JPH02213220A - 反射型光電スイッチ - 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】 〔発明の分野〕 本発明は投光部の光を回帰反射板に照射しその反射光を
受光部により受光して光行路を形成し、検出物体によっ
て光行路が遮られたときに物体を検出するようにした回
帰反射型の光電スイッチに関するものである。

〔従来の技術〕

従来投受光部を一つのケース内に収納し投光部より回帰
反射板に光を投光し反射光を受光すると共に、検出物体
の遮光によって検出信号を得る回帰反射型の光電スイッ
チが知られている。このような回帰反射型の光電スイッ
チは、検出物体の表面が金属光沢等の鏡面を有する場合
には投光部からの光が鏡面で反射して受光部に与えられ
るため、検出物体の通過にかかわらずこれを検出できな
いことがあるという問題点があった。

そこで特開昭５９−１１９６２８号に示されているよう
に、相異なる波長、例えば赤色光と赤外光の光を２つの
投光素子を用いて回帰反射板に照射し、回帰反射板は赤
外光の光のみを反射させるようにしてその反射光のレベ
ルの比較によって回帰反射板と検出物体とを識別するよ
うにした回帰反射型の光電スイッチが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながらこのような従来の反射型光電スイッチによ
れば、青や紫等の印刷色の物体を回帰反射板と識別する
ことができないという欠点があった。即ち青や紫等の色
彩の物体は赤色光を吸収し波長の長い赤外光を反射する
。そのため赤色光を吸収する回帰反射板を用いた場合に
は、遠距離にある回帰反射板と近距離の青色の印刷物体
が区別できず検出できないという欠点があった。又従来
の反射型光電スイッチでは２組の投光部が必要となり、
光学系の部品点数が多くなるという欠点があった。更に
２つの投光部の光軸はわずかにずれているため、検出物
体がいずれか一方の光軸の光ビームのみを遮断した場合
には誤って検出信号を出力する恐れがあるという問題点
もあった。

又出願人は既に赤外光及び赤色光を受光する受光部の出
力を加算及び減算し、その出力を所定の閾値で弁別する
ことによって検出物体の色彩にかかわらず物体を検出す
るようにした反射型光電スイッチを提案している（未公
開）。しかしこのような光電スイッチでは物体が近接し
反射光量が大きいときには増幅器の出力が飽和してしま
い、正確な物体検知ができなくなる可能性があるという
欠点があった。

本発明はこのような従来の反射型光電スイッチの問題点
に鑑みてなされたものであって、検出物体の色彩や位置
にかかわらず全ての遮光物体を確実に検出できるように
すると共に、比較的簡単な光学系で鏡面を有する検出物
体も誤動作存く正確に検出できるようにすることを技術
的課題とする。

〔課題を解決するための手段） 本願の請求項１の発明は光電スイッチ本体内に設けられ
た投光部及び受光部と、光電スイッチ本体から離れた位
置に配置され照射された光を反射する回帰反射板と、を
有し、投光部からの光を回帰反射板を介して往復させそ
の光行路を検出物体が遮断することにより物体を検出す
る反射型光電スイッチであって、投光部は赤色光及び赤
外光を発光する投光素子を有するものであり、回帰反射
板は赤色光を反射し赤外光を吸収する反射板であり、受
光素子は赤色光及び赤外光の光に夫々感度を有するカラ
ーセンサであり、反射型光電スイッチは、受光素子の各
カラーセンサの出力を夫々増幅する第１．第２の対数増
幅器と、第１．第２の対数増幅器の出力を加算し所定の
閾値と比較する第１の判別手段と、第１．第２の対数増
幅器の出力偏差を検出し所定の閾値と比較する第２の判
別手段と、第１．第２の判別手段の論理積出力を与える
論理積手段と、を具備し、該論理積出力に基づいて物体
の有無を判別するようにしたことを特徴とするものであ
る。

又本願の請求項２の発明は、カラーセンサの出力を夫々
第１．第２の増幅器によって増幅して第１、第２の判別
手段に与えると共に、第１．第２の増幅器の加算出力に
よって投光素子の駆動電流を制御するＡＧＣ回路を設け
るようにしたものである。

又本願の請求項３の発明は、反射型光電スイッチとして
カラーセンサの出力を第１．、％２の対数増幅器によっ
て増幅すると共に、第１．第２の対数増幅器の加算出力
によって投光素子の駆動電流を制御するＡＧＣ回路を設
けるようにしたものである。

