JPH10255612A - 回帰反射型光電センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 同軸の回帰反射型光電センサにおいて、回帰
反射板から反射する光の利用効率を向上させ、透明物体
の屈折による誤動作を防止すること。 【解決手段】 投光素子１に光の投光範囲を限定するス
リット１１を設けることにより、レンズ２の中心部分よ
り投光ビームを回帰反射板５に投光する。こうすれば回
帰反射板５でコーナキューブのピッチ分だけ反射光の径
が広がっても、投光ビームの径よりも受光径を大きくす
ることができる。そのため光の利用効率が改善し、透明
物体の屈折による誤動作を防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は同軸の回帰反射型光
電センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の回帰反射型光電センサは、図１５
に示すように投光素子１がレンズ２の焦点位置に配置さ
れており、その間には投光した光の一部を透過するハー
フミラー３が投光軸に対して４５°傾けて設けられる。
そしてハーフミラー３によって反射される位置に受光素
子４が設けられる。レンズ２は投光素子１から発光した
光を平行な投光ビームとして回帰反射板５に対して投光
すると共に、反射光を受光素子４に集光するものであ
る。回帰反射板５は多数のコーナキューブが隙間なく配
置されており、入射した光を各コーナキューブのピッチ
分だけ光軸より平行にシフトさせて光電センサ側に反射
するものである。このように光電センサと回帰反射板５
とを配置しておくことにより、この間を物体が遮光する
ときに受光素子４に反射光が受光されなくなるため、物
体の有無を検出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】図１６はこのような従
来の同軸回帰反射型光電センサにおける回帰反射板上の
投光領域を示している。従来の回帰反射型光電センサに
おいて投光領域はレンズ２の有効径ｄの範囲で投光ビー
ムとして回帰反射板５に照射される。この範囲を図５で
はハッチングの円Ａで示している。この場合は投光領域
はｄと同一となる。一方投光ビームは回帰反射板５の各
コーナキューブ分だけ光軸がシフトして反射される。従
って投光した光の一部は回帰反射板５の周辺のコーナキ
ューブによって投光ビームの外側に最大ｃの範囲まで広
がって反射されることとなる。このように投光した光が
外側に反射されると、反射光の光径は円Ｂに示すように
拡大され、その径はｄ＋２ｃとなる。しかしレンズ２に
よって受光できる範囲はレンズの有効範囲径ｄ、即ち投
光ビームを示す円Ａと同一の径であるため、円Ｂで示す
範囲中ハッチングの円Ａ以外の周辺部分は受光されず、
光の利用効率が悪いという欠点があった。

【０００４】このような回帰反射型光電センサを用いて
透明ビンやＰＥＴボトル等の検出する用途が考えられて
いる。このようなワークは光透過率が高く光を屈折させ
る効果の高いために、ワークに照射する位置によっては
光が屈折し、本来受光されない周辺の反射光が受光部に
入射することがある。

【０００５】図１７はこのような従来の同軸回帰反射型
光電センサにおいて透明ビン６を検出した状態を示して
いる。この状態では投受光素子を有する回帰反射型光電
センサと回帰反射板５との間に透明ビン６が配置されて
いると、透明ビン６のレンズ効果によって通常は受光さ
れなかった反射光が屈折して受光素子側に入射すること
がある。そのため透明ビンがないときに比べて受光レベ
ルは減衰せず、検出が不安定になったり検出が不可能に
なるという問題点があった。

【０００６】本発明はこのような従来の問題点に着目し
てなされたものであって、反射光のうち入射されない光
の範囲を小さくすることにより、このような問題点を解
決することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本願の請求項１の発明
は、投光素子と、受光素子と、レンズを有し前記投光素
子の光を該レンズによって投光ビームとして回帰反射板
に向けて投光すると共に、投光ビームと同軸の前記回帰
反射板からの反射光を前記受光素子に集光する光学部材
と、を具備する同軸の回帰反射型光電センサにおいて、
前記投光素子より回帰反射板に投光する投光ビームの径
を前記レンズの有効径よりも小さくするようにしたこと
を特徴とするものである。

【０００８】本願の請求項２の発明は、投光素子と、受
光素子と、レンズを有し前記投光素子の光を該レンズに
よって投光ビームとして回帰反射板に向けて投光すると
共に、投光ビームと同軸の前記回帰反射板からの反射光
を前記受光素子に集光する光学部材と、を具備する同軸
の回帰反射型光電センサにおいて、前記投光素子より前
記回帰反射板に投光する投光領域を、前記受光素子で受
光可能な回帰反射板上の受光領域より小さくしたことを
特徴とするものである。

