JPH07294663A - 偏光を有する透明体の検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明体、あるいは半透明体の有無を確実に検
出することができる装置を提供する。 【構成】 １つの投光素子からなる投光器と、２つの受
光素子からなる受光器を備えた光透過形の検出装置であ
る。投光素子の前面には投光側偏光フィルタを設け、２
つの受光素子の前面には上記投光側偏光フィルタの偏光
面と平行する受光側偏光フィルタ、および直交する受光
側偏光フィルタをそれぞれ設ける。２つの受光素子の増
幅出力の差動信号を検波した後に、予め決定したスイッ
チングレベルで判別する。投光器と、受光器の間を走行
する被検出物の偏光面に対して、投光側偏光フィルタの
偏光面を４５度に傾ける。投光器と、受光器を収容する
函体の投光面および受光面の長手方向に対して、それぞ
れの偏光フィルタを４５度に傾斜させる。投光側偏光フ
ィルタと直交する受光側偏光フィルタを有する受光素子
の増幅出力のゲインを他方のゲインよりも高める。投光
素子を２つ備え、受光素子を１つとする構成も採用す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光電センサの分野にお
いて従来は困難とされていた、透明体、あるいは半透明
体を確実に検出することができる検出装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来から、透明体や半透明体の有無を正
確に検出することは困難である。特に、光電センサは光
の通過、不通過による受光量の違いを検出要素としてい
るため、光を要素とする透明体の検出は基本的に不可能
であるとされる。

【０００３】そこで、現在では透明体の検出は超音波を
利用する方法が一般的であるが、音波を検出要素として
いるので応答速度が基本的に遅いうえ、超音波は直進性
が悪く、回り込みの進行波によって検出誤差が生じ、高
い精度の検出ができないという難点がある。

【０００４】ところで、最近は郵送物の封筒にプラスチ
ックの透明体や半透明体のものが増えており、透明体な
どの正確な検出が望まれている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】郵便局における配送シ
ステムで、光電センサによって郵便物の確認を行ってい
ることが多いが、この場合、透明な封筒が通過しても従
来の光電センサではこれを検出することができない。従
って、現状では透明封筒だけを手作業で抜き取り、処理
している状態である。現在の郵便物の配送システムで
は、郵便物に記載された郵便番号だけではなく、宛名住
所氏名まで判別できるようになっているが、透明な封筒
だけは全てマニュアルで行っており、作業効率の低下は
致命的である。これは、郵便物に限った問題ではなく、
透明体や半透明体を扱う分野において、その存在を確実
に判別しなければならない場合でも同様の問題を抱えて
いる。

【０００６】本発明は上述した従来の問題を解決するも
のであり、透明体、あるいは半透明体の有無を確実に検
出することができる装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明では、上述した目
的を達成するために、従来では採用することが困難であ
るとされていた光電センサを利用した。郵便物の透明封
筒に利用されるプラスチックシートは、製造工程でシー
トの原素材を上下左右に引き延ばしながら薄膜を形成す
るという過程を採用しているので、封筒の素材の長手方
向に対して４５度方向に９０度偏光面が出現する。ま
た、プラスチック成形品は少なからず偏光を有してい
る。本発明ではこれらの透明封筒や透明物の光学的特性
に着目して、偏光フィルタを用いることとした。

【０００８】具体的手段としては、１つの投光素子から
なる投光器と、２つの受光素子からなる受光器を備えた
光透過形の検出装置を採用した。投光素子の前面には投
光側偏光フィルタを設け、２つの受光素子の前面には上
記投光側偏光フィルタの偏光面と平行する受光側偏光フ
ィルタ、および直交する受光側偏光フィルタをそれぞれ
設けた。そして、２つの受光素子の増幅出力の差動信号
を検波した後に、予め決定したスイッチングレベルで判
別するという手段を採用した。また、投光器と、受光器
の間を走行する被検出物の偏光面に対して、投光側偏光
フィルタの偏光面を４５度に傾けるという技術的手段を
用いた。さらに、投光器と、受光器を収容する函体の投
光面および受光面の長手方向に対して、それぞれの偏光
フィルタを４５度に傾斜させるという手段も用いた。さ
らにまた、２つの受光素子の増幅出力のうち、投光側偏
光フィルタと直交する受光側偏光フィルタを有する受光
素子の増幅出力のゲインを他方のゲインよりも高めると
いう手段も用いた。上記手段とは反対に、投光器の投光
素子を２つ用い、受光素子を１つとし、投光を個別に行
うと共に、受光素子の増幅出力を投光に応じてそれぞれ
別個に取り出し、検波の後に差動信号を生成するという
手段も用いている。

