JPS586480A - 反射検知装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は光信号を用いて被検知物を検知する反射検知
装ｆＶｃ関する。

光信号を用いて物体を検知する光センサーは物体に非接
触なため非常に用途が広く、多用されている。この光セ
ンサーは被検知物の近くに直接発光素子と受光素子とを
対向配置し１発光素子により被検知物を照射し、受光素
子により被検知物からの反射光を受け、この受光素子に
接続した被検知物の検知信号発生回路により検知信号を
発するよ５構成される。このような光センサーは各種装
置、たとえば複写機に使用さｔ’ｌる場合、コピー用紙
の有無をカセット位置、レジスト位置、その他のコピー
用紙の搬送路上位置でそれぞれ検知するのに用いられ、
あるいは原稿検知、パルスエンコーダ等にも便用される
。こσ）ような各検知位１樅。

ｋｌち、光センサーの取付位置は通常、スペースが少な
く、取付困難の場合もある、しかも、受光素子と検知信
号発生回路とを接続する配線はノイスを受けやすく、こ
れを防ぐために、配線に対し。

シールドやツイストペア等の考厘が必要となる。

更に、受光素子と検知信号発生回路とはコネクタにより
接続されることが多く、この間な流第１る微小電流はコ
ネクタ接触不良の影響を受けやすい。

このような不都合を除去するものとして、矛１図に示す
ような元ファイバー装備の光センサ−ｌが利用されてい
る。この光セジサー１は発光素子２からの元を一方の元
ファイバー３で被検知物４に闇射し、その反射光を他の
光ファイバー凸で受けて、その反射光を受光素子６によ
り検知するものである。こＱ〕ような光センサー１−（
゛＆ゴ１級検知物冬に直接対向する部分が一対の光ファ
イバー３，５Ｖ）先端のみであり、これを設置するスペ
ースは小さくてすむ利点がある０、しかも、配？９に代
えて光ファイバーが各−棹ノイズ発生部分と゛対向する
こととなり、耐ノイズ性能が向上する。１．こ０）ため
光センサーの取付位置、配線方法等に自由度が乃？Ｌ。

高電圧部分近傍への取り付けも可能と１．ｒる。しかし
、うｆファイバー使用は１５１気配線の使用と比べ。

端末処理等、も含めた場合コスト冒となる。しかも啼射
側と反対側との２系統の光ファイバーを被検知物に対向
させるため、この一対の光フアイバー先端からなる被検
知物対向部およびこれを支持す・ンポルタ゛等がスペー
スを多く８繞としている。四に、被検知物に対しての照
射光が被検知物で反射さ４受光素子側に達するという光
゛１１６は被検−知物対ｌｏＪ部かあまり近接ｆ７−＋
と有効に鋤かなくなＱ、微小物体の検知に使用すること
は国難な場合がある。

この発明はＳ検知物対１：ＩＪ　＋ｆｉ；を比較的小さ
くで六る反射検知装置を提供てることケ目的とする。

この発明による反射検知装置は、光伝送体σ）一方の端
面な被検知物に対向させ、この光伝送体Ｑ）他方の端面
に発光素子と受光素子とを共に対設し、被検知物を検知
した際、信号を発する回路を受光素子に接続し、光伝送
体内に発光素子からｔ／ｉ評射光σ）光路と被検知物か
らの反射光クリＣ路とを共に配備するよう構成される。

この発明によれば、被検知物対向部を−２１１：ｃ／）
元ファイバーの先、端で形成することになり、取付スペ
ースをわずかしか必要としな（・と（・５本１泊力・あ
る１、シかも、一つの端面が被検知物に対し光を照射し
１反射元を受けるという光路と対向することになり１ｗ
Ｉ検知物に端面が正面で対向することより、微小物体ｄ
）検知や被検知物ケ近接状態で検知することが容易とな
る。