【０００９】本願の請求項３の発明は、投光素子と、受
光素子と、レンズを有し前記投光素子の光を該レンズに
よって投光ビームとして回帰反射板に向けて投光すると
共に、投光ビームと同軸の前記回帰反射板からの反射光
を前記受光素子に集光する光学部材と、を具備する同軸
の回帰反射型光電センサにおいて、前記投光素子より回
帰反射板に投光し、回帰反射板より反射される反射光の
領域を前記受光素子で受光可能な回帰反射上の受光領域
よりも小さくしたことを特徴とするものである。

【００１０】このような特徴を有する本発明によれば、
投光ビームの径を受光ビームの径よりも小さくなるよう
にしている。これを実現するには投光ビームの径をスリ
ットで制限してもよく、又は投光ビームの広がり範囲が
小さい投光素子を用いてレンズの中央部分のみ使用する
ように構成してもよい。こうすれば回帰反射板で反射す
る光のうち受光素子に受光されない成分を小さくするこ
とができ、物体検知を確実にすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の形態による
光電センサ１０の光学系部分を示す拡大断面図であり、
従来例と同一部分は同一符号を付して詳細な説明を省略
する。本図において投光素子１はハーフミラー３の反射
によりレンズ２の焦点位置に発光部分が位置するように
配置されている。そして投光素子１の上面にはその出射
範囲を限定するためのスリット１１が設けられる。又レ
ンズ２の焦点位置にはハーフミラー３を介して受光位置
に受光素子４が配置されている。ここでレンズ２及びハ
ーフミラー３，スリット１１は投光素子１の光をレンズ
によって投光ビームとして回帰反射板に向けて投光する
と共に、投光ビームと同軸の回帰反射板からの反射光を
レンズによって受光素子に集光する光学部材を構成して
いる。その他の構成は従来の光電センサと同様である。
尚、投光素子１と受光素子４の位置とを逆にしてもよ
く、この場合スリット１１は投光素子１と共に移動させ
る。この光電センサにおいても図２に示すように光電セ
ンサ本体１０の光軸に垂直となるように回帰反射板５が
配置される。回帰反射板５は入射した光を最大１コーナ
キューブのピッチｃ分だけ光軸をシフトして反射光を光
電センサ側に反射するものである。

【００１２】図３はこの回帰反射型光電センサから光を
回帰反射板５に照射したときの回帰反射板５上の投光領
域と、回帰反射板から出射した光が受光素子４により受
光される受光可能な領域と、を示している。この実施の
形態では投光素子１からの光はスリット１１によりその
投光径が限定されるため、投光ビームは断面を示すよう
に円Ｅで示す範囲となり、この径をｅとする。例えば光
電センサと回帰反射板５との距離を２００ｍｍ、投光径
ｅを６．５ｍｍ、投光領域の径は図４（ａ）に示すよう
に投光パワーのピーク値の１／ｅ² とする。このような
投光領域で回帰反射板５に光を投光した場合には反射光
が広がるが、反射光の径も図４（ｂ）に示すように反射
光パワーのピーク値の１／ｅ² の長さとする。この反射
光の径Ｆは従来例と同様に、回帰反射板５の各コーナキ
ューブのピッチをｃとするとｅ＋２ｃとなる。

【００１３】例えばｃ＝３．８ｍｍのときｅ＋２ｃ＝１
４．１ｍｍとなる。一方レンズ２の有効範囲径ｄ、例え
ば１０ｍｍはそのまま受光ビームの径となり、投光ビー
ムの径ｅより広い範囲を受光できるように構成されてい
る。このように受光領域の径ｄを投光領域の径ｅよりも
大きくするように構成しておく。こうすれば従来例の光
電センサに比べて反射しても受光素子４に入射されない
領域を小さくすることができる。

【００１４】次に本発明の実施の形態２について説明す
る。この実施の形態では回帰反射板５Ａのコーナキュー
ブのピッチｃをより小さくし、図５に投受光領域と反射
光の領域を示すように、投光領域Ｅの径ｅを受光径ｄよ
り小さくするだけでなく、投光領域によって生じる反射
光の領域Ｆ、即ちその径ｅ＋２ｃを受光領域の径ｄより
も小さくしたものである。このように構成することによ
り反射光の全てをレンズ２で集光することができ、受光
素子４に得られる受光レベルを大きくすることができ
る。

