JPS6123988A - 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】 （ア）技術分野 この発明は、投光器と受光器とを有し、投光器から発射
された光が受光器に入射するか否かによって、物体の存
在、非存在を検出する光電スイッチに関する。

このような光電スイッチは、安全装置、保安設備、計数
装置などに広い用途をもっている。

（イ）従来技術とその問題点 第４図に、従来例に係る投光器Ａと、受光器Ｂとを組合
わせだ物体の存否を検出する光電スイッチの概略構成図
を示す。

投光器Ａには、電＃１と、これによって駆動される発光
素子２と、発光素子２の光を絞るレンズ３とを備える。

発光素子２はＬＥＤや電球などが使用される。

受光器Ｂには、集光レンズ４と、集光された光を検出す
る受光素子５と、受光素子信号を増幅する増幅器６、及
びレベル判定回路７とが設けられる。

レンズ３．４、発光素子２、受光素子５はブース８．９
によって囲まれている。

投光器Ａと、受光器Ｂの間には、単なる空間Ｃがあるだ
けである。投光器Ａから出射された光束は、直進して、
受光器Ｂのレンズ４に入る。

もしも、中間に物体が入ると、光束は遮断され、受光器
Ｂに到達しなくなる。レベル判定回路７ては、受光した
光のレベルを二値化し、物体の存在と非存在を判定する
。

レンズ３．４を使うのは、光が拡散するのを防ぎ、受光
器Ｂへ入射する光量を大きく維持するためである。

このような光電スイッチは一１投光器と受光器の光軸が
合致するように設置しなければならない。

通常の光電スイッチでは、光電ずれの許容範囲は１°〜
２°程度で極めて狭い。

このように、投光器、受光器の設置が難しい、という欠
点がある。

（り）発明の構成 本発明は、発光素子と受光素子の間を、光が空間伝送さ
れるのではなく、内面反射チューブを新しく設けて、多
重反射しながら伝送されるようにしだ。

第４図の構成は、光が直進するものであるから、光軸合
わせをしなければならなかった。

本発明１は、多重反射して、光が進行するようにし、物
体が内面反射チューブに接触しぐこれを押えると、多重
反射が妨げられ、受光素子に捷で到達しないようにして
いる。

このような点で、光は液体に似たような伝搬をしており
、物体はチューブを閉たすることによって、デユープ内
の光の伝搬を遮断している。

第１図は本発明の光電スイッチの略構成図である。

電諒１によって、発光素子２が発光する点は従来のもの
と異ならない。受光素子５の光信号に応じた電流を増幅
器６で増幅して、レベル判定回路７てその大きさを判定
する点も従来のものと同様である。

異なる点は、発光素子２と受光素子５との間を、弾力性
のある、内面に反射層を設けたチューブ１０によって連
結した、ということである。光１は、チューブ１０の内
面で、多数回反射されながら、発光素子２から受光素子
５へと進行する１゜内面に反射層を設けているから、こ
こでは、内面反射チューブ１０と呼ぶ。これは弾力性が
あって、容易に彎曲させることができ、しかも、外力を
受けると、これに応じて変形できるものである。

外力を収除くと、元の形状に復元する。

内面反射チューブ１０はそれゆえ、ゴムや軟質のプラス
チックを主体として作ることができる。

反射層は、Ａｌｓ　ＣｕＮ　Ａｇなどの金属をコーティ
ングする事によって形成できる。金属を含む反射剤を塗
布しても良い。

発光素子２、受光素子５の先端は、いずれも、内面反射
チューブ１０の端部へ挿入しである。

物体が発光素子２、受光素子５の中間に存在しない場合
、第２図に示すように、内面反射チューブ１０は、内径
および外径が一定の直円筒状となる。チューブ１０は、
全体が彎曲していてもよいし、直線状であってもよい。

発光素子２から出射された光は、レンズによって絞られ
ないので、広い開口角内に拡がる。この光は、内面反射
チューブ１０の内面に当り、反射される。反射された光
は、チューブ１０内を斜めに進行するが、反対側の壁面
で再び反射される。

