JP3024462B2

JP3024462B2 - 被検出物の検出方法

Info

Publication number: JP3024462B2
Application number: JP26998593A
Authority: JP
Inventors: 一宏浅田; 勇人柚木; 光司岸本
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd
Priority date: 1993-04-28
Filing date: 1993-10-01
Publication date: 2000-03-21
Anticipated expiration: 2015-03-21
Also published as: JPH0798384A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は光ファイバセンサを用
いた被検出物の検出方法，特に使用する光ファイバ数の
低減を図ることができると共に、一つのセンサ本体によ
って複数の被検出物の検出が行なえる光ファイバセンサ
を用いた被検出物の検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】ファクト
リーオートメーション（ＦＡ）化に伴い物体検出に関し
ても種々のセンサが用いられており、その一つに光ファ
イバセンサがある。この光ファイバセンサには、センサ
本体と被検出体との間の光信号の伝達経路として光ファ
イバを使用するものがあり、物体が光を遮ることで光量
が変化するのを検出する透過型と、物体からの反射光に
より検出する反射型とに分類される。

【０００３】反射型の光ファイバセンサは、図１５に示
すように、センサ本体５０の発光部５１及び受光部５２
に光伝送媒体として検出位置まで延びる発光側光ファイ
バ６１及び受光側光ファイバ６２がそれぞれ接続されて
おり、前記受光部５２における光量変化に基づき信号処
理部５３が被検出体Ａの有無を判断するようになってい
る。

【０００４】このように、反射型の光ファイバセンサで
は、常に発光側光ファイバ６１及び受光側光ファイバ６
２の２本の光ファイバが必要であるため、センサ本体５
０から検出位置まで延びる光伝送媒体が必然的に太くな
り、取り回しが困難になるといった問題がある。

【０００５】また、複数の位置で被検出体Ａを検出する
場合や複数の被検出体Ａを検出する場合は、上記光ファ
イバセンサが複数組必要となるため、コスト面、スペー
ス面で不利となる。

【０００６】そこで、この発明の課題は、使用する光フ
ァイバの本数を減らすことによって光伝送媒体を細くす
ると共に一つのセンサ本体によって複数位置での検出を
可能にし、かつ、その検出位置をも特定できる被検出物
の検出方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は、発光部及び受光部を有するセンサ本体
と、前記発光部、受光部に接続される光ファイバとを備
えた光ファイバセンサを用いた被検出物の検出方法であ
って、前記光ファイバを、一端側が前記受光部及び発光
部にそれぞれ接続されると共に他端側が光カプラによっ
て相互に接続された一対の接続端側光ファイバと、一端
側が前記光カプラを介して前記接続端側光ファイバの他
端側に接続されると共に他端側が異なる検出位置まで延
びる複数の検出端側光ファイバとによって構成し、か
つ、それら検出端側光ファイバとして互いに光強度の減
衰量が異なる光ファイバを使用した光ファイバセンサを
用い、前記発光部からの出射光を、前記接続端側光ファ
イバ、前記光カプラ及び前記各検出端側光ファイバを介
してそれら各検出端側光ファイバの他端側から出射させ
る一方、それぞれの検出位置での被検出物による反射光
をそれに対応する検出端側光ファイバ、前記光カプラ及
び前記接続端側光ファイバを介して前記受光部により受
光し、この受光量に基づいて前記被検出物の有無及びそ
の検出位置を特定するようにしたのである。

【０００８】また、発光部及び受光部を有するセンサ本
体と、前記発光部、受光部にそれぞれ接続される発光側
光ファイバ及び受光側光ファイバとを備えた光ファイバ
センサを用いた被検出物の検出方法であって、前記発光
側光ファイバ及び受光側光ファイバの各々を、一端が発
光部又は受光部に接続される接続端側光ファイバと、こ
の接続端側光ファイバの他端に光カプラを介して一端が
接続されると共に他端側が異なる検出位置まで延びる複
数の検出端側光ファイバとによって構成し、かつ、前記
発光側光ファイバ及び受光側光ファイバの少なくともい
ずれかの各検出端側光ファイバとして互いに光強度の減
衰量が異なる光ファイバを使用した光ファイバセンサを
用い、前記発光部からの出射光を、前記発光側光ファイ
バの前記接続端側光ファイバ、前記光カプラ及び前記各
検出端側光ファイバを介してそれら各検出端側光ファイ
バの他端側から出射させる一方、それぞれの検出位置で
の被検出物による遮光のなされなかった透過光をそれに
対応する前記受光側光ファイバの前記検出端側光ファイ
バ、前記光カプラ及び前記接続端側光ファイバを介して
前記受光部により受光し、この受光量に基づいて前記被
検出物の有無及びその検出位置を特定することもでき
る。

