JPH11354831A - 狭い角度特性の光軸付きエリアセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エリアセンサ全体として検出角度範囲を狭く
なりすぎなく、かつ、投光器と受光器との光軸不一致設
置に起因する誤動作の可能性を少なくするエリアセンサ
を提供する。 【解決手段】光線を発光する投光素子２１、２４を複数
有する投光器２０と、前記投光素子２１、２４からの光
線５、２７を受光すべく前記投光素子の各々に対応する
受光素子３１、３４を有する受光器３０とを備えたエリ
アセンサ１０において、前記投光素子と前記投光素子に
対応する前記受光素子との対で形成される複数の光軸の
うち、少なくとも一つの光軸２７の投光素子２４および
／又は受光素子３４の角度特性を他の光軸５の投光素子
２１および／又は受光素子３１の角度特性よりも狭くし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、検出エリア内に投
光素子および受光素子の対からなる光軸を複数配置する
投光器と受光器とを有するエリアセンサに関するもの
で、特に、設置時の光軸調整が正確に行えるエリアセン
サに関する。

【０００２】

【従来の技術】エリアセンサとは、投光器の投光素子お
よび受光器の受光素子の対から成る光軸を複数有しこれ
らの光軸のいずれかの光軸が物体により遮光されたとき
に動作するスイッチをいい、従来より、広い検出エリア
で物体の有無を検出できるもので、特に工作機械、パン
チ機、プレス機、制動機、成形機、自動制御機、巻線
機、ロボット、鋳造機等のオペレータの安全を守るため
に用いられ、プレス機等の危険な領域にこのエリアセン
サを配置して検出エリアとし、オペレータの手指など身
体の一部がこの検出エリアに入ることにより光軸の遮光
を検出して、即座に機械の動作を停止又は警報を発して
保護している。また、エリアセンサは工場の自動生産ラ
インに用いて移動する物品の有無を検出し、物品を検出
したとき次のステップに移る等の自動制御のセンサとし
ても用いられている。

【０００３】この種のエリアセンサの構成は図８に示す
ように、赤外線等を発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）
等からなる投光素子２１を複数個（図８では４個）所定
のピッチで設けた投光器２と、この投光器２の投光素子
２１から発せられる赤外線ビーム５を受光するためにこ
れらの投光素子２１に対応して所定のピッチでフォトト
ランジスタ等からなる受光素子３１を設けた受光器３
と、から成り、プレス機等の保護すべき検出エリアの一
方に投光器２を、また検出エリアの他方に受光器３を対
抗配設し、その投光器２と受光器３の各々の対をなす各
投光素子２１と受光素子３１との間で光ビームの授受が
なされる。

【０００４】図８における投光器２内の従来の投光素子
２１および受光器３内の従来の受光素子３１の各具体的
構成例の１例を図９を用いて説明する。図９（ａ）は従
来の投光素子２１の具体的構成例の１例を示すものであ
り、図９（ｂ）は従来の受光素子２１の具体的構成例の
１例を示すものである。図９（ａ）において、投光素子
２１は、発光ダイオード２２と、この発光ダイオード２
２からの赤外光を所望の配光で赤外線ビームとして投光
する投光レンズ２３とから構成されている。従来の投光
器２においては、これら発光ダイオード２２（図９では
４個）はすべて同一の特性を有するものを用いている。
同様に、投光レンズ２３（同図で４個）もすべて同一の
特性を有するものが用いられる。また、受光素子３１
は、対応する投光素子２１からの赤外線ビーム５が入射
しこれを集光する受光レンズ３３と、この受光レンズ３
３で集光された集光ビームを受光した際に電気的信号を
発するフォトトランジスタ３２とから構成されている。
投光器２と同様、従来の受光器３においても、これらフ
ォトトランジスタ３２（図９では４個）はすべて同一の
特性を有するものを用い、受光レンズ３３（同図で４
個）もすべて同一の特性を有するものが用いられる。従
って、各々の光軸について検出が可能な角度特性は互い
にほぼ同一なものとなる。ここで「角度特性」とは、投
光素子あるいは受光素子のレンズの中心点から見た場合
の、各素子の投光あるいは受光動作ができる領域のこと
を指しており、前記領域は前記中心点からの略円錐形状
をなすため、光軸に対する「角度特性」とした。