さらに、この光は、何回も反射されて、内面反射チュー
ブ１０の反対側にまで到達する。

第２図の通常受光時の場合、内面反射チューブ１０の内
面は、チューブの軸線と平行である。

軸線を横ぎる光線は、一つの平面」二に存在する。

この平面はチューブ軸線を含む平面である。この平面と
デユープの内面との交叉点に於て、光線は反射される。

反射の際に、入射角と反射角とは等しいから、こ、の軸
線を通る光線と軸線のなす角θは一定である。従って、
このような子午光線（ｍｅｒｉ　ｄｉｏｎａｌ　ｒａｙ
ｓ　）は、内面反射チューブ１０の内面を同一の幾何学
的径路をたどって伝搬できる。

軸線を通らない光線（ｓｋｅｗ　ｒａｙｓ　）も、発光
素子２の発光面積の広さ、発光素子の位置合わせの精度
なとによって発生する。これは、軸線を通らないので、
チューブ内を螺旋状に多重反射して進行してゆく。これ
を斜め光線と呼ぶ。斜め光線であっても、任意のチュー
ブの断面に於て、この断面に対する光線のなす角は常に
一定であるから、やはり−１内面反射チューブ１０の中
を発光素子２から受光素子５へと進行することができる
。

これらの性質は、チューブの軸線と、チューブの内面が
平行であるから成立つのである。

ただし、反射率Ｒが１と社限らず、ｌより小さいので、
多重反射すると、Ｒのｎ乗で、光の強度（ｄ減衰してゆ
く。

ところが、物体１３があって、内面反射チューブ１０を
押したとする７、第３図はこの状態を示す。

内面反射チューブ１０は、弾力性があるので、押された
箇所りで変形し、閉塞される。

閉塞点りの近傍で、チューブ内面が軸線の方向に傾斜す
る。発光素子側Ａから、閉塞点りの間に光線は存在する
が、光線はＤ点に近付くに従って、軸線となす角θは大
きくなってゆく。

さらに、何回か反射されると、光線と軸線のなす角θは
９０°を越える。９０°以上のθをもつ光は、逆進して
、発光素子２へ戻ってくる。

このようにして、光は、閉塞点りを越えることができな
い。従って受光素子５には、光が到達しない。受光素子
５の光電流又は抵抗値の変化によって、光の存在、非存
在を知る。これによって、内面反射チューブ１０を押え
ている物体１３の存在を知ることができる。

（１）効　果 （１）発光素子と受光素子とが内面反射チューブによっ
て連結されており、チューブは弾力性があって、彎曲さ
せることもできるから、軸合わせのような面倒な作業を
必要とせず、設置が容易である。

（２）　　発光素子、受光素子が内面反射チューブで覆
われるから、ゴミや粉塵などが附着せず、これらによる
誤動作の惧れかない。

（３）発光素子、受光素子が内面反射チューブで覆われ
るから、外乱光の影響を受けない。

（４）本発明では、光を流体のように扱うので、あえて
集光させる必要がなく、レンズが不要である。

（５）本発明は、光を流体のように扱い、チューブの一
箇所が閉塞された時に、これを光量の変化として検出す
るのであるが、流体の場合と異々つて、チューブを完全
に閉塞しなくても、伝送光量はほぼ０になる。これは、
多重反射の反射面を少しずつ傾けてゆくことにより、光
の進行方向を反転させるものだからである。

この点を、第５図、第６図を使ってより厳密に説明する
。

第５図に示すように、内面反射チューブ１０に物体が当
ったため、内面が軸線に対して、αだけ傾いたとする。

つまり、二次元平面で見て、チューブの広さがもともと
Ｇであったものが、縮径してゆき閉塞点でｇＫ々つたと
する。壁面は、ＥＧ。

ＦＨのように傾いている。ＥＧｌＦＨの延長線の交点を
Ｋとする。

ＥＦは通常のチューブ内径Ｇに等しい。ＥＦから、Ｋ点
までの距離をＬとする。ＥＦに於て、軸線と角θをなす
光線の反射について考える。反射点を遂時追跡してゆく
ことは、困難なことではないが、ここではより直観的な
説明をする。

