KR100300140B1 - 광전식스위치장치및스위칭방법 - Google Patents

광전식스위치장치및스위칭방법 Download PDF

Info

Publication number
KR100300140B1
KR100300140B1 KR1019970707292A KR19970707292A KR100300140B1 KR 100300140 B1 KR100300140 B1 KR 100300140B1 KR 1019970707292 A KR1019970707292 A KR 1019970707292A KR 19970707292 A KR19970707292 A KR 19970707292A KR 100300140 B1 KR100300140 B1 KR 100300140B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
light
detected
wavelength
output value
generating
Prior art date
Application number
KR1019970707292A
Other languages
English (en)
Other versions
KR19980703891A (ko
Inventor
토시히로 후지타
익칸 니시하라
타케시 타카오
쇼오지 후지이
타카아키 도오코
타츠미 타몬
키미야스 쿠리타
카츠히로 쇼오지
Original Assignee
후나키 토시유키
이즈미덴키 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP3365896A external-priority patent/JPH09231886A/ja
Priority claimed from JP9258296A external-priority patent/JPH09282989A/ja
Application filed by 후나키 토시유키, 이즈미덴키 가부시키가이샤 filed Critical 후나키 토시유키
Publication of KR19980703891A publication Critical patent/KR19980703891A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100300140B1 publication Critical patent/KR100300140B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/94—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated
    • H03K17/941—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the way in which the control signals are generated using an optical detector
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3577—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing liquids, e.g. polluted water
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G01N21/3559—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content in sheets, e.g. in paper

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

OH기를 포함하는 물질에 흡수되는 파장의 제1 광(L1)을 검출 대상물로 향해서 방사하는 반도체 발광소자(411a)와, 가시광인 제2 광(L2)을 검출 대상물로 향해서 방사하는 반도체 발광소자(411b)와, 검출 대상물로부터의 광을 수광해서 제1 및 제2 광의 각각에 유래하는 광의 제1 및 제2 수광량을 취득하는 수광소자(411c)와, 제2 수광량에 의거해서 제1 수광량을 보정하는 처리계(S)를 구비하고 있다. 처리계(S)에서는 제2 수광량에 의해 검출 대상물의 색을 판별하고, 이 판별 결과에 의거해서 제1 수광량을 보정한다. 게다가, 보정된 제1 수광량과 소정의 문턱치를 비교해서 검출 대상물에 OH기를 함유하는 물질인 수분이 포함되어 있는가 아닌가를 검출해서 출력신호(s1)로서 출력한다.