【０００５】投光器２と受光器３は、ともに内蔵の制御
回路（図示なし）の制御にしたがって、所定のタイミン
グで投光器２の各投光素子２１の発光と、対応する受光
素子３１の受光を行う。検出エリア内の物体の侵入を確
実に検出するためには、投光器２の各投光素子２１と受
光器３の対応する受光素子３１の光軸とが合うよう設置
されることが必要であり、そのため図８の表示器６が受
光器側に用いられている。この表示器６は複数ある光軸
のうち１つでも遮光があるときは例えば赤色表示をし、
全光軸が遮光のない場合にのみ緑色表示をするものであ
る。したがって、エリアセンサの設置時にはこの表示器
６を見ながら投光器又は受光器を受光器又は投光器に対
して相対移動させつつ表示器６が赤色表示から緑色表示
へと変化したその位置状態に固定すればよいこととな
る。図１０（ａ）は、このようにして設置された投光器
２の光軸と受光器３の光軸がすべて合っている理想的な
状態を、光軸の並び方向からみた説明図である。図１０
（ａ）において、２は投光器、３は受光器、５は所定の
角度特性を持つ赤外線ビーム、点線は、検出できる角度
の範囲を示したものである。このようにして設置された
エリアセンサの検出エリア内に、図１０（ｂ）のように
いま人間の手指等の遮光物体９の侵入があると、これに
よりその位置にある赤外線ビーム５が遮光されて対応す
る位置にある受光器３で受光できなくなるので、受光器
３から警報を発したり機械の動作を停止したりして安全
を図っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】エリアセンサを設置す
る際に、各光軸に関してはその角度特性が図１０のよう
に広い方が光軸合わせがしやすく、従って使い勝手が良
い。しかしながら光軸が広いと、投光器２の光軸と受光
器３の光軸とが水平方向面上で光学的にずれて取り付け
られても、光軸が広いので受光器３が投光器２からの光
を受光して正常に動作してしまうため、光軸合わせ時に
光軸のずれが認識できないままその状態で設置固定され
てしまうこととなる。ところが、この場合、外部の反射
体などが近傍に存在するとき次の危険な状況が起きた。
図１１はこの危険な状況を説明するものである。図１１
（ａ）は、投光器２と受光器３の光軸がずれて設置され
ている状態の例を、光軸の並び方向からみた説明図であ
る。図１１（ａ）において、２は投光器、３は受光器、
５は所定の角度特性を持つ赤外線ビーム、８は反射面を
備えた物品や鏡等の鏡面体、点線は、検出できる角度の
範囲を示したものである。この例においては投光器２と
受光器３との光軸がずれて設置されているにもかかわら
ず、受光器３が投光器２からの光の一部を受光するため
正常に動作してしまうことから、設置者は光軸合わせが
充分であると考えてエリアセンサをこの設置状態で設置
してしまったものである。

【０００７】ところが、このような設置状態において、
図１１（ｂ）のように検出角度範囲内（通常動作範囲
内）に鏡面体８がたまたま存在すると、遮光物体９が侵
入しても赤外線ビーム５の一部５６が鏡面体８で反射し
て対応する位置にある受光器３で受光してしまうので、
警報を発したり機械の動作を停止したりしなくなり、エ
リアセンサが誤動作する可能性があり、きわめて危険な
状態となった。

【０００８】この危険な状況を防止するため、光軸の素
子の角度特性をすべて狭くすればよいことになるが、光
軸の素子の角度特性をすべて狭くすると構造や製造のば
らつきなどからエリアセンサ全体として検出角度範囲が
狭くなりすぎるおそれがある。特に、光軸数が多いとき
には、光軸数が少ないときと比べてばらつきが必然的に
大きくなり、各光軸を一致配置させる作業が面倒になる
と共に、設置時の光軸調整が困難となり、従って使い勝
手が悪くなる。

【０００９】このような欠点を解決するエリアセンサが
知られている。それは各光軸をそれぞれ上下左右方向に
少しずらせて配置することにより、結果的に全体で細い
赤外線ビームにしようとするものである。しかしなが
ら、各光軸を中心線にそって一直線に配列するのと違っ
て各光軸をずらせて配置することは製造上きわめて煩雑
な作業となり、コスト高になってしまう欠点があった。

【００１０】そこで、本発明は上記問題点を解決するこ
とを目的とし、エリアセンサ全体として検出角度範囲を
狭くなりすぎない様にし、かつ、投光器２と受光器３と
の光軸不一致設置に起因する誤動作の可能性を少なく
し、しかも製造上煩雑な作業とならないエリアセンサの
提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１記載の発明は、光線を発光する投光素子を
複数有する投光器と、投光素子からの光線を受光すべく
前記投光素子の各々に対応する受光素子を有する受光器
とを備えたエリアセンサにおいて、前記投光素子と前記
投光素子に対応する前記受光素子との対で形成される複
数の光軸のうち、少なくとも一つの光軸の投光素子およ
び／又は受光素子の角度特性を他の光軸の投光素子およ
び／又は受光素子の角度特性よりも狭くしたことを特徴
としている。また、請求項２記載の発明は、投光素子の
各々は発光ダイオードを有し、前記狭い角度特性を有す
る投光素子の発光ダイオードは他の投光素子の発光ダイ
オードより小さい発光径の発光ダイオードであること、
および／又は、前記受光素子の各々は光半導体受光素子
を有し、前記狭い角度特性を有する受光素子の光半導体
受光素子は他の受光素子の光半導体受光素子より小さい
受光径の光半導体受光素子であることを特徴としてい
る。さらに、請求項３記載の発明は、投光素子の各々は
発光ダイオードとレンズを有し、および／又は、前記受
光素子の各々は光半導体受光素子とレンズを有するもの
において、前記狭い角度特性を有する投受光素子のレン
ズは他の投受光素子のレンズより狭い配光特性のレンズ
であることを特徴としている。そして、請求項４記載の
発明は、狭い配光特性のレンズはレンズ径を変えること
により実現しすることを特徴としている。また、請求項
５記載の発明は、狭い配光特性のレンズはその焦点距離
を変えることにより実現することを特徴としている。さ
らに、請求項６記載の発明は、スリット穴のあいたスリ
ット板を前記レンズと前記光半導体受光素子との間に介
在させ、該スリット穴の径を変えることにより角度特性
を変えることを特徴としている。以上の構成によれば、
エリアセンサの複数光軸のうちの狭い光軸を合わせるこ
とにより投光器と受光器の光軸合わせが確実に行われる
と共に、他の光軸は広い角度特性を有するので全体の光
軸調整が煩わしくなることを防ぐことができる。したが
って、使い勝手が良いと同時に誤動作の可能性を小さく
することができ、プレス機等の安全装置として用いられ
た場合に、より安全性を高めることができる。

