JPS6232723A - 反射形光電スイツチ - 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】 発明の要約 投光素子から受光素子に至る光路上に２通常の偏光フィ
ルタに加えて偏光方向が電気的に制御可能な偏光器たと
えば液晶偏光器が配置され、この偏光器が一定周期で駆
動されることを特徴とする反射形光電スイッチ。

［技術分野］ この発明は、投光素子から出力されかつ回帰反射板また
は彼検出物体で反射してきた光を受光素子により受光す
るタイプの反射形光電スイッチに関する。

［従来技術］ 第４図は従来の反射形光電スイッチを示している。投光
素子１１から出力される光は広がりをもちかつランダム
な偏光方向を含んでいる。この光線は投光用レンズ１３
によって平行光に変換されかつ偏光フィルタ１５ａを通
して直線偏光（たとえば垂直偏波）の光となって出射す
る。この直線偏光の光が回帰反射板Ｉ９に入射すると、
その反射光は楕円偏光となり、垂直偏波成分と水平偏波
成分とをほぼ半分ずつ含むようになる。被検出物体１８
として鏡などの正反射物体が存在すると、直線偏光の投
射光は直線偏光のまま（より詳しくは偏光方向が１１ｔ
Ｏ’変換されるが）反射する。

受光素子１２の前に受光レンズ１４と偏光フィルタ１５
ｂとが配置されており、この偏光フィルタ１５ｂは上述
の偏光フィルタ１５ａとは９０°偏光方向の異なる光の
通過を許す。回帰反射板１９からの反射光は、直線偏光
の投射光の偏光方向とは９０°異なる偏光方向成分を含
むために、この９０°異なる偏光方向成分が偏光フィル
タ１５ｂを通過して受光索子１２に受光される。これに
対して、−に述の鏡面反射物体１８からの反射光は、原
理的には、偏光フィルタ１５ａを通過した偏光方向成分
しか含まないために、その光成分のすべてが偏光フィル
タ＋５ｂによって遮断され、受光素子１２に受光されな
い。これが、鏡面反射物体による反射光を受光しない回
帰層ｎ・１形光電スイツチの正常な動作である。

しかしながら、実際には上述のような動作は必ずしも得
られにくい。その要因の１つは、偏光フィルタ１５ａ、
　１５ｂの偏光度が充分に高くないことであり、他の１
つは１回帰反射板１９が遠方に配置されているのに対し
て、被検出物体１８は、フィルタ１５ａ、　１５ｂや投
、受光素子１１．１２等により近い位置を通るまたは配
置されることである。より近接している物体１８からの
反射光の強度は、より遠方の回帰反射板１９からの反射
光の強度よりもはるかに大きい（強度は距離の２乗に反
比例する）。偏光フィルタ１５ａ、　＋５ｂの偏光度が
充分に高くないと、物体１８からの反射光のうち偏光フ
ィルタ＋５ｂを透過して受光素子１２に達する光成分が
存在する。物体１８からの反射光強度は上述のように大
きいから、偏光フィルタ＋５ｂを透過する光成分の強度
も大きくなり、場合によっては回帰反射板１９の反射光
のうち偏光フィルタ１５ｂを透過する光成分の強度より
も大きくなることもありうる。

そうすると、受光素子１２において受光される光が回帰
反射板１９からの反射光なのか、それとも物体１８から
の反射光なのかを区別することができなくなる。

さらに他の要因は、被検出物体１８が必ずしも鏡面反射
物体とは限らず、透明樹脂等よりなるものなどである場
合もあり、このような物体では、その反射光に偏光方向
の回転した光成分も現われ。

この光成分が偏光フィルタ１５ｂを透過するということ
である。

［発明の目的］ この発明は、偏光フィルタの偏光度が必ずしも完成でな
くても、また反射光の偏光面が多少回転しても１回帰反
射板からの反射光とそれ以外の物体からの反射光とを区
別して検出することのできる反射形光型スイッチを提供
することを目的とする。

