JPS59202084A - 反射型光電スイツチ - 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】 ［技術分野］ 本発明は予め設定された検知エリア内に被検知物体が存
在するヵ・どう力・全判別して出力回路を制御する反射
型光電スイッチに関するものである。

［背景技術］ 従来、この種の反射型光重スイッチとして第１図に示す
ように１．投光手段（１）′力・ら投光され几拡散光（
Ｐγの被検知物体閃による反射光（Ｒ）を受光手段（２
）′にて受光し、第２図に示すように受光手段（２）′
の受光出力しベル■２が予め設定された動作しベルｖｔ
ｈ以上のとき出力回路を作動させるようにして検知エリ
ア（ＤＥ）’ｅ設定するようにした拡散反射型のものが
あった。し〃・シながら、このような従来例にあっては
、例えば第５図に示すように、ベルトコンベア（ＢＣ）
にて移送される被検知物体（Ｘ）を検出するために、反
射型光電スイッチ（Ｙ）の検知エリア（ＤＥ）ｋベルト
コンベア（ＢＣ）の巾に対応して設定した場合において
、検知エリア（ＤＥ）の後方に被検知物体（Ｘ）よりも
光反射率の大きい物体（Ｚ）（例えばステシレス板のよ
うな鏡面板）があれば誤動作が起きるという不都合があ
った。

すなわち、受光手段（２）′の受光出力しベル■２は被
検知物体（Ｘ）の光反射率に正比例するとともに、投、
受光手段ｔ１＋　＋２１と被検知物体（Ｘ）との距ｌ＠
Ｇｇ）の２乗に反比例するので、検知エリア（ＤＥ）ｔ
Ｒ定するには上記光反射率および距離（７））を考慮し
て判別制御手段の動作レベルｖｔｈを設定すれば良いこ
とになるが、このようにして設定された検知エリア（Ｄ
Ｅ）の後方に被検知物体医）よりも光反射率の大きい物
体（Ｚ）が存在すれは、この物体（Ｚ）　Ｋよる反射光
（Ｒ）′が受光された場合の受光出力しベル■２は検知
エリア（ＤＥ）内に存在している被検知物体■）による
反射光（Ｒ）が受光された場合の受光出力しベル■２と
同一となって、物体（ｚ）が恰も検知エリア（ＤＥ）内
に存在する力・のように誤認識されてしまうという問題
があった。図中（１２）は発光タイオードのような投光
素子、α４）′は投光用光学系、（２０）’　ｆ−ｊ：
ホトトランジスタ、ホトタイオード、太陽電池、ＣｄＳ
などよりなる受光素子、（３）は受光用光学系である一
方、このような問題を解決するために、第４図に示すよ
うに、投光手段（１）′による投光ビームＡと受光手段
（２）′の受光ビームＢとが交錯する領域？検知エリア
（ＤＥ）とし、受光手段（２りの受光出力レベル■２が
第５図のように予め設定された動作しベルｖｔｈ以上の
とき出力回路を作動させるようにした判別制御手段（図
示せず）ケ設けた限定反射型のものがあった。

し力・しながら、このような従来例にあっては検知エリ
ア（Ｄ　Ｅ　）’ｒ段設定るために投、受光手段ｔｌｌ
’［２＋’の光学系全機械的に７Ｊ３姫しなければなら
ず、特に検知エリア（ＤＥ）ｋ正靴に設定する場合にお
ける設定作業が面倒であるという問題があったｏまた、
例えば第６図に示すように、被検知物体００が反射型光
電スイッチ（Ｙ）に近づくように移動しており、予め設
定された距島ｉｆｆｉ（−ｇｓ）すなわち検知エリア（
ＤＥ）の後端で被検知物体区）の移動を停止させたい場
合において、被検知物体（Ｘ）の光反射率の違いによっ
て検知エリア（ＤＥ）が異なるので停止位置がずれると
いう問題があった。つ捷り、被検知物体（Ｘ）による反
射光（Ｒ）のレベルに基いて検知エリア（ＤＥ）全設定
しているので、被検知物体（Ｘ）の光反射率によって検
知エリア（ＤＥ）が変化してしｉうという問題があった
。