【００１２】そして、請求項７記載の発明は、発光ダイ
オードを複数有する投光器と、発光ダイオードからの光
線を受光すべく前記発光ダイオードの各々に対応する光
半導体受光素子を有する受光器とを備えたエリアセンサ
において、発光ダイオードおよび／又は光半導体受光素
子はその光学特性が楕円特性のものを用い、かつ、前記
発光ダイオードと前記対応光半導体受光素子との対で形
成される複数の光軸のうち、少なくとも一つの光軸の発
光ダイオードおよび／又は光半導体受光素子はその楕円
特性の長軸方向を光軸の並び方向に向け、他の光軸の発
光ダイオードおよび／又は光半導体受光素子はその楕円
特性の短軸方向を光軸の並び方向に向けたことを特徴と
している。請求項６までの場合広い角度特性の光軸と狭
い角度特性の光軸とを作るには、光学特性が異なる素子
を調達する必要があったが、以上の構成によれば、光学
特性が楕円の素子のみを調達すればよく、後はその配置
方向を変えるだけで、広い角度特性の光軸と狭い角度特
性の光軸とを簡単に作ることができるので有利である。

【００１３】また、請求項８記載の発明は、狭い角度特
性を有する２つの光軸がエリアセンサの光軸の並び方向
の両端近傍に互いに隔てて設けられたことを特徴として
いる。この構成によれば、エリアセンサの複数光軸のう
ちの狭い光軸が複数あるので、投光器と受光器の光軸合
わせの際に投光器と受光器の上下方向のねじれについて
も光軸合わせが確実に行われる。この場合においても、
他の光軸は広い角度特性を有するので全体の光軸調整が
煩わしくなることはない。

【００１４】さらに、請求項９記載の発明は、前記投光
器が光線を発光する投光素子を複数有する投光器基部ユ
ニットと、前記基部ユニットに接続可能な投光器拡張ユ
ニットと、から構成され、前記受光器が前記投光素子か
らの光線を受光すべく前記投光素子の各々に対応する受
光素子を有する受光器基部ユニットと、前記基部ユニッ
トに接続可能な受光器拡張ユニットと、から構成される
ものであることを特徴としている。また、請求項１０記
載の発明は、前記狭い角度特性を有する光軸は少なくと
も前記基部ユニットに存在することを特徴としている。
さらに、請求項１１記載の発明は、前記狭い角度特性を
有する光軸は前記基部ユニットおよび各拡張ユニットの
各ユニットの同一位置に存在することを特徴としてい
る。以上の構成によれば、基部ユニットに拡張ユニット
を接続することにより拡張が可能な拡張型エリアセンサ
において、基部ユニットの複数光軸のうちの狭い光軸を
合わせることにより投光器と受光器の光軸合わせが確実
に行われると共に、他の光軸は広い角度特性を有するの
で拡張ユニットが接続される場合でも全体の光軸調整が
煩わしくなることを防ぐことができる。したがって、拡
張ユニットが接続されることにより拡張された場合で
も、使い勝手が良いと同時に誤動作の可能性を小さくす
ることができ、プレス機等の安全装置として用いられた
場合に、より安全性を高めることができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
について図１〜図５を参照して説明する。第１の実施の
形態にかかるエリアセンサ１０の全体斜視図を図１に示
す。投光器２０は、赤外線を発光する発光ダイオード
（ＬＥＤ）等からなる投光素子２１を複数個（図１では
３個）と後述する狭特性投光素子２４とを所定のピッチ
で備えている。受光器３０は、この投光器２０の投光素
子２１から発せられる赤外線ビーム５を受光するために
これらの投光素子２１に対応した位置に設けたフォトト
ランジスタ等からなる受光素子３１と、狭特性投光素子
２４からの赤外線狭ビーム２７を受光するために狭特性
投光素子２４に対応した位置に設けた後述する狭特性受
光素子３４とを備えている。

【００１６】投光器２０と受光器３０はともに内蔵の制
御回路（図２の４１、４２）によって制御され、信号線
７によって互いの同期信号の授受を行っている。しかし
ながら、双方の制御回路等を１つの共通の制御器に収納
して、接続ケーブルによって制御器と投光器２０、およ
び制御器と受光器３０と接続してもよい。図１では、内
蔵の制御回路の制御にしたがって所定のタイミングで投
光器２の各投光素子２１、２４の発光と、対応する受光
素子３１、３４の受光を行う。すなわち、エリアセンサ
１０は、図示しないプレス機等の保護すべき検出エリア
の一方に投光器２０を、また検出エリアの他方に受光器
３０を対抗配設し、その投光器２０と受光器３０の各々
の対をなす各投光素子２１、２４と受光素子３１、３４
との間で光ビームの授受がなされる。

【００１７】図２は、本実施例のエリアセンサ１０のブ
ロック図である。上述のようにエリアセンサ１０は投光
器２０と受光器３０から構成されている。投光器２０は
所定のピッチ、例えば４ｃｍ、で配設された所望の数の
発光ダイオード等から成る投光素子２１および狭特性投
光素子２４（本実施例では合計４個）と、これらの各投
光素子２１、２４を駆動する投光回路２８と、投光回路
２８を時分割でスキャンする投光素子切替回路２９と、
を有している。

