JPH02141021A - 回帰反射形光電スイッチ - 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】 （イ）産業上の利用分野 この発明は、複屈折性の表面を有する物体でも、的確に
検出することができる回帰反射形光電スイッチに関する
。

（ロ）従来の技術 回帰反射形光電スイッチは、例えば投光素子と受光素子
とを１つのケースに収納したスイッチ本体と、回帰反射
板とより構成されている。スイッチ本体と回帰反射板と
は、適切な距離をおいて対向して設けられ、投光素子よ
りの光が、回帰反射板で反射して受光素子に入射する。

スイッチ本体と回帰反射板との間を物体が通過すると、
この光が物体により遮られ、物体の存在が検知される。

ところが、物体の表面が鏡面である場合には、投光素子
よりの光がこの鏡面で反射して、受光素子に入射し、こ
の物体の存在が検知できないことがあった。そこで、こ
のような場合でも、物体の存在を検知できる回帰反射形
光電スイッチとしては、第６図（ａ）及び第６図０））
に示すものが知られている。

第６図（ａ）に示す回帰反射形光電スイッチでは、投光
用レンズ３３、受光用レンズ３６の前に偏光フィルタ３
５ａ、３５ｂが設けられており、偏光フィルタ３５ａは
垂直偏光成分を、偏光フィルタ３５ｂは水平偏光成分を
、それぞれ透過する。投光素子３２よりの光ｌＩは、投
光用のレンズ３３を透過した後、偏光フィルタ３５ａを
透過し、垂直偏光成分のみが回帰反射板３４に向かう。

この垂直偏光成分の光７！１は、回帰反射板３４で反射
すると楕円偏光となる。この反射光１２は偏光フィルタ
３５ｂにより水平偏光成分のみが分離され、これが受光
用レンズ３６で集光され、受光素子３８ａで電気信号に
変換される。一方、光！。

が鏡面で反射した場合には、垂直偏光成分がそのまま反
射するから、反射光１２は垂直偏光成分のみとなり、偏
光フィルタ３５ｂを透過できない。

よって、受光素子３８ａには、光が入射しないから、物
体の存在を検知できる。

第６図（ｂ）に示す回帰反射形光電スイッチでは、投光
用レンズ３３の前方に垂直偏光成分を透過する偏光フィ
ルタ３５ａをおくと共に、受光用レンズ３６の後方に偏
光ビームスプリッタ３７をおき、反射光２□を水平偏光
成分と垂直偏光成分とに分離し、それぞれを別個の受光
素子３８ａ、３８ｂで検出している。

この回帰反射形光電スイッチは、受光素子３８ａ、３８
ｂで検出される光量の比に基づいて、鏡面物体の有無を
検知することができる。すなわち、回帰反射板３４より
の反射光１２は、楕円偏光であるので、水平偏光成分と
垂直偏光成分とがある比率となるが、鏡面よりの反射光
は、はとんど垂直偏光成分のみであるから、両成分の光
量の比より鏡面物体の有無を検出できる−のである。こ
の回帰反射形光電スイッチは、第６図（ａ）のものに比
べて、構造上高い精度が要求されず、視差も少なく、回
帰反射板の反射光と鏡面反射光とを区別できる特長を有
している。

（ハ）発明が解決しようとする課題 上記従来の回帰反射形光電スイッチは、鏡面、例えば研
磨された金属物体は検知することが可能である。しかし
、アルミニウムの表面にフィルムを貼着したような物体
は、回帰反射板と同じように複屈折性を存している。す
なわち、直線偏光の光が、楕円偏光となって反射する性
質を有しているので、上記従来の回帰反射形光電スイッ
チでは、このような物体を検知できない問題点を有して
いた。

この発明は、上記に鑑みなされたものであり、表面が複
屈折性を有する物体を検知できる回帰反射形光電スイッ
チの提供を目的としている。

（ニ）課題を解決するための手段 上記課題を解決するため、この発明の回帰反射形光電ス
イッチは、 ランダム偏光の光を投射する投光手段と、この投光手段
よりの光を反射する回帰反射板と、この回帰反射板の反
射面近傍の光路上に配される偏光フィルタと、 この回帰反射板により反射された光を、前記特定偏光成
分と、これに直交する偏光成分とに分離する偏光成分分
離手段と、 この偏光成分分離手段で分離された２つの偏光成分を、
それぞれ受光して電気信号に変換する受光手段と この受光手段よりの電気信号に基づき、前記２つの偏光
成分の光量を比較して物体の有無を判定する判定手段と
より構成される。

