その一部が隠れている状態
を示している。ここでは遮光部材１６は検出範囲の最近
位置Ｌ_S 側より入射する反射光がある場合に、その一部
を遮光するように配置される。又その検出範囲の中心位
置Ｌ_M から検出範囲の最遠位置Ｌ_L までの間は光を遮光
しないように配置しておく。このように遮光部材１６を
配置しておくことにより物体検出範囲における光量の変
動が低減できることとなる。

【０００９】例えば投光素子１１の投光軸ＴＬと光学式
センサ装置の前面との角度、及び検出範囲の中心位置Ｌ
_M からの反射光の光軸ＲＬと光学式センサ装置の前面と
の角度を夫々２０°とする。そしてＬ_S ＝７mm、Ｌ_M ＝
１０mm、Ｌ_L ＝１３mm、投光レンズの径を８mmφとする
と、受光量は遮光部材１６がない場合には、図３の曲線
Ａに示すように距離Ｌ_S 〜Ｌ_L の範囲でＬ_M の受光量に
対して−４０〜＋８０％まで変動する。ここで検出範囲
の中心位置Ｌ_M の受光量を１００％としている。そして
遮光部材１６を受光素子１４の前面から７mmの位置に設
け、その端部を受光軸ＲＬより１mm離して配置した場合
には、図３の曲線Ｂに示すように−３０〜＋２０％の変
動範囲となる。この場合にも遮光部材１６を配置した状
態で検出範囲の中心位置Ｌ_M の受光量を１００％として
いる。受光量のレベルは遮光部材１６を配置しない場合
の光量よりも低くなる。このように遮光部材１６を設け
ることによって受光レベルの変動幅を小さくすることが
できる。従って所定の閾値で物体の有無を判別する場合
にも、物体の検出範囲ではほぼ誤動作なくその有無を判
別することができるという効果が得られる。

【００１０】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。第２の実施の形態は第１の実施の形態による遮
光部材に代えて、受光軸に対して垂直に鎧戸２０を設け
たものである。鎧戸２０は平行に多数のフィンをその面
に対して一定の角度で配置したものである。又図４
（ｂ）はこの鎧戸２０を示す正面図であり、図示のよう
に多数のフィンによってスリット状に透過する部分が形
成されている。このフィンの角度を選択することによっ
て図５に示すように種々の特性の透過率を得ることがで
きる。図５において横軸は鎧戸２０より鎧戸の面より垂
直に入射する角度を０としてこれに対し左右に入射角が
傾いたときの透過率を示している。ここでは受光素子１
４の面に垂直な法線に対し、時計方向の角度を正として
示している。この例では曲線Ｃに示すように、入射角が
１８°で最も透過率が高いように鎧戸の面に対して１８
°傾けたフィンを有する鎧戸２０を用いる。こうすれば
検出距離範囲の最遠位置Ｌ_L の際は入射角は１８°であ
るため、ほぼ遮光されることがない。そして受光素子１
４への入射角が＋１８°〜−１８°に変化するにつれて
透過率が徐々に低下する。前述のように受光量の大きさ
は距離の二乗に反比例するため、透過率の変化によっ
て、前述した第１の実施の形態と同様に、距離に対する
受光量の変動量を小さくすることができる。

【００１１】次に本発明の第３の実施の形態について図
６を用いて説明する。この実施の形態では受光素子の受
光位置を反射光を集光する受光レンズの光軸よりずらせ
るように配置したものである。即ちこの光学式センサ装
置の前面には受光レンズ２１を配置し、その背後に受光
素子２２を設ける。受光素子２２は図示のように対象物
体が検出範囲の最も近い位置Ｌ_S より近い位置にあれば
受光素子２２には入光せず、検出範囲のＬ_S 〜Ｌ_L の範
囲内であれば距離がＬ_S よりＬ_L に遠ざかるにつれて反
射光の受光素子２２に入射する比率を大きくするように
配置する。こうすれば反射光量自体は検出距離の二乗に
反比例するため、距離Ｌ_S 〜Ｌ_L の検出範囲での受光レ
ベルの変化を少なくすることができる。

