JPH0511049A

JPH0511049A - 光センサ

Info

Publication number: JPH0511049A
Application number: JP3190701A
Authority: JP
Inventors: Sadao Noda; 貞雄野田
Original assignee: Sunx Ltd
Current assignee: Panasonic Industrial Devices SUNX Co Ltd
Priority date: 1991-07-04
Filing date: 1991-07-04
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】被検出物体若しくはこれを覆う透明体の表面
による正反射による影響を防止して、被検出物体を確実
に検出できるようにした。【構成】投光素子１は投光レンズ３及び偏光フィルタ
４を介して投光する。偏光フィルタ４は通過する光を入
射面の面方向に沿ったｐ偏光に変換する。受光素子２は
光の受光状態で受光信号を出力する。投光軸及び受光軸
は水のブリュースター角の２倍に設定されている。この
場合、水によるｐ偏光の反射率は零であるので、受光素
子は水６の正反射による影響を受けることなく被検出物
体７で反射した投光素子１からの光を受光する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面が透明体で覆われ
た被検出物体若しくは表面に光沢を有する被検出物体を
検出する反射形の光センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、物体の有無、或は物体の表面
に印刷されたマークを検出する光センサとして、投光素
子の投光軸及び受光素子の受光軸を交差させた反射形が
供されている。このような反射形の光センサでは、投光
軸と受光軸とが交差する検出領域に被検出物体が位置す
ると、投光素子からの光は被検出物体で反射して受光素
子に入射するので、受光素子の受光状態に基づいて被検
出物体を検出することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、例えば水面
下に位置する被検出物体、或は透明フィルムにより覆わ
れた被検出物体を検出する場合は、被検出物体に照射さ
れた投光素子からの光の一部は水或は透明フィルム等の
透明体の表面で正反射し、一部は透明体を通過して被検
出物体の表面で反射する。このとき、透明体の表面で正
反射光が強く反射されて受光素子に入射するので、上記
従来構成のものでは、受光素子の受光状態に基づく被検
出物体の検出が不正確となる。

【０００４】また、被検出物体の色或は表面上のマーク
を検出する場合に、被検出物体の表面が光沢面であると
きは、投光素子からの光が被検出物体の表面で反射する
ときに、一部は正反射し、一部は散乱する。このとき、
被検出物体の表面により正反射した光は、被検出物体の
マークの色にほとんど影響されることなく強く反射され
て受光素子に入射するので、受光素子は検出と関係しな
い光を受光することになる。このため、上述の場合と同
様に、受光素子の受光状態に基づく被検出物体の検出が
不正確となってしまう欠点がある。

【０００５】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、正反射光による影響を受けることなく
被検出物体を確実に検出することができる光センサを提
供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、表面が透明体
で覆われた被検出物体を検出する光センサにおいて、投
光軸及び受光軸の交差角が前記透明体のブリュースター
角の略２倍に設定された投光素子及び受光素子を設け、
これらの投光素子及び受光素子の少なくとも何れか一方
の前面側に入射面の面方向に沿った方向の直線偏光を通
過させる偏光フィルタを設けたものである。

【０００７】また、表面に光沢を有する被検出物体を検
出する光センサにおいて、投光軸及び受光軸の交差角が
前記被検出物体のブリュースター角の略２倍に設定され
た投光素子及び受光素子を設け、これらの投光素子及び
受光素子の少なくとも何れか一方の前面側に入射面の面
方向に沿った方向の直線偏光を通過させる偏光フィルタ
を設けたものである。

【０００８】

【作用】請求項１記載の光センサにおいて、投光素子の
前面側に偏光フィルタを設けた場合は、投光素子からの
光は偏光フィルタにより入射面の面方向に沿った直線偏
光に変換される。そして、斯様な直線偏光の一部は透明
体で正反射すると共に、一部は透明体を通過して被検出
物体で反射する。