（ホ）作用 この発明の回帰形反射形光電スインチでは、回帰反射板
に投射される光は、ランダム偏光であるが、反射光は偏
光フィルタを通って出てくるため、回帰反射板が複屈折
性を存するか否かに関係なく、反射光は特定偏光成分の
みとなる。一方、物体が複屈折性の鏡面を有している場
合には、入射光がランダムな偏光であるので、反射光は
そのままランダムな偏光となる（なお、複屈折性を有し
ない鏡面の場合でも同様である）。従って、反射光より
特定偏光成分とこれに直交する偏光成分とを分離し、こ
れらの光量を比較すれば、複屈折性の鏡面を有する物体
を検出することが可能である。

（へ）実施例 この発明の一実施例を第１図乃至第５図に基づいて以下
に説明する。

第１図は、この実施例回帰反射形光電スイッチ（以下単
に光電スイッチという）の光学系を示している。２は、
発光ダイオード（ＬＥＤ）等のランダム偏光の光を発す
る投光素子である。投光素子２の光２．は、投光用レン
ズ３を透過してほぼ平行光線とされ、回帰反射板４に投
射される。

回帰反射板４は、この実施例では、全反射コーナーキュ
ーブ型のものを用いている。回帰反射板４の反射面には
、偏光フィルタ５が装着される。

この偏光フィルタ５は、水平偏光成分のみを透過する。

なお、偏光フィルタ５は、回帰反射板４近傍の光路上に
あればよく、回帰反射板４と離して配置してもよい。

回帰反射板４よりの反射光１２は、受光用レンズ６で集
光される。受光用レンズ６を透過した光は、偏光ビーム
スプリッタ（偏光成分分離手段）７により垂直偏光成分
と水平偏光成分とに分離され、それぞれ受光素子（例え
ばホトダイオード）８ａ、８ｂで受光される。

第３図は、実施例光電スイッチの回路を説明する図であ
る。前記投光素子２は、駆動回路１１により発光駆動さ
れる。一方、受光素子８ａ、８ｂの受光信号は、それぞ
れＩ！、ｏｇアンプ１２ａ、１２ｂで増幅され、共に差
動増幅器１３、加算増幅器１４に入力される。ここで、
Ｉｌｏｇアンプ１２ａ、１２ｂを用いているのは、受光
素子８ａ、８ｂの受光量が大きい場合に増幅器が飽和し
て、差分演算が行えなくなるのを防止するためである。

差動増幅器１３、加算増幅器１４の出力は、それぞれ波
形整形器（比較器）１５ａ、１５ｂに入力される。これ
ら波形整形器１５ａ、１５ｂには、基準電圧Ｖいがそれ
ぞれ与えられる。波形整形器１５ａ、１５ｂの出力は、
ＡＮＤ回路１６に入力され、このＡＮＤ回路１６の出力
が、光電スイッチの出力信号となる。

次に実施例光電スイッチの動作を第５図も参照しながら
説明する。

まず、物体が存在しない場合、すなわち反射光が回帰反
射板４、偏光フィルタ５より返ってくる場合〔第５図中
の（１）欄〕を考える。投射光！１は、ランダム偏光で
あるが、偏光フィルタ５を透過して水平偏光成分のみと
なる。この光は、回帰反射板４で反射して、−旦楕円偏
光となるが、再び偏光フィルタ５を透過するから、反射
光１２は水平偏光成分のみとなる。

従って、受光素子８ａの受光量はほとんどなくｌｏｇア
ンプ１２ａ、１２ｂの出力は、それぞれ例えば１ｍＶ、
１０ｍＶとなる。これに伴い、差動増幅器１３、加算増
幅器１４の出力は、増幅度を１０倍とすればそれぞれ９
０ｍＶ、１１０ｍＶとなる。そして、基準電圧Ｖいを２
０ｍＶとすれば、波形整形器１５ａ、１５ｂの出力が共
にＨｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路１６の出力もＨｉ　ｇ　
ｈとなる。