［発明の目的］ 本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、検知エ
リアの後方に存在する光反射率の大きい物体による誤動
作を防止でき、−また、被検知物体の光反射率に関係な
く検知エリアを設定でき、し力・も検知エリアの設定作
業が谷易な反射型光電スイッチを提供することを目的と
するものである。

し発明の開示］ （実施例１） 第７図乃至第１０図は第１の発明の一実施例を示すもの
で、（１）は被検知物体（Ｘ）に対してパルス変調光よ
りなる光ビーム（Ｐ）を投光する投光手段であり・投光
タイ三ンタを設定する同期イ目号を発生する発振回路（
１０）と、ドライブ回路（１１）と、発光タイオードあ
るいはレーザータイオートなどの投光素子（１２）と、
ハーフミラー０３）および投光レン′：ｊ、（後述する
集光レンズ（３ａ）ｋ利用）よりなる投光用光学系≠と
で構成されている。＋２１１−１：被検知物体（Ｘ）に
よる光ビーム（Ｉ））の反射光（Ｒ）ｋ集光する第１の
集光レンズ（３ａ）と、第１の集光し：、Ｉズ（３ａ）
による反射光（Ｒ）の集光点の光軸方向の変位を光軸と
＠父方向（矢印Ｍ）の変位に変換する第２の集光しシズ
（３ｂ）とよりなる集光手段であり、第２の集光し、、
７２（３ｂ）はその光軸會第１の集光しシズ（凸ａ）の
光軸に対して所定距離ΔＬだけずらせて配設しである。

（４）は集光手段（２）にて集光された集光スポット（
Ｓ）の位置を検出する位置検出手段であり、集光レンズ
（３ｂ）の集光面に配設され、集光スポット（Ｓ）の位
Ｉｉｑに対応した位置信号を出力する。実施例１ではこ
の位置検出手段（４）として第９図に示すような位１１
１検出素子（ＰＳＤと略称する）シ０）ヲ用いており、
このＰ　Ｓ　Ｄ　（２０）は平板状シリコンｔ３１）の
表面ＫＰ層（３１ａ）、ａｓｈにＮ層（５１ｂ）、中間
に１／曽（３１ｃ　）　？１１−形成したものであり、
集光スポット（Ｓ）の位置に対応した出力電流ＩＡ　、
　　ＩＢが出力されるようになっている。第１０図はＰ
　Ｓ　Ｄ　（２０）の等価回路ケ示すもので、図中（Ｐ
ｉ）は電流源、（Ｄ。）は理想的タイオード、（ｃｏ）
は接合容ｔ（、（Ｒｔ）Ｉ″ｉ並列抵抗、（Ｒｏ）は電
極間抵抗である。（５）は判別制＠４１手段であり、位
置検出手段（４）出力に基いて被検知物体（Ｘ）が所定
の検知エリア（ＤＥ　）内に存在する力・どう力・全判
別して出力回路（６）を制御するようになっている。こ
の判別制御手段（５）は、ＰＳＤ（２０）力・らの出力
電流ＩＡ、ＩＢ　　を信号電圧−ＶＡ、ｖＢｇ４巾変換
する受光回路（２１ａ）（２１ｂ）と、対数増巾回路（
２２ａ）（，２２ｂ）と、対数増巾回路（２２ａ’）出
力ＡｎＶ１．．　：＋＞ら対数増巾回路（２２ｂ）出力
ｆｆ１ｎＶＢ全減算する減算回路（２３）と、減算回路
（％）出力１３ｎ　ＶＡ　／　Ｖ　Ｂが検知エリア設定
ボリウム（■Ｒ）にて設定された予め設定された範囲の
ときＨレベルを出力する比較回路ｃ２４）と、投光素子
０２）〃・らの光し一ム（Ｐ）の投光タイ三シク（発振
回路（１０）力・ら出力される同期信号）Ｋ同期して比
較回路（２４）出力をサンづリシジすることにより、被
検知物体（Ｘ）が検知エリア（ＤＥ）内に存在するヵ・
どう力・全確実に判別するようにしｆＣ信号処理回路（
２）５）とで形成され、イー５処理回路（２５）出力に
て負荷制御用のリレー、負荷制御用の半導体スイッチ素
子などよりなる出方回路（６）全制御するようになって
いる。なお、受光回路（２１ａ）（２１ｂ　）はパルス
光信号のみケ通しｒＭ流光伯り°をカットしたり、特定
の周数数のみを刑すバンドパスフィルタ回路を含むもの
である。