Description

광전식 스위치 장치 및 스위칭 방법
공장의 자동화 라인에서는 공정관리 등을 위해 여러가지의 센서가 사용되지만, 광전식 센서에 스위칭 기능을 갖게 한 광전 스위치는 비접촉으로 대상물의 검출을 행할 수 있다는 이점이 있기 때문에, 여러 가지 용도로 사용되고 있다.
그런데, 종래의 광전 스위치중 반사형의 것에서는, 투광기로부터의 광을 검출위치를 향해서 투광함과 동시에 검출위치로부터의 반사광의 유무를 수광기로 검출함으로써, 그 검출위치에 검출 대상물이 존재하는가 아닌가를 인식하도록 되어 있다. 또한, 투과형의 것에서는 투광기와 수광기를 대향 배치하고, 그 사이의 공간에 검출 대상물이 있는 경우에는 그것에 의한 차광에 의해 수광기로 광이 도달하지 못하게 되는 것을 이용하고 있고, 소위 포토 인터럽터(photo interrupter)로서 구성되어 있다. 그리고, 이것들은 어느 경우에도 수광기의 수광상태에 따라 필요한 스위치의 개폐를 행하고, 그것에 의해 광전 스위치로서의 기능을 달성하고 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 광전 스위치는 대상물의 광반사성 또는 차광성을 조건으로 하고 있기 때문에, 이와 같은 광학적 성질이 부족한 검출 대상물, 특히 투명 또는 반투명의 액체나 고체(이하, 「투명성을 가지는 물질」)에 대해서는 그 검출이 곤란하다. 즉, 이와 같은 투명성을 가지는 물질의 경우에는 투광기로부터의 광은 거의 반사도 차폐도 되지 않기 때문에, 종래의 광전 스위치에서는 검출 대상물의 존재여부에 따라 수광기의 수광출력은 거의 변화하지 않는다. 또한, 약간의 반사나 차광을 무리하게 검출하고자 하면 수광기의 수광출력을 판별하기 위한 문턱치 레벨을 제로 레벨의 근방으로 설정하지 않을 수 없지만, 그렇게 하면 노이즈 등의 미소한 외란만으로 ON/OFF 스위칭이 발생하게 되고, 이것이 오보의 원인으로 되어 버린다.
한편, 잘 알려진 바와 같이, 어떤 물질도 전체의 파장에 대해서 완전히 투명한 것은 아니고, 광의 파장에 의존한 광흡수율을 가지고 있다. 이것에 대응해서 백색 광원으로부터의 광을 필터에 통과시키는 것에 의해 특정의 파장을 추출하고, 그것을 대상물에 투광함과 동시에 대상물을 통과한 광의 흡수도에 따라 대상물의 유무 검출 등을 행한다는 기술이 제안되어 있다.
그러나, 이 경우에는 필터로서 용이하게 입수할 수 있는 투과 파장대와, 검출해야 할 대상물의 광흡수 파장대가 꼭 일치한다고는 할 수 없다. 이 때문에, 실제로는 검출감도가 필요한 레벨까지 도달하지 않는다는 경우도 많다.
또한, 백색 광원으로서 사용되는 백열전구는 그 사이즈가 크기 때문에, 이것을 대상물에 투사시키기 위한 광학계도 커지게 된다. 따라서, 이들 구성 요소를 수용하지 않으면 안되는 투광기는 그 사이즈가 커지게 되어 버린다.
이와 같은 사정이 있기 때문에, 백색광원과 필터를 사용한 광흡수 이용형의 광전 검출기는 그 용도가 한정되어 있고, 광전 스위치와 같이 소형이고, 범용적으로 사용되는 기기에 채용하는 것은 곤란하다.
게다가, 이와 같은 기술에서는 착안한 파장만의 광을 투과하는 완전한 필터를 입수하는 것은 곤란하고, 그 파장 이외의 광도 상당히 필터를 투과해버린다는 것이 실상이다. 따라서, 대상물의 흡수 특성에 따라 특정 파장의 광만을 투광하는 것은 곤란하고, 실제로는 다수의 파장이 혼합된 검출로 되는 경우가 많다. 이 때문에, 착안한 파장 이외에 대해서 흡수의 영향을 회피하지 못해 대상물의 검출이 부정확하게 되는 경우도 있다.
이와 같이, 광학적 성질이 부족한 검출 대상물을 광을 사용해서 비접촉으로 검출하는데에는 다양한 문제를 가지고 있지만, 한편으로 하나의 센서를 설치하기 위해서 더 많은 다른 센서를 설치하지 않으면 안된다는 문제도 있다. 특히, 광전 스위치는 다양한 용도로 이용되고 있기 때문에, 하나의 자동화 라인상에 유사한 광전 스위치가 다수 배열 배치되어 있는 것이 실상이다.
예를들면, 용기중 액체의 양을 검출할 뿐인 검출동작에 있어서도, 자동화 라인에서는 용기가 주입위치에 도달하였는가 어떤가, 주입량이 적정한가 어떤가라는 2종류의 검출을 행하는 광전 스위치가 차례대로 배치되게 된다.
이와 같이, 실제의 자동화 라인에서는 많은 광전 스위치 때문에 넓은 설치 공간이 필요하고, 또한 자동화 라인 자신을 제조할 때에도 이들 많은 광전 스위치를 설치하기 위해 많은 시간을 필요로 해 버린다.
그런데, 근년 공장의 자동화 라인은 다품종 소량생산으로 이행중이고, 동일한 라인상에 다양한 형태, 색 등을 가지는 제품이 흐르는 일이 많게 되었다. 이와 같은 상황에 대응하기 위해, 제(諸)조건이 다른 제품에 대해서 동일 혹은 유사한 목적에도 관계없이 그 조건에 맞고 또 다수의 센서를 라인상에 설치하지 않으면 안되게 되어 있다. 이것은, 종래의 광전 스위치가 하나의 조건하에서 한 종류의 검출밖에 할 수 없도록 설치되어 있기 때문에 다양한 검출의 목적에 따라 다양한 종류의 광전 스위치가 필요하게 되기 때문이다.
이상과 같이, 광전 스위치는 비접촉으로 검출 대상물을 검출할 수 있다는 뛰어난 이용가치를 가지고 있고, 그 용도 및 편리성의 확대는 금후의 연구개발에서 중요하다고 말할 수 있다.
발명의 개시
＜ 발명의 목적＞
본 발명은 이와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 제1 목적은 투명성을 가지는 물질로서 대표되는 것, 즉 ① OH기를 포함하는 물질, ② CH2기나 CH3기를 포함하는 물질을 대상물로 하고, 그 검출을 정밀도 좋게 행함과 동시에 입수가 용이한 요소로 구성되며, 또 소형으로 구성 가능하고 범용성도 높은 광전 스위치를 제공하는데 있다.
또한, 제2 목적은 동일한 검출위치에서 복수 종류의 검출이 가능한 광전 스위치를 제공하는데 있다.
＜발명의 구성 및 작용＞
본 발명은, 검출 대상물로 광을 조사함과 동시에 검출 대상물로부터의 광을 수광함으로써 검출신호를 발생하는 광전식 스위치 장치를 대상으로 하고 있다.
본 발명은, 상기 검출 대상물로 조사되는 1.40㎛에서 1.50㎛까지의 범위에서 선택된 파장의 광을 발생하는 반도체 발광소자와, 검출 대상물로부터의 광중 조사한 광에 유래하는 광의 수광량에 따라 출력치를 발생하는 반도체 수광소자와, 출력치와 소정의 문턱치를 비교해서 검출신호를 발생하는 비교수단을 구비하고 있다.
또한, 본 발명은 상기 검출 대상물로 조사되는 1.60㎛에서 1.80㎛까지의 범위에서 선택된 파장의 광을 발생하는 반도체 발광소자와, 검출 대상물로부터의 광중 조사한 광에 유래하는 광의 수광량에 따라 출력치를 발생하는 반도체 수광소자와, 출력치와 소정의 문턱치를 비교해서 검출신호를 발생하는 비교수단을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, OH기나 CH2기 및/또는 CH3기를 포함하는 물질의 고유 흡수파장대에 대응한 파장의 광을 발생하는 입수 용이한 반도체 발광소자를 이용하고 있기 때문에, 필터나 큰 광학계를 사용할 필요가 없고, 소형화가 가능함과 동시에 범용성이 높은 광전식 스위치를 얻을 수 있다. 게다가, 반도체 발광소자의 발광파장의 파장대 폭은 충분히 좁기 때문에, 필요한 파장 이외의 파장의 영향도 적고, 대상물의 검출 정밀도도 높다. 이 때문에, 공장의 자동화 라인 등에서 유효성이 특히 높은 광전 스위치로 되어 있다.
또한, 본 발명은 검출 대상물을 향해서 복수의 다른 파장의 광을 발생하는 발광수단과, 검출 대상물로부터의 광중 복수의 다른 파장의 광의 각각에 유래하는 광의 수광량에 따라 복수의 출력치를 발생하는 수광수단과, 복수의 출력치에 의거해서 검출신호를 발생하는 검출신호 발생수단을 구비하고 있다.
본 발명에 의하면, 공장의 자동화 라인 등에 있어서, 검출 대상물에서 복수 종류의 검출을 신속하고 정확하게 할 수 있다. 또한, 복수의 광전식 스위치 장치를 설치할 필요가 없고, 설치 공정수를 저감함과 동시에 동작 타이밍의 지연처리도 불필요하게 되어 설비 설계가 용이하게 된다.
또한, 본 발명의 하나의 양태에서는, 복수의 파장의 광이 2개의 다른 파장의 광이고, 검출신호 발생수단에서 2개의 다른 파장의 광에 유래하는 출력치를 보정함으로써, 다양화하는 검출 대상물의 종류에 정확히 대응하는 것이 가능하게 되어 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서는, OH기를 포함하는 대표적인 물질로서 수분을 검출하고 있다. 또한, CH2기나 CH3기를 포함하는 대표적인 물질로서 알콜이나 아크릴 수지를 검출하고 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에서는, 검출 대상물의 색을 판별한 뒤에 색이 다른 검출 대상물이 수분을 포함하고 있는가 아닌가를 정확히 검출하고 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에서는, 검출 대상물의 존재의 검출과 검출 대상물의 표면상태를 지연처리를 하지 않고 하나의 광전식 스위치 장치로 실현하고 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징은, 이하의 설명중에서 명백하게 될 것이다.
본 발명은 공장의 자동화 라인 등에서 사용되는 광전변환을 이용한 스위치 장치 등에 관한 것이다.
도 1에서 도 6은 여러 가지 액체에 대한 광투과 스펙트럼의 실측결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 OH기를 포함하는 고체인 자당(sucrose)에 대한 광투과 스펙트럼의 실측결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 CH2기 또는 CH3기를 포함하는 고체인 아크릴 수지에 대한 광투과 스펙트럼의 실측결과을 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에서 채용되는 파장대의 설명도이다.
도 10은 특정 파장의 광을 이용한 본 발명의 바람직한 실시예인 반사형 광전 스위치의 외관도이다.
도 11은 도 10에서의 광전 스위치의 내부 구성과 사용 양태예를 나타내는 도면이다.
도 12는 특정 파장의 광을 이용한 본 발명의 바람직한 실시예인 투과형 광전 스위치의 외관도이다.
도 13은 도 12에서의 광전 스위치의 내부 구성과 사용 양태예를 나타내는 도면이다.
도 14A 및 도 14B는 복수의 다른 파장의 광을 이용한 본 발명의 바람직한 실시예에서의 검출방법을 설명하는 도면이다.
도 15는 복수의 다른 파장의 광을 이용한 본 발명의 바람직한 실시예인 광전 스위치의 외관도이다.
도 16은 도 15에 나타내는 광전 스위치의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 17은 도 15에 나타내는 광전 스위치의 파이버(fiber) 유닛을 나타내는 도면이다.
도 18은 도 17에 나타낸 파이버부의 일단면을 나타내는 도면이다.
도 19는 도 15에 나타내는 광전 스위치의 하나의 응용예를 나타내는 도면이다.
도 20은 도 15에 나타내는 광전 스위치의 하나의 응용예에서의 타이밍 챠트이다.
도 21은 복수의 다른 파장의 광을 따로따로 이용하는 본 발명의 바람직한 실시예인 광전 스위치에서의 내부 구성의 일부를 나타내는 도면이다.