【００１８】受光器３０は、投光器２０と同じピッチで
配設された所望の数のフォトトランジスタ等から構成さ
れている受光素子３１および狭特性受光素子３４と、こ
れらの各受光素子３１の受光信号をＩ−Ｖ変換する受光
回路３６と、投光回路２８と対を成す投光素子２１、２
４と同期して時分割でスキャンする受光素子切替回路３
７と、エリアセンサ１０の状態を表示する表示器６と、
を有している。そして、さらに、受光切替回路３７から
の信号に応じて受光回路３６からの受光信号を増幅する
増幅回路３８と、この増幅された信号を所定のしきい値
を基準にして１と０に変換する２値化回路３９と、この
２値化信号をしきい値で検波する検波回路４０と、受光
器側のシステムの制御を行なう受光器側制御回路４１
と、投光器側制御回路４２と、プレス機等へ動作停止を
行なわせるための出力回路４３と、を有している。表示
器６は、例えば赤と緑の表示をする表示灯１個を用いた
ものであれば、すべての光軸が一致したとき緑で点灯
し、それ以外の場合は赤で点灯したり、また単色の表示
灯であればすべての光軸が一致したときは点灯、それ以
外の場合は消灯するものであってもよい。その他、図示
しないが投光／受光監視回路が投光器側と受光器側にそ
れぞれ設けてあり、これで各発光素子や受光素子が正常
に動作しているか否かを常時監視し、素子故障等の以上
が発生したとき速やかにオペレータに警報するようにし
ている。

【００１９】図３は、図２における各投光素子２１、２
４の構成および受光器３０の各受光素子３１、３４の構
成の１例を示している。図３において、各投光素子２１
は、制御回路からの制御に従って発光する発光ダイオー
ド２２と、この発光ダイオード２２からの赤外光を所望
の配光で赤外線ビーム５として投光する投光レンズ２３
と、から構成されている。投光器２０は、上から１番
目、２番目及び４番目の３個の投光素子２１の発光ダイ
オード２２はすべて同一の角度特性（例えば、±２．５
度）を有するものを用い、上から３番目の狭特性投光素
子２４は、上述の発光ダイオード２２よりも発光径の小
さい発光ダイオード２４（以下、狭発光ダイオード２４
と記す）を用いている。例えば、市販の発光ダイオード
には発光径が２８０μｍのものや１５０μｍのものが存
在するが、ここでは発光ダイオード２２の発光径を２８
０μｍのものとし、狭発光ダイオード２４の発光径を１
５０μｍのものとする。なお、この図３では、投光レン
ズ２３はすべて同一の特性を有するものが用いられてい
る。この構成によって、狭特性投光素子２４からの赤外
線ビーム２７は他の投光素子２１からの赤外線ビーム５
よりも角度特性の狭いビームとなる（以下、赤外線狭ビ
ーム２７と記す）。

【００２０】また、受光素子３１は、対応する投光素子
２１からの赤外線ビーム５が入射しこれを集光する受光
レンズ３３と、この受光レンズ３３で集光された集光ビ
ームを受光した際に電気的信号を発するフォトトランジ
スタ３２と、から構成されている。図３に示す受光器３
０においては、投光器同様、上から１番目、２番目及び
４番目の３個の受光素子３１のフォトトランジスタ３２
はすべて同一の特性を有するものを用いている。上から
３番目の狭特性受光素子３４は、対応する狭投光素子３
１からの赤外線狭ビーム２７が入射しこれを集光する受
光レンズ３３と、この受光レンズで集光された集光ビー
ムを受光した際に電気的信号を発し、上述のフォトトラ
ンジスタ３２よりも受光径が小さいフォトトランジスタ
３４（以下、狭フォトトランジスタ３４と記す）と、か
ら構成されている。図３では、受光レンズ３３はすべて
同一の特性を有するものが用いられている。この構成に
よって、狭特性受光素子３４の受光の角度特性は他の受
光素子３１の受光の角度特性よりも狭い角度特性とな
る。従って、上から１番目、２番目及び４番目の各々の
光軸について検出が可能な角度特性は互いにほぼ同一で
あり、これに比して上から３番目の光軸について検出が
可能な角度特性は他よりも狭いものとなる。

【００２１】つぎに以上の構成のエリアセンサ１０の動
作について説明する。まず、投光器２０の発光素子２
１、２４を所定の間隔でサイクリックにスキャン発光さ
せ、発光タイミングに同期して対となる受光器３０の受
光回路３６もサイクリックにＯＮさせてスキャン受光を
行ない、常に１対の投受光器のみが動作してその他の投
受光器はその間は動作しないようにして確実に遮光を検
出している。プレス機等の安全装置のエリアセンサとし
てエリアセンサ１０を設置するに際しては、前述したよ
うに投光器２０と受光器３０の光軸調整が行われる。こ
の光軸調整の場合、エリアセンサの設置者は受光器３０
の表示器６を確認しながら、表示器６がすべての光軸が
一致する（例えば緑色表示になる）まで投光器２０と受
光器３０の相対位置を変えながら調整し、一致した位置
に固定する。

【００２２】図４は、このようにして光軸調整された結
果の投光器２０と受光器３０の光軸がすべて合っている
理想的な設置状態を、光軸の並び方向からみた説明図で
ある。同図において２０は投光器、３０は受光器、点線
は、一般特性投光素子２１と受光素子３１の対から成る
光軸で検出が可能な角度の範囲を示したものである。ま
た、同図において実線が本発明により設けられた狭特性
投光素子２４と狭特性受光素子３４との対から成る光軸
で検出できる角度の範囲を示したものである。このよう
にして設置されたエリアセンサの検出エリア内に遮光物
体の侵入があると、その侵入位置にある赤外線ビームが
遮光され対応位置にある受光素子３１および／または狭
特性受光素子３４が受光できなくなるので、警報を発し
たり機械の動作を停止したりして安全を図っている。