（実施例１の動作） いま、投光素子（１２）力・らの光はハーフミラー０３
）により反射され、集光しシズ（３ａ）にて形成される
光ビーム（Ｐ）が被検知物体（Ｘ）Ｋ投射される工うに
なっており、被検知物体（Ｘ）による反射光（Ｒ）は集
光レンズ（３ａ）Ｋで受光されハーフミラ−陸を透過し
て集光される。ここに被検知物体へ）が第１１図（ｂ）
に示ｔように距崗１ｂの位置にあるとき、被検知物体＠
）７１・らの反射光（Ｒ）の集光レンズ（５ａ）による
集光点はＱｂとなり、集光レンズ（凸ｂ）を介してのＰ
Ｓ　Ｄ　１２０）上の集光スポット（Ｓ）の中心位置は
Ｑｂ’点となる。この場合、ＰＳＤ（２０１の一端から
。ｂ′点までの距離ｘｂに対応する出力電流ＩＡ、ＩＢ
　が街られ、判別制御手段（５）にて出力電流ＩＡ、、
ＩＢの比の対数値（、−＃ｎ　ＶＡ／　ＶＢ　　）を演
算することにより被検知物１４　（Ｘ）才での距翻沼す
に対応する距離チークか決別：され、被検知物体（３）
が検知エリア（ＤＥ）内に存在するかとぅカ・が判別さ
れる。次に被検知物体（Ｘ）が同図（ａ）に示−ｒよう
に距離穐捷で近づいた場合、あるいは同図（ｃ）に示す
ように距離、、ｅｃに遠ざカ）った揚台、集光しシズ（
３ａ）による集光点は光軸方向に右方あるいは左方に変
位するが、この変位は集光レンズ＜　３ｂ）Ｋよって光
軸と直交方向（矢印Ｚ）の変位に変換され、巣光しン′
ｊ、（３ｂ）を介してのＰ　Ｓ　Ｄ　（２ｉ１ｊ上の集
光スポット（ｓ）の中心位ｎ１ｌｒ、ＬＱａ’あるいは
Ｑｃ′点となる。したがってＰＳＤ（２０）７１・ら距
）４［ｔｘａあるいはＸｅに対応する出力電流ＩＡ、Ｉ
Ｂが彷られ、判別制御手段（５）にて出力電流ＩＡ、Ｉ
Ｂの比の対数値（、−ｅ　ｎ　ＶＡ／ＶＢ　）を演吃す
ることにより被検知物体（ｘ）ｔ′での距離石ａあるい
はＩＣが演象すされ、被検知物体Ｘ）が検知エリア（Ｄ
Ｅ）内に存在する力・どう力・か判別される。但し、−
ｇａ（Ｊ！ｂ＜Ｊ！ｃ　　。

ｘａ）ｘｂ）ｘｃである。

以上のように、被検知物体（Ｘ）までの距離ｐが変化す
ると、集光レンズ（３ａ）による集光点が光軸方向に変
位し、集光レンズ（３ｂ）による集光点が光軸と直交方
向（矢印Ｍ）に変位し、Ｐ　Ｓ　Ｄ　（２ｕｉ上の集光
スポット（Ｓ）の位置が距離２に応じて変位することに
なり、判別制御手段（５）ではこの集光スポット（Ｓ）
の位置に応じたＰ　Ｓ　Ｄ　Ｈの出力電流ＩＡ、ＩＢの
比（ＩＡ／　ｌＢ　５）の対数値！ｎ　（ＩＡ　／　Ｉ
Ｂ）に基いて被検知物体（Ｘ）が検知エリア（ＤＥ）内
に存在する力・どう力・全判別して出力回路（６）全制
御するわけである。この場合、被検知物体（Ｘ）による
反射光（Ｒ）のしベルと関係なく検知エリア（ＤＥ）が
設定されるようになっているので、検知エリア（Ｄ　Ｅ
　’）の後方に存在する光反射率の大きい物体による誤
ｊ６Ｊ作が防止できるとともに、被検知物体（Ｘ）の光
反射率に関係なく検知エリア（ＤＥ）を設定でき、さら
に集光しシズ（３ａ）、ハーフミラー（１式などの投受
光用光学系の汚れの影咎ヲ受けることがない（実施例２
） 第１３図は他の実施例を示すもので、前述の第８図判別
制御手段（５）の対数増巾回路（２２ａ）（２２ｂ）に
代えて、加算回路（ハ）、減算回路１３３）　ｋ設ける
とともに、減算回路（３３）に代えて割算回路（財）を
設けたものであり、加算回路−、減算回路β３）および
割体（Ｘ）が存在するかどうかを判別するようにしたも
のであり、全体構成および動作は前述の実施例１と全く
同様である。