次に、一般の遮光物体の場合〔第５図の（２）ａ参照〕
を考える。この場合には、受光素子８ａ、８ｂへの受光
量が共に零となるから、ｌｏｇアンプ１２ａ、１２ｂ、
差動増幅器１３、加算増幅器１４の出力が何れもＯｍＶ
となり、波形整形器１５ａ、１５ｂの出力が共にＬｏｗ
となる。よって、ＡＮＤ回路１６の出力がＬｏｗとなり
、物体の存在を検知することができる。

鏡面を有する物体の場合〔第５図の（３）欄参照〕には
、投射光Ｉ２Ｉがランダム偏光であるから、この鏡面が
複屈折性を有するか否かにかかわらず、反射光で２はラ
ンダム偏光となり、反射光！！、２中の水平偏光成分と
垂直偏光成分とは、はぼ同じ割合となる。従って、受光
素子８ａ、８ｂの受光量はほぼ等しくなり、ｌｏｇアン
プ１２ａ、１２ｂの出力は、例えば共に５０ｍＶとなる
。そして、差動増幅器１３、加算増幅器１４の出力は、
それぞれＯｍＶ、１０１００Ｏとなり、波形整形器１５
ａ、１５ｂの出力は、それぞれＬｏｗＳＨｉｇｈとなる
。よって、ＡＮＤ回路１６の出力は、やはりＬｏｗとな
り、物体の存在を検知することができる。

物体が拡散反射面を有する場合、例えば白紙の場合〔第
５図の（４）４ｒｌＩ参照〕には、やはり反射光１２は
ランダム偏光となり、受光素子８ａ、８ｂの受光量はほ
ぼ等しくなる。この時、ｌｏｇアンプ１２ａ、１２ｂの
出力は、例えば共に５ｍＶとなり、差動増幅器１３、加
算増幅器１４の出力は、それぞれＯｍ　Ｖ、１００ｍＶ
となる。よって、波形整形器１５ａ、１５ｂの出力はそ
れぞれＬｏｗ、Ｈｉｇｈとなり、ＡＮＤ回路１６の出力
がＬｏｗとなり、物体の存在が検知される。

第２図は、実施例光電スイッチの光学系の変形例を示し
ている。この変形例では、回帰反射板４゜として、キャ
ッツアイ形を使用している。前記全反射コーナーキュー
ブ形の回帰反射板４は、複屈折性を有しており、直線偏
光は楕円偏光に変換される。よって、投射光ｌｌが偏光
フィルタ５を透過する時に５０％減衰し、回帰反射板４
で反射して再び偏光フィルタ５を透過する時に、さらに
５０％減衰してしまう。偏光フィルタが理想的で減衰が
なく、偏光の分離のみを行うとしても反射光！２は、投
射光２．の２５％（＝５０％×５０％）にまで減衰して
しまう。

これに対して、キャッツアイ形の回帰反射板４゛では、
光は偏波面を保持したまま反射されるから、反射光！２
は、投射光ｒ、に対して、５０％減衰するだけであり、
全反射コーナーキューブ形の場合に比べて反射光量が２
倍にできる利点を有している。なお、全反射コーナーキ
１−ブ形を用いろ場合でも、キャッツアイ形を用いる場
合でも、偏光フィルタ５の偏光方向と、偏光ビームスプ
リッタ７（又は後述の偏光フィルタ９ｂ）との偏光方向
は、おおよそ一致させておく必要がある。言いかえれば
、光電スイッチの取付角度と、回帰反射板の取付角度は
一定の角度関係に制限されることとなる。

第２図の変形例では、さらに偏光ビームスブリック７の
代わりに、ハーフミラ−９ａと偏光フィルタ９ｂ、９ｃ
を用いている。偏光フィルタ９ｂは、反射光Ｐ２の水平
偏光成分を、偏光フィルタ９ｃは、反射光２□の垂直偏
光成分をそれぞれ透過するよう配置される。この構成は
、偏光ビームスプリンタフの場合に比べて、受光素子８
ａ、８ｂの受光量は約１／４に減少するが、偏光の分離
が確実に行われるので、安定な動作を期待することがで
きる。