［発明の構成と効果］ この発明による反射形光型スイッチは、投光素子から受
光素子に至る光路上に配置された偏向フィルタおよび偏
光方向が電気的に制御可能な偏光器たとえば液晶偏光器
、この偏光器への電気信号印加を一定周期で繰返す駆動
回路、ならびに受光素子の受光信号を、上記偏光器への
電気信号印加と電気信号無印加とに同期して分離し、こ
れらの信号成分を相互に比較し、この比較結果に応じて
検出信号を出力する処理回路を備えていることを特徴と
する。

この発明は１回帰反射板からの反射光は、その偏光方向
を９０°回転させてもほぼ同じ受光出力が得られるのに
対して、ｖＬ而面射物体その他の物体からの反射光は、
その反射光の主要偏光方向成分と、これとは９０″異な
る偏光方向成分との比が（絶対値はともかく）大幅に異
なっていることに着目している。液晶偏光器への電圧印
加を一定周期で繰返すことにより、偏光方向が互いに９
０°異なる反射光成分を時分割で得ることができ、これ
らの両成分の比較に基づいて被検出物体からの反射光を
回帰反射板からの反射光から区別している。したがって
、上述したいくつかの理由によって被検出物体からの反
射光に主要偏光方向成分とは９０°異なる光成分が多少
とも含まれていても。

これらの物体の検出を正確に行なうことができる。

［実施例の説明］ 第１図は、この発明による反射形光型スイッチの配置構
成の概要を示している。この図において、第４図に示す
ものと同一物には同一符号を付けて説明を省略する。

投光用レンズ１３と受光用レンズ１４の前には偏光フィ
ルタ１５が設けられている。この偏光フィルタ１５は垂
直−波の光のみの通過を許すものである。

両レンズ１３と１４の前方にそれぞれ１つずつの偏光フ
ィルタを設けてもよいが、第１図には便宜的に１個の偏
光フィルタＩ５のみが図示されている。

受光用レンズ１４の前方において、偏光フィルタＩ５の
この部分の前には液晶偏光器１６が配置されている。液
晶（偏光器には、その前後面に透明電極が設けられ、後
述するようにこれらの透明電極間に周期的に電圧が印加
される。電圧が印加されていないときには、この液晶偏
光器１６に入射する光の偏光面が９０″回転し、電圧が
印加されているときには液晶中を通過する光の偏光面は
変化しない。

第２図は、上述の配置構成の反射形光型スイ・ンチを動
作させるための電気回路の一例を示している。第３図は
この電気回路における各ブロックの出力波形を示してい
る。期間Ｔ１は１回帰反射阪１９による反射光を受光し
ているとき１期間Ｔ２は鏡面反射物体１８からの反射光
を受光しているとき１期間Ｔ３は遮断状態、すなわちｆ
ｉＩらかの理由によって反Ｑ、ｌ光が無い場合である。

これらの図面を参照して、投光素子１１はたとえば発光
ダイオード（Ｌ　ＩＥ　Ｄ　）であり、その駆動回路２
１によってパルス駆動される（第３図、駆動信号（ａ）
参照）。ＬＩＥＤＩＩから出力する光はランダムな偏光
方向成分を含んでいるとともに広がりをもっている。こ
の出射光は投光レンズ１３によって平行化されるととも
に、偏光フィルタ１５を通して直線偏光（垂直偏波）の
光に変換され反射形光型スイッチから投光される。

この投射光が回帰反射ｌＮ１９で反射した場合には、そ
の反射光は、垂直偏波成分と水平偏波成分とをほぼ半分
ずつ含むＦＮ円偏光の光となる。鏡面反射物体１８が存
在する場合には、その反射光は主に垂直偏波成分からな
る。

いずれにしても、これらの光のうち液晶偏光器１６およ
び偏光フィルタ１５を通過した光成分が受光素子１２に
より受光される。液晶偏光器１６は、タイミング信号発
生囲路２２の出力端子りから出力される信号（ｂ）によ
り一定の周期で繰返して駆動される。この信号（ｂ）の
ハイ・レベル状態において液晶偏光器１Ｇに電圧が印加
され、ロー・レベルのときには電圧は印加されない。