以上のように、第１の発明にあって１は投光手段＋１１
力・ら被検知物体収）に光ビーム（Ｐ）’を投光し、被
検知物体〆）による光じ一ム（Ｐ）の反射光（Ｒ）ｋ集
光する集光手段（２）を集光しシズ（３ａ）および集光
しシズ（３ａ）の集光点の光軸方向の変位を光軸と直交
方向（矢印Ｍ）の変位に変換する集光レン、１３ｂ＞と
で呆光手段を形成し、被検用物体〆罰での距離４に応じ
て集光スポット（Ｓ）　ｆｆｉ光軸と直交方向（矢印Ｍ
）に移動させ、この集光スポット（Ｓ）の位［’に位置
検出手段（４）にて検出し、位置検出手段（４）出力に
基いて判別制御手段（５）にて被検知物体（Ｘ）が所定
の検知エリア（ＤＥ）内に存在するかどうかヲ自別して
いるので、検知エリア（ＤＥ）の後方に光反射率の大き
い物体が存在しても誤動作が起きることがなく、また、
被検知物体（Ｘ）の光反射率に関係なく検知エリア（Ｄ
Ｅ）ｋ設定でき、し力・も検知エリア（ＤＥ）の倣調整
を検知エリア設定ボリウムなどにより電気的に行なうこ
とができ、検知エリア（Ｄ　Ｅ　’）を正確に設定する
場合における設定作業が容易になるという効果全有して
いる。

ところで、前述の実施例１．２において、光ビーム（Ｐ
）の径（ΔＰ）を大きくすることにより被検知物体（Ｘ
）の凹凸の影響を受は難くした場合、被検知物体（Ｘ）
が光ビーム（Ｐ）　’に横切るように例えば投光方向と
直交する方向（矢印Ｍ）に移動すると、被検知物体（Ｘ
）に光ビーム（Ｐ）が完全に照射ＣＰ、〜Ｐ３部分が照
射）されているか否かによって誤動作が発生するという
問題があった。すなわち、いま、光じ−ム（Ｐ）が第１
４図（ａ）に示すように被検知物体（Ｘ）に完全に照射
されている場合にあっては、ＰＳＤ（２１＋ｊ上の集光
スポット（Ｓ）の中心位置１ｌ−ＬＸ２となり、被検知
物ｆ＋（Ｘ）の距ν１［１に対応する位置情報として集
光スポット（Ｓ）の中心位置Ｘ２に基いた出力電流ＩＡ
、ＩＢが出力されることになる。一方、被検知物体（Ｘ
）が光ビーム（Ｐ）を横切るように移動し、同図（ｂ）
（ｃ）に示すように、光ビーム（Ｐ）の１１部分、ある
いは２３部分のみが被検知物体（Ｘ）に照射されている
場合、すなわち被検知物体■）が光ビーム（Ｐ）に入る
時あるいは出る時、Ｐ　Ｓ　Ｄ　（２０）上の集光スポ
ット（Ｓ）の径が小さくなるとともに、その中心位置は
それぞれＸ　１　％Ｘ３となる。この場合、ＰＳＤ（２
ｏ）１−らは集光スポット（Ｓ）の中心位置ＸＩ％Ｘ３
に対応した出力電流ＩＡ　、ＩＢが出力され、位置検出
手段（４）力・ら誤った位置信号が出力されることにな
り、被検知物体（Ｘ）が検知エリア（ＤＥ）内に存在し
ないにも拘らず判別制御手段（５）力・ら物体検知信号
が出力されて出力回路（６）が作ｉ１１　してしまうと
いう問題があった。以下に示す第２の発明は上記の問題
点を解決するようにしたものである。

