JPH0146039B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発光器、この発光器に近接配置され
た受光器並びにこれらの発光器及び受光器から一
定距離を置いて設置された反射体、特に、明瞭な
反射散乱ローブ（Reflexionsstreukeule）を有す
る再帰反射体を具備するＶ型光障壁に関する。

従来のＶ型光障壁は、そのハウジングからの反
射体の変位に大きく依存して信号が変化するの
で、その用途が制限されている。この信号の依存
性の原因は、ほとんど、この種の光障壁に使用さ
れる反射体（反射箔又は成形プラスチツク反射
体）が光線を正確に逆方向に反射せず、入射角よ
りも極めて散乱角度で又は入射角よりも極めて小
さな散乱角度で反射することにある。換言すれ
ば、一般に光線を正確に再帰反射するために使用
される再帰反射体は、理想的な反射特性を有して
いない。逆に、この再帰反射体は、顕著な反射散
乱ローブを有することが多く、そのために、入射
光がこの反射散乱ローブの角度範囲内において或
る角度を以つて反射されることになる。上記のよ
うなＶ型光障壁に使用される再帰反射体に上記の
ような反射散乱ローブが存在するということは、
この再帰反射体からＶ型光障壁に至る距離が増大
すればするほど、受光器に入射する散乱反射光ビ
ームの割合が減少することを意味する。

上記のＶ型光障壁を比較的大きな反射体変位で
使用しなければならない場合には、大きく離れた
点に位置する反射体から反射される光束が少なく
ても系の機能にはさしつかえない程度に、系の感
度を高くしなければならない。しかし、この系の
感度が高いということは、光障壁からの距離が短
い地点においては、反射体よりも極めて小さい反
射物体（本来、障害物として認識されるべき物）
を、認識しないことを意味する。換言すれば、上
記Ｖ型光障壁は、このＶ型光障壁から短い距離を
置いて位置する光反射物体に対しては、その機能
を果さない。

したがつて、本発明の目的は、上記の型に属す
るＶ型光障壁であつて、光ビームが中断されるこ
となく入射する受光器から出力される信号が、従
来のＶ型光障壁に比較して、反射体の変位にほと
んど影響されないものを提供することである。こ
れにより、従来のＶ型光障壁との関係において、
反射体が平均して変動のない受光信号を生じ得る
変位の範囲が広範に拡大され得る。

本発明は、上記の課題を解決するために、発光
器及び受光器が、互いに近接（特に、隣接）する
数個（例えば、２個）の光結像素子であつて、並
列配置された光軸を有するものを含むように構成
される。本発明の技術思想は、光障壁の軸上にビ
ームの交差領域が並ぶように、複数本の光障壁ビ
ームが並列した状態で全く同一の光源から出力さ
れるか又は全く同一の受容素子へ入力されるとい
うことにある。明瞭な散乱角を有する再帰反射体
は、２本の光障壁ビームの交差領域内において従
来よりも相当に大きい変位幅を有しているので、
その再帰反射体の変位が比較的大きく変動しても
受光器の出力信号は、光障壁ビームが妨げられな
ければ、広い範囲に亘つて一定である。数多くの
光結像素子を設けるようにすれば、受光器の出力
信号に有意差のある変化を引起こすことなく再帰
反射体を移動し得る変位幅は、実際上、自由に増
大し得る。極論すれば上記の通りであるが、発光
器及び受光器のそれぞれに対し隣接する２個のみ
の光結像素子を設けることが望ましい。なぜな
ら、これにより、再帰反射体の位置に影響を受け
ることなく安定した出力信号を数多くの実用につ
いて得ることができるからである。

特に、それぞれの光障壁ビームの交差領域が、
光障壁の軸上で、少なくとも互いに隣接し、さら
に好ましい形態として重なるように、光結像素子
の光軸が並列されることが望ましい。この並列構
成により、一の交差領域から次の交差領域への、
再帰反射体の軸方向移動に起因する信号の変動は
最小に抑制される。

特に、光障壁ビームが中断されず、かつ、反射
体が交差領域を軸方向に移動しつつある時に、受
光器の出力信号が広い範囲に亘つて一定であり、
かつ、最大で30％までしか中心出力信号に対して
変動しないように、交差領域が重なることが望ま
しい。

光結像素子は、実際には、レンズ、特に、対物
レンズである。本発明の好適な実施例は、以下の
特徴を有する。すなわち、光障壁の軸に隣接し
て、平面形状が円形、楕円形又は方形の２個の完
全形レンズが設けられ、それらのレンズの光軸は
中心軸に並列されるとともに、２個の不完全形レ
ンズが上記完全形レンズのそれぞれに近接して並
置され、これら不完全形レンズの光軸は光障壁の
中心軸に対して、偏心し、かつ、完全形レンズの
光軸よりも更に離れてその中心軸に並列される。
この場合、不完全形レンズの光軸は、隣接する完
全形レンズの外側縁にほぼ一致する。すなわち、
上記不完全形レンズは半完全形（完全図形を半載
した）レンズである。