【０００９】

【作用】投光器と受光器によって、光透過形の検出装置
を構成している。ここで、受光素子を２つ設けたことに
より、投光側の偏光フィルタに対して平行な偏光を受光
する機能と、直交する偏光を受光する機能を実現する。
即ち、被検出物が偏光を有する透明物体であれば、２つ
の受光素子の出力に変化が生じる。そして、出力ゲイン
が逆転したときを透明体の検出と判別する。２つの増幅
出力の差動信号を捕らえるのは、判別信号のレベルを広
げることを目的としたものであり、これによって安定し
た判別を行う。スイッチングレベルを設定することは、
物体の有無の判別の基準値として作用させるためであ
る。フィルタの偏光面を被検出物の偏光面に対して４５
度傾斜させる手段は、被検出物の判別範囲を幅広く確保
する作用を有する。また、偏光フィルタを投受光器のそ
れぞれ函体に４５度傾斜させて設置することは、設置作
業を容易にすることを目的とする。さらに、２つの受光
素子の増幅出力ゲインを異ならしめ、直交する偏光フィ
ルタを有する受光素子のほうのゲインを高めるという手
段は、さらに広い範囲で透明体を検出するものである。
投光素子を２つ用い、受光素子を１つとした場合でも基
本的には同様の作用を行うものであり、２つの投光素子
に起因する受光信号をそれぞれ別個の信号として取り出
すことで、判別することができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を、図面に従
って詳述する。図１は本発明装置の機能を達成するため
の光学的な基本構成を示したものであり、１は投光素子
として機能する発光ダイオード、２ａ、２ｂはそれぞれ
受光用の受光素子であり、発光ダイオード１と受光素子
２ａ、および発光ダイオード１と受光素子２ｂ間で透過
形の光検出を行う。３は発光ダイオード１の前面に設け
られた投光側偏光フィルタ、４ａ、４ｂはそれぞれ受光
素子２ａ、２ｂの前面に設けられた受光側偏光フィルタ
である。そして、投光側偏光フィルタ３の偏光面は図面
上のＹ軸に並行に設定され、受光側偏光フィルタ４ａを
Ｙ軸に並行に、４ｂはＸ軸に並行に設定されている。従
って、投光側偏光フィルタ３の偏光面に対して受光側偏
光フィルタ４ａは平行、４ｂは直交している。５は透
明、あるいは半透明の封筒である。この構成で、封筒５
がない場合には、発光ダイオード１からの投光は受光素
子２ａでは略１００パーセントの受光状態になる一方、
受光素子２ｂでは略遮光状態になる。

【００１１】次に、図１のように透明な封筒５が位置す
る場合には、図３に示した透過率特性になる。図面上、
封筒の短辺と投光側偏光フィルタ３の偏光面、即ちＸＹ
２次元座標のＹ軸との角度をθとすると、θを変化させ
るに伴って受光素子２ａと受光素子２ｂに対する透過率
は図３のように変化する。ここで、θが０度のときには
受光素子２ａの透過率は極大であり、受光素子２ｂの透
過率は極小である。ところが、θが４５度の位置になれ
ばこれらの関係が反転し、さらに９０度の位置になれば
０度の位置と同一の関係になる。即ち、４５度ごとに極
大・極小の関係は交代する。従って、θが４５度の前の
角度、および９０度の前においてで受光素子２ａと２ｂ
の透過率の大小関係は反転していることになるが、それ
ぞれ約２０度、約７０度付近である。結果として、θが
約２０度から約７０度の範囲では、受光素子２ｂの出力
レベルが受光素子２ａの出力レベルよりも大きいことに
なる。この現象は、先に述べたように封筒を構成するシ
ートが４５度方向に９０度偏光面を有していることを原
因とする。従って、この特性に着目し、検出域を通過す
る物体の角度θを約２０度から７０度の範囲で傾斜させ
て通過させれば、受光素子２ａの出力レベルよりも受光
素子２ｂの出力レベルが大きくなるので、これを判定す
れば透明封筒の検出が可能になる。なお、不透明の封筒
が通過すれば受光素子２ａ、２ｂ共に遮光状態になるの
で、併せて検出することができるのはいうまでもない。

【００１２】ただし、図１の構成では封筒５の角度θを
必ず２０度から７０度、好ましくは受光素子２ａ、２ｂ
の出力レベル変化の極大点である４５度傾けて通過させ
なければならず、封筒５をラインに乗せる手間がかかる
ので、実際には図２に示したように、投光側偏光フィル
タ３および受光側偏光フィルタ４ａ、４ｂの偏光面をそ
れぞれＸ軸あるいはＹ軸に対して４５度傾斜させる。こ
のようにすれば、受光素子２ａ、２ｂの出力レベル変化
の極大点は封筒５を傾けることなく捕らえることがで
き、効率を高めることができる。