【０００９】

【００１０】

【００１１】

【作用】請求項１に記載された被検出物の検出方法は、
発光部からの光が一方の接続端側光ファイバ、光カプ
ラ、検出端側光ファイバを通って伝送され、その検出端
側光ファイバの先端から出射される。一方、被検出体か
らの反射光は、検出端側光ファイバ、光カプラ、接続端
側光ファイバを通って受光部に伝送されるので、複数本
の検出端側光ファイバにより、１箇所ではなく複数箇所
において、被検出体の有無を検出できる。また、受光部
での受光量に基づいて前記被検出物の有無及びその検出
位置を特定できる。

【００１２】請求項２に記載された被検出物の検出方法
は、発光部からの出射光を、発光側光ファイバの接続端
側光ファイバ、光カプラ及び各検出端側光ファイバを介
してそれら各検出端側光ファイバの他端側から出射させ
る一方、それぞれの検出位置での透過光をそれに対応す
る受光側光ファイバの検出端側光ファイバ、光ファイバ
及び接続端側光ファイバを介して受光部により受光して
いるので、発光側光ファイバ及び受光側光ファイバのそ
れぞれの複数本の検出端側光ファイバにより、１箇所で
はなく複数箇所において、被検出体の有無を検出でき
る。また、受光部での受光量に基づいて前記被検出物の
有無及びその検出位置を特定できる。さらに、光ファイ
バが発光側光ファイバと受光側光ファイバとに分離され
ているので透過型の光ファイバセンサとして使用するこ
とができる。

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【００１６】

【実施例】以下、この発明の実施例の前提となる提案例
について図面を参照しながら説明する。図１に示すよう
に、この光ファイバセンサ１０は、発光素子から成る発
光部１２、受光素子から成る受光部１３及び信号処理部
１４を備えたセンサ本体１１と、光ファイバ１５及び光
カプラ１８とから構成されている。

【００１７】前記光ファイバ１５は、一端が前記発光部
１２及び受光部１３に接続される一対の接続端側光ファ
イバ１６と、検出位置まで延びる１本の検出端側光ファ
イバ１７とから成り、前記接続端側光ファイバ１６の他
端と前記検出端側光ファイバ１７の一端とが前記光カプ
ラ１８によって相互に接続されている。

【００１８】前記光カプラ１８は、光ファイバ１５の中
間部を相互に溶着することにより、光ファイバを接続す
る超音波溶着型の光カプラである。具体的には、図２に
示すように、一方の接続端側光ファイバ１６ａとなる一
本の短いプラスチック製の光ファイバＦ1 と、他方の接
続端側光ファイバ１６ｂ及び検出端側光ファイバ１７と
なる一本の長いプラスチック製の光ファイバＦ2 とを長
さｌ＝１０ｍｍにわたって超音波溶着した２×２のカプ
ラであり、短い光ファイバＦ1 の溶着部１８ａ近傍の未
使用ポート１８ｂは、その端面を斜めに切断してその部
分での端面反射を低減させている。

【００１９】以下に、超音波溶着法について説明する。
超音波溶着は、図４に示す溶着型４０と、図５に示す超
音波溶着装置５０とを用いて行われる。

【００２０】溶着型４０は、図４に示すように、相互に
嵌合可能な形状に仕上げられた第１及び第２の溶着型部
材４１，４２で構成されており、それぞれに設けられた
Ｘ方向に延びる溝部４１ａ，４２ａにプラスチック製の
光ファイバＦ1 ，Ｆ2 を嵌め込むと、光ファイバＦ1 ，
Ｆ2 の中間部が所定長さにわたって当接保持される。一
方、前記超音波溶着装置５０には、図５に示すように、
超音波溶着機構部５１が設けられており、この超音波溶
着機構部５１の加振子５２が前記第１の溶着型部材４１
の上面４１ｂに当接されている。このため、超音波溶着
機構部５１の作動と同時に、加振子５２がＸ方向に直交
するＹ方向に超音波振動して、その振動エネルギーが第
１の溶着型部材４１を介して光ファイバＦ1 ，Ｆ2 の
当接部に与えられる。

【００２１】さらに、この超音波溶着装置５０には、超
音波溶着機構部５１に所定の押圧力を印加する圧力印加
機構部（図示省略）が設けられている。従って、圧力印
加機構部が作動すると、所定の押圧力が超音波溶着機構
部５１、加振子５２を介して光ファイバＦ1 に与えられ
て、一方の光ファイバＦ1 が他方の光ファイバＦ2 に圧
接される。

【００２２】なお、溶着型光カプラには、上記のような
超音波溶着法によって形成される超音波溶着型光カプラ
以外に、熱溶着法によって形成される熱溶着型光カプラ
があり、この熱溶着型光カプラを使用することも可能で
あるが、被検出体からの反射光の光強度が余り強くない
ため、損失の小さいものが必要となる点に留意すべきで
ある。