도 22는 복수의 다른 파장의 광을 동일한 광로상으로 인도하는 방법을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
본 발명은, 공장의 자동화 라인 등에서 종래부터 사용되온 광전식 스위치 장치의 이용 양태를 확장하는 것이지만, 그 주된 양태는 특정의 파장을 사용해서 특정의 물질을 검출하는 광전식 스위치와, 복수의 다른 파장의 광을 사용해서 검출 대상물로부터 복수 종류의 검출을 행하는 광전식 스위치로 크게 분류할 수 있다.
이하에서는, 이들 분류마다 바람직한 실시예를 설명한다.
＜1. 특정 파장의 광을 이용한 광전 스위치＞
＜1.1 발명의 원리＞
본 발명의 실시예의 구체적인 구성을 설명하기 전에, 본 발명에서의 파장대의 채용 이유 및 반도체 발광소자에서 실현되는 파장대에 대해서 설명한다.
＜1.1.1 본 발명과 각종 물질의 광흡수 특성과의 관계＞
본 발명에 관한 특정 파장의 광을 이용한 광전 스위치의 하나는, OH기의 고유의 흡수 스펙트럼을 이용하는 것을 원리로 하고 있고, 이 흡수 파장대에 따라 발광파장으로서 1.4㎛대(1.40∼1.50㎛)를 채용한다.
또한, 특정 파장의 광을 이용한 광전 스위치의 또 하나는, CH2기 및 /또는 CH3기의 고유의 흡수 스펙트럼을 이용하는 것을 원리로 하고 있다.
도 1∼도 8은 이와 같은 파장대의 선택 근거로 되는 실측 결과를 나타내고 있다. 이들 그래프의 종축은 광투과율(0%∼100%)이고, 횡축은 파장(단위㎛)이다. 따라서, 그래프의 골짜기(谷)가 흡수 피크에 상당한다. 또, 상한이 100%를 약간 초과하고 있는 부분이 있지만, 이것은 오차에 의한 것이다. 또한, 이 도 1∼도 8의 아래 란(欄)에서 (*)표시가 붙여진 물질이 CH2기나 CH3기를 포함하는 물질이고, 그것 이외는 OH기를 포함하는 물질이다.
우선, 도 1에 있어서 OH기를 포함하는 물(H2O=H+OH)의 측정 결과에 착안한다. 이 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 물(水)은 1.45㎛ 부근과 1.95㎛ 부근에 광흡수 피크를 가진다. 원리적으로는 이들의 어느 파장대를 사용하더라도 광흡수를 이용한 광전 스위치를 얻을 수 있지만, 실제로는 반도체 발광소자로서 산업상 입수할 수 있는 파장대는 어느 정도 한정되어 있고, 본 발명에서는 1.4㎛대(1.40∼1.50㎛)를 채용한다. 도 1에서는 이 파장대가 「A」로 부기되어 있다. 또, 이와 같은 선택의 전제가 되는 반도체 발광소자의 예에 대해서는 후술한다.
한편, 도 1에 있어서 CH2기나 CH3기를 포함하는 유기액체로서 탄화수소 및 에틸알콜(에탄올)에서는, 1.72㎛ 부근 등에 흡수 피크를 가진다. 그래서, 물과 같이 산업상으로 입수할 수 있는 반도체 발광소자의 파장대를 고려하여 본 발명에서는 1.6∼1.7㎛대(1.60∼1.80㎛)를 채용한다. 도 1에서는 이 파장대가 「B」로 부기되어 있다.
도 2∼도 6은 다른 여러 종류의 물질에 대해서 같은 실측을 행한 결과를 나타내고 있다(일부, 도 1에 포함되는 결과도 중복되어 있다). 이들 그래프의 내용은 도면에서 명백하기 때문에 여기서는 상세하게 설명하지 않지만, 주성분으로서 OH기를 포함하는 물질에 대해서는 1.4㎛대(A)의 부근, 또 CH2기나 CH3기를 포함하는 유기액체에서는 1.6∼1.7㎛대(B)의 부근에 각각 흡수 피크를 가지는 것을 이들 그래프로부터 이해할 수 있다.
즉, 1.4㎛대(A)는 OH기를 포함하는 각종 액체에 있어서 공통 흡수대의 하나이고, 또한 1.6∼1.7㎛대(B)는 CH2기나 CH3기를 포함하는 여러 종류의 유기액체에 있어서 공통 흡수대의 하나이다.
또한, 이들 도 1∼도 6은 액체에 대한 실험 결과이지만, 본 발명은 고체에 대해서도 적용 가능하다. 도 7은 OH기를 포함하는 고체의 예로서 자당(蔗糖)(=셀룰로스 없는 자당)의 실험 결과이고, 역시 1.4㎛대(A)의 부근에 흡수 피크를 가지고 있다. 게다가, 도 8은 CH2기 또는 CH3기를 포함하는 고체의 예로서 투명 플라스틱(구체적으로는 아크릴 수지)의 실험 결과이며, 역시 1.6∼1.7㎛대(B)의 부근에 흡수 피크를 가지고 있다.
따라서, 액체인가 고체인가를 불문하고, 이들 파장대에서의 광흡수를 이용함으로써, 이들 물질의 검출에 유효한 광전 스위치를 얻을 수 있는 것이고, 본 발명은 이와 같은 사실에 의거하고 있다.
＜1.1.2 검출 대상물마다의 흡수 파장과 파장 선택＞
다음에, 상기와 같은 흡수 스펙트럼의 실측 결과로부터 판정된 흡수 피크중, 특히 1.4㎛대(1.40∼1.50㎛) 및 1.6∼1.7㎛대(1.60∼1.80㎛)가 본 발명에서 채용된 근거를 설명한다. 또, 이하의 설명에서 나타나는 파장치 및 파장대에 대해서는 도 9에 도시되어 있고, 이 도 9도 참조된다.
＜1.1.3 발광파장에 의한 반도체 발광소자의 분류와 이용의 경위＞
잘 알려진 바와 같이, 반도체 발광소자, 특히 반도체 레이저는 여러 종류의 파장대의 것이 개발되어 있고, 그들 파장은 응용별로 목적을 가지고 개발되어 있다. 일반적으로는 단파장대와 장파장대로 구분된다.
이중 단파장대는, 주로 소위 광정보처리 예를들면 CD를 대표로 하는 광디스크, 레이저 프린터 혹은 광전 스위치를 포함한 센서 등을 위해 개발되어 있다. 그 대표적인 것으로서는 AlXGa1-XAs계 화합물 반도체를 사용한 레이저가 있고, 이 조성에서 조성비 x 를 조정하는 것으로, 예를들면 파장 0.84㎛ 및 0.78㎛대 등이 실현 가능하다.
또한, 특히 단파장화가 요구되는 광디스크 등에서는 (AlXGa1-X)yIn1-yP계의 레이저가 개발되어 0.67㎛대 및 0.63㎛대가 실현되어 있다. 또한, 더 단파장화를 위해 ZnSe나 ZnS 등 밴드 갭 에너지가 큰 Ⅱ-Ⅵ족 화합물 반도체를 사용한 레이저도 연구 개발되어 있다.
한편, 장파장대 반도체 레이저는, 광파이버 통신시스템으로의 응용을 주된 목표로 해서 개발되어 있고, 주로 In1-XGaXAsyP1-y계의 화합물 반도체를 사용해서 작성되어 있다. 광통신 등에서 사용되는 파장은 예를들면 1.3㎛대나 1.55㎛대이다. 이 파장대가 선택된 이유는 광파이버의 소재인 유리의 흡수가 작기 때문에 광신호를 장거리를 전송손실을 적게 전송할 수 있다는 요구(needs)를 충족하고 있기 때문이다. 또한, 광파이버 증폭기에 있어서, 광파이버내에 희토류 원소인 에르븀(Er)을 도프한 파이버에 여기광으로서 파장 1.48㎛대 혹은 0.98㎛대의 반도체 레이저를 사용함으로써 30dB 이상의 광신호에 대한 이득을 실현할 수 있는 수법이 개발되고, 그것에 의해 새로운 파장대인 0.98㎛나 1.48㎛대의 레이저가 개발되어 있다.
이상의 단파장대 및 장파장대중 본 발명에서 중요하게 되는 것은 장파장대이다(도 9 참조).
＜1.1.4 발광 파장대에 대응하는 조성 및 제조＞
그런데, 이상 설명한 반도체 레이저의 재료인 화합물 반도체는 복수 종류의 원자의 혼성 결정에 의해 성립한다. 이것에 대해서는 예를들면, "Heterostructure Lasers" H. C. Casey, Jr. ＆ M. B. Panish, Academic Press, 1978이 이 분야에서 널리 알려진 참고 문헌이다. 이 문헌에 의하면, 직접 천이형 화합물 반도체의 가전자대와 충만대 사이의 에너지 갭(Eg)(단위 eV)과 발광파장(λ)(단위 ㎛)의 관계는,
Eg(eV)=1.2398/λ(㎛)
로 주어진다.
특히, In1-XGaXAsyP1-y의 혼성 결정 반도체에 있어서는, 그 에너지 갭이 취할 수 있는 범위는 조성비 x, y를 0≤ x ≤1, 0≤ y ≤1의 범위내에서 변화시킴으로써 0.73≤ Eg ≤1.25(eV)의 범위내에서 제어 가능하다. 따라서, In1-XGaXAsyP1-y의 발광 가능한 파장(λ)의 범위는 관계는, 0.99≤ λ ≤1.70㎛이다.
＜1.1.5 본 발명에서의 반도체 발광소자예＞
이와 같이, 반도체 발광소자로서 산업상으로 현재 입수 가능한 파장대가 제한되지만, 본 발명에 관한 하나의 광전 스위치에서 사용하는 1.4㎛대(A)(도 9참조)는, 전형적으로는 상기와 같이 In1-XGaXAsyP1-y의 반도체 혼성 결정으로 구성된 반도체 발광소자에 의해 실현 가능하다.
또한, 본 발명에 관한 또 하나의 광전 스위치에서 채용되는 1.6∼1.7㎛대(B)중 1.60∼1.70㎛의 파장에 대해서는, 전형적으로는 In1-XGaXAsyP1-y에 의해 실현할 수 있다. AlGaInSb계 또는 InPAsSb계의 반도체 혼성 결정으로 구성된 반도체 발광소자 에 의해 1.60∼1.80㎛의 파장이 실현 가능하다.
한편, 반도체 혼성 결정에서의 초격자 효과를 이용해서 본 발명에 사용하는 반도체 발광소자를 실현하는 것도 가능하다. 반도체 혼성 결정의 제조에 있어서는 결정성장법이 중요한 팩터(factor)이지만, 본 발명을 실현하기 위해 사용하는 반도체 발광소자를 위한 반도체 혼성 결정의 결정성장법으로서는, 전통적인 액상성장(Liquid Phase Epitaxy)법 외에 보다 더 박막형성이 가능한 기상성장법, 예를들면 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)법이나 분자선 에피택시법 즉 MBE(Molecular Beam Epitaxy)법 등이 이용 가능하다. 이와 같은 수법을 사용하면 통상의 벌크(bulk) 반도체에 의해 발광 가능한 에너지 갭의 범위를 확대해서 제어하는 것이 가능하고, 파장의 제어성에 있어서도 고도로 자유도를 갖게하는 것도 가능하다.
＜1.2 특정 파장의 광을 이용한 광전 스위치의 실시예＞
이하, 상기와 같은 원리에 따라서 구성된 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.
＜1.2.1 제1 실시예＞
도 10은 본 발명의 제1 실시예인 반사형 광전 스위치(1)의 외관도이고, 도 11은 그 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 이 광전 스위치(1)는 내장되는 반도체 발광소자(후술한다)의 발광파장에 따라서, ① OH기를 포함하는 물질(구체적으로는 물을 주성분으로 하는 액체)의 검출용 광전 스위치, 또는 ② CH2기 또는 CH3기를 포함하는 물질(구체적으로는 이들 기를 포함하는 유기액체) 검출용 광전 스위치로서 사용된다.
도 10에 나타낸 바와 같이, 광전 스위치(1)는 직사각형 케이싱(2)의 내부에 도 11의 요소군(10)을 내장하고 있다. 이 요소군(10)은 투광계, 수광계 및 스위칭계로 대별되고, 이중 투광계에서는 발광 제어회로(11)에서 발생한 여기전력을 반도체 발광소자(12)로 공급하고 있다. 이 반도체 발광소자(12)(즉, 반도체 광원)로서는, ① OH기를 포함하는 물질의 검출용 광전 스위치의 경우는 1.4㎛대(1.40∼1.50㎛), ② CH2기 또는 CH3기를 포함하는 물질의 검출용 광전 스위치의 경우는 1.6∼1.7㎛대(1.60∼1.80㎛)중에서 선택한 파장을 발광하는 반도체 발광소자, 예를들면 InGaAsP계, AlGaInSb계 또는 InPAsSb계의 반도체 레이저가 사용된다. 이들 범위에서 바람직한 파장의 예는 각각 1.45㎛ 및 1.66∼1.73㎛이다.