【００１３】次に、図４は投光素子である発光ダイオー
ド１からなる投光器６と、受光素子２ａ、２ｂを１つの
函体にまとめた受光器７の端面図である。図中、図１お
よび図２に示していない部分のうち、１０は投光器函
体、１１は投光側プリント基板、１２は受光器函体、１
３は受光側プリント基板、１４は受光器の信号出力を行
うと共に電源を供給する電源出力線、１５は投受光の同
期を行うと共に投光器６に電源を供給するための接続線
である。図５は投光器６および受光器７の偏光フィルタ
を示した平面図で、Ａは投光器６の平面図、Ｂは受光器
７の平面図である。図であきらかなように、投光器６で
は函体１０に対して４５度に偏光面が形成され、受光器
７では２つの偏光フィルタ４ａ、４ｂの偏光面が９０度
の角度を維持し、かつ函体１２に対してそれぞれ４５度
に形成されている。これによって、投光器６、受光器７
を通常に設置するだけで図２の光学的構成を達成でき
る。

【００１４】図６は本発明装置を実現するための電気的
なブロック図、図７はその主要部分の動作を示すタイミ
ングチャートである。図７のタイミングにおいて、t0〜
t1は物体なしの状態、t1〜t2は透明な封筒がある状態、
t2〜t3は物体なしの状態、t3〜t4は不透明な封筒がある
状態、t4〜t5は物体なしの状態である。図６中、一点鎖
線で囲んだ部分はそれぞれ投光器６あるいは受光器７の
内部ブロックを示している。投光器６の発光ダイオード
１は受光器７側に設置されたパルス発振器２１のパルス
が発光ダイオード駆動回路２２を駆動することにより、
周期的に発光する。そのタイミングは図７ａである。２
３ａ、２３ｂはそれぞれ増幅回路で、受光素子２ａ、２
ｂの光電流を適当な値に増幅する。その波形を図７の
ｂ、ｃに示す。２４は差動アンプであり、増幅回路２３
ａの出力から２３ｂの出力を差分した値が出力される。
その波形は図７中、ｄに相当する。２５は同期検波回路
であり、差動アンプ２４の出力を検波して図７の波形ｅ
の包絡線出力を行う。検波タイミングは、パルス発振器
２１から出力されるパルスを入力することによって行わ
れる。同期検波回路２５の具体例としては、サンプルホ
ールド回路を用いた場合には、ホールドタイミングをパ
ルス発振器２１の出力パルスによって行うことによって
達成できる。その他、同期検波回路２５の例として、ラ
ッチ回路を採用し、パルス発振器２１からのパルス信号
をラッチタイミング信号とすることによってもほぼ同様
の機能を達成することができる。ただし、この場合には
マイナス成分は出力されず、出力ゼロの状態になるが、
後述するスイッチングレベルの設定を考慮することで解
消できる。要は、増幅アンプ２３ａと２３ｂのゲインが
逆転するタイミングを的確に把握することができるよう
な同期検波回路２５であれば、透明体、あるいは不透明
体などの物体がない状態と物体ありの状態を判別するこ
とができる。

【００１５】２６はスイッチング回路であり、図７の波
形ｅにおけるようにスイッチングレベルｓを設けること
により、これよりも低いレベルであれば透明、不透明を
問わず物体があることを検出でき、これよりも高いレベ
ルであれば物体がない状態として判別できることにな
る。この判別波形は図７においてｆとして示される。こ
こにおいて、オンは物体がある状態を、オフは物体がな
い状態である。２７は必要に応じて設けられる入光表示
灯であり、スイッチング回路２６の出力に対応して点
灯、あるいは消灯をする。

【００１６】ところで、波形ｂを見れば、受光素子２ａ
の出力のみで一応は透明体および不透明体の検出が可能
である。ただし、光軸の角度や検出距離に応じて受光素
子出力は大きく変化するので、スイッチングレベルを一
定の値に固定していたのでは正確な判別ができない。従
って、距離や角度の変化に応じてその都度感度調整を行
う必要がある。また、投光器からの光量が低下したり、
検出面の汚れがひどくなると誤動作を生じる度合いが大
きい。特に郵便物の判別システムで本発明品を採用した
ときには、封筒が高速で通過するため、多量の紙粉がレ
ンズ面に付着するので、誤動作が頻発するおそれがあ
る。これに対して、上述した実施例では投光器の偏光フ
ィルタの偏光面に対して受光器側では平行する偏光と、
直交する偏光の差動信号を判別信号としたので、レンズ
面に付着した紙粉によるレベル低下や、発光ダイオード
自身の光量低下についてはその変化が相殺されるので、
幅広いレベルを確保することができる。従って、本実施
例ではスイッチングレベルを固定したままでも安定した
検出を行うことができる。とりわけ、平行および直交の
偏光の差動信号とすることによってレベル変化を大きく
捕らえることができるので、封筒に使用されるフィルム
が偏光度の小さいものであっても正確な判別が可能であ
る。