【００２３】図５は、投光器２０と受光器３０の光軸が
図４の理想的な設置状態よりもずれてなされている設置
状態の例を、光軸の並び方向からみた説明図である。同
図における点線および実線は図４におけるものと同じも
のを示している。図５は、狭特性投光素子２４からの赤
外線ビーム５５が狭特性受光素子３４で受光される臨界
位置を示している。すなわち、これ以上光軸が水平方向
面上で光学的にずれてエリアセンサを取り付けようとし
ても、本発明により設けられた狭特性投光素子２４と狭
特性受光素子３４との対から成る光軸５５が検出できな
くなってしまい、表示器６が緑色表示にならなくなって
しまうのである。このように、本実施の形態の場合、狭
特性投光素子２４と狭特性受光素子３４の対から成る角
度特性の狭い光軸が光軸調整に決定的に関わるため、図
１１に示す従来例に比して光軸のずれが大幅に改善され
ることが分かる。図５において、投光器２０と受光器３
０を結ぶ線に対する投光器２０の水平方向のずれ角をθ
５で示している。同様に、図１１（ｂ）において、投光
器２０と受光器３０を結ぶ線に対する投光器２０の水平
方向のずれ角をθ１１で示している。これら２つのずれ
角の大きさの違いからわかるように、図５の場合は図１
１と同じ位置に例えば鏡面体８があっても、鏡面体８に
おける反射光はすべて受光器の検出範囲外へ向かうので
受光器による誤検出はなく、エリアセンサ１０が誤動作
しない。したがって、使い勝手が良いと同時に近傍の鏡
面体による誤動作の可能性を小さくすることができ、プ
レス機等の安全装置として用いられた場合に安全性のよ
り高いものとすることができる。

【００２４】なお、上記実施例においては上から３番目
の光軸を狭い角度特性としているが、これに限られるも
のでなく、任意の位置の光軸を狭い角度特性としてよい
ことはいうまでもない。さらに、上記実施例においては
狭い角度特性の光軸を１つだけ設けているが、これに限
られるものではなく、複数の光軸を狭い角度特性とする
ことができる。

【００２５】これまで、狭い角度特性の光軸を作る方法
として、発光ダイオードの発光径の違うものを用いるこ
とで説明をしてきたが、本発明はこれに限定されるもの
ではない。例えば、これまでは図１２（ａ）に示すよう
な発光ダイオードの光学特性が上下左右に円形のものを
扱っていた。図１２は発光ダイオードの発光する赤外線
ビームをその直角方向の受光面で受光したときの光分布
形状を表している。図１２（ａ）は受光面で受光したと
きの光分布形状が円形のものを示しており、そのうち上
位から３個目の発光ダイオードの円は他の（上位から２
個と最下位の１個）の発光ダイオードの円よりも半径の
狭い（すなわち、狭い角度特性の）ものとしてある。こ
の上位から３個目の発光ダイオードによって、図で見て
横方向に狭い角度特性の光軸を作ることが可能となる。
この場合、発光ダイオードを２種類（発光径の大小）揃
える必要があった。しかしながら、本発明に使用される
ものは必ずしも図１２（ａ）に示すような発光ダイオー
ドの光学特性が円形のものでなくともよく、例えば図１
２（ｂ）に示すような発光ダイオードの光学特性が楕円
特性のものも市販されているので、これを使用すること
も可能である。この場合、図１２（ｂ）の上から３番目
の素子のように、１光軸について楕円特性の長軸方向を
光軸の並び方向に向ければ、これによって図で見て横方
向に狭い角度特性の光軸を作ることができ、その他の素
子については楕円特性の短軸方向を光軸の並び方向に向
ければ図１２（ａ）と同じような作用効果が得られる。
図１２（ａ）では発光ダイオードを２種類揃える必要が
あったが、図１２（ｂ）においては同一素子のみを調達
すればよいので製造上きわめて有利となる。また、これ
と同じことはフォトダイオードやフォトトランジスタに
も当てはまる。すなわち、フォトダイオードやフォトト
ランジスタについてその光学特性が楕円特性のものも市
販されているので、これを使用して楕円特性の長軸方向
を光軸の並び方向に向け、楕円特性の短軸方向を水平方
向に向ければ狭い角度特性の光軸を得ることができる。

【００２６】以上は、狭特性投光素子２４と狭特性受光
素子３４とを１対として扱ってきたが、本発明はこれに
限定されるものではない。別の実施例としては、投光器
２０にはかなり狭い狭特性の投光素子２４を設け、これ
に対応する受光器３０の受光素子には狭特性でない他と
同じ受光素子３１を使用したとしても、結果的には狭い
角度特性の光軸を設けることができる。同様に、投光器
２０の投光素子には狭特性でないすべて同一の投光素子
２１を使用して、受光器３０にはかなり狭い狭特性の受
光素子３４を使用すると、結果的には狭い角度特性の光
軸を設けることができる。

【００２７】さらには、狭特性投光素子２４の投光レン
ズとして、他の投光素子２１の投光レンズよりも狭い配
光特性の投光レンズを使用すると、狭発光ダイオード２
５は使用しなくても良く、その代わりに狭特性でない投
光素子２１を使用しても狭い角度特性の光軸を得ること
ができる。同様に、狭特性受光素子２４の受光レンズレ
ンズとして、他の受光素子２１の受光レンズよりも狭い
配光特性のものを使用すると、狭発光ダイオード２５の
代わりに狭特性でない受光素子２１を使用しても狭い角
度特性の光軸を得ることができる。狭い配光特性のレン
ズは、具体的には レンズ径を変える。 焦点距離を変える。 ことで簡単に実現することができる。