好適な実施例の場合には、隣合う完全形レンズ
及び不完全形レンズの光軸は、その２個のレンズ
の中心同士よりも、互いに、さらに近接するの
で、受光器の出力信号が広い範囲に亘つて一定と
なる。

本発明によるＶ型光障壁を最も効果的な形ちで
実施するためには、完全形レンズも不完全形レン
ズも必要に応じて修正される球形レンズとされ
る。また、全てのレンズは、その輪廓の平面形状
が方形であつて、かつ、互いに境界を接するよう
に隣接しつつ細長く配置される。

本発明による好適な実施例の説明に先行して、
本発明の作用・効果を従来例との比較において浮
彫りにするために、この従来例のＶ型光障壁の構
成、作用、効果及びその欠点を第１図に基づいて
説明する。

この第１図に示されているように、光源２３及
び受光器２４が一定間隔Ｒを以つて光障壁ハウジ
ング２２内に配設されている。光源２３は、白熱
ランプ又は他の発光源とすることができる。

光源２３から放射された光は、光障壁ハウジン
グ２２の前壁内に配設された対物凸レンズ１３に
より収束され、平行な発射光ビーム１８となる。
この発射光ビーム１８は、Ｖ型光障壁の中心軸２
０に対し角α／２の傾斜を以つて光障壁ハウジン
グ２２から投射される。上記中心軸２０は、光源
２３及び受光器２４を結ぶ線の垂直２等分線に一
致する。

破線によつて示された再帰反射体２１がＶ型光
障壁の中心軸２０上に配設されている。この再帰
反射体２１は、反射光ビーム１９を、光障壁ハウ
ジング２２の前壁内に設けられた対物レンズ１４
の方へ返送する程度にはつきりした散乱特性を有
する。光ビーム１８及び１９は、発光器１１を構
成する対物レンズ１３及び光源２３がどの領域を
通つて光を放出し得るか、並びに、受光器１２を
構成する対物レンズ１４及び光受容素子２４がど
の領域から受光するかを明瞭に示すために、第１
図において再帰反射体２１を通過するように描か
れている。対物レンズ１３及び１４の中心を通る
光軸１５及び１６は、Ｖ型光障壁の中心軸２０に
対して平行であり、かつ、この中心軸２０から等
距離の位置にある。光軸１５及び１６間の距離
は、Ｖ型光障壁の基準長Ｂとなる。

発射光ビーム１８及び反射光ビーム１９は、交
差領域１７において重なる。再帰反射体２１が、
第１図に示されているように、この交差領域１７
の中心に位置するときは、上記光受容素子２４
は、最大量の光束を受容し、それによつて、最大
の出力信号を生じる。この点を考えれば、上記再
帰反射体２１が発射光ビーム１８の横断面にほぼ
一致することが重要である。再帰反射体２１が中
心軸２０上を前後（すなわち、両端矢印Ｆの方
向）に移動され、光路が妨げられなければ、その
再帰反射体２１の移動に伴つて光受容素子２４の
出力信号は変化する。

上記基準長Ｂ及び光ビーム１８，１９間の角α
の大きさを調整することにより、交差領域１７の
位置と長さとを調整することができる。

従来のＶ型光障壁によれば、一般に、上記基準
長Ｂも角αも一定である。もちろん、これらのパ
ラメータを調整できるＶ型光障壁も提案されては
いる。しかし、このパラメータ調整によつてＶ型
光障壁の精度に有害な影響を与えないようにする
ためには、かなり費用が高くなることは避けられ
ない。もし、上記のＶ型光障壁を、反射体の変位
が大小いずれとなる範囲においても使用しなけれ
ばならないとすれば、必然的に上記基準長Ｂ及び
角αの値を極めて小さく選ばなければならない。
しかし、基準長Ｂ及び角αの値をこのように選定
すれば、再帰反射体２１が光障壁ハウジング２２
に極く近接して置かれた場合に、光受容素子２４
からの出力信号の極大値が望ましくない程度に高
くなることになる。他方、再帰反射体２１が光障
壁ハウジング２２から比較的に大きく離れて置か
れた場合には、比較的小さく、かつ、不安定な出
力信号が光受容素子２４から生じることになり、
しかも、その信号値も比較的低い。

上述したような欠点を有する従来のＶ型光障壁
に対し、これらの欠点を除去する本発明によるＶ
型光障壁の実施例を第２図ないし第５図に基づき
詳しく説明する。この説明において、第１図の実
施例における各部分と本発明によるＶ型光障壁の
各部分が一致する場合には同一番号を使用する。