도 11의 반도체 발광소자(12)에서 발생한 광(La)은 렌즈(13)를 통해서 도 10의 투명윈도우(3a)로부터 소정의 검출위치(P)(도 11)를 향해서 방사된다. 이 검출위치(P)가 설정되는 면(R)은, 반도체 발광소자(12)에서 발생한 광을 실질적으로 흡수하지 않는 광반사성 재료로 형성되어 있다. 따라서, 검출위치(P)에 검출 대상물(Q)(물을 주성분으로 하는 액체 또는 유기액체)이 존재하지 않는 경우에는 광(La)이 면(R)에 도달하여 이 면(R)에서 거의 그 전량이 반사되고, 그것이 반사광(Lb)으로 되어 광전 스위치(1)로 되돌아 간다. 또한, 검출위치(P)에 검출 대상물(Q)이 존재하는 경우에는 광(La)의 대부분이 검출 대상물(Q)에서 흡수되어 반사광(Lb)은 실질적으로 제로 또는 상대적으로 낮은 광량으로 된다.
광전 스위치(1)의 수광계는, 반도체 수광소자(15)와 수광 제어회로(16)를 구비하고 있다. 도 10의 투명윈도우(3b)로부터 도 11의 렌즈(14)를 통해서 입사된 광(Lb)은 이 반도체 수광소자(14)로 검출된다. 이 반도체 수광소자(15)는 예를들면 포토다이오드로 구성되어 있고, 수광된 광을 광전(光電) 변환한다. 그리고, 그 광전 변환출력은 수광 제어회로(16)에서 소정의 전압 또는 전류로 변환된다. 구체적으로는, 반사광(Lb)의 레벨에 따라 반도체 수광소자(15)로부터 출력된 신호를 이 수광 제어회로(16)가 소정의 문턱치로 판별하여 「수광상태」,「비수광상태」를 나타내는 2치 신호로 변환한다. 또한, 이 수광 제어회로(16)에는 이득조정 손잡이(16a)가 부착되어 있고, 이 이득조정 손잡이(16a)의 조작에 응답하여 상기 문턱치가 조정됨으로써, 검출감도의 조정이 가능하다.
게다가, 광전 스위치(1)의 스위칭계는 스위칭 회로(17)를 구비하고 있고, 이 스위칭 회로(17)에는 검출파일럿(detection pilot) 램프(18b)가 접속되어 있다. 이 스위칭 회로(17)는 광검출 결과에 따라서 광전 스위치(1)의 외부기기(예를들면 공정관리용 콘트롤러)에 ON/OFF의 스위칭 출력(Sout)을 공급하도록 되어 있다. 게다가, 스위칭 회로(17)에는 스위치 방향전환 손잡이(17a)가 부착되어 있고, 이 스위치 방향전환 손잡이(17a)를 조작함으로써, 검출파일럿 램프(18b)의 점등과 스위칭 출력(Sout)의 「ON」을 수광시에 행하는가, 그렇지 않으면 비수광시에 행하는가를 전환할 수 있다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 케이싱(2)의 상면에는 각 조정손잡이(16a,17a)가 배치됨과 동시에, 검출파일럿 램프(18b)는 전원파일럿 램프(18a)와 병렬적으로 투명 파일럿 램프 후드(hood)(18)의 속에 수용되어 있다.
또, 검출파일럿 램프(18b)와 전원파일럿 램프(18a)는, 그들의 발광색이 다르고, 이것에 의해 어느 것이 점등하고 있는가를 용이하게 식별할 수 있다. 또한, 이 광전 스위치(1)의 전원전력선 및 스위칭 출력(Sout)의 인출선은 도 10의 케이블(4)을 통해서 외부기기에 접속되어 있다.
이와 같은 구성의 광전 스위치에 있어서는, 검출 대상물(Q)(OH기를 포함하는 물질이나 CH2기 또는 CH3기를 포함하는 물질)이 존재하는가 아닌가에 따라서 광흡수량이 다르다. 이 때문에, 반도체 발광소자(12)로부터의 광중 반도체 수광소자(15)에 도달하는 양에 따른 신호레벨을 문턱치로 판별함으로써, 스위칭 출력(Sout)을 자동적으로 전환함과 동시에, 검출파일럿 램프(18b)의 점등/소등이 이루어진다. 반도체 발광소자는 발광파장이 샤프(sharp)하기 때문에, 여분의 파장의 광이 혼입하는 일이 적어 검출 정밀도가 높다. 또한, 백색광원을 사용하는 경우와 같은 필터 등을 필요로 하지 낳고, 또한 렌즈(13,14)도 작아도 되기 때문에 전체로서 소형이고, 범용성도 높다.
＜1.2.2 제2 실시예＞
도 12는 본 발명의 제2 실시예인 투과형 광전 스위치(100)의 외관도이고, 도 13은 그 내부 구성을 나타내는 블록도이다. 이중 도 13은 광전 스위치(100)를 물을 주성분으로 하는 액체 또는 유기액체의 레벨 검출용으로서 사용된 양태를 예시하고 있다.
도 12에 나타낸 바와 같이, 이 광전 스위치(100)는 투광부(200)와 수광부(300)의 조합으로 구성되고, 도 13에 나타낸 바와 같이 이들은 서로 대향한 위치에 설치되어 사용된다. 그 사이의 공간에는 반도체 발광소자(212)의 발광파장에 있어서 광흡수가 적은 재료, 예를들면 유리 등으로 형성된 용기(50)에 검출 대상물(Q)이 저장되어 있다.
투광부(200)는, 도 12의 직사각형 케이싱(202)의 내부에 도 13의 발광 제어회로(211) 및 반도체 발광소자(21)를 구비하고 있다. 이 반도체 발광소자(212)의 구체적인 구성예 및 그 발광특성은 제1 실시예와 같고, ① OH기를 포함하는 물질의 검출용 광전 스위치의 경우는 1.4㎛대(1.40∼1.50㎛), ② CH2기 또는 CH3기를 포함하는 물질의 검출용 광전 스위치의 경우는 1.6∼1.7㎛대(1.60∼1.80㎛)중에서 선택한 파장을 발광하는 반도체 발광소자가 사용된다.
반도체 발광소자(212)에서 발생한 광(La)은 렌즈(213)를 통해서 도 12의 투명윈도우(203)로부터 용기(50)의 소정 높이(H0)를 향해서 방사된다. 검출 대상물(Q)의 레벨이 이 설정 높이(H0) 미만의 높이(Low)에 있는 경우에는, 광(La)의 거의 전량이 투과광(Lc)으로서 수광부(300)에 도달한다. 또한, 검출 대상물(Q)의 레벨이 설정 높이(H0) 이상의 높이(High)에 있는 경우에 광(La)의 거의 전량 또는 많은 부분이 검출 대상물(Q)에 의해 흡수되어 투과광(Lc)은 실질적으로 제로 또는 상대적으로 낮은 광량으로 된다.
수광부(300)는, 도 12의 케이싱(302)의 속에 반도체 수광소자(315)와 수광 제어회로(316)를 구비하고 있고, 이중 반도체 수광소자(315)는 예를들면 포토다이오드로 구성되어 있다. 도 12의 투명윈도우(303)를 통해서 도 13의 렌즈(314)를 통해서 입사된 광(Lc)은 이 반도체 수광소자(315)로 검출되고, 그 수광출력은 수광 제어회로(316)에서 소정의전압 또는 전류로 변환된다. 그 원리는 제1 실시예에서 의 수광 제어회로(16)와 같다. 또한, 이 수광 제어회로(316)에는 이득조정 손잡이(316a)가 제1 실시예와 같이 부착되어 있고, 이것에 의해 검출감도의 조정이 가능하다.
수광부(300)는, 게다가 스위칭 회로(317)를 구비하고 있고, 이 스위칭 회로(317)에는 제1 실시예와 같은 검출파일럿 램프(318b) 및 스위치 방향전환 손잡이(317a)가 부착되어 있다.
또, 투광부(200) 및 수광부(300)에서의 전원파일럿 램프(218a,318a)중 수광부(300)에서의 전원파일럿 램프(318a)는 검출파일럿 램프(318b)와 병렬적으로 도 12의 투명파일럿 램프 후드(318)의 속에 수용되어 있는 것도 제1 실시예와 같다. 투광부(200) 및 수광부(300)는 도 12의 케이블(204,304)을 통해서 각각 외부기기에 접속되어 있다.
이 제2 실시예에서의 기본적인 검출원리는 제1 실시예와 같기 때문에, 여기서는 그 반복 설명은 생략하지만, 예를들면 도 13의 용기(50)와 검출 대상물(Q)과의 관계가 투명한 병(bottle)에 수용된 음료수나 유기액체이고, 그 자동 충진의 제어에 이 광전 스위치(100)를 사용한 경우에는 액면이 설정 높이(H0)에 도달하고 있는가 어떤가를 정확히 검출하여 충진의 정지 등의 제어를 행할 수 있다.
그런데, 검출 대상물(Q)이 어느 정도의 색을 가지고 있는 경우에는 종래의 투과형 광전 스위치, 즉 검출 대상물(Q)에서의 차광을 이용한 광전 스위치라도 어느 정도의 검출은 가능하다. 그러나, 병으로의 액체의 자동 충진에 있어서는 액면상에 포말이 많이 발생하고, 그 포말이 병의 외부까지 넘치는 일도 많다. 그러면, 이 포말의 표면이 검출광의 차광이나 반사를 하기 때문에 오검출이 생긴다.
이것에 대해서, 본 실시예의 경우에는 광흡수를 원리로 하고 있고, 광흡수량은 광이 그 액체를 통과하는 길이에 따라 증가한다. 포말의 경우에는 그 내부는 공기로 되어 있기 때문에, 예를들면 다수의 포말이 있더라도 광의 흡수는 적고, 포말을 액면으로 오검출 하는 일은 없다. 이 때문에, 광의 흡수에 의한 검출은 본래 액면의 레벨만을 반영하고 있고, 검출이 고정밀도로 된다.
＜1.2.3 특정 파장의 광을 이용한 광전 스위치의 변형예＞
액체의 레벨 검출을 위해 본 발명의 광전 스위치를 이용하는 경우에는 제2 실시예의 투과형 광전 스위치(100)를 복수조 준비하고, 그들을 다른 높이에 설치할 수도 있다. 이것에 의해, 액면의 레벨을 복수의 높이에서 모니터 가능하다. 예를들면, 병으로의 액체 충진의 경우에는 충진 오차를 예상하여 최대 레벨과 최소 레벨에 각각 광전 스위치(100)를 배치해 두면 최대 레벨과 최소 레벨 사이에 액체가 있는 것만을 합격품으로 식별할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용되는 반도체 발광소자는 그 발광파장이 1.4∼1.5㎛ 또는 1.6∼1.8㎛이기 때문에 측정광을 직접 눈으로 볼 수 없지만, 가시광을 발생하는 조명용 광원을 따로 설치하여 측정광의 집광위치와 같은 위치에 조명용 광원으로부터의 가시 스팟(spot)을 형성시킴으로써, 측정광을 의사적으로 가시화 할 수도 있다.
＜2. 복수의 다른 파장의 광을 이용한 광전 스위치＞
＜2.1 동작원리＞
본 발명에 관한 복수의 다른 파장의 광을 이용한 광전 스위치의 구체적인 구성과 동작을 설명하기 전에, 그 동작원리에 대해서 구체예를 사용하면서 설명한다. 또, 이하에서는 복수의 다른 파장의 광을 이용한 광전 스위치를「다파장 광전 스위치」라 부른다.
＜2.1.1 구체적 동작의 예＞
이하의 예에서 설명하는 다파장 광전 스위치는, 표면상태(색이나 광택 등)가 다른 2종류의 검출 대상물에 대해서 그 표면상태의 차이에 따라 광반사 레벨이 변하는 경우에도 그 검출 대상물이 어떤 특정의 물질을 함유하고 있는가 어떤가를 검출하는 것이다.
우선, 도 14A 및 도 14B를 참조한다. 표면상태가 각각 다른 검출 대상물 Wx, Wy(이하, 양자를 합쳐서 「검출 대상물W」이라 한다)에 대해서,
·어떤 물질(Z)을 함유하지 않은 상태의 것을 검출 대상물 Wx-, Wy-라 하고,
·어떤 물질(Z)을 함유하는 상태의 것을 검출 대상물 Wx+, Wy+라 한다.
예를들면,
Wx…흰 검출 대상물,
Wy…검은 검출 대상물,
Z…물,
Wx-…흰 검출 대상물이 물을 함유하지 않은 상태,
Wy-…검은 검출 대상물이 물을 함유하지 않은 상태,
Wx+…흰 검출 대상물이 물을 함유한 상태,
Wy+…검은 검출 대상물이 물을 함유한 상태,
이다.
또한,
·광반사 레벨이 검출 대상물(W)의 표면상태의 영향을 받고, 또 물질(Z)에 흡수되는 제1 파장(λ1)의 광과,
·광반사 레벨이 검출 대상물(W)의 표면상태의 영향을 받지만, 물질(Z)에는 흡수되지 않는 제2 파장(λ2)의 광이 존재하는 것으로 한다.
이때,
·제1 파장(λ1)의 광을 검출 대상물 Wx-, Wx+, Wy- 및 Wy+에 조사한 경우 반사광의 수광레벨(I)을 I1x-, I1x+, I1y- 및 I1y+로 하고,
·제1 파장(λ1)의 광과 같은 광량의 제2 파장(λ2)의 광을 검출 대상물 Wx-, Wx+, Wy- 및 Wy+에 조사한 경우 반사광의 수광레벨(I)을 I2x-, I2x+, I2y- 및 I2y+로 하면, 이들 수광레벨(I)은 도 14A 및 도 14B에 나타낸 바와 같이,
I1x- 〉I1x+,