【００１２】次に本発明の第４の実施の形態について図
７を用いて説明する。この実施の形態では図１に示す第
１の実施の形態と同様に遮光部材を受光素子１４の前面
に設けたものである。本実施の形態による遮光部材３１
は図７（ｂ）に示すように、検出範囲内で物体までの距
離が変化する場合に反射光のビームスポットの移動方向
を中心としてＶ字形に形成された遮光部材である。検出
範囲の最遠位置Ｌ_L に物体があれば図７（ｂ）に示すよ
うにビームスポットＳ_L の径が最も小さくなるため遮光
されず、検出範囲の最も近い位置Ｌ_S に物体があればビ
ームスポットＳ_S の径が大きくなってその大部分が遮光
され、一部分のみが受光素子に入射するように構成され
る。検出範囲の中心Ｌ_M に物体があればビームスポット
Ｓ_M の径はその中間となり、その一部分のみが遮光され
る。こうすれば前述したように反射光の光量自体は距離
の二乗に反比例するため、第１の実施の形態と同様に、
遮光部材のない場合に比べて受光量の変動を小さくする
ことができる。

【００１３】図８は第５の実施の形態による光学式セン
サ装置の縦断面図、図９はそのブロック図である。この
実施の形態による光学式センサ装置は、ヘッド部５１と
信号処理部５２及びこれらを接続する光ファイバケーブ
ル５３によって構成される。ヘッド部５１は検出物体に
光を投光する投光部とその反射光を受光する受光部とを
備えている。信号処理部５２は投光部への光を発光する
発光素子と、受光部より受光された光を電気信号に変換
し受光レベルによって検出物体の有無やその光沢等の表
面状態を判定する信号処理回路、表示部を含んで構成さ
れている。

【００１４】ヘッド部５１は図８に示すように、一面に
開口を有するベース部材６１と、その開口部を被うカバ
ー部材６２によってヘッド部５１の筐体が構成される。
信号処理部５２内に設けられた後述する発光ダイオード
等の投光素子の光は光ファイバケーブル５３内の投光用
光ファイバ６３を介してヘッド部５１に導かれる。ヘッ
ド部５１内にはこの投光用光ファイバ６３の出射方向に
コリメートレンズ６４，拡散板６５が設けられ、これと
一定間隔を隔てて投光レンズ６６及び偏光フィルタ６７
が設けられる。投光レンズ６６はＰ偏光又はＳ偏光のい
ずれかの偏光成分の光を物体検出範囲に照射するもので
ある。そして受光側にはこの照射された光の反射光を受
光する位置に偏光ビームスプリッタ６８が配置される。
又その反射光の一部を遮光する遮光部材６９が設けられ
る。偏光ビームスプリッタ６８は受光した光をＳ偏光成
分とＰ偏光成分とに分離するビームスプリッタであり、
Ｓ偏光成分及びＰ偏光成分は夫々受光部に入射される。
夫々の受光部には偏光フィルタ７０，７１及び受光レン
ズ７２，７３が設けられており、偏光ビームスプリッタ
６８で分離されたＰ偏光及びＳ偏光の反射光成分を夫々
受光用光ファイバ７４，７５によって受光するものであ
る。

【００１５】図９はこの実施の形態による光学式センサ
装置の全体構成を示すブロック図である。本図において
この光学式センサ装置５０はヘッド部５１と信号処理部
５２とから成り立っている。信号処理部５２は所定周期
毎に投光素子８１を駆動する投光回路８２と、受光素子
８３，８４に接続されたＳ側受光回路８５及びＰ側受光
回路８６を有している。受光回路８５，８６は夫々Ｓ偏
光成分及びＰ偏光成分の光を受光する受光回路であっ
て、その出力はマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）８７に
与えられる。マイクロコンピュータ８７には発振回路８
８，電源８９，モード切換スイッチ９０，感度設定ボタ
ン９１が接続され、メモリとしてＥＥＰＲＯＭ９２，出
力回路９３が接続されている。マイクロコンピュータ８
７は所定のタイミングで投光素子８１を周期的に駆動
し、受光信号によって閾値を設定して物体の表面状態の
変化を検出するものである。出力回路９３は物体を検知
して検出出力を出すと共に、物体検知の安定／非安定状
態を検出して安定／非安定出力を出すものである。

【００１６】この光学式センサ装置において入射光をい
ずれか一方の偏光成分、例えばＳ偏光成分を有する光と
すると、光沢度が小さい物体では偏光方向が保存された
正反射光も得られるが、それ以外にＳ偏光成分とＰ偏光
成分とが夫々等しい拡散反射光のレベルが高くなる。一
方光沢度が大きければ、Ｐ偏光成分とＳ偏光成分とのレ
ベルが等しい拡散反射光の全体の光量が低くなり、偏光
方向を保存するＳ偏光の正反射光のレベルが相対的に高
くなる。従ってＳ偏光成分とＰ偏光成分との差から光沢
度を検出することができる。この実施の形態においても
遮光部材６９が設けられているため、検出範囲の近距離
例側に近づくにつれて遮光される割合が多くなる。その
ため反射光全体のレベル変動を小さくすることができ
る。