第４図は、実施例光電スイッチの回路の変形例を示して
いる。この変形例は、第３図の回路構成に周知の光変調
方式を採用し、外乱光や電気的ノイズの影響を受けにく
くすると共に、安定動作表示機能を付加したものである
。第４図中、第２図と同一の符号を付したものは、同一
の構成要素を示している。

この変形例では、投光素子２は、方形波発振器２０によ
り駆動される。一方、ＡＮＤ回路１６の出力は、ゲート
１７に入力される。このゲート１７は、方形波発振器２
０と連動しており、ゲート１７を通った信号は、積分器
１８で積分された後、波形整形器（比較器）１９により
整形されて、光電スイッチの出力信号とされる。

一方、差動増幅器１３の出力は、ゲート２１に入力され
る。このゲート２１も、方形波発振器２０と連動してお
り、ゲート２１を通過した信号は、積分器２２で積分さ
れ、波形整形器２３に入力される。この波形整形器２３
の基準電圧Ｖ′いは、波形整形器１５ａ、１５ｂの基準
電圧■いが２０ｍＶならば、４０ｍＶ程度に設定してお
く。

差動増幅器１３の出力がある稈度安定しであるならば、
波形整形器２３の出力がＴ４　ｉ　ｇ　ｈとなり、ＬＥ
Ｄ２４が点灯する。このＬ　Ｐ、　Ｄ　２４により、光
電スイッチが安定に動作しているか否かを確認。

できるので、光電スイッチ、回帰反射板を最適な角度に
取付ける作業が容易となる。

なお、上記変形例において、光変調方式と安定動作表示
灯のいずれか一方だけとすることも可能であり、適宜設
計変更できる。

（ト）発明の詳細 な説明したように、この発明の回帰反射形光電スイッチ
は、ランダム偏光の光を投射する投光手段と、この投光
手段よりの光を反射する回帰反射板と、この回帰反射板
の反射面近傍の光路上に配される偏光フィルタと、この
回帰反射板により反射された光を、前記特定偏光成分と
、これに直交する偏光成分とに分離する偏光成分分離手
段と、この偏光成分分離手段で分離された２つの偏光成
分を、それぞれ受光して電気信号に変換する受光手段と
、この受光手段よりの電気信号に基づき、前記２つの偏
光成分の光量を比較して物体の有無を判定する判定手段
とより構成されるものであるから、複屈折性の鏡面を有
する物体を、安定して検知できる利点を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係る回帰反射形光電ス
イッチの光学系を説明する図、第２図は、同光学系の変
形例を説明する図、第３図は、同回帰反射形光電スイッ
チの回１構成を説明するブロック図、第４図は、同回路
構成の変形例を示すブロック図、第５図は、同回帰反射
形光電スイッチの動作を説明する図、第６図（ａ）及び
第６図（ｂ）は、従来の回帰反射形光ミスインチの光学
系をそれぞれ示す図である。 ２：投光素子、　　４：回帰反射板、 ５：偏光フィルタ、７：偏光ビームスプリッタ、８ａ・
８ｂ：受光素子、１３：差動増幅器、１４：加算増幅器
、 ５ａ・１５ｂ：波形整形器、 ６：ＡＮＤ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ランダム偏光の光を投射する投光手段と、この投
   光手段よりの光を反射する回帰反射板と、この回帰反射
   板の反射面近傍の光路上に配される偏光フィルタと、 この回帰反射板により反射された光を、前記特定偏光成
   分と、これに直交する偏光成分とに分離する偏光成分分
   離手段と、 この偏光成分分離手段で分離された２つの偏光成分を、
   それぞれ受光して電気信号に変換する受光手段と、 この受光手段よりの電気信号に基づき、前記２つの偏光
   成分の光量を比較して物体の有無を判定する判定手段と
   を備えたことを特徴とする回帰反射形光電スイッチ。