【００１７】次に、図３では増幅回路２３ａ、および２
３ｂのゲインを等しい条件として説明したが、増幅回路
２３ｂのゲインを増幅回路２３ａのゲインよりも高くす
れば、双方の出力レベルが反転する範囲をより広く確保
することができる。例えば、図８に示したように増幅回
路２３ｂのゲインを増幅回路２３ａのゲインの２倍に設
定した場合には、約１０度から約８０度の範囲で判別す
ることが可能になる。この場合でも、通過する封筒の角
度が１０度未満や、８０度を越える場合には正確な検出
ができないので、実施例の検出装置を２対設置し、両者
の設置角度を４５度の半分である２２．５度とすれば、
何れか一方の装置では必ず透明体を検出することがで
き、より確実な判別となる。また、２対の検出装置を一
体化すれば、簡単な設置工事で全方向検出可能な装置を
実現することができる。

【００１８】なお、本実施例では郵便物の配送システム
において、透明封筒を判別することとして説明したが、
検出物体が偏光を有する透明体であれば、封筒に限るこ
となく適用することができるのはもちろんである。

【００１９】続いて、図９は本発明の別実施例であり、
第１の実施例とは逆に、投光器に収容される投光素子を
２つとし、受光器に収容される受光素子を１つとしたも
のである。図中、３１ａは第１の投光素子、３１ｂは第
２の投光素子、３２は１つの受光素子である。偏光フィ
ルタの関係は、受光側偏光フィルタ３３の偏光面に対し
て、投光素子３１ａの偏光フィルタ３４ａは平行であ
り、投光素子３１ｂの偏光フィルタ３４ｂは直交してい
る。２つの投光素子３１ａ、３１ｂはパルス発振器３５
のパルス出力を交互に、即ち１８０度位相で駆動回路３
６ａ、および３６ｂに供給することによって発光する。
受光素子３２の受光信号は増幅回路３７で増幅された後
に、同期検波回路３８ａ、および３８ｂに並列に入力さ
れる。同期検波回路３８ａ、３８ｂでは２つの投光素子
３１ａ、３１ｂの発光タイミングに一致してそれぞれ出
力が取り出され、検波されて包絡線波形を出力する。次
に２つの包絡線出力を差動アンプ３９に入力し、差動信
号を取り出した後に、スイッチング回路４０において予
め決定されているスイッチングレベルで物体検出の判別
を行うのである。４１は図６と同様の入光表示灯、４２
は電源回路である。このような構成を採用すれば、第１
の実施例とは逆に、２つの投光素子と１つの受光素子に
よって同様の判別が可能となる。

【００２０】上述した別実施例では、２つの投光素子に
起因する受光信号を投光タイミングの時系列に従って交
互に取り出すことにより、別個の信号として処理するこ
ととしたが、一連の受光信号から２つの投光素子に起因
する信号をそれぞれ別個に取り出すことができるのであ
れば、別の手段を用いることも自由である。例えば、２
つ投光素子に与えるパルス周期を異ならしめ、受光信号
をそれぞれの周期に応じた帯域フィルタに並列に入力
し、それぞれの投光素子に入力されるパルス周期に対応
する信号だけをそれぞれ別個に取り出す手段でも技術的
には等価である。必要なことは、２つの投光素子に起因
する受光信号を別個に取り出すことができる技術であれ
ば、公知の技術は全て本実施例で採用できる点にある。

【００２１】

【発明の効果】本発明では、投光素子の前面に投光側偏
光フィルタを設け、２つの受光素子の前面には投光側偏
光フィルタの偏光面と平行する受光側偏光フィルタ、お
よび直交する受光側偏光フィルタをそれぞれ設け、その
間を被検出物を通過させるようにしたので、被検出物が
偏光を有する透明体であれば２つの受光素子の増幅出力
に必ず差異が生じることとなる。ここで、被検出物の偏
光面との角度によっては２つの受光素子の出力が逆転す
るので、これらの差動信号を判別すれば、確実に物体の
有無を捕らえることができる。従って、非常に信頼性が
高い検出装置とすることができた。また、差動信号を判
別信号としているので、レベル幅を広くとることがで
き、投光器や受光器が紙粉で汚れた場合でも誤動作の可
能性が低く、安定した検出を行うことが可能である。