I1y- 〉I1y+,
I2x- = I2x+,
I2y- = I2y+,
로 된다. 단, 검출 대상물의 표면상태에 의해 I2x- 〉I2y-로 되는 경우, 즉 파장(λ2)에 대해서는 검출 대상물(Wx-)의 쪽이 검출 대상물(Wy-)보다도 광반사율이 큰 경우를 예로 하고 있다.
여기서, 도 14A에 나타낸 바와 같이,
I1x- 〉I1x+ 〉I1y- 〉I1y+,
로 되는 경우, 검출 대상물(W)이 물질(Z)을 함유하는가 어떤가가 제1 파장(λ1)의 광만으로는 검출할 수 없다. 즉, 수광레벨 I1x-와 I1x+의 차이를 검출하고, 또 수광레벨 I1y-와 I1y+의 차이를 검출하는 수광레벨(I)의 문턱치를 설정할 수 없다.
그래서, 제2 파장(λ2)의 광에 의한 반사광의 수광레벨(I)에 의해 검출 대상물(W)의 표면상태를 먼저 검출하고, 이 검출 결과에 의거해서 검출 대상물이 물질(Z)을 함유하는가 어떤가를 검출한다는 원리를 채용한다. 이하, 제1 및 제2 파장(λ1,λ2)의 광의 반사광의 수광레벨(I)을 사용해서 물질(Z)의 함유 유무를 검출하는 방법에 대해서 보다 상세히 설명한다.
제2 파장(λ2)의 광에 의한 반사광의 수광레벨(I)은 도 14B에 나타낸 바와 같이,
I2x- = I2x+,
I2y- = I2y+,
이고, 또
I2x- 〉I2y-,
이므로, 제2 파장(λ2)의 광에 대해서 수광레벨을 식별하면, 검출 대상물(W)이 검출 대상물(Wx)인가 검출 대상물(Wy)인가를 검출할 수 있다.
즉,
I2x- 〉Th2 〉I2y-,
또,
I2x+ 〉Th2 〉I2y+,
를 만족하는 문턱치(Th2)를 설정하면, 수광레벨(I)이 문턱치(Th2)보다도 높은 경우는 검출 대상물(Wx)이고, 문턱치(Th2)보다도 낮은 경우는 검출 대상물(Wy)인 것을 검출할 수 있다.
그리고, 검출 대상물(Wy)인 것으로 검출된 경우, 반사광의 수광레벨 I1y- 및 I1y+에 증폭율(M)(정수)를 곱하고,
I1x- 〉Th1 〉I1x+,
또,
M·I1y- 〉Th1 〉M·I1y+,
로 되는 문턱치(Th1)를 설정할 수 있다. 즉, 반사광의 수광레벨(I)이 문턱치(Th1)보다도 높은 경우는 검출 대상물은 물질(Z)을 함유하지 않고, 문턱치(Th1)보다도 낮은 경우는 물질(Z)을 함유하고 있는 것을 검출할 수 있게 된다.
이와 같이, 2개의 다른 파장(λ1,λ2)을 사용함으로써, 종래 검출할 수 없는 경우가 있었던 검출 대상물(W)의 표면상태 및 특정 물질(Z)의 함유의 유무를 적절히 검출하는 것이 가능하게 된다.
＜2.1.2 일반적 동작원리와 그 이용양태＞
이상, 2개의 다른 파장의 광에 의해 표면상태가 다른 검출 대상물(Wx,Wy)이 물질(Z)을 함유하는가 어떤가를 구체적인 동작원리에 대해서 설명하였지만, 이 동작원리를 일반적으로 설명하자면, 복수의 다른 파장의 광을 검출 대상물에 조사하고, 검출 대상물로부터의 하나의 파장의 광의 수광량에 의거해서 검출 대상물로부터의 다른 파장의 광의 수광량을 보정함으로써, 검출 대상물로부터 복수 종류의 검출을 행한다는 동작원리로 되어 있다.
이와 같은 동작원리를 이용하는 구체적인 양태로서는, 예를들면 상기 동작원리의 예에서 기술한 검출 대상물의 색과 OH기를 포함하는 물질인 수분의 유무를 검출하는 경우는, 색의 검출에 대해서는 가시광을 이용하고, 수분의 유무 검출에는 파장이 1.40∼1.50㎛ 범위에 있는 광을 이용하는 방법이 거론된다.
또한, 검출 대상물의 색과 CH2기 및/또는 CH3기를 포함하는 물질인 합성수지 등의 재질을 검출하는 경우라면, 색의 검출에는 가시광을 이용하고, CH2기나 CH3기를 포함하는 재질의 검출에는 파장이 1.60∼1.80㎛ 범위에 있는 광을 이용하는 방법이 거론된다.
＜2.2 복수의 다른 파장의 광을 이용한 광전 스위치의 실시예＞
＜2.2.1 제3 실시예＞
도 15는 본 발명의 실시예인 반사형의 다파장 광전 스위치(401)의 외관도이고, 도 16은 다파장 광전 스위치(401)의 내부 구성을 나타내는 도면이다. 다파장 광전 스위치(401)는 표면상태(색이나 광택)가 다른 2종류의 검출 대상물(Wx,Wy)에 대해서 그 표면상태의 영향을 받지않고, 그 검출 대상물(W)이 OH기를 가지는 물질의 대표예로서 물을 함유하고 있는가 어떤가를 검출하는 것이다. 이하, 다파장 광전 스위치(401)의 구조와 광의 조사방법 및 수광방법에 대해서 설명한다.
도 15에 나타낸 다파장 광전 스위치(401)는, 직사각형 케이싱(402)과, 케이싱(402)의 내부 회로군(410)과, 검출 대상물(W)에 광을 투광함과 동시에 검출 대상물(W)로부터의 반사광을 되돌려 보내는 광로수단인 파이버 유닛(403)과, 검출 대상물에 대한 검출 결과의 신호를 소정의 제어기기로 전송하는 케이블(404)로 구성된다.
도 16에 나타낸 바와 같이, 회로군(410)은 발광수단인 투광계(E), 수광수단인 수광계(H), 스위칭 수단인 처리계(S) 및 동작 표시를 행하는 표시계(D)로 대별된다. 투광계(E)는 1.40∼1.50㎛의 파장대에 속하는 비가시 적외선 광(L1)을 발생하는 발광소자(411a)와, 가시 적색광(L2)을 발생하는 발광소자(411b)와, 이들 발광소자(411a,411b)를 처리계(S)에서의 신호에 의거해서 구동하는 투광회로(412a) 및 투광회로(412b)로 구성된다. 수광계(H)는 검출 대상물로부터의 반사광을 수광하는 수광소자(411c)와, 수광소자(411c)를 구동함과 동시에 수광신호를 처리하는 수광회로(412c)로 구성되고, 수광신호를 처리계(S)로 전송한다. 처리계(S)는 투광회로(412a)로 투광타이밍 신호를 공급함과 동시에 수광회로(412c)로부터의 수광신호를 받아 신호 처리회로(413)와, 투광회로(412b)로 감도 보정신호를 전송하는 감도 보정회로(414)로 구성되고, 신호 처리회로(413)와 감도 보정회로(414)는 표시계(D)로 신호를 전송함과 동시에, 신호 처리회로(413)는 스위칭 신호로서 출력신호(s1)를 발생한다. 표시계(D)는 제1 검출파일럿 램프(415)와 제2 검출파일럿 램프(416)로 구성되고, 신호 처리회로(413) 및 감도 보정회로(414)의 동작상태를 표시한다.
신호 처리회로(413)에는 전체를 제어하는 제1 제어회로(413a)가 설치되어 있다. 수광신호의 수광레벨(I)은 감도 보정회로(414)로부터 신호(sa)를 받아 전환되는 스위치(413c)를 통해서 비교기(CM1)로 공급된다. 이 비교기(CM1)에는 볼륨(volume)(VR1)으로 설정되는 문턱치(Th1)도 공급되고, 수광레벨(I)과 문턱치(Th1)가 비교되고, 그 비교 결과가 제1 제어회로(413a)로 전달되도록 되어 있다.
또한, 수광신호의 수광레벨(I)은 보정용 증폭회로(413b)에도 공급된다. 이 보정용 증폭회로(413b)에는 볼륨(VRM)이 접속되어 있고, 볼륨(VRM)의 조정에 의해 그 증폭율(M)을 조정할 수 있도록 되어 있다. 스위치(413a)가 이 보정용 증폭회로(413b)측으로 전환되어 있는 경우에는, 증폭에 의한 보정 후의 수광레벨 M·I 가 비교기(CM1)에서 문턱치(Th1)와 비교된다.
한편, 감도 보정회로(414)에는 전체를 제어하는 제2 제어회로(414a)가 설치되어 있다. 또한, 다른쪽의 문턱치(Th2)를 조정하는 볼륨(VR2)이 존재하고, 수광신호(I)는 비교기(CM2)에서 이 문턱치(Th2)와 비교되고, 그 비교 결과가 신호(sa)로서 출력된다.
신호(sa)의 전달경로에는 감도 보정량을 조정할 때 사용하는 감도 보정회로 전환스위치(SW)가 설치되어 있다. 또한, 볼륨(VRM,VR1,VR2) 및 감도 보정회로 전환스위치(SW)는 도 15에 나타낸 바와 같이 케이싱(2)상에 배치되어 있고, 외부에서 조정할 수 있도록 되어 있다.
파이버 유닛(403)은, 도 17에 나타낸 바와 같이 광을 전달하는 파이버부(431)와, 케이싱(402)에 접속되는 커넥터(432)와, 파이버내를 전달하는 광을 동일한 광로상으로 안내하는 중첩부(433)와, 선단부(434)로 구성된다. 파이버부(431)는 커넥터(432)와 중첩부(433)에 접속된 3개의 파이버(431a,431b,431c)와, 중첩부(433) 및 선단부(434)에 접속된 파이버(431d)로 구성되고, 파이버(431d)는 단면이 도 18에 나타낸 바와 같이 내측영역(Ra)과 외측영역(Rb)으로 나누어진 동심의 2중 구조로 되어 있다. 커넥터(432)에는 접속구(432a,432b,432c)가 설치되어 있고, 커넥터(432) 내부에서 각각 파이버(431a,431b,431c)에 접속되어 있다. 커넥터(432)가 케이싱(402)에 접속되면, 접속구(432a,432b)로 발광소자(411a,411b)로부터의 광이 입사되고, 이들 광은 중첩부(433)에서 중첩되어 파이버(431d)의 내측영역(Ra)을 전달해서 선단부(434)에 설치된 렌즈를 통해서 동일한 광로상으로 방사된다. 반대로, 검출 대상물로부터의 반사광은 선단부(434)로부터 입사하여 파이버(431d)의 외측영역(Rb)을 전달하고, 파이버(431c)로부터 접속구(432c)를 통해서 수광소자(411c)로 안내된다.
도 15에 나타낸 다파장 광전 스위치(401)의 동작을 설명하는 예로서, 표면상태가 다른 검출 대상물(W)에 흰 종이조각(Wx)과 검은 종이조각(Wy)을 사용해서 OH기를 가지는 물질(Z)의 함유 유무의 검출로서 종이조각에 수분이 포함되어 있는가 어떤가, 즉 종이조각이 젖어 있는가 건조해 있는가를 종이조각의 처리공정에서 검출하는 응용예에 대해서 이하에 설명한다. 또, 이미 기술한 동작원리의 설명에서 사용한 기호와 대응해서,
· 건조한 흰 종이조각을 Wx-,
· 젖은 흰 종이조각을 Wx+,
· 건조한 검은 종이조각을 Wy-,
· 젖은 검은 종이조각을 Wy+로 하고,
이들에 적외선 광(L1)의 파장에 상당하는 제1 파장(λ1) 및 적색광(L2)의 파장에 상당하는 제2 파장(λ2)을 조사한 경우 반사광의 수광레벨(I)을 각각 I1x-, I1x+, I1y-, I1y+ 및 I2x-, I2x+, I2y-, I2y+로 한다.
도 19는 본 실시예에서의 다파장 광전 스위치(401)의 이 응용예를 나타내는 도면이다. 도면중 콘베이어(CV)는 흰 종이조각(Wx) 및 검은 종이조각(Wy)을 동시에 화살표 방향으로 반송하고 있다. 우선, 전제로서 검출방법에서 설명한 다파장 광전 스위치(401)가 사용하는 문턱치(Th1), 문턱치(Th2) 및 증폭율(M)을 설정하는 방법에 대해서 설명한다.
(1) 감도 보정회로 전환스위치(SW)가 OFF 상태에서 제1 검출파일럿 램프(415)가 건조한 흰 종이조각(Wx-)에 대해서 점등하고, 젖은 흰 종이조각(Wx+)에 대해서 소등하도록 불륨(VR1)을 조정한다. 이 작업에 의해, 다파장 광전 스위치(401)로부터 방사된 제1 파장(λ1)의 적외선 광(L1)에 대해서, 문턱치(Th1)가 수광레벨(I1x-)과 수광레벨(I1x+)에 대해,
I1x- 〉Th1 〉I1x+,
을 만족하도록 조정된다.
(2) 감도 보정회로 전환스위치(SW)가 ON 상태에서 제2 검출파일럿 램프(416)가 흰 종이조각(Wx)(젖어 있어도 건조해 있어도 된다)에 대해서 점등하고, 검은 종이조각(Wy)(젖어 있어도 건조해 있어도 된다)에 대해서 소등하도록 불륨(VR2)을 조정한다. 이 작업에 의해, 다파장 광전 스위치(401)로부터 방사되는 제2 파장(λ2)의 적색광(L2)에 대해서, 문턱치(Th2)가 수광레벨(I2x-)(또는 I2x+)과 수광레벨(I2y-)(또는 I2y+)에 대해,