（実施例３） 第１５図は第２の発明の一実施例を示すもので、前記実
施例ＩＶｃおいて、第５の集光レンズ（３Ｃ）を設けた
ものであり、集光レン、（（３ｃ）はその光軸全集光レ
ンズ（３ａ）の光軸に対して光軸と直交方向（矢印Ｍ）
に所定距離ΔＬだけずらせて配設されている。但し、集
光レンズ（３ｃ）は集光しシズ（３ｂ）と互いに逆方向
にずらせて配設され、画集光し−）、１（３ｂ）（３ｃ
）は集光し、ｙＪ（３ａ）の光軸に対して対称位置に配
設されている。（４ａ）は集光レンズ（３ｃ）の集光面
に配設され集光スポット（Ｓ）の位置に対応した位１直
侶号を出力するＰＳＤ（２０ａ）よりなる第２の位置検
出手段であり、位置検出手段（４Ｎ４ａ）出力を合成し
た信号（ＩＡ＋ＩＡ’）　（ＩＢ　＋　ＩＢ’）が判別
制御手段（５）に入力され被検用物体メ）が所定の検知
エリア内に存在するかどうか全判別して出力回路（６）
？１ｌ−ｉｉｉＪ御するようになっている。ここに、面
位置検出手段ｆ４）　（４ａ　）（ｄｉ検知物体（Ｘ）
にて光ビーム（Ｐ）の一部（例えばＰｌ、２３部分）が
反射された場合に相反的な位置信号（ＩＡ、ＩＢ）、Ｃ
ＩＡ’、ＩＢ’）が出力されるようにしである。なお、
判別制御手段（５）を第１３図のようにしても良いこと
は言うまでもない。

（実施例５の動作） い１被検知物体（Ｘ）に光ビーム（Ｐ）が完全に照射さ
れている場合、Ｐ　Ｓ　Ｄ１２０）　（２０ａ　）上の
集光スポット（Ｓ２）　（Ｓ２）’の中心位置は共にＸ
２となり、両ＰＳＤ＠０）（２０ａ）の出力電流ＣＩＡ
、　　ＩＢ）、（、ＩＡ’、ＩＢ）は等しくなり、その
合成した信号（Ｉよ＋ＩＫ）、（ＩＢ＋　ＩＢ’）は当
然のことなからＸ２に対応する位置信号であり、被検知
物体（２））までの距躊沼に正確に対応するものである
。一方、被検知物体〆）Ｋ光ビーム（Ｐ）の２１部分の
みが照射されている場合、ＰＳＤ（２０ｉ上の集光スポ
ット（Ｓｌ）の中心位＠はＸ３となり、ＰＳＤ（２０ａ
）上の集光スポット（Ｓ＋’）の中心位置はＸｌとなる
。したがって、ＰＳＤｅ２０！（２０ａ）の出力電流（
ＩＡ、　ＩＢ）、（ＩＪ１’、■Ｂ′）を合成した４８
号ＣＩＡ＋　ＩＡ’）　（ＩＢ＋　Ｉ　Ｂ　”）は集光
ス、ｆなわち、被検知物体（Ｘ）に光ビーム（Ｐ）が完
全に照射されている場合に得られる信号と同一になり、
被検知物体（Ｘ）−１：での距離２に正確に対応するも
のである。同様にして被検知物体（Ｘ）に光ビームＰ）
の２３部分のみが照射されている場合にあっても、被検
知物体凶）−１での距離環に正確に対応した４１．１号
が判別制御手段（５）に入力されることになり、被検知
物体（Ｘ）に光ビーム（Ｐ）が完全に照射されている〃
・否かに拘らず、常に正１４Ｍな位置情報が判別制御手
段（５）に入力されるので、被検知物体Ｘ）が光ビーム
（Ｐ）を横νＪる場合の誤動作を防止できることになる
以上のように、第２の発明にあっては、第１の発明にお
いて、光軸が第１の集光し：／、（（３ａ）の光軸に対
してそれぞれ所定距離ΔＬだけ互いに逆方向にずれた第
２、第５の集光レンズ（３ｂ）（３Ｃ）を設けるととも
に各集光レンズ（３ｂ）（３ｃ：１の集光面にそれぞれ
集光スポット（Ｓ）（Ｓ）’の位置に対応した位１１イ
信号を出力する第１、第２の位置検出手段（４）　（４
ａ　）’、＜設け、判別制御手段′（５）にて面位置検
出手段（４Ｎ４ａ）出力全合成した信号に基いて被検知
物体（Ｘ）が所定の検知エリア（ＤＥ）内に存在する力
・どう力・全判別して出力回路（６）を？１ｉｉＪ御す
るようにし、被検知物体（Ｘ）にて光ビーム卸の一部が
反射されｆｃ場合に面位置検出手段（４］　（４ａ　）
：６−ら相反的な信号が出力されるようにしており、被
検知物体（ｘ）ｒて光ビーム（Ｐ）の一部が照射される
烏合に面位置検出手段（４１（４ａ）刀・ら出力される
異常な位置信号が補正されることになって、正確な位置
情報が判別制御手段（５）に入力されるので、ビーム径
を大きくした光ビーム（Ｐ）を被検知物体（Ｘ）が横切
る場合にあっても誤動作が生じることがないという効果
を有している。勿論、第１の発明と同様の効果ケ脣する
ことは言う壕でもない。