【００１５】図６（ａ），（ｂ）は受光領域の径ｄを反
射光の径ｅ＋２ｃ以下としたときの投受光ビームを示す
図である。本図に示すように投光素子より回帰反射板５
に照射された光は大部分がレンズ２で集光されることと
なり、本来受光しない光が存在せず、反射光は全て受光
素子に入射することとなり、受光量が従来例のものより
も大幅に増加する。このため図６（ｂ）に示すように透
明ビン６やＰＥＴボトル等の透明物体がある場合に、透
明物体の屈折による受光量の増加がなく、透明ビンであ
っても一定割合で受光レベルが減少する。従って光を屈
折させる透明物体を検出する場合にも、ワークの存在に
より本来受光されなかった反射光が屈折によって受光さ
れることがなくなり、誤動作の可能性をなくすることが
できる。更に物体が存在せず、回帰反射板５で全て反射
される場合と比べて透明物体がある場合の受光レベルの
低下が従来例より大きくなるため、感度調整を容易に行
うことができる。又光電センサを設置する際の調整の手
間を少なくすることができる。

【００１６】又投光領域を小さくしているため、一定の
大きさの回帰反射板を光電センサ本体とは十分離しても
投光した光が回帰反射板から外れ始める距離を長くする
ことができる。従って検出距離の長距離化が可能であ
り、検出物体を安定して検出できる範囲を広くすること
ができるという効果が得られる。

【００１７】次に本発明の実施の形態３について説明す
る。この実施の形態では投光素子１Ａとして発光部に電
極がないものを用いる。図７（ａ）は発光ダイオードの
チップ部分を拡大して示す図であり、発光部の側方にワ
イヤボンディング接続された電極が形成されている。こ
のような発光ダイオードを投光素子１Ａとして用いる
と、図７（ｂ）にその半径方向の距離と発光パワーとを
示すように、中心の発光パワーを大きくすることができ
る。これに対して発光部に電極がある発光ダイオードの
場合には、図７（ｃ）にその半径方向の距離と発光パワ
ーとを示すように、中心の発光パワーが減少する。この
実施の形態では投光ビームの中心部分を用いているた
め、発光部に電極のない投光素子を用いることによって
光の利用効率が向上し、受光レベルを向上させ、Ｓ／Ｎ
比を向上させることができる。

【００１８】次に本発明の実施の形態４について説明す
る。回帰反射板５は図８に示すように、直角二等辺三角
形から成る３つの反射面を有する三角錐が隙間なく配列
された形状の反射面を有するものである。この回帰反射
板より反射される反射光の中心を通る強度分布を図９に
示す。このような三角錐形の回帰反射板はコーナキュー
ブのサイズｃの反射領域ｅ＋２ｃの外側に、更に広がっ
た反射光を有する。このようにｅ＋２ｃの更に外側に広
がった反射光のレベルは低いが、透明ビンによるレンズ
効果など、従来例で説明した悪影響が考えられる。そこ
で本実施の形態では図１０（ａ）に正面図、（ｂ）に側
面図を示すように、回帰反射板５Ａとして立方体形状の
反射面を有し、その対称な頂点を結ぶ線が回帰反射板に
垂直になるように隙間なく配列された形状の反射面を有
する六角キューブ形の回帰反射板５Ａを用いたものであ
る。図１１はこの反射板５Ａの反射光プロフィールであ
り、反射光領域ｅ＋２ｃの外側にほとんど広がりがない
ことがわかる。この実施の形態ではこのような回帰反射
板を用いることによって反射した光をほぼ全て集光する
ことができ、レンズ２を大きくせずに受光レベルを大き
くし、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。

【００１９】次に本発明の光電センサの使用例について
説明する。図１２（ａ）〜（ｃ）は透明ビン６やＰＥＴ
ボトル７、又はガラス基板８等を検出するようにした使
用例を示している。このように光を屈折させる検出物体
を検出する場合にも本来受光されなかった反射光が屈折
によって受光されることがなくなり、安定してこれらの
ワークを検出することができる。又本発明による光電セ
ンサは投光ビームの径を小さくしており、本来受光部に
受光されない反射光の領域を少なくすることができる。
従って図１３に示すように透明ビン等の間隔を狭くして
も透明ビン等の有無を検出することができ、搬送ライン
を通過する透明ビン等の数を増やして作業効率を向上さ
せることができる。

【００２０】又図１４（ａ），（ｂ）は多数のガラスや
シリコンウエハ等が挿入されたカセットを検出対象とし
ており、ガラス等の位置ずれ検出に本実施の形態による
光電センサを用いたものである。本発明では投光ビーム
の径を細くしているため、微小な遮光領域での受光量の
変化が大きい。従ってガラス板等のワークの微妙な位置
ずれを検出することが可能となる。