〔作用〕

このような特徴を有する本願の請求項１の発明によれば
、１つの投光素子から相異なる波長の赤色光と赤外光の
光を発光して同一の光軸で回帰反射板に与えている０回
帰反射板はそのうち赤外光を吸収し赤色光を反射し、反
射光は光電スイッチ本体内に設けられた双方の波長の光
に感度を有する受光素子に与えられる。受光素子の各カ
ラーセンサの出力は夫々第１．第２の対数増幅器によっ
て増幅され、第１．第２の判別手段に与えられる。

第１．第２の判別手段は一対の対数増幅器の出力を加算
及び減算して所定の閾値と比較している。

そしてこれらの判別手段の論理積によって物体を検出す
るようにしている。従って一般の反射物体ではカラーセ
ンサのいずれも出力が極めて低いため第１の判別手段よ
り物体の存在が検知され、又検知物体が鏡面を有する検
出物体や白色又は青色を有する物体である場合には出力
に偏差が得られるため、その偏差を閾値と比較すること
によって第２の判別手段より物体検知信号が得られる。

又回帰反射板や鏡面物体が近距離にありカラーセンサか
らの出力レベルが大きい場合にも、カラーセンサ出力は
第１．第２の増幅器により増幅されているため、対数増
幅器の出力が飽和することなく第１．第２の判別手段に
伝えられる。

又本願の請求項２の発明では、対数増幅器に代えて通常
の増幅器が用いられ第１の判別手段の加算出力に基づい
て投光素子の投光レベルがＡＧＣ回路によって制御され
る。

又本願の請求項３の発明では、対数増幅器とＡＧＣ回路
を同時に用いることによって対数増幅器の出力が飽和し
ないようにしている。

〔発明の効果〕

そのため本願の請求項１〜３の発明によれば、回帰反射
板や鏡面物体が近距離にある場合にも誤動作なく物体を
検出することができる。又回帰反射板として赤外光を吸
収し赤色光を反射するものを用いるため、青色や紫色の
物体を含めて全ての物体を確実に検出することができる
という効果が得られる。又１つの投光素子によって相異
なる波長の光を発光するようにしているため、光学系の
構成が極めて簡単となり光電スイッチ全体を小型化する
ことができる。更に光電スイッチから照射される赤色光
及び赤外光の光の投光軸が分離することがないので、い
ずれか一方の光軸が遮断されることによる物体の誤検知
を未然に防止することができるという効果が得られる。

〔実施例の説明〕

第１図は本願の請求項１の発明を具体化した第１実施例
による反射型光電スイッチの光学系の構造を示す図であ
る。本図において光電スイッチのケースｌにはプリント
基板２上に投光素子３、例えば発光ダイオードと、受光
素子４、例えばフォトダイオードとが取付けられている
。投光素子３は例えば第２図（ａ）に示すようなＧａＡ
ＩｔＡｓへテロ接合構造を有する発光ダイオードとし、
第２図山）に分光特性を示すように赤色光及び赤外光の
光を発光することができるものを用いる０例えば本実施
例に用いた発光ダイオードは波長６６０ｎａ＋の強い赤
色光及び８８０ｎｍの弱い赤外光を同時に発光する発光
ダイオードとする。さて投受光素子３，４には夫々対向
する位置に集光レンズ５及び６が設けられている。集光
レンズ５は投光素子３から照射された光を光電スイッチ
本体から所定距離離れた回帰反射板７に照射するもので
ある。回帰反射板７は赤外光を吸収し赤色光のみを反射
するように構成されるものであって、赤外光を吸収し赤
色光を透過する塗料を混合したアクリル樹脂から成るコ
ーナーキューブの集合体を一体成形して構成する。回帰
反射板７は例えば第３図に示すように８８０ｎＩＩの赤
外光はほとんど反射せず６６０ｎｍの赤色光の６０％以
上を反射する分光特性を有するものとする。

光電スイッチの前面に設けられた集光レンズ６は反射光
を受光素子４に集束させるものである。

受光素子４は異なった波長の光を分離して信号を得るカ
ラーセンサであって、例えば第４図（ａｌにチップ構造
を示すように１チツプ内に接合深さの違う２つのフォト
ダイオードを設けて夫々の分光特性の相違を利用して色
彩を判別するものとする。

このフォトダイオードは等価的には第４図山）に示すよ
うに２つのフォトダイオードＰＤ−ａ、　ＰＤ−ｂとし
て表示される。これらのフォトダイオードＰＤ−ａ＋Ｐ
Ｄ−ｂは例えば第４図（Ｃ）に示すような波長に対する
特性を夫々有している。