【００１７】図１０は台紙上に設けられたラベルを瓶や
箱等に張り付ける処理を示す概略図である。この実施の
形態では前述した第５の実施の形態の光学式センサ装置
をラベルの位置決め検出用として使用しており、台紙と
ラベルとを光沢度によって識別し、ラベルの位置を確認
することができる。そしてラベルを瓶に張り付けた後は
瓶とラベルとの光沢差を検出することによって所定位置
への張り付け処理を確認するようにしている。そして台
紙や瓶に対する光学センサからの位置が変動する場合に
も、反射光の光量変化を少なくすることができ、ラベル
の有無を確実に識別することができる。

【００１８】図１１は第５の実施の形態による光学式セ
ンサ装置を利用したカラーマークの検出状態を示す図で
ある。この場合もシート上のカラーマークの有無を光学
式センサ装置で判別する際に、シートと光学式センサ装
置との間隙が変化する場合にも正確にその有無を判別す
ることができる。

【００１９】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本願の請求項
１，２の発明によれば、反射光のレベルや光沢度等を検
出する光学式センサ装置において、一定の検出領域を設
けたときにその範囲内では物体の位置にかかわらず受光
レベルの変動を小さくすることができる。従って安定し
て物体の有無や光沢度を検出することができるという効
果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による光学式センサ
装置の構成を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態による受光素子と遮
光部材１６の関係を示す図である。

【図３】この実施の形態による検出距離に対する受光量
の変化を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態による光学式センサ
装置の構成を示す図である。

【図５】この実施の形態による受光素子への入射角度と
透過率を示すグラフである。

【図６】本発明の第３の実施の形態による光学式センサ
装置の構成を示す図である。

【図７】（ａ）は本発明の第４の実施の形態による光学
式センサ装置の構成を示す図、（ｂ）は受光素子と遮光
部材を示す正面図である。

【図８】本発明の第５の実施の形態による光学式センサ
装置の構成を示す断面図である。

【図９】本発明の第５の実施の形態による光学式センサ
装置の構成を示すブロック図である。

【図１０】この実施の形態による光学式センサ装置をラ
ベルセンサに適用した使用例を示す斜視図である。

【図１１】この実施の形態による光学式センサ装置をカ
ラーマークセンサとして用いた使用例を示す斜視図であ
る。

【図１２】従来の光学式センサ装置の一例を示す概略図
である。

【符号の説明】 １１ 投光素子 １２ 投光回路 １３，６６ 投光レンズ １４，２２ 受光素子 １５ 受光回路 １６，３１，６９ 遮光部材 ２０ 鎧戸 ２１，７２，７３ 受光レンズ ５１ ヘッド部 ５２ 信号処理部 ６７，７０，７１ 偏光ビームスプリッタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 新 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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を物体検出範囲に照射する投光部と、 前記投光部より照射される所定の検出範囲にある対象物
   体からの反射光を受光する受光部と、 前記受光部の受光面の前面に配置され、物体検出範囲に
   おいて対象物体に近いときに遮光する光量が大きく、対
   象物体が遠ざかるに従い遮光する光量が小さくなるよう
   に配置された遮光部材と、を具備することを特徴とする
   光学式センサ装置。
2. 【請求項２】 Ｓ偏光又はＰ偏光のいずれか一方の光を
   物体検出範囲に照射する投光部と、 前記投光部から照射される所定の物体検出範囲にある対
   象物体からの反射光をＳ偏光成分及びＰ偏光成分に分離
   する偏光ビームスプリッタと、 前記偏光ビームスプリッタより分離されたＳ偏光成分及
   びＰ偏光成分の受光レベルを夫々検出する受光部と、 前記受光部の受光面の前面に配置され、物体検出範囲に
   おいて対象物体に近いときに遮光する光量が大きく、対
   象物体が遠ざかるに従い遮光する光量が小さくなるよう
   に配置された遮光部材と、 前記２つの偏光成分の受光レベルの差に基づいて光沢度
   を検出し、光沢度の相違により物体を判別することを特
   徴とする光学式センサ装置。