以下、この発明を添付図面と共に説明する。

矛１図にはこの発明の一実施ψすとしての反射検知装置
７を示１−た。この反射検知装Ｒ７は被検知物１８の刹
Ｓヶ判別し、検知信号Ｓを発するより構成される。即ち
、所定長さの光ファイノ＜−９−〇）一端（ま被検知物
対向端面９０１として被検知物８に所定量Ｑ）対向間隔
Ｈな隔てて対設される。そして光ファイバー９の（ＨＩ
　Ｑは発光素子］０と受光素子］ｌと？　支持１　ルホ
／Ｉ／ダ１２１Ｃ連結される。こＱ）ボルダ］２は元フ
ァイバー９Ｆ７．１ホルダ対向面９０２　Ｋ発光索子］
０　と、受光素子］ｌとが共ＶＣ対向するよう支持する
。しかも発光素子］０の発する光が直燥受元素子１１　
　側に入射し１ｆいよう１両者間ｔ′遮光板１３で区分
し、かつホルタ対回向９０２に外乱光が入射しないよう
遮光性の素材刀・らなる隔ｑ　１２］で画素子を１”ｊ
（うまう形成される。発光素子Ｊｏ側の隔壁１２１内１
１１１面は白塗装され、高反射性を確保する。一方。

受光素子］　１　（ｉｌｌｌの隔壁］２１内側面は黒塗
装され、無反射性を確保していｂ０光ファイバー９のボ
ルタ一対向面９０２に対し発光素子１ｏおよび受光￥子
］１は共に、光ファイバー９が元伝送夕可能とする入射
１１．ｐ囲である受光角０に対し取付角θ１　か、θ１
〈０／２という範囲で対向するよう配置される。このた
め発光素子１０からの元はボルタ′対向１ｍ　９０２　
Ｋ大部分が入射し５元ファイバー９内Ｑ）光ｈ６　Ｒを
通り。

被検知物対向端面９０１より照射′＃Ａとして＋ｕ、：
　Ｇｔ知物８を照射する。これにより被検９：・吻８は
ノズ射光Ｂを被検知物対向部９０１に向は反射すること
になり、この被検知物対向部９０１より入射した反射光
Ｂは再び、光ファイ／％−９内介路Ｒを通り、ホルダ対
向面９０２より射串して受光末子月（／’：　；＞、ｐ
−ｒろ。な１〆、ホルタ対向面９０２には発光素子ＪＯ
かｋ）１７）光を反射しないようにコーティ、ング等に
より無反射性を持た→ｔてもよい。受光素子Ｊ１には受
光素子］１が所定量の反射光Ｂを検知した際・検知信号
８７発する検知信号発生回路１４が戦続されている１、
一方。

発光素子］ＯＫ″は所定電流を１′４′給する電源とし
て（７）発光回路１５が接続される。

発光回路Ｊ５はポ唱図（ＩＬ）に示１−ように２つのト
ランジスタ’ｌ’ｒＬ、　　Ｔｒ２と、これらに４所定
箪圧を加°えるためり）２つＶ）分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２と
を有した定′イ流ドライブ回路として構成される。この
発光（ロ）路］５によれば′電源′螺ＦＩＥ、ｖｃｃの
誉！助１周囲温１？ｌ／）ｒ夷ｊ・は自動補漠される。

そして発光素子］（１’！、常に定市流で駆動されるこ
とになり、この発光素子１ｏの照射光Ａは強く、かつ安
定したもの古して送出され、これによるノイズの発生な
低く押へることができる。一方り月−δ図（ｂ）に示す
ように、−検知信号発生回路］＋＆まフォトトランジス
タで狐る受光素子１１の発する光′ｄ１′流をリニア［
電圧ＶＣ変換する増幅回路１４１と、この回路からの出
力電圧ＶＬ　　を一定レベルの電圧と比較し検知信号Ｓ
を発１−る比較回路１６）とで溝Ｆ、Ｑされる。増幅回
路１４］はオペアンプＡｌ　　、フィードバック抵抗Ｒ
＋７．信号諒側の受光素子Ｊ」とからなる差Ｑｊｊｌ小
・幅器である。受光素子長には負の電圧ＶＥＲがバイア
スとして加えらｊており、これにより、受光、集子１１
が反射光Ｂを受Ｖノだ屍、九霜′流Ｌ、か流れ、出力電
圧ＶＬ　（＝　Ｒ１、・エエ、）が発生する４、比較回
路１４２はオペアンプＡ２．シきい値としての基早矩Ｅ
ＶＲを設定するボリウムＲＴ　　、オペアンプＡ２　Ｉ
ｆ（ヒスブリシス特任な持たせるためσ）抵抗ＲＨとか
らなるコンパレータであり、増１陥回路ｌ壬ｌからり】
出力電圧Ｖ、が基準電圧ＶＲより上回った時に、出力可
圧Ｖｏ　　を低レベルに保つ。この出力′電圧ｖ０　　
はゲートＧにより反転さ４高レベルの検知信号Ｓが発せ
セフ１イ）。