次に本願の第１の発明を具体化した光電スイッチを示す
第１実施例について第５図を参照しつつ説明する。まず
２つのフォトダイオードＰＤ−ａ、　ＰＤ−すの出力は
夫々対数増幅器１０．１１に与えられる。対数増幅器１
０．１１の出力Ｖａ及びｖｂは夫々加算器１２．減算器
１３に与えられる。加算器１２は２つの増幅器の出力を
加算する（Ｖａ＋ｖｂ）ものであって、その出力は第１
の比較器１４に与えられる。又減算器１３は増幅器１０
の出力Ｖａより増幅器１１の出力ｖｂを減算する（Ｖａ
−ｖｂ）ものであって、その出力は第２の比較器１５に
与えられる。比較器１４．１５には夫々閾値Ｖ　ｔｈｌ
、　Ｖ　ｔｈ２が与えられており、これらの閾値を越え
る入力が与えられたときにｒＨＪレベルの出力を夫々ア
ン、ド回路１６に与える。ここで加算器１２及び比較器
１４は受光素子であるカラーセン。

すの２つの出力を増幅し所定の閾値レベルで比較する第
１の判別手段１８を構成しており、減算器１３及び比較
器１５は受光素子であるカラーセンサの出力偏差を検出
し所定の閾値と比較する第２の判別手段１９を構成して
いる。アンド回路１６はこれらの論理積信号をとる論理
積手段を構成しており、その出力を出力回路１７に与え
る。出力回路１７はアンド回路１６゛の出力に基づいて
物体検知の有無を外部に出力するものである。

又この反射型光電スイッチは連続的に又は断続的に投光
素子３を駆動する投光器駆動回路２０を有しており、投
光器駆動回路２０によって投光素子３が駆動されるよう
に構成されている。

投光素子３の発光ダイオードは第２図（ｂ）に示すよう
なスペクトル、即ち赤色光と赤外光を発光しており、こ
れらの光は集光レンズ５を介して反射型光電スイッチ本
体と離れた位置に設けられた回帰反射板７に照射される
０回帰反射板７は赤外光を吸収し赤色光のみを同一方向
に反射する。従って赤色光のみが集光レンズ６を介して
受光素子４であるフォトダイオードに与えられる。以下
の表１は光電スイッチの各部の動作状態を示すものであ
る。

（以下余白） 表１ （１）検出物体無 検出物体がなく光行路を遮断しない場合には、受光素子
４の２つのフォトダイオードＰＤ−ａ、　ＰＤ−ｂは第
４図（Ｃ）に示すような感度特性を有するため、ＰＤ−
ａには比較的高いレベル、ＰＤ−ｂには低いレベルの光
電流が得られる０表１では検出物体が存在しない場合に
光電流の相対値を５及び１．５として表示している。こ
こで対数増幅器１０．１１は出力が飽和しないように設
けられており、その増幅率はフォトダイオードＰＤ−ａ
、　ＰＤ−ｂのばらつきや回帰反射板７．投光素子のば
らつきを吸収すべく設定されている０例えば対数増幅器
１０は入力Ｘに対して２０１ｏｇｘ、対数増幅器１１は
６０１ｏｇｘの増幅率を有するものとする。又比較器１
４の基準電圧ｖｔｈ１・２０．比較器１５の基準電圧Ｖ
　ｔｈ２＝　Ｏとすると、２つのフォトダイオードの光
電流出力は対数増幅器１０．１１によって夫々増幅され
、表１に示すように加算器１２．減算器１３の出力が得
られる。

そして前述した閾値で弁別すれば比較器１４，１５はｒ
ＨＪレベルの出力を出すため、論理積条件が成立し物体
検知出力が無となる。

（Ｉｆ）一般の遮光物体 光行路を遮光する物体８が光を完全に遮光する場合には
、２つのフォトダイオードＰＤ−ａ、　ＰＤ−ｂの光電
流がいずれもほとんど零となる。この場合には対数増幅
器１０．１１は正常に動作せず例えば表１に示すものと
する。従って表１に示すように比較器１４の出力は「Ｌ
」、比較器１５の出力は不定になるが、アンド回路１６
の論理積出力が「Ｌ」となるため物体を検出することが
できる。