【００２２】また、投光器と、受光器の間を走行する被
検出物の偏光面に対して、投光側偏光フィルタの偏光面
を４５度に傾けることによって、プラスチックシートな
どで一般的に有している４５度の偏光に対して広い範囲
で２つの受光素子の出力を逆転させることができ、安定
した検出を可能とする。さらに、投光器と、受光器を収
容する函体の投光面および受光面の長手方向に対して、
それぞれの偏光フィルタを４５度に傾斜させることによ
り、機器を通常に設置するだけで４５度の傾きを実現す
ることができ、施工上便利である。

【００２３】さらに、請求項２に記載したように、投光
素子を２つ、受光素子を１つとして光学的に構成した場
合であっても、それぞれの発光タイミングに応じて検波
した後に差動信号を取り出すという点が異なるのみで、
第１の発明と全く同じ判別結果を得ることができる。従
って、本構成においても、安定、かつ信頼性の高い装置
とすることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学的構成を示した斜視図、

【図２】同、光学的構成の好ましい実施例を示した斜視
図、

【図３】２つの受光素子の特性を示したグラフ、

【図４】投光器、受光器の端面図、

【図５】同、平面図、

【図６】本発明の一実施例の電気的構成を示したブロッ
ク図、

【図７】図６のブロック図における主要部分の波形図、

【図８】２つの受光素子のさらに他の特性を示したグラ
フ、

【図９】別の実施例の光学的・電気的構成を示したブロ
ック図である。

【符号の説明】

１ 発光ダイオード ２ａ・２ｂ 受光素子 ３ 投光側偏光フィルタ ４ａ・４ｂ 受光側偏光フィルタ ５ 封筒 ６ 投光器 ７ 受光器 １０ 投光器函体 １１ 投光側プリント基板 １５ 接続線 ２１ パルス発振器 ２２ 発光ダイオード駆動回路 ２３ａ・２３ｂ 増幅回路 ２４ 差動アンプ ２５ 同期検波回路 ２６ スイッチング回路 ３１ａ・３１ｂ 投光素子 ３２ 受光素子 ３３ 受光側偏光フィルタ ３４ｂ 偏光フィルタ ３５ パルス発振器 ３６ａ・３６ｂ 駆動回路 ３７ 増幅回路 ３８ａ・３８ｂ 同期検波回路 ３９ 差動アンプ ４０ スイッチング回路 ４１ 入光表示灯 ４２ 電源回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つの投光素子からなる投光器と、２つの
   受光素子からなる受光器を備えた光透過形の検出装置で
   あって、上記投光素子の前面に投光側偏光フィルタを設
   けると共に、上記２つの受光素子の前面には上記投光側
   偏光フィルタの偏光面と平行する受光側偏光フィルタ、
   および直交する受光側偏光フィルタをそれぞれ設け、上
   記２つの受光素子の増幅出力の差動信号を検波した後
   に、予め決定したスイッチングレベルで判別することを
   特徴とした偏光を有する透明体の検出装置。
2. 【請求項２】２つの投光素子からなる投光器と、１つの
   受光素子からなる受光器を備えた光透過形の検出装置で
   あって、上記受光素子の前面に受光側偏光フィルタを設
   けると共に、上記２つの投光素子の前面には上記受光側
   偏光フィルタの偏光面と平行する投光側偏光フィルタ、
   および直交する投光側偏光フィルタをそれぞれ設け、上
   記２つの投光素子を駆動する一方、上記受光素子の増幅
   出力を上記２つの投光素子に応じてそれぞれ別個に取り
   出し、それぞれの信号を検波した後に、差動信号を生成
   し、予め決定したスイッチングレベルで判別することを
   特徴とした偏光を有する透明体の検出装置。
3. 【請求項３】投光器と、受光器の間を走行する被検出物
   の偏光面に対して、投光側偏光フィルタの偏光面を４５
   度に傾けた請求項１または２記載の偏光を有する透明体
   の検出装置。
4. 【請求項４】投光器と、受光器を収容する函体の投光面
   および受光面の長手方向に対して、それぞれの偏光フィ
   ルタを４５度に傾斜させた、請求項１または２記載の偏
   光を有する透明体の検出装置。
5. 【請求項５】２つの受光素子の増幅出力のうち、投光側
   偏光フィルタと直交する受光側偏光フィルタを有する受
   光素子の増幅出力のゲインを他方のゲインよりも高めた
   請求項１記載の偏光を有する透明体の検出装置。