なお、増幅回路１４−１側からの出力可ＥＥ、Ｖｌ、　
　は受光素子１１が被検知’１４Ｈ１８からの反射光Ｂ
を受けた際発する高レベルの出力電圧ｖＬ１．あるいは
、受光素子１１が光ファイバーのホルダ対向面９０２で
直接反射される発光素子ｌＯからの反射′ｙＣ−および
周面の外乱光等を受けることにより発ｆる低レベルの出
力電圧ｖ、２を示す。このため、基糸′−圧ＶＲσ）イ
１１ば、ＶＬｌ＞　ＶＲ＞　Ｖｔ、２　　、となるよう
設定する必要があり、これにより、外乱光、不要光等に
よる誤砂作を防止できる。更に、抵抗ＲＩｌ　　の顧は
、出力′電圧Ｖ＋、　　中に含萱れるノイズによる細か
いゆらぎヲ、吸収できるように、そσ）ゆらぎ鴨より大
きめのヒスプリシス特性を示すよ、う設定される。この
よう７［１・３図（ｂ）　［示した検知信号光生１川路
］牛によ！＋、ｆ：「しきい値としての：ｈ−＄電圧ｖ
ＲＩ７）設定、およＪノ・ヒステリシｘ特性の利用によ
り、ｆｔ１ｔ、＋ｔｉｌＨ光レベルＶし７１７する反射
光Ｂを正飴に判別検知できる。なお、貸元ブ［閂か微細
であり、オペアンプＡ１　　のオフセット′６Ｉ流が問
題となる場合には、オフセット′屯流ヲ關らｆヨ’ｌ　
、　］ｉ”ＥＴ大入力メペ・アンプを用いろか１通常の
オペアンプσ）人力部分にＭＯＳ　−ＦＥＴを用いても
よい。

２・５図に示した占１七光回路１５ｊ、よ（−）検知信
号−主回路Ｊ４ＶＣ代えてオ十図に示す、ｒ、りな簡単
な発光回路１５および検知へ号発生１’３１路］４を用
いてもよＩ、λ。

こＱ）発光回路］５は発光集子１０に捕獲抵抗Ｒ３を介
しｔに源電圧Ｖ’ｃ　ｃを加えるという構成である。一
方。

検知信号発生回路］＋は電源％５ＩＥｖＣＣを分圧抵抗
Ｒ牛と受光素手１１の内部抵抗とで分圧し、そＱ）出力
可圧が低レベルを示す際に、こｔｌを受けたシュミット
トリガのゲートＧ１　　が高レベルの検知信号Ｓを発す
るよう＋ｇ成される。この場合もシュミットトリガのゲ
ー）　Ｇ１　　かヒステリシス特性を示すから恢知信号
Ｓに不￥ｔ−ｔＣ細かいゆらさ゛による出力が含まれる
ことはない。なお、３ｐ４図に示した発光回路１５や検
知信号発生回路】４に代えて同様σ）働きケする公知の
他り）回路をも同様に利用することができる。