【図面の簡単な説明】

掲１図は従来例の構Ｔｆｉを示す図、第２図および第５
図は同上の動作説明図、第４図は他の従来例の構成を示
す図、第５図および第６図は同上の動作説明図、第７図
は本発明一実施例の構成を示す図、第８図は同上の要部
ブロック回路図、へ）９図は同上に用いるＰＳＤの断面
図、第１０図はＰＳＤの等他回路、第１１図および第１
２図は向上の動作説明図、第１３図は他の実施例の袋部
ブロック図、第１４図は同上の問題点を示す図、第１５
図はさらに別の実施例の構成および動作を示す図である
。 （１）は投光手段、（３ａ）〜（３ｃ）は集光しシズ、
ｆ４Ｎ４ａ）け位誼検出手殺、（５）は判別制伺１手段
、（６）は出力回路である。 代理人　弁理士　　石　Ｂ：１　　長　上筒１図 １′１４′ 第２図 第３図 第４１１１１ｍ ３゛ ゝ＼− ２σ 第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ｆｉ＋被検被検体物体して光ビームを投光する投光手段
   と、被検知物体による光ビームの反射光を集光する第１
   の集光レンズと、光軸が第１の集光レンズの光軸に対し
   て所定距離だけずらせて配設され第１の集光レンズによ
   る反射光の集光点の光軸方向の変位を光軸と直交方向の
   変位に変換する第２の集光レンズと、第２の集光し：／
   ズの集光面に配設され集光スポットの位置に対応した位
   置信号全出力する位置検出手段と、位置検出手段出力に
   基いて被検知物体が所定の検知エリア内に存在する〃・
   どう力・全判別して出力回路を制御する判別制御手段と
   全具備して成る反射型光電スイッチ。 （２）被検知物体に対して光ヒームを投光する投光手段
   と、被検知物体による光ビームの反射光を集光する第１
   の集光レンズと、光軸が第１の集光しンズの光軸に対し
   てそれぞれ所定距離だけ互いに逆方向にずらせて配設さ
   れ第１の集光レンズによる集光点の光軸方向の変位を光
   軸と直焚方向の変位に変換する第２、第５の集光しシズ
   と、第２の集光レンズの集光面に配設され集光スポット
   の位置に対応した位置信号全出力する第１の位置検出手
   段と、第５の集光レンズの集光面に配設され集光スポッ
   トの位置に対応した位置信号を出力する第２の位置検出
   手段と、両位置検出手段出力を合成した信号に基いて被
   検知物体が所定の検知エリア内に存在する力・どうかを
   判別して出力回路を制御する判別制御手段とを具備し、
   被検知物体にて光ビームの一部が反射された場合に両位
   賄検出手段から相反的な信号・が出力されるようにして
   成る反射型光電スイッチ。