【００２８】狭い角度特性の光軸を得ることができるさ
らに別の方法として、図１４に示す方法がある。図１４
は、スリット穴の径の異なるスリット板を受光レンズ３
３と光半導体受光素子３２との間に介在させた場合に角
度特性が異なることを説明する図である。すなわち、図
１４において（ａ）はスリット穴１４３の径が小さいス
リット板１４４を使用した場合であり、（ｂ）はスリッ
ト穴１４１の径が大きなスリット板１４２を使用した場
合である。図１４（ａ）において、光軸に平行な光線
（実線）の場合にはスリット穴１４３内で焦点を結ぶた
め光半導体受光素子３２は受光できるが、光軸に対して
角度的にずれた光線（点線）の場合にはスリット穴１４
からずれた位置で焦点を結び、したがってかかる光線は
スリット板１４４でカットされるので光半導体受光素子
３２は受光できない。このようにして、光軸にほぼ平行
な光線のみが光半導体受光素子３２で受光されるため狭
い角度特性が得られる。これに対して、図１４（ｂ）の
ようにスリット穴１４１の径が大きな場合は、光軸に対
して角度的にずれた光線（実線）の場合にもスリット穴
１４１内で焦点を結ぶため、光半導体受光素子３２は受
光できることとなる。したがってこの場合には広い角度
特性が得られることとなる。このように、スリット板の
位置に受光レンズによって光が絞られ、その絞られた光
がスリット穴を通るか通らないかで角度特性が決まるの
である。したがって、受光レンズと光半導体受光素子と
の間に介在させたスリット板のスリット穴の径を変える
ことにより簡単に角度特性を変えることが可能となる。

【００２９】図１３は、これまで説明したような投光器
２０の投光面と受光器３０の受光面の非平行による光学
的ずれではなくて、投光器２０の投光面と受光器３０の
受光面とが互いに平行に対向していながら上下方向に投
光器２０と受光器３０が開くことによる光学的ずれを示
すものである。このような光学的ずれも本発明の狭い角
度特性の光軸を複数用いると、直すことができる。すな
わち、図１３において、本発明の狭い角度特性の光軸の
２本をエリアセンサの光軸の並び方向の上端近傍（例え
ば、光軸５１又は５２）と下端近傍（例えば、光軸５８
又は５９）のように互いに隔てて設けるようにするとよ
い。このようにすると、上下方向に開いた場合最上端の
投光素子２１の赤外線ビーム（光軸５１）を受光素子３
１が受光できないので表示器は緑色表示にならないた
め、設置者は試行錯誤しながら投光器２０と受光器３０
の位置関係をいろいろ変えることになり、したがって最
終的に上下方向に両面が開かないようになった状態で設
置固定するようになる。このためこのような光学的ずれ
のないエリアセンサの設置が可能となる。ところが従来
のように、広角度特性の光軸ばかりで構成すると、図１
３のような位置関係であっても、最上端付近の投光素子
２１の赤外線ビーム（光軸５１）を受光素子３１が受光
してしまうため、光学的ずれが修正されることなくこの
状態で光軸調整が終了してしまうこととなる。

【００３０】次に、本発明の第２の実施の形態について
図６を参照して説明する。図６は増設型のエリアセンサ
に、狭い角度特性を有する光軸を設けた本発明の実施例
の斜視図である。増設型のエリアセンサとは、単位とな
る投光器基部ユニット６０ですでに投光器の機能を有し
ており、同じく単位となる受光器基部ユニット７０です
でに受光器の機能を有しており、共に通信線７で接続す
ることによりエリアセンサが形成されるものであるが、
さらに、投光器拡張ユニット６１を所望の数だけ投光器
基部ユニット６０にその長さ方向に連結し、これと対応
する数の受光器拡張ユニット７１を受光器基部ユニット
７０にその長さ方向に連結することにより、検出エリア
を広げることができるエリアセンサをいう。増設型のエ
リアセンサの制御は設計段階で１周期に必要とされる最
大光軸数を決めて、その最大光軸数まで駆動できるよう
に設計しておけば、その最大光軸数以内であれば拡張ユ
ニットの増減に関係なく共通の制御器５１を何の変更も
なく用いることができる。

【００３１】図６の実施の形態においては、両基部ユニ
ット、両拡張ユニットともに４本の光軸を有する。この
実施例では、一つの基部ユニットに三つの拡張ユニット
が連結されているので、合計で１６本の光軸を有してい
る。これらの光軸のなかで基部ユニットの一番上の光軸
は、狭特性投光素子２４を用いることにより狭い角度特
性となっている。基部ユニットの他の光軸および拡張ユ
ニットのすべての光軸に対応する投光素子は、同一の特
性を有する投光素子２１である。例えば、第１の実施例
と同様に、投光素子２１は発光径２８０μｍの発光ダイ
オードを備え、狭特性投光素子２４は発光径１５０μｍ
の狭発光ダイオードを備える。