【０００９】このとき、投光軸及び受光軸の交差角は透
明体のブリュースター角の略２倍に設定されているの
で、投光素子からの光が被検出物体を覆う透明体で正反
射するときに、その反射強度は略零となる。一方、透明
体を通過した直線偏光は被検出物体で反射するときに散
乱光となり直線偏光は部分偏光となってその偏光方向が
不規則となるので、被検出物体の表面状態に応じて光が
反射して受光素子に入射する。従って、透明体の表面の
正反射による影響を受けることなく、受光素子の受光状
態に基づいて被検出物体を確実に検出できる。

【００１０】また、請求項２記載の光センサにおいて、
投光素子の前面側に偏光フィルタを設けた場合は、投光
素子からの光は偏光フィルタにより入射面の面方向と同
一方向の直線偏光に変換される。そして、斯様な直線偏
光が被検出物体の表面で反射するときに、一部は正反射
し、一部は散乱する。

【００１１】このとき、投光軸及び受光軸の交差軸は被
検出物体のブリュースター角の略２倍に設定されている
ので、投光素子からの光が被検出物体で正反射するとき
に、その反射強度は略零となる。一方、被検出物体の表
面で反射した直線偏光は散乱して部分偏光となってその
偏光方向は不規則となるので、被検出物体の表面状態に
応じて光が反射して受光素子に入射する。従って、被検
出物体の表面による正反射光の影響を受けることなく、
受光素子の受光状態に基づいて被検出物体を確実に検出
できる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の第１実施例を図１及び図２を
参照して説明する。図２は反射形光センサの構成を概略
的に示している。この図１において、投光素子１及び受
光素子２は、その投光軸及び受光軸の交差角が水のブリ
ュースター角の２倍である略１０６°となるように図示
しないケースに配設されている。

【００１３】投光素子１の前面側には投光レンズ３が配
設されており、投光素子１からの光はその投光レンズ３
により略平行な光に変換される。また、投光レンズ３の
前面には偏光フィルタ４が配設されている。この偏光フ
ィルタ４は偏光方向が不規則な光を直線偏光に変換する
もので、この場合、その偏光方向は入射面の面方向（紙
面の面方向）に設定されている。そして、受光素子２の
前面側には受光レンズ５が配設されている。従って、こ
の光センサの検出領域は、図２に斜線で示す検出領域に
設定されている。

【００１４】そして、受光素子２からは受光量に応じた
受光信号が図示しない信号処理回路に出力されるように
なっており、その受光信号に基づいて検出状態を判断す
るようになっている。

【００１５】次に上記構成の作用について説明する。こ
の場合、光センサは、図１に示すように透明体である水
６に水没した被検出物体７を検出するように位置決めさ
れている。

【００１６】投光素子１から光が投光されると、その光
は投光レンズ３により平行な光に変換されると共に、そ
の平行な光は入射面の面方向に沿った直線偏光に変換さ
れて検出領域に照射される。このとき、検出領域に照射
された直線偏光の一部は水面で反射すると共に、一部は
水中を進行して検出領域に位置する被検出物体７に照射
される。

【００１７】さて、物体の表面で光が反射する場合、そ
の反射率は、光の偏光方向，物体の屈折率及び光の入射
角に応じて変化する特性を有する。

【００１８】即ち、図３に示すように、屈折率ｎ1 の透
明物質と屈折率ｎ2 の透明物質同士が滑らかな面で接し
た状態で、屈折率ｎ1 の透明物質を通過した光が屈折率
ｎ2の透明物質の表面で反射したときの入射光と反射光
とのパワーの比（反射率）は、屈折率ｎ1 の透明物質を
進行した光の入射角をθ1 、屈折率ｎ2 の透明物質に進
行した光の屈折角をθ2 、ｐ偏光（入射面の面方向に沿
った直線偏光）の反射率をＲｐ、ｓ偏光（入射面と垂直
方向に沿った直線偏光）の反射率をＲs とすると、