３１２図に示した反射検知装（ｊ（７は被検知物８に対
し、光ファイバーの被検知物対向・端面９０１σ）ツノ
。

を対向配置させ、他の部分は所望の位置に取り付けるこ
とになる。そして被検知物８の有無ケ反射光Ｂにより検
知し、検知信号発生回路］４が検知４８号Ｓを発するこ
とになる。このため被検知物８に対設される部分がわず
かであり、スペースを・あまり取らないため、取り付け
に自由度がある。被検知物８には被検細物対向端面９０
１１７）みか対設され。

かつ、これにより照射光Ａを射出し１反射光Ｂを受ける
ため、被検知物８との対向間隔Ｈを比較的小さ２くでき
、微小物体の検知も高梢°度に行なうことができる。し
かも、光ファイバー９により所望位置まで光信号を伝送
してから、これを受光素子１１　　で受けて検知信号Ｓ
を発するという構成であるため、電気的ノイズを受けや
すい部分を光ファイバー９により退去させることができ
る。このため高′亀ＥＥ部分、温度変化の激しい部分で
の検知／１゛・ｏ、ｒ　賞トとなり、配線に電磁波によ
るノイズから遮蔽するためのツイストペア、シールド等
の処理をするという考慮も不要となり、交流系、電力系
と０）配線の分離も不侠と１ｆす、交流電源糸への信号
伝達り）；ρ、荒取等の規格上の制約をも受けないこと
になる。

ａ・２図に示した反射検知装置７は光ファイバのホルダ
対向面９０２　Ｋ対し共に等しい取付角θｌ　で対設さ
れているが、これを多小ずらせて（）よい。

このような場合、ホルダ対向面９０２で発光素子】０か
らの光が正反射されて受光素子］ｌに直接入射するとい
う不都合を防止できる。

更に、１１２図に示した反射検知装置７は光フアイバ９
０光軸／に対し取付角０１　　で発光素子］０からの光
を入射させているため、照射光への成分の多くは被検細
物対向面９０１より斜めに射出する成分が多い。このた
ア、被検細物８の表面が曲っているような場合には、特
に１反射元Ｂの方向が偏より、この反射デ、Ｂを有効に
被検細物対向面９０１が拾えないこともある。こσ）よ
うな不都合を防ぐため、オｂ図に示した反射検知・ｔ（
置７は、ホルダ対向面９０２に垂直入射光を発すること
のできる位置に配備される発光素子］０と、そσ）両側
の２つの受光素子Ｉｌｌ、　　１１２と、これらをイβ
１々に区分する２つの遮光板１６．１７とをホルダ対向
面に収容するよう構成される。この場合、被検知物８に
垂面に照射された照射光Ａは効率よく反射光Ｂとして被
検細物対向而９０１に受は取られるため、光信号σ）レ
ベルが上り、検知の精度が上る。なお、２つのよい。２
つの受光素子１］１．　１１２の各取付角θ２゜θ３は
共に受光角θに対しり＞　ｔｔ２．　　。／２＞　０３
の関係を保持する。

５ｆ−２図、および矛５図に示した各反射検知装置７は
共に、被検知物８が完全正反射面（たとえば鏡面）ある
いはそれに近いものであると１反射光Ｂを光軸ｌよりず
れた位置の各受光素子１１　、　Ｉｌｌ　。

Ｒ中に挿入してもよいが、改善される程度は少なく、信
号対雑音比（Ｓ／Ｎ）か低下する。このような鏡面を有
する被検知物８の検知を行なうことのでとる反射検知装
置？！！、７をオ６図に示した。ホルダ対向面には光フ
ァイバーのホルダ対向面９０２と所定間隔を離ててノ１
−フミラー２０が対設される。ノ・−フミラー２０は光
ファイノく−９の光軸ｌσ）延長線と４５０の角度で対
向しており、このノ・−フミラー２０　　を通過した光
軸ｌの延長線上に発光素子］（）が。