第２図において、第１図に示された従来のＶ型
光障壁の対物レンズ１３，１４は、それぞれ、境
界を接する３個の対物レンズ１３ａ，１３ｂ及び
１３ｃ並びに対物レンズ１４ａ，１４ｂ及び１４
ｃに分割され、これらの対物レンズ１３ａ，１３
ｂ，１３ｃ，１４ａ，１４ｂ及び１４ｃのそれぞ
れの光軸１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１６ａ，１６
ｂ及び１６ｃは並列配置される。したがつて、発
射光ビーム１８ａ，１８ｂ及び１８ｃのそれぞれ
と反射光ビーム１９ａ，１９ｂ及び１９ｃのそれ
ぞれとは、Ｖ型光障壁の中心軸２０上の異なる点
で互いに交差する。光ビームが光障壁ハウジング
により近い位置で交差すれば、それだけ角αは大
きくなる。したがつて、光ビーム１８ａ及び１９
ａ間の角α₁は光ビーム１８ｂ及び１９ｂ間の角α₂
よりも大きく、この角α₂は光ビーム１８ｃ及び１
９ｃ間の角α₃よりも大きい。このように、第２図
のＶ型光障壁は、最も短い第１基準長Ｂ１、少し
長い第２基準長Ｂ２及び最も長い第３基準長Ｂ３
を有しており、これらの基準長Ｂ１，Ｂ２及びＢ
３は、それぞれ、異なる最適な反射体変位を提供
する。

本発明のＶ型光障壁システムによれば、再帰反
射体２１が光ビーム１８ａ及び１９ａ又は光ビー
ム１８ｂ及び１９ｂ又は光ビーム１８ｃ及び１９
ｃの交差領域の内部に存在している限り、光受容
素子２４は事実上一定の出力信号を発生する。再
帰反射体２１が上記交差領域間に配置された場合
には、光受容素子２４の出力信号は無効となる。
上記基準長Ｂ１，Ｂ２及びＢ３並びに角α₁，α₂及
びα₃を注意深く選定することにより、その出力信
号が無効となる度合を予定値内に抑えることがで
きる。

第３図及び第４図に示された実施例において、
２個の球形対物レンズ１３ａ及び１４ａは、Ｖ型
光障壁の中心軸２０のいずれか一方側に接して配
設され、かつ、第４図に示されているように平面
形状が方形の輪廓を有している。上記対物レンズ
１３ａ及び１４ａの両外側縁に、同じく方形輪廓
を有する、半球体の対物レンズ１３ｂ及び１４ｂ
が隣接している。外側に位置する２個の対物レン
ズ１３ｂ及び１４ｂは半球形であるから、それぞ
れの光軸１５ｂ及び１６ｂは内側に位置する完全
球形の対物レンズ１３ａ及び１４ａの外側縁上に
位置する。このようにすれば、第２基準長Ｂ２
は、対物レンズ１３ａ及び１３ｂ並びに対物レン
ズ１４ａ及び１４ｂのそれぞれの中心間の距離に
対応しているから、第１基準長Ｂ１よりも僅かに
長くなるに過ぎない。したがつて、光ビーム１８
ａ及び１９ａ並びに光ビーム１８ｂ及び１９ｂの
それぞれの交差領域は互いにより接近することに
なり、その結果、光受容素子２４の出力信号はよ
り一定となる。

第５図は、光受容素子２４の相対出力信号Ｅ
と、第３図の尺度で測定した、光障壁ハウジング
２２の正面からの再帰反射体２１の変位Ｘとの間
の関係を示している。

第５図によれば、光受容素子２４の相対出力信
号Ｅは、まず、再帰反射体２１の変位Ｘの増加と
ともに増大し、変位X₁において極大となる。こ
の変位X₁の位置は、光ビーム１８ａ及び１９ａ
の交差点と一致する。次いで、再帰反射体２１が
中心軸２０上を光障壁ハウジング２２からさらに
遠ざかるに伴つて、光受容素子２４の相対出力信
号Ｅは僅かに小さくなり、変位X₃において極小
となる。この変位X₃の位置は、ほぼ、光ビーム
１８ａ及び１９ａ並びに光ビーム１８ｂ及び１９
ｂのそれぞれの交差点の中間点に一致する。最後
に、光受容素子２４の相対出力信号Ｅは、再び、
再帰反射体２１の変位Ｘの増加とともに増大し、
変位X₂において極大となる。この変位X₂の位置
において、光ビーム１８ｂ及び１９ｂが交差す
る。その後、上記相対出力信号Ｅは一様に減少す
る。