【００３２】第２の実施の形態にかかるエリアセンサ５
０の動作については、上述の第１の実施の形態にかかる
エリアセンサ１０と同様であるので、説明を省略する。
以上の構成によれば、増設型エリアセンサ５０において
も第１の実施の形態と同様に、狭特性投光素子２４によ
る狭い角度特性の光軸を一致させていることから、光軸
調整がより正確に行なえるとともに、他の光軸は広い角
度特性を有するので調整作業が困難なく行なえる。使い
勝手が良いと同時に誤動作の可能性を小さくすることが
でき、プレス機等の安全装置として用いられた場合に、
より安全性を高めることができる。なお、上記実施の形
態においては基部ユニットの一番上の光軸を狭い角度特
性としているが、これに限られるものでなく、基部ユニ
ットの任意の位置の光軸を狭い角度特性とすることがで
きる。上記実施例の変形として、基部ユニットの投光器
６０の投光素子はすべて同一の投光素子２１を使用し、
基部ユニットの受光器７０の受光素子のすくなくとも１
つを狭特性受光素子３４としても狭い角度特性の光軸を
設けることができる。また、投受光素子がレンズを有す
る場合であれば、レンズについても、〔００２６〕で述
べたのと同じことが成り立つ。

【００３３】次に、本発明の第３の実施の形態について
図７を参照して説明する。図７は増設型のエリアセンサ
５１に、狭い角度特性を有する光軸を設けた本発明の他
の実施例の斜視図である。図７の実施例においては、基
部ユニット、拡張ユニットともに４本の光軸を有する。
この実施例では、一つの基部ユニットに３つの拡張ユニ
ットが連結されているので、合計で１６本の光軸を有し
ている。基部ユニットの一番上の光軸は投光器６０に狭
特性投光素子２４を用いることにより狭い角度特性とな
っているとともに、各拡張ユニットの一番上の光軸も投
光器６２に狭特性発光素子２４を用いることにより、狭
い角度特性となっている。基部ユニットおよび拡張ユニ
ットの他の光軸に対応する投光素子は、同一の特性を有
する投光素子２１である。例えば、第２の実施の形態と
同様に、投光素子２１は発光径２８０μｍの発光ダイオ
ードを備え、狭特性投光素子２４は発光径１５０μｍの
狭発光ダイオードを備える。

【００３４】第３の実施の形態にかかるエリアセンサ５
０の動作についても、上述の第１の実施の形態にかかる
エリアセンサ１０と同様であるので、説明を省略する。
以上の構成によれば、増設型エリアセンサ５０において
も第１の実施の形態同様に、狭特性投光素子２４による
狭い角度特性の光軸を一致させていることから、光軸調
整がより正確に行なえるとともに、他の光軸は広い角度
特性を有するので調整作業が困難なく行なえる。使い勝
手が良いと同時に誤動作の可能性を小さくすることがで
き、プレス機等の安全装置として用いられた場合に、よ
り安全性を高めることができる。さらには拡張ユニット
を用いた場合には、狭い角度特性の光軸が複数個となる
ので、上下方向のねじれの光軸調整も正確に行なうこと
ができるができる。また、基部ユニットおよび各拡張ユ
ニットにおいて、その各ユニットの同じ位置に狭い角度
特性の光軸を設けるようにすると、拡張の際に投受光の
各ユニットの対関係を考慮せずに拡張することができる
ので、いっそう便利である。なお、上記実施の形態にお
いては基部ユニットおよび拡張ユニットの一番上の光軸
を狭い角度特性としているが、これに限られるものでな
く、基部ユニットおよび拡張ユニットの任意の位置の光
軸を狭い角度特性とすることができる。上記実施の形態
の変形として、基部ユニットおよび拡張ユニットの投光
器６０の投光素子はすべて同一の投光素子２１を使用
し、基部ユニットおよび拡張ユニットの受光器７０の受
光素子のすくなくとも１つを狭特性受光素子３４として
も狭い角度特性の光軸を設けることができる。また、投
受光素子がレンズを有する場合であれば、レンズについ
ても、〔００２６〕で述べたのと同じことが成り立つ。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において、
エリアセンサは光線を発光する投光素子を複数有する投
光器と、前記投光素子からの光線を受光すべく前記投光
素子の各々に対応する受光素子を有する受光器とを備
え、前記投光素子と前記投光素子に対応する前記受光素
子との対で形成される複数の光軸のうち、少なくとも一
つの光軸の素子の角度特性を他の光軸の素子の角度特性
よりも狭くした構成を有する。この構成によれば、エリ
アセンサの複数光軸のうちの狭い光軸を合わせることに
より投光器と受光器の光軸合わせが確実に行われると共
に、他の光軸は広い角度特性を有するので全体の光軸調
整が煩わしくなることを防ぐことができる。したがっ
て、使い勝手が良いと同時に誤動作の可能性を小さくす
ることができ、プレス機等の安全装置として用いられた
場合に、より安全性を高めることができる。さらに、狭
い角度特性を有する光軸を複数設けることにより、エリ
アセンサの複数光軸のうちの狭い光軸が複数あるので、
投光器と受光器の光軸合わせの際に投光器と受光器の上
下方向のねじれについても光軸合わせが確実に行われ
る。この場合においても、他の光軸は広い角度特性を有
するので全体の光軸調整が煩わしくなることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態にかかるエリアセン
サの全体斜視図である。