（ＩＩＩ）鏡面を有する物体 鏡面を有する物体が光電スイッチ本体と回帰反射板７と
の間に存在する場合には、強い反射光が受光素子に入射
する。しかし鏡面の反射率は波長によらず一定であるた
め、受光素子４には赤外光も同時に入光する。従って第
２図（ｂ）、第３図及び第４図（Ｃ）に示す特性の光学
系から例えば表１に示すように、ＰＤ−ａ、　ＰＤ−ｂ
より例えば６０．３０に相当する光電流が得られる。こ
の場合には対数増幅器１０．１１により夫々出力が飽和
することなく　ｒ３６Ｊ「８９」のように増幅され加算
器１２．減算器１３より表１に示す出力が得られる。従
って比較器１４の出力は「Ｈ」、比較器１５の出力はｒ
ＬＪとなるため、物体検知出力が得られる。

（ＩＶ）白色を有する検出物体 この場合にも波長によらず一定の反射光が得られる。そ
してその電流レベルは例えば表１に示すように小さいが
、鏡面を有する物体と同様の出力が得られる。従ってア
ンド回路１６の論理積条件が成立して鏡面の場合と同じ
く物体検知出力が得られる。

次に本願の請求項２の発明を具体化した第２実施例につ
いて第６図を参照しつつ説明する。前述した第１実施例
は増幅器として対数増幅器を用いているが、本実施例で
は２つのフォトダイオードＰＤ−ａ、　ＰＤ−ｂを夫々
増幅率ｍ、ｎを有する一対の増幅器２１．２２によって
増幅して加算器１２及び減算器１３に与えるようにして
いる。鏡面を有する物体や回帰反射板７が近接している
ときの飽和を防止するために加算器１２の出力をＡＧＣ
回路２３に与えるようにしている。ＡＧＣ回路２３には
発振器２４より投光素子３の駆動信号が与えられている
。そして鏡面を有する物体のように反射光が極めて強い
場合には、ＡＧＣ回路２３が動作し投光素子３の投光レ
ベルを減するため、増幅器２１．２２が飽和しなくなり
正確に遮光物体を検出することができる。又検出物体が
遠距離にある場合には投光素子３に流す電流が大きくな
り光量レベルが高くなるため、回帰反射板７までの距離
の変動にかかわらず物体を正確に検出することができる
。この場合にはＡＧＣ回路２３の時定数を光電スイッチ
の応答速度の１０倍程度の時定数を持つものとしてお（
ことにより、周期的に通過する物体によってＡＧＣがか
かることはなく物体を識別することができる。