上記相対出力信号Ｅの半波高値幅Ｈは、変位
X₁の位置よりも前方から始まつて変位X₂のかな
り後方で終る、極めて長い範囲に亘つている。上
記Ｖ型光障壁のいき値を半波高値幅Ｈに対応する
相対出力信号（0.5）に調整することにより、半
波高値幅Ｈに等しい変位幅に亘つてＶ型光障壁の
一定の応答が可能となる。明細書中、「一定
（constant）」の語は、Ｖ型光障壁のいき値に達す
るために必要となる、識別可能な僅少の信号漸小
をも含めて理解されるべきである。

正面に位置する対物レンズ１３ａ及び１４ａ並
びに対物レンズ１３ｂ及び１４ｂのそれぞれが占
める表面積F₁及びF₂の値を変え得ることは、本
発明において特に重要である。その理由は、表面
積の割合F₁／F₂を注意深く選定することにより、
変位X₁及びX₂の位置（交差点）における信号の
振幅を与件としての反射体及び光障壁に対しほぼ
等しい大きさに設定することができるからであ
る。例えば、測定範囲が相当な吸光状態の曝らさ
れる場合には、表面積F₂の値を表面積F₁の値よ
りも大きくすることができる。表面積F₁及びF₂
の値を変えることができても変える必要のない主
要な理由は、より大きな変位の点に位置する反射
体によつて反射された光線が、この反射体の散乱
ローブのために少なくなることである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来技術によるＶ型光障壁の概略図
である。第２図は、本発明によるＶ型光障壁の概
略図であつて、発光器及び受光器のそれぞれが３
個のレンズを具えている場合を示す。第３図は、
本発明によるＶ型光障壁の他の実施例を示す概略
図である。第４図は、第３図における−線矢
視図であつて、第３図に示すＶ型光障壁の正面を
示す。第５図は、第３図及び第４図に示すＶ型光
障壁の受光器の出力信号と反射体の変位との間の
関係を示すグラフである。 １１……発光器、１２……受光器、１３，１３
ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４，１４ａ，１４ｂ及び
１４ｃ……対物レンズ、１５，１５ａ，１５ｂ，
１５ｃ，１６，１６ａ，１６ｂ及び１６ｃ……光
軸、１７……交差領域、１８，１８ａ，１８ｂ及
び１８ｃ……発射光ビーム、１９，１９ａ，１９
ｂ及び１９ｃ……反射光ビーム、２０……光障壁
の中心軸、２１……再帰反射体。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 光源及び光結像素子から形成された発光器
   と、この発光器と近接して配設され、光受容素子
   及び光結像素子から形成された受光器と、及び発
   光器からの照射光を受光器に反射するための再帰
   反射体とから構成され、前記光源と光受容素子と
   を結ぶ線分の垂直二等分線に略等しい中心軸を有
   したＶ型光障壁において、発光器及び受光器を形
   成する各光結像素子を近接又は隣接する複数のレ
   ンズから成るレンズセツトから形成し、これら一
   対のレンズセツトを形成する複数のレンズの各々
   の光軸を並置し、各レンズセツトをＶ型光障壁の
   中心軸に対して略対称、且つ垂直に配列したこと
   を特徴とするＶ型光障壁。 ２ 発光器側のレンズセツトの各レンズを介して
   再帰反射体に照射される照射光と、受光器側のレ
   ンズセツトの各レンズに対して再帰反射体から投
   射される反射光とから形成される複数の光交差領
   域がＶ型光障壁の中心軸上で相互に隣接、又は重
   なり合うように、各レンズセツトを形成する複数
   のレンズの光軸を並置した特許請求の範囲第１項
   記載のＶ型光障壁。 ３ 各レンズセツトを形成する複数のレンズを円
   形、楕円形、又は方形の完全形レンズ及び／又は
   不完全形レンズから形成した特許請求の範囲第１
   項又は２項に記載のＶ型光障壁。 ４ 各レンズセツトを１個の完全形レンズと１個
   の不完全形レンズとから形成し、完全形レンズを
   Ｖ型光障壁の中心軸に最大限近接するように配設
   すると共に、完全形レンズに隣接して不完全形レ
   ンズを並設したことを特徴とする特許請求の範囲
   第３項に記載のＶ型光障壁。 ５ 不完全形レンズを半完全形レンズとし、完全
   形レンズ及び不完全形レンズを球形レンズとした
   特許請求の範囲第３項又は第４項に記載のＶ型光
   障壁。 ６ 各レンズセツトを形成する全てのレンズの輪
   郭を方形の平面形状とし、相互に隣接して並設
   し、且つ細長い帯状配列とした特許請求の範囲第
   ５項に記載のＶ型光障壁。