ＥＦＧＨは等脚台形であり、頂角は２αである。

そこで、このような等脚台形を、側辺ＥＧ、ＦＨに於て
多数つなぎ合わせた図形を考える。これは、第６図のよ
うなに点を中心とする円になる。

第６図で２０は１０°の例を示している。

すると、３６個の等脚台形ＥＦＨＧがここに描かれる。

鏡に於ける反射に於て、鏡に関し物体と対称な点をとる
と、この点から、光が直進したものとして、像の形成を
論することができる。

従って、細条する等脚台形ＥＦＨＧに於ける多重反射は
、第６図の“円を横ぎる一本の直線によって考えること
かできる。

Ｋ点を中心とする大円は、ひとつの弦の長さがＧて、Ｇ
に対応する中心角が２０である。

Ｋを中心とする小円は、弦の長さがｇで、これに対地、
する中心角が２αである。

放射線が３６本引いであるが、これがチューブ内面のＥ
ＧｌＦＨに当る反射面である。直線と放射線の交点の故
が反射回数に等しい。

この例では、１６回反射して、逆戻りしている。

大円の乎径はしてある。

αの小さい範囲で（ラジアンで表わすと）Ｇ＝２αＬ（
１） 小円の半径は、ｇ／２Ｑ！である。

多重反射されて・光の多くは、逆戻りする。

逆戻りしないのはθが極めてＯに近い時たけである。こ
れは、小円を横切る光線である。つまり、多重反射して
、逆戻りする光線の最少の傾斜角をθ□とすると、 Ｌθｍ＝ｇ／２α　　　　　　　　　（２）である。

θ□をＬ１α、ｇ、　Ｇ　　で表わすと又は である。θがθｍより大きければ、全て多重反射して、
逆戻りしてしまう。

発光素子の発光の角分布によるが、レンズを使わ々い場
合、光線は広く拡がるから、θｍより大きい傾角θをも
つ光の量は十分大きい。ｇが必ずしも０てなくても、受
光素子に入る光の量は少なくなる。

（オ）用　途 物体の存在、非存在を検出する装置に用いることができ
る。安全装置、保安設備、計数装置などに用いられる。

安全装置のセンサとしては、自動車のパワーウィンドの
自動停止反転装置に使うことができる。

内向反射チューブを窓の上枠に張りつけておけば、頚な
どがパワーウィンドによって挟まれたとしても、これを
検出し、パワニラインドを自ＯＪ的（て開くようにする
事かできる。

【図面の簡単な説明】

第１１％Ｉは本発明の光電スイッチの略構成図１゜第２
図（ｄ内面反射チューブが物体によって押えられていな
い通常受光時の光線の進行を示す略図。 第３図は内面反射チューブが物体によって押えられた時
の光線の進行を示す略図。 第４図は従来例に係る光電スイッチの略構成図。 第５図は内面Ｊｙ、射チスチューブえられたため、内面
が傾角αで縮んだ状態を示す断面図。 第６図は内面反射チューブが傾角αで傾いた時、軸線と
θをなす光線が多重反射する様子を説明するだめの線図
。 １　　　　　電　　　源 ２　　　発光素子 ３．４　・・し　ンズ ５　　　受光素子 ６　・増幅器 ７　　・・　レベル判定回路 １０　　　・・内面反射チューブ Ａ　・投光器 Ｂ　　受光器 Ｄ　　閉塞点 発　　明　　者　　　　　小　　林　　祥　　延伊　　
藤　　勝　　章 特許出願人　　住友電気工業株式会社 出願代理人　弁理士　川　瀬　茂−ｑｌ、　、’こ一１
７ゼ ｕ４；ｂ〉キＣ坦二−ウ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源１と、電源１によつて駆動される発光素子２と、受
   光素子５と、受光素子５の信号を増幅する増幅器６と、
   増幅された信号のレベルの大きさを判定するレベル判定
   回路７と、弾力性があり内面に反射層を有し発光素子２
   と受光素子５とを連結する内面反射チューブ１０とより
   なる事を特徴とする光電スイッチ。