【００１９】

【数１】で表すことができる。

【００２０】図４は空気に接したガラス表面におけるｐ
偏光及びｓ偏光の反射率を入射角に応じて示している。
この図４から分るように、光の入射角が大きくなるに従
ってｓ偏光の反射率は増大するのに対して、ｐ偏光の反
射率は一旦０まで低下してから増大している。このＰ偏
光の反射率が０となる入射角がブリュースター角（偏光
角）であり、この入射角をθ0 とすると、tan θ0 ＝ｎ
2 ／ｎ1 を演算することにより、ブリュースター角θ0
を求めることができる。この場合、水のブリュースター
角θ0 は、水の屈折率が約１．３３３であることから、
tan θ0 ＝１．３３３／１となりこのことからブリュー
スター角θ0 は略５３°となる。

【００２１】さて、上述のように検出領域に照射された
直線偏光はｐ偏光であると共に、投光軸及び受光軸の交
差角は水のブリュースター角の２倍である略１０６°に
設定されているので、投光素子１からの光の一部が水面
で正反射して受光素子２に入射するような関係であるに
しても、ｐ偏光の反射率は０となり、水面で反射した投
光素子１からの光が受光素子２に向かうことはない。

【００２２】一方、水中を進行したｐ偏光は水面下の検
出領域に照射されているので、水面下の検出領域に被検
出物体７が位置すると、水中を進行したｐ偏光は被検出
物体７の表面で反射するようになる。これにより、受光
素子２は検出領域に位置する被検出物体７で反射した散
乱光（散乱により偏光状態が変化している）を検出する
ので、水６による正反射の影響を防止しながら、受光素
子２の受光状態に基づいて被検出物体７を確実に検出す
ることができる。

【００２３】尚、被検出物体７を石英ガラスを通じて検
出する場合、石英ガラスの屈折率は１．４５８５である
ので、ブリュースター角は５５．５６４°となる。従っ
て、投光軸と受光軸との交差角を略１１１°に設定する
ことにより、石英ガラスの表面の正反射による影響を防
止しながら、被検出物体７を確実に検出することができ
る。

【００２４】図５及び図６は本発明の第２実施例を示し
ており、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説
明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。この第
２実施例の場合、光センサは、表面が例えば透明体たる
透明フィルム８で覆われた被検出物体７のマーク或は色
を検出するように位置決めされている。つまり、投光素
子１からの光は投光レンズ３によりスポット状となるよ
うに照射されており、その検出領域に被検出物体７の表
面が位置されている。ここで、投光軸と受光軸との交差
角は被検出物体７を覆う透明フィルム８のブリュースタ
ー角の略２倍に設定されている。

【００２５】上記構成の場合、被検出物体７に照射され
たｐ偏光は、その一部が透明フィルム８で反射し、一部
が透明フィルム８を通過して検出物体７で反射する。こ
のとき、透明フィルム８の表面でｐ偏光が正反射して受
光素子２に入射する関係であっても、上述のように投光
軸及び受光軸の交差角は透明フィルム８のブリュースタ
ー角の略２倍に設定されているので、透明フィルム８に
よるｐ偏光の反射強度は略０である。一方、被検出物体
７で反射した散乱光は偏光方向が不規則となり、受光素
子２に到達する。従って、受光素子２が受光する光は、
被検出物体７による反射光のみであるので、受光素子２
の受光状態に基づいて透明フィルム８の影響を受けるこ
となく被検出物体７のマーク或は色を検出することがで
きる。

【００２６】要するに、上記各実施例の場合、投光素子
１及び受光素子２を、それらの投光軸及び受光軸の交差
角が被検出物体７を覆う水６或は透明フィルム８のブリ
ュースター角の略２倍に設定すると共に、投光素子１か
らの光を偏光フィルタ４により被検出物体７への入射面
の面方向に沿うようにしたので、被検出物体を覆う透明
体による正反射の影響を受けてしまう従来例と違って、
透明体の正反射による影響を防止して被検出物体を確実
に検出することができる。