・・−フミラー２０で光軸ｌを直角に折り返したその延
長上に受ブＣ素子１１がそれぞれ配備されろ。この場合
１発光素子１０からの光はノ・−フミラー２０を通過し
、光ファイバー９に垂直入射し、被検細物対向而９０１
　、にり光軸ｅと平行に照射光Ａが射出されろ。被検知
物δが完全な正反射面である場合、照射光Ａは全反射さ
れ、その反射光Ｂはノ・−フミラー２０に達し、史に、
反射されて受光素子］１に致達する。照射光Ａと反射光
Ｂはノ・−フミラー２０で分離される以外は全く同一の
光路Ｒを通ることになり、完全正反射面はもちろん、拡
散反射面を有する被検知物８（７）検知も高精度に行な
うことかできる。しかも照射光Ａと反射光Ｂの光路が一
致することにより、対向間隔Ｈをできる限り小さくでき
。

微少物体の検知を高精度に行なうことかできる。

矛７図にはこの発明の他σ）実施例としての反射検知装
置７を示した。この反射検知装置７は発光素子ｌＯの光
をレンズ２１で集め、光ファイバのホルダ対向面９０２
に入射すると共に、ホルダ対向面９０２から射出してく
る反射光Ｂをレンズ２２で集め、受光素子１１に照射す
るよう構成される。この場合。

照射光Ａおよび反射光Ｂの各元利用効率を上けることが
できる。

オ・８図には発光素子と受光素子とを一体化した反射型
フォ）−にンサ２３を直接光ファイバのホルダ対向面９
０２に光学的に接続した反゛射検知装置７？：示した。

この反射型フォトセンサ２３は多種類市販されており：
これを用いることにより簡単にこの発明の反射検知装置
７を作製できろ。更に、〕・２図に示したようなホルダ
１２は必要なく、単に周囲プＣの遮断と、内部の発光素
子からの直接光が受光素子に入射することを防ぐ処理の
みが必要となる。

上述の処において、各反射検知装置７に取り伺けられる
発光素子１０としては発光ダイメート（ＬＥＤ）やタン
グステン電球を使用することができる。これらσ）うち
、高輝度で細いビーム状に発光するようなものが特に適
している。一方、受光素子１１としてはフォトタイオー
ドやＣｄＳ光導電素子等を使用することができるが、比
較的高感度が要求されることよりフォトトランジスタが
最適である。これら受光素子］１は厖光素子］０の波長
範囲上対Ｆ１５、するよう利用されるが、特（周囲光が
比較的多い場合では、赤外鹿囲に感度特性を有するもの
がよい。

更ｖｃ　、光ファイバー９としてはプラスチックファイ
バーやガラスファイバー等を使用できる。光伝送体はフ
ァイバー状でなくてもよく、オプティカルロッド、ライ
トガイド等の樹脂やガラスで作られたものも使用できる
。

【図面の簡単な説明】

矛１図は従来の元センサーの要部概略正面図。 矛２図はこの発明の一実施例としての反射検知装置の概
略断面正面図、矛３図および矛冬図は同上反射検知装置
に用いられるそれぞれ異なる発光回路と検知信号発生回
路図、〕・６図、矛６図、矛７図および矛８図はこの発
明の各々異なる実施例としての反射検知装置０）要部断
面正面図である。 ７・・・反射検知装置、８・・・被検知物、９・・・光
ファイバー、　１０・・・発光素子、Ｊｌ・・・受光素
子、ｌ＋・・・検知信号発生回路、９０１・・・被検細
物対向面、　９０２山ホルタ一対向面、Ａ・・・照射光
、Ｂ・・・反射光、ル・・・光路予Ｏ■ ｌθ） ｂ４　口 （ρ）（Ｉ） ｈＯ口 ／− 形７　更 り 形　Ｇ　■ ヱ ／ 形６ｔＤ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 一方の端面な被検知物に対向させる光伝送体と。 この光伝送体の他方の端面に共に対設される発光集子お
   よび受光素子と、この受光素子に接綺され。 かつ、被検知物を検知した際信号を発する回路とを有す
   、上記光伝送体内に発光票子からの照射光の光路と被検
   知物からの反射光Ｑ）光路とを共に配備した構成の反射
   検知装置。