【００２１】又ここで説明した各実施の形態では投受光
ビームを分岐させるためにハーフミラーを用いている
が、投光素子の前面にいずれか一方の方向の光を透過す
る偏光フィルタを設け、偏光ビームスプリッタによって
投受光ビームを分離するようにしてもよい。この場合に
は受光素子側には他の偏光方向の光を透過する偏光フィ
ルタを設けておく。回帰反射板は複数回の反射によって
光を反射させるため、反射光の偏光はランダムとなる。
そのため回帰反射板からの反射光のみを受光素子側で受
光することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明によれ
ば、投光ビーム径を受光ビーム径より小さくしているた
め、反射光のうち受光素子が受光する範囲を大きくする
ことができる。そのため透明ビン等のワークの種類にか
かわらず安定した動作を行うことができる。又投光パワ
ーに対する受光パワーの割合が高くなるため、ワークの
有無により受光量の変化が大きくなる。従って従来の光
電センサに比べて微妙な感度調整の必要がなくなり、光
電センサを設置する際の調整の手間を少なくすることが
できる。更に投光ビーム径を小さくしているため、投光
した光が回帰反射板から外れ始める距離を長くすること
ができ、光電センサと回帰反射板間の距離を大きくして
も受光パワーの変動は少なくなる。そのためワークの検
出が可能な設定距離範囲を広く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】本発明の実施の形態１による光電センサ本体部
の断面図である。

【図２】この実施の形態による光電センサの全体構成を
示す図である。

【図３】投光ビームと反射光の径及び受光ビーム径を示
す図である。

【図４】光軸の中心からの距離に対する投光強度と反射
光強度の関係を示す図である。

【図５】本発明の実施の形態２による受光領域と投光領
域及び反射領域を示す図である。

【図６】本実施の形態の投光ビーム、受光ビームと、透
明ビンの屈折状態を示す概略図である。

【図７】（ａ）は本発明の実施の形態３による投光素子
の形状を示す図、（ｂ），（ｃ）は発光部に電極がある
場合及び電極がない場合の投光パワーを示す図である。

【図８】三角錐形の回帰反射板の正面図である。

【図９】三角錐形の回帰反射板の反射光プロフィールを
示すグラフである。

【図１０】六角キューブ形の回帰反射板の正面図及び側
面図である。

【図１１】六角キューブ形の回帰反射板の反射光プロフ
ィールを示す図である。

【図１２】本発明の光電センサの使用例を示す斜視図で
ある。

【図１３】本発明の光電センサの使用例を示す斜視図で
ある。

【図１４】本発明の光電センサをガラスやシリコンウエ
ハ等の位置ずれ検出に用いた状態を示す斜視図である。

【図１５】従来の光電センサの全体構成を示す図であ
る。

【図１６】従来の光電センサの投受光ビームの径を示す
図である。

【図１７】従来の光電センサにおいて透明ビンの影響を
示す概略図である。

【符号の説明】

１，１Ａ 投光素子 ２ レンズ ３ ハーフミラー ４ 受光素子 ５，５Ａ 回帰反射板 １０ 光電センサ本体 １１ スリット

───────────────────────────────────────────────────── 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 (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光素子と、受光素子と、レンズを有し
   前記投光素子の光を該レンズによって投光ビームとして
   回帰反射板に向けて投光すると共に、投光ビームと同軸
   の前記回帰反射板からの反射光を前記受光素子に集光す
   る光学部材と、を具備する同軸の回帰反射型光電センサ
   において、 前記投光素子より回帰反射板に投光する投光ビームの径
   を前記レンズの有効径よりも小さくするようにしたこと
   を特徴とする回帰反射型光電センサ。
2. 【請求項２】 投光素子と、受光素子と、レンズを有し
   前記投光素子の光を該レンズによって投光ビームとして
   回帰反射板に向けて投光すると共に、投光ビームと同軸
   の前記回帰反射板からの反射光を前記受光素子に集光す
   る光学部材と、を具備する同軸の回帰反射型光電センサ
   において、 前記投光素子より前記回帰反射板に投光する投光領域
   を、前記受光素子で受光可能な回帰反射板上の受光領域
   より小さくしたことを特徴とする回帰反射型光電セン
   サ。
3. 【請求項３】 投光素子と、受光素子と、レンズを有し
   前記投光素子の光を該レンズによって投光ビームとして
   回帰反射板に向けて投光すると共に、投光ビームと同軸
   の前記回帰反射板からの反射光を前記受光素子に集光す
   る光学部材と、を具備する同軸の回帰反射型光電センサ
   において、 前記投光素子より回帰反射板に投光し、回帰反射板より
   反射される反射光の領域を前記受光素子で受光可能な回
   帰反射上の受光領域よりも小さくしたことを特徴とする
   回帰反射型光電センサ。