I2x- 〉Th2 〉I2y-, (단, I2x+ = I2x-, I2y+ = I2y-)
을 만족하도록 조정된다.
(3) 감도 보정회로 전환스위치(SW)가 ON 상태인채 제1 검출파일럿 램프(415)가 건조한 흰 종이조각(Wx-)과 건조한 검은 종이조각(Wy-)에 대해서 점등하고, 젖은 흰 종이조각(Wx+)과 젖은 검은 종이조각(Wy+)에 대해서 소등하도록 불륨(VRM)을 조정한다. 이 작업에 의해, 증폭율(M)이,
M·I1y- 〉Th1 〉M·I1y+,
을 만족하도록 조정된다.
이상과 같은 조정에 의해, 다파장 광전 스위치(401)는 검출의 원리(도 14A, 도 14B)의 설명에서 기술한 조건을 만족하도록 조정된다. 즉, 종이조각이 「검은」가「흰」가는 제2 파장(λ2)의 광(L2)에 대해서 수광레벨과 문턱치(Th2)와의 비교에 의해 판정 가능하게 되고, 또한, 종이조각이 젖어 있는가 아닌가는 제1 파장(λ1)의 광(L1)에 대해서 수광레벨 자신 또는 그것을 증폭율(M)로 증폭 보정한 결과와, 문턱치(Th1)와의 비교에 의해 판정 가능하게 된다.
도 20은 이 응용예에서의 타이밍 챠트이다. 제1 파장(λ1)의 적외선 광(L1)과 제2 파장(λ2)의 적색광(L2)은 신호 처리회로(413)에서의 제어신호에 의해 교대로 투광되고, 어느 것인가가 투광되면 수광회로(412c)를 구동시켜 수광신호(I)를 얻는다.
이 수광신호(I)는 비교기(CM2)에서 문턱치(Th2)와 비교되고, 그 비교 결과에 따라 「검은가 흰가」의 판정신호(sa)가 얻어진다. 이 신호(sa)는 스위치(413c)로 공급되어 「검은」경우에는 이 신호(sa)에 의해 스위치(413c)가 보정용 증폭회로(413b)측으로 전환된다. 이 때문에, 수광신호(I)가 증폭율(M)로 증폭 보정되어 보정이 끝난 수광레벨(M·I)로 된 후에 비교기(CM1)로 입력하고, 이 비교기(CM1)에서, 문턱치(Th1)와 비교된다. 이것에 의해 「젖어 있는가 아닌가」가 판정되고, 그 판정 결과는 제1 제어회로(413a)로 전송된다.
한편, 비교기(CM2)에서의 비교 결과가 「흰」경우에는 신호(sa)에 의해 스위치(413c)가 제1 제어회로(413a)측으로 전환되고, 수광신호(I)가 직접 비교기(CM1)로 입력되어 문턱치(Th1)와 비교된다. 이것에 의해 「젖어 있는가 아닌가」가 판정되고, 그 판정결과는 제1 제어회로(413a)로 전송된다.
제1 제어회로(413a)에서는 종이조각이 「흰」가「검은」가에 상관없이「젖어 있는가 아닌가」의 판정결과를 얻고, 그 결과를 스위칭 출력신호(s1)로서 외부로 출력한다.
또, 스위칭 출력신호(s1)로서 종이조각의 색도 포함한 정보로 하고 싶은 경우에는 신호(sa)를 제1 제어회로(413a)에도 출력하고, 이 제1 제어회로(413a)에서는 이들 2종류의 정보 즉 「흰가 검은가」및「젖어 있는가 아닌가」를 조합한 4개의 상태를 2비트 디지털 신호의 4개의 값으로 식별하여 출력하도록 하면 된다.
이와 같이 해서 도 20에 나타낸 바와 같이, 4종류의 검출 대상물(Wx-∼Wy+)에 대해서 그들 색에 관계없이 「젖어 있는가 아닌가」의 판정 결과인 스위칭 신호를 정확히 얻을 수 있다.
또, 도 20에는 나타나 있지 않지만, 실제로는 검출 결과를 안정시키기 위해 수광소자(411c)에서 수회 수광한 후에 출력신호(s1)를 출력하고 있다.
이 실시예에서의 다파장 광전 스위치(401)에서는 2개의 다른 파장(λ1,λ2)의 광을 사용하고, 또한 보정용 증폭회로(413b) 등으로 보정을 행하는 것으로 표면상태가 흰것과 검은 것으로 다른 2종류의 검출 대상물(Wx,Wy)인 종이조각에 대해서 젖어 있는가 건조해 있는가를 검출할 수 있다.
또한, 2개의 다른 파장(λ1,λ2)의 광은, 파이버 유닛(403)을 통해서 동일한 광로상으로 안내되기 때문에, 종래와 같이 광전 스위치를 2개 설치할 필요가 없고, 설비 설계가 용이하게 됨과 동시에 정확한 검출을 행할 수 있다.
그런데, 도 19에 나타낸 용도에 광전 스위치를 사용하는 경우에 있어서, 검출 대상물의 흐름의 상류측에 검출 대상물의 유무만을 검출하는 제1 광전 스위치와, 하류측에 설치되어 상기 제1 광전 스위치가 검출 대상물을 검출한 경우에만 검출 대상물의 상태 판정을 행하는 제2 광전 스위치를 설치한다는 기술(이하,「비교기술」)도 고려한다. 그러나, 이와 같은 경우에는 복수의 광전 스위치가 필요하게 될 뿐만 아니라, 제1 광전 스위치의 광로와 제2 광전 스위치의 광로가 떨어져 있기 때문에 제1 광전 스위치가 검출 대상물의 유무를 검출한 시점으로부터 소정의 시간만큼 지연시켜 제2 광전 스위치에서의 검출을 행하지 않으면 안된다.
따라서, 그와 같은 지연 제어가 필요할 뿐만 아니라 검출이 부정확하게 되는 경우도 있다. 예를들면, 반송속도의 시간적인 변동에 의해 검출 대상물이 제1 광전 스위치의 위치로부터 제2 광전 스위치의 위치까지 이동하는 시간이 변동하는 경우에는 상기 일정의 지연시간의 후에 제2 광전 스위치를 동작시킨다는 구성에서는 검출 에러가 생겨버리는 것이다.
이것에 대해서, 본 발명의 상기 실시예에서는 동일한 광로에서 2종류의 검출을 행하고 있기 때문에 타이밍의 지연 처리도 불필요하게 되고, 지연에 따른 검출 에러도 생기지 않는다.
또한, 제1 파장(λ1)의 광으로서 파장 1.40∼1.50㎛의 광을 사용하고 있으므로, OH기를 가지는 물질인 수분의 함유 유무를 검출할 수 있다.
게다가, 투광하는 광의 하나가 가시광인 적색광이기 때문에, 다른쪽이 비가시광이라도 투광위치를 용이하게 인식할 수 있다.
＜2.2.4 제4 실시예＞
제3 실시예에서는 제2 파장(λ2)의 광을 사용해서 보정을 행하고 있지만, 제1 파장의 광(λ1)과 제2 파장의 광(λ2)을 전부 독립적인 용도로서 사용하여도 물론 된다. 이 경우도, 광전 스위치의 설치가 용이하게 됨과 동시에 동작 타이밍의 지연 처리가 불필요하게 된다.
도 21은 하나의 파장의 광을 검출 대상물의 표면상태의 검출에, 또 하나의 파장의 광을 검출 대상물의 존재여부의 판정에 사용하는 광전 스위치의 예를 나타낸 도면이다. 또, 이 광전 스위치는 제3 실시예의 광전 스위치와 거의 같은 구성으로 되어 있지만, 2개의 수광소자(411c,411d)와 이들 수광소자(411c,411d)에 접속된 표면상태 검출수단(412e), 존재여부 검출수단(412d) 및 게이트 수단(G)을 더 가진다는 점에서 제3 실시예에서의 광전 스위치(401)와 다르게 되어 있다.
도 21에 나타낸 바와 같이 스위칭 수단(S)에서의 신호에 의해 발광소자(411a)로부터는 검출 대상물의 표면상태의 검출을 목적으로 하는 제1 파장(λ1)의 광이 방사되고, 검출 대상물로부터의 반사광이 수광소자(411c)에 의해 수광된다. 또한, 발광소자(411b)로부터는 검출 대상물의 존재여부의 판정을 목적으로 하는 제2 파장(λ2)의 광이 방사되어 그 반사광이 수광소자(411d)에 의해 수광된다. 수광소자(411c)로부터의 신호는 표면상태 검출상태(412e)에 있어서, 소정의 문턱치와 비교되어 표면상태 신호(sc)로 되고, 수광소자(411d)로부터의 신호도 존재여부 판정수단(412d)에서 소정의 문턱치와 비교되어 존재여부 판정신호(sd)로 됨과 동시에게이트 수단(G)으로 보내진다. 표면상태 신호(sc)는 존재여부 판정신호(sd)에 의해 동작하는 게이트 수단(G)에 의해 게이트 되어 출력신호(s1)로 된다. 따라서, 검출 대상물이 존재하는 경우에만 검출 대상물의 표면상태의 검출 결과를 얻을 수 있다.
그 결과, 검출 대상물의 존재여부를 판정하는 광전 스위치를 별도로 설치할 필요가 없게 되고, 또한 동작 타이밍의 지연 설정도 불필요하게 된다.
＜2.2.3 다파장 광전 스위치의 변형예＞
이상 본 발명에 관한 다파장 광전 스위치의 실시예에 대해서 설명해왔지만,본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 이하와 같은 변형도 가능하다.
· 상기 실시예에서는 제1 파장의 광으로서 파장 1.40∼1.50㎛의 광을 사용하고 있지만, 파장 1.60∼1.80㎛의 광을 사용하는 것이라도 된다. 이 경우는 CH2기 및/또는 CH3기를 가지는 물질의 함유 유무에 대해서 검출이 가능하게 된다.
· 상기 실시예에서는 검출해야 할 어떤 물질로서 액체(물)를 사용하고 있지만, 도 7 및 도 8을 사용해서 설명한 바와 같이 고체라도 된다. 예를들면, 투명한 수지로 표면처리된 검출 대상물에 대해서 색 등의 영향을 받지 않고, 표면처리가 행해지고 있는가 어떤가를 검출할 때에 이용할 수 있다.
· 상기 실시예는 반사형의 다파장 광전 스위치이지만, 별도의 파이버를 사용해서 검출 대상물을 투과한 광을 수광소자로 안내함으로써, 투과형의 다파장 광전 스위치로서 사용할 수 있다.
· 상기 실시예에서는, 복수의 다른 파장의 광으로서 2개의 다른 파장의 광을 사용하고 있지만, 물론 3개 이상의 다른 파장의 광이라도 된다.
· 상기 실시예에서는, 수광소자로서 하나의 수광소자를 사용하고 있지만, 검출 대상물로부터의 광을 프리즘이나 광학적 필터를 사용해서 복수의 수광소자로 수광하여도 된다. 또한, 2개 이상의 다른 파장의 광을 순번대로 투광하고, 하나 이상의 수광소자로부터의 수광신호를 투광회로와 동기를 취하면서 선택하고, 수광신호를 분리하여도 된다. 게다가, 2개 이상의 다른 파장의 광의 투광펄스의 주파수(펄스폭)를 다르게 한 것으로 하는 것에 의해, 하나의 수광소자로부터의 수광신호를 푸리에 변환 등의 전기적 필터를 사용해서 분리 할 수도 있다.
· 도 16에서 예시한 회로에서는, 문턱치(Th1,Th2)를 볼륨으로 조정하도록 하고 있지만, 수광레벨과 문턱치의 대소관계는 상대적인 것이다. 이 때문에, 문턱치(Th1,Th2)는 디폴트 값으로 고정해 놓고, 비교기(CM1,CM2)의 앞에서 수광레벨(I)을 각각 증폭함과 동시에, 그 증폭율을 사전에 조정해서 등가적으로 문턱치(Th1,Th2)와의 관계를 사전 조정하여도 된다. 마찬가지로, 수광레벨(I)의 보정용 증폭회로(413b)를 설치하는 대신에 「검은것」과「흰것」의 판정결과에 따라서 비교기(CM1)로 공급되는 문턱치를, 문턱치(Th1)와 문턱치(Th1/M)로 전환하도록 하여도 된다.
· 상기 실시예에서는 파이버 유닛을 사용해서 2개의 다른 파장의 광을 동일한 광로상으로 안내하고 있지만, 도 22A에 나타낸 바와 같이 대구경 렌즈(471)와 소구경렌즈(472)를 사용해서 대구경 렌즈(471)로부터의 광을 소구경 렌즈(472)의 후방에서 조사하도록 하고, 소구경 렌즈(472)로부터의 광과 동일한 광로상으로 안내하여도 된다. 또한, 도 22B에 나타낸 바와 같이 하프미러(473)를 통해서 2개의 다른 파장의 광을 동일한 광로상으로 안내하여도 된다. 또한, 도 22C에 나타낸 바와 같이 2개의 발광소자(411a,411b)를 근접해서 배치하고, 이들 발광소자로부터의 광을 발산시키는 것에 의해 거의 동일한 광로상으로 안내할 수도 있다.
게다가,동일한 광로상으로 안내된 2개의 다른 파장의 광을 폴리곤미러(polygon mirror) 등을 사용해서 래스터 스캔시킴으로써, 넓은 영역에 걸쳐 검출이 가능하게 된다.
이상 본 발명의 각 실시예에 대해서 설명하였지만, 본 발명의 범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 첨부된 청구항의 범위에 의해 규정된다.