上述したように９回帰反射板１９からの反射光は垂直偏
波成分と水平偏波成分とをほぼ半分ずつ含む。液晶偏光
器１Ｇに電圧が印加されているときには液晶偏光器■６
を通過した垂直偏波成分が偏光フィルタ１５を通過して
受光素子１２に達する。電圧が印加されていないときに
は反射光の水平偏波成分が液晶偏光器１６で９０″回転
され、偏光フィルタ１５を通って受光素子１２に受光さ
れる。したがって、受光素子１２に受光される回帰反射
板１９からの反射光の強度は、液晶偏光器１６に電圧が
印加されていても印加されていなくてもほぼ同じレベル
を示す（第３図の期間Ｔ１における信号（ｅ）参照）。

信号（ｃ）は、増幅器３１で増幅されたのちの受光素子
１２の出力を示している。

鏡面反射物体１８が存在する場合には、垂直偏波の投射
光はこの物体１８で反射されても垂直偏波のままである
。したがって、液晶偏光器１６に電圧が印加されている
場合には、この反射光はその大部分が液晶偏光器Ｌ６お
よび偏光フィルター５を通過して受光素子１２に受光さ
れ、しかもこの物体１８は受光素子１２に近い位置にあ
るから受光素子１２の出力信号のレベルはかなり高くな
る（期間Ｔ２の信号（Ｃ））。液晶偏光ｍ１Ｂに電圧が
印加されていない場合には、垂直偏波の反射光は液晶偏
光器１６で水手偏波に変換されるから、そのほとんどが
偏光フィルター５を通過しない筈である。しかじなから
１実際には、偏光フィルター５の偏光度が充分に高くな
いことや１反射光強度が高いこと等に帰因して、物体１
８が透明樹脂のように多少とも回転した光を反射するも
のである場合にはなおさら、受光素子１２にはある程度
の強度の光成分が入射し。

受光素子１２からはそれに対応、した受光信号が出力さ
れる。場合によっては、第３図の信号（Ｃ）におけるＣ
　、Ｃ２で示されたレベルのように２回帰反射板１９か
らの反射信号のレベルよりも高くなることもありうる。

従来技術のｈｌｉ足説明をすれば、この信号レベルＣＩ
、　　Ｃ２を区別できないというのが従来の問題点であ
った。以下に述べるように、この発明の構成によって、
そして以下の信号処理によって。

Ｃのレベルの信号を含む受光信号（期間Ｔ１）■ と０２を含む受光信号（期間Ｔ２）とが区別されつる。

遮断状態（期間Ｔ３）では受光信号のレベルはほとんど
零に近い。

受光素子１２の出力信号（ｃ）は次にＣＲ積分回路３２
に送られ、この積分回路３２からは、第３図（ｄ）に示
されるように、パルス状信号（Ｃ）のピーク・レベルを
示す平滑された信号が出力される。

この信号（ｄ）は次に、信号（ｂ）によって制御される
ゲート回路３３に送られ、ここで２つの信号に分離され
る。その一方は、信号（ｂ）のハイ・レベルに同期した
信号であり、これは増幅回路３４でＡ１倍に増幅されて
信号（ｅ）として出力される。

他方は、信号（ｂ）のロー・レベルに同期した信号であ
り、これは増幅回路３４でＡ２倍（Ａ２はＡ１より大き
い、すなわちＡ２＞ＡＩ）に増幅されて信号（ｒ）とな
る。増幅率ＡＩ、Ａ２については後に再度言及する。

信号（Ｃ）は比較回路３Ｇに送られる。この比較回路３
Ｇには適当なスレシホールド・レベルＶｔ１１が設定さ
れている。このレベルｖｔｈは１期間ＴＩにおける信号
（Ｃ）のレベルよりも低いレベルに設定される。比較回
路３６にはまた。タイミング発生回路２２から、信号（
ｂ）の立上り時点よりも若干遅れたタイミング（Ｓｌ）
を示す信号が人力している。