【００２７】尚、上記各実施例では、投光素子１の前面
側のみに偏光フィルタ４を配設したが、受光素子２の前
面側のみに入射面の面方向に沿った方向の偏光フィルタ
４を配設するようにしてもよい。この場合、投光素子１
からの光が透明体の表面で反射したときに、ｐ偏光の反
射率が略０となってｓ偏光のみが反射するにしても、そ
のｓ偏光は受光素子２の前面側の偏光フィルタ４により
遮光されるので、水６或は透明フィルム８による正反射
の影響を防止しながら、被検出物体７を確実に検出する
ことができる。また、偏光フィルタ４は投光素子１の前
面側及び受光素子２の前面側の双方にＰ偏光のみを通過
するように配設してもよい。

【００２８】一方、投光軸及び受光軸の設定すべき交差
角には実用的な許容範囲があり、例えば投光軸と受光軸
との交差角を１１３°に設定した場合、屈折率１．３３
３の水の表面での反射率は、ｓ偏光が０．０９４、ｐ偏
光が０．０００９となり、屈折率１．６３のＰＥＴ樹脂
では、ｓ偏光が０．１８８９、ｐ偏光が０．０００５と
なりＰ偏光の反射パワーに比べＳ偏光の反射パワーハ著
しく大きいので、偏光フィルタによりｓ偏光を遮断する
ことにより、水或はＰＥＴ樹脂など広い範囲の被検出物
体に対し交差角を変えることなく表面の正反射による影
響を防止することができる。

【００２９】また、被検出物体の表面が光沢面で、その
表面のマーク或は色を検出する場合は、投光軸と受光軸
との交差角を被検出物体のブリュースター角の略２倍に
設定する。この場合、被検出物体の表面による反射は、
正反射に加えて散乱する。このとき、反射した光が散乱
するときは光の偏光方向が不規則となるので、被検出物
体による正反射光の影響を防止しながら散乱光を検出す
ることにより、受光素子２の受光状態に基づいて被検出
物体のマーク或は色を確実に検出することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、請求１
記載の光センサによれば、投光軸及び受光軸の交差角が
被検出物体を覆う透明体のブリュースター角の略２倍に
設定された投光素子及び受光素子を設け、これらの投光
素子及び受光素子の少なくとも何れか一方の前面側に入
射面の面方向に沿った方向の直線偏光を通過させる偏光
フィルタを設けたので、被検出物体の表面を覆う透明体
による正反射の影響を防止して、被検出物体を確実に検
出することができるという優れた効果を奏する。

【００３１】また、請求項２記載の光センサによれば、
投光軸及び受光軸の交差角が被検出物体のブリュースタ
ー角と略一致に設定された投光素子及び受光素子を設
け、これらの投光素子及び受光素子の少なくとも何れか
一方の前面側に入射面の面方向に沿った方向の直線偏光
を通過させる偏光フィルタを設けたので、被検出物体の
表面の正反射を防止して、被検出物体を確実に検出する
ことができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における検出状態を示す模
式図

【図２】構成を示す模式図

【図３】光の反射及び屈折の関係を示す特性図

【図４】反射率と入射角との関係を示す図

【図５】本発明の第２実施例を示す図１相当図

【図６】図２相当図

【符号の説明】

１は投光素子、２は受光素子、４は偏光フィルタ、６は
水（透明体）、７は被検出物体、８は透明フィルム（透
明体）である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面が透明体で覆われた被検出物体を検
出する光センサであって、投光軸及び受光軸の交差角が
前記透明体のブリュースター角の略２倍に設定された投
光素子及び受光素子と、これらの投光素子及び受光素子
の少なくとも何れか一方の前面側に設けられ入射面の面
方向に沿った方向の直線偏光を通過させる偏光フィルタ
とを備えたことを特徴とする光センサ。
【請求項２】表面に光沢を有する被検出物体を検出す
る光センサであって、投光軸及び受光軸の交差角が前記
被検出物体のブリュースター角の略２倍に設定された投
光素子及び受光素子と、これらの投光素子及び受光素子
の少なくとも何れか一方の前面側に設けられ入射面の面
方向に沿った方向の直線偏光を通過させる偏光フィルタ
とを備えたことを特徴とする光センサ。