Claims (26)

  1. (정정) 검출 대상물로부터의 광을 받아서 2치(値)의 검출신호를 발생하는 광전식 스위치 장치로서, 상기 검출 대상물로 조사되는 1.40㎛에서 1.50㎛까지의 범위에서 선택된 파장의 광을 발생하는 반도체레이저와, 상기 검출 대상물로부터의 광 중 상기 파장 성분의 광의 수광량에 따른 출력치를 발생하는 반도체 수광소자와, 상기 출력치와 소정의 문턱치를 비교해서 상기 검출신호를 발생하는 비교수단을 구비하는 광전식 스위치 장치.
  2. (정정) 제1 항에 있어서, 상기 반도체레이저로부터의 광을 상기 검출 대상물로 안내하는 안내수단과, 상기 검출 대상물로부터의 광을 상기 반도체 수광소자로 안내하는 안내수단을 더 구비하는 광전식 스위치 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 소정의 문턱치를 변경하는 수단을 더 구비하는 광전식 스위치 장치.
  4. (정정) 검출 대상물로부터의 광을 받아서 2치의 검출신호를 발생하는 광전식 스위치 장치로서, 상기 검출 대상물로 조사되는 1.60㎛에서 1.80㎛까지의 범위에서 선택된 파장의 광을 발생하는 반도체레이저와, 상기 검출 대상물로부터의 광 중 상기 파장 성분의 광의 수광량에 따른 출력치를 발생하는 반도체 수광소자와, 상기 출력치와 소정의 문턱치를 비교해서 상기 검출신호를 발생하는 비교수단을 구비하는 광전식 스위치 장치.
  5. (정정) 제4 항에 있어서, 상기 반도체레이저로부터의 광을 상기 검출 대상물로 안내하는 안내수단과, 상기 검출 대상물로부터의 광을 상기 반도체 수광소자로 안내하는 안내수단을 더 구비하는 광전식 스위치 장치.
  6. 제4 항에 있어서, 상기 소정의 문턱치를 변경하는 수단을 더 구비하는 광전식 스위치 장치.
  7. (정정) 검출 대상물로부터의 광을 받아서 상기 검출대상물이 소정의 물질을 함유하는지 여부를 나타내는 검출신호를 발생하는 광전식 스위치 장치로서, 상기 검출 대상물을 향해서 서로 다른 제1 및 제2의 파장의 광을 발생하는 2개의 발광소자와, 상기 검출 대상물로부터의 광 중 상기 제1 및 제2의 파장의 광의 각각에 유래하는 광의 수광량에 따른 제1 및 제2의 출력치를 발생하는 수광수단과, 상기 제2의 출력치에 따라서 상기 제1의 출력치를 보정하는 보정수단과, 상기 보정수단에 의해 보정된 상기 제1의 출력치에 기초하여 상기 검출신호를 발생하는 수단과, 를 구비하며, 상기 제1 및 제2의 출력치는 상기 검출대상물의 표면상태의 영향을 받아서, 상기 제1의 파장이 상기 물질의 흡수파장대에 포함되고, 상기 제2의 파장이 상기 흡수파장대에 포함되지 않는 광전식 스위치 장치.
  8. (정정) 제7 항에 있어서, 상기 검출신호를 발생하는 수단이, 상기 보정수단에 의해 보정된 상기 제1의 출력치와 검출 문턱치를 비교하는 수단을 가지는 광전식 스위치 장치.
  9. (정정) 제8 항에 있어서, 상기 보정수단이, 상기 검출 문턱치를 변경하는 수단, 을 더 가지는 광전식 스위치 장치.
  10. (정정) 제7 항에 있어서, 상기 보정수단이, 상기 제2의 출력치와 조건 문턱치를 비교해서 비교 결과를 취득하는 수단과, 상기 비교 결과에 따라 상기 제1의 출력치를 보정하는 수단을 가지는 광전식 스위치 장치.
  11. 제10 항에 있어서, 상기 보정수단이, 상기 조건 문턱치를 변경하는 수단, 을 더 가지는 광전식 스위치 장치.
  12. (정정) 제7 항에 있어서, 상기 2개의 발광소자를 독립적으로 점등 제어하는 점등 제어수단을 더 구비하는 광전식 스위치 장치.
  13. (정정) 제7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 파장의 광을 동일한 광로(光路)상으로 안내하는 수단을 더 구비하는 광전식 스위치 장치.
  14. (정정) 제7 항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 파장의 광이 가시광과 비가시광인 광전식 스위치 장치.
  15. (정정) 제14 항에 있어서, 상기 비가시광의 파장이, 1.40㎛에서 1.50㎛의 범위에서 선택되어 있는 광전식 스위치 장치.
  16. (정정) 제14 항에 있어서, 상기 비가시광의 파장이, 1.60㎛에서 1.80㎛의 범위에서 선택되어 있는 광전식 스위치 장치.
  17. (정정) 제14 항에 있어서, 상기 비가시광을 발생하는 발광소자가, 반도체 발광소자인 광전식 스위치 장치.
  18. (정정) 검출 대상물로부터의 광을 받아서 2치의 검출신호를 발생하는 스위칭 방법으로서, 1.40㎛에서 1.50㎛까지의 범위에서 선택된 파장의 광을 반도체레이저로부터 상기 검출 대상물로 향해서 조사하는 공정과, 상기 검출 대상물로부터의 광 중 상기 파장 성분의 광의 광량에 따른 출력치를 발생하는 공정과, 상기 출력치와 소정의 문턱치를 비교해서 상기 검출신호를 발생하는 공정과, 를 가지는 스위칭 방법.
  19. (정정) 검출 대상물로부터의 광을 받아서 2치의 검출신호를 발생하는 스위칭 방법으로서, 1.60㎛에서 1.80㎛까지의 범위에서 선택된 파장의 광을 반도체레이저로부터 상기 검출 대상물을 향해서 조사하는 공정과, 상기 검출 대상물로부터의 광 중 상기 파장 성분의 광의 광량에 따른 출력치를 발생하는 공정과, 상기 출력치와 소정의 문턱치를 비교해서 상기 검출신호를 발생하는 공정과, 를 가지는 스위칭 방법.
  20. (정정) 검출 대상물로부터의 광을 받아서 상기 검출대상물이 소정의 물질을 함유하는지 여부를 나타내는 검출신호를 발생하는 스위칭 방법으로서, 상기 검출 대상물로 향해서 서로 다른 제1 및 제2의 파장의 광을 조사하는 조사공정과, 상기 검출 대상물로부터의 광 중 상기 제1 및 제2의 파장의 광의 각각에 유래하는 광의 광량에 따른 제1 및 제2의 출력치를 발생하는 공정과, 상기 제2의 출력치에 따라 상기 제1의 출력치를 보정하는 보정공정과 보정된 상기 제1의 출력치에 의거해서 상기 검출신호를 발생하는 검출신호 발생공정과, 를 가지며, 상기 제1 및 제2의 출력치는 상기 검출대상물의 표면상태의 영향을 받아서, 상기 제1의 파장이 상기 물질의 흡수파장대에 포함되고, 상기 제2의 파장이 상기 흡수파장대에 포함되지 않는 스위칭 방법.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 검출신호 발생공정이, 상기 보정공정에서 보정된 상기 제1의 출력치와 검출 문턱치를 비교해서 상기 검출신호를 발생하는 공정, 을 가지는 스위칭 방법.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 보정공정이, 상기 제2의 출력치와 조건 문턱치를 비교해서 비교 결과를 취득하는 공정과, 상기 비교 결과에 의거해서 상기 제1의 출력치를 보정하는 공정과, 를 가지는 스위칭 방법.
  23. (정정) 제22 항에 있어서, 상기 조사공정의 전에, 미리 조정용 대상물에 제1 및 제2의 파장의 광을 조사하고, 상기 조정용 대상물로부터의 광에 의거해서 상기 검출 문턱치 및 상기 조건 문턱치를 조정하는 공정, 을 더 가지는 스위칭 방법.
  24. (정정) 제20 항에 있어서, 상기 조사공정이, 1.40㎛에서 1.50㎛까지의 범위에서 선택된 상기 제1의 파장의 광을 반도체 발광소자로부터 상기 검출 대상물을 향해서 조사는 공정을 가지는 스위칭 방법.
  25. (정정) 제20 항에 있어서, 상기 조사공정이, 1.60㎛에서 1.80㎛까지의 범위에서 선택된 상기 제1의 파장의 광을 반도체 발광소자로부터 상기 검출 대상물을 향해서 조사하는 공정을 가지는 스위칭 방법.
  26. 제20 항에 있어서, 상기 보정공정이, 상기 제2 출력치에 따라 상기 제1 출력치에 소정의 값을 곱한 것을 상기 검출신호로 하는 공정을 가지는 스위칭 방법.
KR1019970707292A 1996-02-21 1997-02-19 광전식스위치장치및스위칭방법 KR100300140B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP96-33658 1996-02-21
JP3365896A JPH09231886A (ja) 1996-02-21 1996-02-21 光電スイッチ
JP9258296A JPH09282989A (ja) 1996-04-15 1996-04-15 光電スイッチ
JP96-92582 1996-04-15
PCT/JP1997/000461 WO1997031384A1 (fr) 1996-02-21 1997-02-19 Dispositif de commutation photoelectrique et procede de commutation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR19980703891A KR19980703891A (ko) 1998-12-05
KR100300140B1 true KR100300140B1 (ko) 2001-10-27