比較回路３６は、入力する信号（ｅ）をこのタイミング
（Ｓｌ）でスレシホールド・レベルＶｔｈと比較し、信
号（ｅ）がレベルＶｔｈを超えていればＨレベルの信号
を出力する（第３図、信号（ｇ）参照）。

他方、比較回路３７には、信号（１’）と、ラッチ回路
３８に一時的に記憶された半周期前の信号（ｅ）とが人
力して、これらの信号が比較され、信号（ｒ＞のレベル
の方が高い場合にハイ−レベルの信号が出力される（第
３図、信号（ｈ）参照）。この比較は、信号（ｂ）の立
下りよりも若干遅れたタイミング（Ｓ２）で行なわれる
。また、この比較ののちラッチ回路３８に一時的に保持
されていた信号レベルはリセット信号（Ｒ）によりクリ
アされる。これらのタイミング・パルス（Ｓ２）および
リセット信号（Ｒ）もまたタイミング発生回路２２から
出力される。

期間Ｔ１についてみると、信号（ｄ）が２つの信号（ｃ
）　、　（ｒ）に分離され、信号（１°）の方が（０）
よりも高い増幅率で増幅されているから、当然に信号（
ｆ）のレベルの方が信号（ｅ）のそれよりも高い。

したがって、この期間Ｔｌについては信号（１１）はハ
イ−レベル１こなる。

期間Ｔ３についても同様である。

期間Ｔ２においては、増幅率Ａ１とＡ　２　Ｃ７）　差
１）＜それほど大きくなければ、信号（ｅ）（ｅｌで示
す）と信号（［’）（ｆｌで示す）を比較すると、信号
（ｒ）がたとえより大きな増幅率で増幅されていても。

信号（ｅ）のレベルは信号（１’）のレベルよりも依然
として高い。したがって、信号（ｂ）はロー・レベルと
なる。

増幅率Ａ１とＡ２とは、信号レベルｆ１が信号レベルｅ
１よりも高くならない程度に、なるべく近い値に選択さ
れるのが好ましい。

このようにして得られた信号（ｇ）と（１１）のＡＮＤ
論理が回路３９により演算され、その結果を示す信号（
ｉ）が得られる。第３図から分るように、この信号（ｉ
）は９回帰反射板１９からの反射光が受光された場合に
おいてのみハイ・レベルになる。

この発明は１回帰反射板１９からの反射光は、その−光
方向を９０°回転させてもほぼ同じ受光出力が得られる
のに対して、ｖＬ而面射物体その他の物体からの反射光
は、その反射光の主要偏光方向成分と、これとは９０″
異なる偏光方向成分との比が（絶対値はともかく）大幅
に異なっていることに１１目しているので、これらの両
偏光方向成分の比を比較するような回路であれば、第２
図に示す回路以外の多くの処理回路によって物体の検出
信号を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第３図はこの発明の実施例を示し。 第１図は配置構成図、第２図は電気的構成を示すブロッ
ク図、第３図は出力信号波形を示す波形図である。 第４図は従来例を示す配置構成図である。 １１・・・投光素子、　　　　１２・・・受光素子。 １５・・・偏光フィルタ、　　１Ｂ・・・液晶偏光器。 ３２・・・積分回路、３３・・・ゲート回路。 ３４．３５・・・増幅回路、　　３８．３７・・・比較
回路。 ３９・・・ＡＮＤ回路。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 投光素子から受光素子に至る光路上に配置された偏向フ
   ィルタおよび偏光方向が電気的に制御可能な偏光器、 上記偏光器への電気信号印加を一定周期で繰返す駆動回
   路、ならびに 受光素子の受光信号を、上記偏光器への電気信号印加と
   電気信号無印加とに同期して分離し、これらの信号成分
   を相互に比較し、この比較結果に応じて検出信号を出力
   する処理回路、 を備えた反射形光電スイッチ。