次に本願の請求項３の発明を具体化した第３実施例につ
いて第７図を参照しつつ説明する。本実施例は第１．第
２実施例の構成を組み合わせたものである。即ちフォト
ダイオードＰＤ−ａ、　ＰＤ−ｂの出力を第１実施例と
同様に対数増幅器１０．１１に与えると共に、加算器１
２の出力によってＡＧＣ電圧とし投光素子３の光量を変
化させるようにしたものである。この場合にも回帰反射
板の位置にかかわらず、又鏡面物体が光電スイッチ本体
に近接して通過する場合にも増幅器の出力が飽和しなく
なるので正確に遮光物体を検出することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願の請求項１〜３の発明の実施例による反射
型光電スイッチの光学系の構造を示す概略図、第２図（
ａ）は投光素子として用いた多色発光型の発光ダイオー
ドの構造を示す図、第２図（ｂｌはその発光特性を示す
グラフ、第３図は回帰反射板の感度特性を示すグラフ、
第４図（ａｌは受光素子として用いるカラーセンサの構
造を示す図、第４図（ｂ）はそのカラーセンサの等価回
路を示す図、第４図（Ｃ）はその感度特性を示すグラフ
、第５図は本願の請求項１の発明を具体化した実施例に
よる光電スイッチの電気的構成を示すブロック図、第６
図は本願の請求項２の発明、第７図は本願の請求項３の
発明を具体化した第２．第３実施例による光電スイッチ
の電気的構成を示すブロック図である。 １−・−・対数増幅器　　１２−−−−−・−加算器　
　１３−・−・・−減算器　　１４　、　１５−−−−
−一・比較器　　１６−・・・−アンド回路　　１７−
−−−−−−出力回路　　１８−　・・−第１の判別手
段　　１９・・・−・−・第２の判別手段　　２１．２
２−・・−増幅器　　２３−・−−−−−Ａ　Ｇ　Ｃ回
路特許出願人　　　立石電機株式会社 代理人　弁理士　岡本宜喜（他１名） ３−−−−−−・−投光素子　　４−・−・−・受光素
子　　５．６−・・・・−集光レンズ　　７−・・・−
・−回帰反射板　　１０．１第 図 ３−−−−−−−一役＊−奉号 ４−−−−−−−−　Ｌ光集子 ５．６−−−−−−　８郡いズ ７−−−−−−−・日％艮鼾線 図 （ａ） 第 図 第 図 （Ｃ） 衣五ｋ（ｎｍ） ＊ｔ（ｎｍ） 裏表（ｎｍ） ３−−−−−一投を集子 ４−−−−−一気九奉舌 一見１０芋゛腓１秀役 １９−−−−−一寥２の牛′源３’ｌ−役第 図 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光電スイッチ本体内に設けられた投光部及び受光
   部と、光電スイッチ本体から離れた位置に配置され照射
   された光を反射する回帰反射板と、を有し、前記投光部
   からの光を前記回帰反射板を介して往復させその光行路
   を検出物体が遮断することにより物体を検出する反射型
   光電スイッチにおいて、 前記投光部は赤色光及び赤外光を発光する投光素子を有
   するものであり、 前記回帰反射板は前記赤色光を反射し赤外光を吸収する
   反射板であり、 前記受光素子は前記赤色光及び赤外光の光に夫々感度を
   有するカラーセンサであり、 前記反射型光電スイッチは、 前記受光素子の各カラーセンサの出力を夫々増幅する第
   １、第２の対数増幅器と、 前記第１、第２の対数増幅器の出力を加算し所定の閾値
   と比較する第１の判別手段と、 前記第１、第２の対数増幅器の出力偏差を検出し所定の
   閾値と比較する第２の判別手段と、前記第１、第２の判
   別手段の論理積出力を与える論理積手段と、を具備し、
   該論理積出力に基づいて物体の有無を判別するようにし
   たことを特徴とする反射型光電スイッチ。
2. （２）光電スイッチ本体内に設けられた投光部及び受光
   部と、光電スイッチ本体から離れた位置に配置され照射
   された光を反射する回帰反射板と、を有し、前記投光部
   からの光を前記回帰反射板を介して往復させその光行路
   を検出物体が遮断することにより物体を検出する反射型
   光電スイッチにおいて、 前記投光部は赤色光及び赤外光を発光する投光素子を有
   するものであり、 前記回帰反射板は前記赤色光を反射し赤外光を吸収する
   反射板であり、 前記受光素子は前記赤色光及び赤外光の光に夫々感度を
   有するカラーセンサであり、 前記反射型光電スイッチは、 前記受光素子の各カラーセンサの出力を夫々増幅する第
   １、第２の増幅器と、 前記第１、第２の増幅器の出力を加算し所定の閾値と比
   較する第１の判別手段と、 前記第１、第２の増幅器の加算出力に基づいて前記投光
   素子の投光レベルを制御するＡＧＣ回路と、 前記第１、第２の増幅器の出力偏差を検出し所定の閾値
   と比較する第２の判別手段と、 前記第１、第２の判別手段の論理積出力を与える論理積
   手段と、を具備し、該論理積出力に基づいて物体の有無
   を判別するようにしたことを特徴とする反射型光電スイ
   ッチ。
3. （３）光電スイッチ本体内に設けられた投光部及び受光
   部と、光電スイッチ本体から離れた位置に配置され照射
   された光を反射する回帰反射板と、を有し、前記投光部
   からの光を前記回帰反射板を介して往復させその光行路
   を検出物体が遮断することにより物体を検出する反射型
   光電スイッチにおいて、 前記投光部は赤色光及び赤外光を発光する投光素子を有
   するものであり、 前記回帰反射板は前記赤色光を反射し赤外光を吸収する
   反射板であり、 前記受光素子は前記赤色光及び赤外光の光に夫々感度を
   有するカラーセンサであり、 前記反射型光電スイッチは、 前記受光素子の各カラーセンサの出力を夫々増幅する第
   １、第２の対数増幅器と、 前記第１、第２の対数増幅器の出力を加算し所定の閾値
   と比較する第１の判別手段と、 前記第１、第２の対数増幅器の加算出力に基づいて前記
   投光素子の投光レベルを制御するＡＧＣ回路と、 前記第１、第２の対数増幅器の出力偏差を検出し所定の
   閾値と比較する第２の判別手段と、前記第１、第２の判
   別手段の論理積出力を与える論理積手段と、を具備し、
   該論理積出力に基づいて物体の有無を判別するようにし
   たことを特徴とする反射型光電スイッチ。