Family

ID=26372389

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019970707292A KR100300140B1 (ko) 1996-02-21 1997-02-19 광전식스위치장치및스위칭방법

Country Status (7)

Country Link
US (2) USRE37926E1 (ko)
EP (1) EP0822566B1 (ko)
KR (1) KR100300140B1 (ko)
CN (1) CN1154139C (ko)
DE (1) DE69733925T2 (ko)
TW (1) TW330300B (ko)
WO (1) WO1997031384A1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010076152A (ko) * 2000-01-21 2001-08-11 추후제출 광전 스위치

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT406711B (de) * 1999-02-25 2000-08-25 Joanneum Research Forschungsge Verfahren zur spektroskopischen bestimmung der konzentration von alkoholen mit 1 bis 5 kohlenstoffatomen
US6822181B2 (en) 2001-06-27 2004-11-23 Labatt Brewing Company Limited Container diverter
US7064329B2 (en) * 2001-08-21 2006-06-20 Franalytica, Inc. Amplifier-enhanced optical analysis system and method
WO2003065021A1 (fr) * 2002-01-29 2003-08-07 Stmicroelectronics Sa Methode et appareil pour la mesure de concentrations dans un melange comprenant de l'eau et de l'alcool isopropylique (ipa)
CN100358072C (zh) * 2003-03-26 2007-12-26 高地健 可调式手握开关
WO2008139694A1 (ja) * 2007-05-15 2008-11-20 Panasonic Corporation 攪拌状態検出方法
DE102014118854A1 (de) * 2014-12-17 2016-06-23 Endress + Hauser Conducta Gesellschaft für Mess- und Regeltechnik mbH + Co. KG Vorrichtung zur Bestimmung einer die Flüssigkeitsmenge repräsentierenden Größe sowie deren Verwendung
CN106130533B (zh) * 2016-08-23 2023-06-06 惠州华阳通用电子有限公司 一种光电感应旋钮组件
CN107037761A (zh) * 2017-05-25 2017-08-11 四川汇友电气有限公司 带光纤开关的接触网开关监控装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02126437A (ja) * 1988-07-08 1990-05-15 Sharp Corp 光メモリ素子並びにその製造装置

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE415397B (sv) * 1978-06-02 1980-09-29 Asea Ab Fiberoptiskt metdon
JPS5641239A (en) 1979-09-13 1981-04-17 Hitachi Cable Ltd Flame-retardant composition
US4463261A (en) 1981-05-07 1984-07-31 National Research Development Corporation Analysis apparatus
GB2110819B (en) 1981-05-07 1985-02-06 Nat Res Dev Analysis apparatus
JPS58143242A (ja) 1982-02-19 1983-08-25 Fujitsu Ltd 漏洩ガス検出装置
SE431260B (sv) * 1982-06-02 1984-01-23 Asea Ab Fiberoptiskt metdon for metning av elektriska och magnetiska storheter
US5222810A (en) * 1982-08-06 1993-06-29 Kleinerman Marcos Y Fiber optic systems for sensing temperature and other physical variables
DE3334264A1 (de) 1982-09-25 1984-04-05 Showa Denko K.K., Tokyo Verfahren und messgeraet zum messen der methan-konzentration in einem gasgemisch
JPS6134424A (ja) 1984-07-27 1986-02-18 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 透明容器内の充填液位検出装置
JPS62286317A (ja) 1986-06-04 1987-12-12 Omron Tateisi Electronics Co 光電スイツチ
US4947036A (en) * 1986-10-03 1990-08-07 Conax Buffalo Corporation Self-monitoring optical sensor having a ratiometric output signal
JP2574780B2 (ja) * 1986-12-26 1997-01-22 オムロン株式会社 反射型光電スイッチ
US4823008A (en) * 1987-11-05 1989-04-18 Process Automation Business, Inc. Apparatus and methods employing infrared absorption means to measure the moisture content of heavy grades of paper
JPH062348Y2 (ja) 1988-02-15 1994-01-19 オムロン株式会社 反射型光電スイッチ
JPH01262441A (ja) 1988-04-13 1989-10-19 Miyawaki:Kk 蒸気配管内の空気検出方法及び装置並びに蒸気配管用空気検出ユニット
JP2648765B2 (ja) * 1988-04-30 1997-09-03 チノン株式会社 光電スイッチの受光信号回路
JPH0220936A (ja) 1988-07-08 1990-01-24 Fujitsu Ltd 多重／分離回路
JPH0756958B2 (ja) 1988-07-08 1995-06-14 松下電器産業株式会社 二重積分型ノイズシェーパ
JPH084750Y2 (ja) * 1989-03-24 1996-02-07 オムロン株式会社 反射型光電スイッチ
US5112124A (en) * 1990-04-19 1992-05-12 Worcester Polytechnic Institute Method and apparatus for measuring the concentration of absorbing substances
JPH0830680B2 (ja) 1990-10-15 1996-03-27 アンリツ株式会社 ガス検出装置
JPH04204354A (ja) 1990-11-30 1992-07-24 Meiwa Seishi Genryo Kk 紙選別装置
JPH055651A (ja) * 1991-06-28 1993-01-14 Shimadzu Corp 光電スイツチ
JP3059262B2 (ja) 1991-10-08 2000-07-04 日本酸素株式会社 ガス中の微量水分分析装置
MY108958A (en) * 1992-10-05 1996-11-30 Shell Int Research An apparatus for fuel quality monitoring
JPH06164690A (ja) * 1992-11-26 1994-06-10 Fujitsu Ltd 送受話器分離型電話機
JP3414804B2 (ja) 1993-10-13 2003-06-09 木内 健博 無機薬品含有水溶液の濃度検出装置
JPH07294428A (ja) * 1994-04-26 1995-11-10 Shimadzu Corp 燃料油種識別方法
US5903006A (en) * 1996-05-31 1999-05-11 Norihiro Kiuchi Liquid concentration detecting apparatus

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02126437A (ja) * 1988-07-08 1990-05-15 Sharp Corp 光メモリ素子並びにその製造装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010076152A (ko) * 2000-01-21 2001-08-11 추후제출 광전 스위치

Also Published As

Publication number Publication date
DE69733925T2 (de) 2006-06-14
CN1180445A (zh) 1998-04-29
EP0822566B1 (en) 2005-08-10
CN1154139C (zh) 2004-06-16
WO1997031384A1 (fr) 1997-08-28
EP0822566A1 (en) 1998-02-04
EP0822566A4 (en) 2001-02-07
TW330300B (en) 1998-04-21
US6043504A (en) 2000-03-28
DE69733925D1 (de) 2005-09-15
USRE37926E1 (en) 2002-12-10
KR19980703891A (ko) 1998-12-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7270442B2 (en) System and method for monitoring status of a visual signal device
KR100300140B1 (ko) 광전식스위치장치및스위칭방법
US4567366A (en) Method and apparatus for measuring methane concentration in gas
EP2241907B1 (en) Photoelectric Sensor
US20060226336A1 (en) Apparatus and method for collecting and detecting light emitted by a lighting apparatus
JP6360430B2 (ja) 波長の中心検出に基づいたセンサ装置および方法
US7787120B2 (en) Spectrophotometer and liquid chromatography system
KR970075902A (ko) 광산란체의 광학적 측정장치
WO2006099732A1 (en) Apparatus and method for collecting and detecting light emitted by a lighting apparatus
EP2890010B1 (en) Photoelectric switch for detection of an object and method for operating the same
KR20090056858A (ko) 광학 특성 측정 장치
JPH07325049A (ja) 異物材料の検出装置
KR101165720B1 (ko) 휴대용 광바이오 센서 측정 장치 및 그 측정 방법
CA2585289C (en) Method and sensor for infrared measurement of gas
US7336903B2 (en) Optical wireless transmission apparatus
JPH0424797A (ja) 多波長減光式煙感知器
US20180274770A1 (en) Headlight, vehicle with headlight and method for monitoring a headlight
WO2001025755A1 (fr) Appareil et procede d'evaluation d'un plastique
JPH09282989A (ja) 光電スイッチ
JPH09231886A (ja) 光電スイッチ
CN116997788A (zh) 光测定装置
CN217059912U (zh) 基于双层石墨烯掺杂TiO2的气体传感器
KR101508431B1 (ko) 이동 재료 웹 캡쳐 장치
CN102435317B (zh) 一种颜色光学传感系统及采用该系统的颜色光学传感装置
RU2698961C1 (ru) Датчик дыма

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20080317

Year of fee payment: 8

LAPS Lapse due to unpaid annual fee