【図２】図１のエリアセンサに係るブロック図である。

【図３】図２の投光素子および受光素子の具体的構成例
の概略図である。

【図４】本発明による投光器と受光器の光軸が一致する
理想的な設置状態を説明する説明図である。

【図５】本発明による投光器と受光器の光軸がずれて設
置された例を説明する説明図である。

【図６】第２の実施の形態にかかるエリアセンサの全体
斜視図である。

【図７】第３の実施の形態にかかるエリアセンサの全体
斜視図である。

【図８】従来のエリアセンサの全体斜視図である。

【図９】図８における投光素子および受光素子の具体的
構成例の概略図である。

【図１０】従来の投光器と受光器の光軸が一致する理想
的な設置状態を説明する説明図である。

【図１１】従来の投光器と受光器の光軸がずれて設置さ
れた例を説明する説明図である。

【図１２】発光特性が円形と楕円形を示す発光ダイオー
ドを用いた例を説明する説明図である。

【図１３】図１１の他に、投光器と受光器が上下方向に
開くことによる光学的ずれを説明する説明図である。

【図１４】狭い角度特性の光軸を得ることができる別の
実施の形態を説明する説明図である。

【符号の説明】

１、１０、５０ エリアセンサ ２、２０、６０、６１、６２ 投光器 ２１ 投光素子 ２２ 発光ダイオード ２３ 投光レンズ ２４ 狭特性投光素子 ２５ 狭発光ダイオード ２７ 赤外線狭ビーム ２８ 投光回路 ２９ 投光素子切替回路 ３、３０、７０、７１ 受光器 ３１ 受光素子 ３２ フォトトランジスタ ３３ 受光レンズ ３４ 狭特性受光素子 ３５ 狭フォトトランジスタ ３６ 受光回路 ３７ 受光素子切替回路 ３８ 増幅回路 ３９ ２値化回路 ４０ 検波回路 ４１ 受光側制御回路 ４２ 投光側制御回路 ４３ 出力回路 ５、５１、５２、５５、５６、５８、５９ 光軸（赤外
線ビーム） ６ 表示器 ７ 信号線 ８ 鏡面体 ９ 遮光物体 １４１ 径の大きなスリット穴 １４２、１４４ スリット板 １４３ 径の小さなスリット穴

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光線を発光する投光素子を複数有する投
   光器と、前記投光素子からの光線を受光すべく前記投光
   素子の各々に対応する受光素子を有する受光器とを備え
   たエリアセンサにおいて、 前記投光素子と前記投光素子に対応する前記受光素子と
   の対で形成される複数の光軸のうち、少なくとも一つの
   光軸の投光素子および／又は受光素子の角度特性を他の
   光軸の投光素子および／又は受光素子の角度特性よりも
   狭くしたことを特徴とするエリアセンサ。
2. 【請求項２】 前記投光素子の各々は発光ダイオードを
   有し、前記狭い角度特性を有する投光素子の発光ダイオ
   ードは他の投光素子の発光ダイオードより小さい発光径
   の発光ダイオードであること、および／又は、 前記受光素子の各々は光半導体受光素子を有し、前記狭
   い角度特性を有する受光素子の光半導体受光素子は他の
   受光素子の光半導体受光素子より小さい受光径の光半導
   体受光素子であることを特徴とする請求項１記載のエリ
   アセンサ。
3. 【請求項３】 前記投光素子の各々は発光ダイオードと
   レンズを有し、および／又は、前記受光素子の各々は光
   半導体受光素子とレンズを有するものにおいて、前記狭
   い角度特性を有する投受光素子のレンズは他の投受光素
   子のレンズより狭い配光特性のレンズであることを特徴
   とする請求項１記載のエリアセンサ。
4. 【請求項４】 前記狭い配光特性のレンズはレンズ径を
   変えることにより実現したことを特徴とする請求項３記
   載のエリアセンサ。
5. 【請求項５】 前記狭い配光特性のレンズは焦点距離を
   変えることにより実現したことを特徴とする請求項３記
   載のエリアセンサ。
6. 【請求項６】 スリット穴のあいたスリット板を前記レ
   ンズと前記光半導体受光素子との間に介在させ、該スリ
   ット穴の径を変えることにより角度特性を変えることを
   特徴とする請求項３記載のエリアセンサ。
7. 【請求項７】 発光ダイオードを複数有する投光器と、
   前記発光ダイオードからの光線を受光すべく前記発光ダ
   イオードの各々に対応する光半導体受光素子を有する受
   光器とを備えたエリアセンサにおいて、 前記発光ダイオードおよび／又は光半導体受光素子はそ
   の光学特性が楕円特性のものを用い、かつ、前記発光ダ
   イオードと前記対応光半導体受光素子との対で形成され
   る複数の光軸のうち、少なくとも一つの光軸の発光ダイ
   オードおよび／又は光半導体受光素子はその楕円特性の
   長軸方向を光軸の並び方向に向け、他の光軸の発光ダイ
   オードおよび／又は光半導体受光素子はその楕円特性の
   短軸方向を光軸の並び方向に向けたことを特徴とするエ
   リアセンサ。
8. 【請求項８】 前記狭い角度特性を有する２つの光軸が
   エリアセンサの光軸の並び方向の両端近傍に互いに隔て
   て設けられたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか
   １項記載のエリアセンサ。
9. 【請求項９】 前記投光器が光線を発光する投光素子を
   複数有する投光器基部ユニットと、前記基部ユニットに
   接続可能な投光器拡張ユニットと、から構成され、 前記受光器が前記投光素子からの光線を受光すべく前記
   投光素子の各々に対応する受光素子を有する受光器基部
   ユニットと、前記基部ユニットに接続可能な受光器拡張
   ユニットと、から構成されるものであることを特徴とす
   る請求項１〜８のいずれか１項記載のエリアセンサ。
10. 【請求項１０】 前記狭い角度特性を有する光軸は少な
    くとも前記基部ユニットに存在することを特徴とする請
    求項９記載のエリアセンサ。
11. 【請求項１１】前記狭い角度特性を有する光軸は前記基
    部ユニットおよび各拡張ユニットの各ユニットの同一位
    置に存在することを特徴とする請求項１０記載のエリア
    センサ。