【００２３】以上のように構成された光ファイバセンサ
１０は、発光部１２からの出射光が接続端側光ファイバ
１６ａ、光カプラ１８及び検出端側光ファイバ１７を通
って、検出端側光ファイバ１７の端末から放射される。
ここで、検出位置に被検出体Ａが存在しなければ、反射
光が発生せず、検出端側光ファイバ１７に光が入射され
ることはほとんどないが、検出位置に被検出体Ａが存在
する場合には、被検出体Ａからの反射光が検出端側光フ
ァイバ１７、光カプラ１８及び接続端側光ファイバ１６
ｂを通って受光部１３に伝送される。従って、受光部１
３における受光量の変化を信号処理部１４によって検出
すれば、被検出体Ａの検出が行える。

【００２４】従って、例えば図３に示すように、ベルト
コンベアＢによって移動する被検出体Ａを作業者の前等
の所定位置で停止させたい場合には、その所定位置で出
射光がコンベアを横切るように前記検出体側光ファイバ
１７の端末をセットしておくと、被検出体Ａが所定位置
を通過していることが検出でき、同時にコンベアＢを停
止させることができる。

【００２５】図６ないし図８はこの発明にかかる実施例
を示している。図６に示すように、この光ファイバセン
サ２０は、前記提案例と同様に発光部２２、受光部２
３、信号処理部２４を備えたセンサ本体２１と、これに
接続される光ファイバ２５とによって構成されている。
この光ファイバ２５は、一対の接続端側光ファイバ２６
及び検出端側光ファイバ２７が光カプラ２８を介して相
互に接続されている点で前記提案例の光ファイバ１５と
共通しているが、検出端側光ファイバ２７が２本存在
し、２箇所の検出位置で被検出体Ａを検出できるように
なっている点で光ファイバ１５とは相異している。具体
的な製造法は、前記提案例の場合と同様であり、共に接
続端側光ファイバ２６及び検出端側光ファイバ２７とな
る２本の長いプラスチック製の光ファイバを前記超音波
溶着法によって相互に溶着することによって形成され
る。

【００２６】この光ファイバセンサ２０は、前記提案例
と同様に、１本の検出端側光ファイバ２７を発光部２２
からの出射光及び被検出体Ａからの反射光双方の光伝送
媒体として使用するものであるが、検出位置が２箇所に
なっているため、単一の光ファイバセンサで、２箇所に
おける被検出体Ａの検出が可能である。また、いずれの
検出位置で検出されたのかを認識するためには、検出状
態における受光量に差を設けておく必要があり、この実
施例においては、各検出端側光ファイバ２７の長さを変
えることによりそれを行っている。

【００２７】即ち、各検出端側光ファイバ２７の長さが
相互に異なっていれば、各検出端側光ファイバ２７全体
としての光強度の減衰量が異なるので、被検出体Ａへの
出射光量及び被検出体Ａからの反射光量、ひいてはセン
サ本体２１における受光量に差が生じるのである。

【００２８】この光ファイバセンサの利用態様として
は、例えば、図７及び図９に示すようなものがある。図
７は、ベルトコンベアＢによって移動する被検出体Ａを
コンベア上の２箇所の位置（ｘ1 ，ｘ2 ）で停止させる
場合であり、同図に示すように、２本の検出端側光ファ
イバ２７の端部をコンベアＢに沿って水平距離ｄだけず
らした位置（ｘ1 ，ｘ2 ）にセットしてある。なお、同
図からもわかるように、各検出端側光ファイバ２７の長
さは、位置（ｘ1 ）のほうが位置（ｘ2 ）よりも長くな
るように設定されている。

【００２９】従って、時刻（ｔ1 ，ｔ2 ）にそれぞれ被
検出体Ａが位置（ｘ1 、ｘ2 ）を通過するとすると、セ
ンサ本体２１における受光量ｒの変化は、図８に示すよ
うなグラフとして表わされる。ここで、受光量ｒの検出
レベルをｒ1 及びｒ2 の２通りに設定しておけば、どち
らの検出位置を通過したのかが認識でき、その位置で被
検出体Ａを停止させることもできる。なお、水平距離が
予めわかっていればτ＝ｔ1 −ｔ2 （＝ｄ／ｖ）を測定
することにより、被検出体Ａの移動速度ｖを算出するこ
ともできる。つまり、速度計として使用することができ
るのである。

【００３０】

【００３１】

【００３２】図９及び図１０は、さらに他の実施例を示
している。図９は、前記実施例の変形例であり、２箇所
ではなく、４箇所での検出を可能にするものである。従
って、検出端側光ファイバ３７も４本となり、２×４の
光カプラ３８が用いられている。なお、センサ本体３１
は、前記実施例と同様の構成ゆえ説明は省略する。

【００３３】前記光カプラ３８は、図１０に示すよう
に、検出端側光ファイバ３７となる２本の光ファイバＦ
4 ，Ｆ5 と、接続端側光ファイバ３６及び検出端側光フ
ァイバ３７となる２本の光ファイバＦ3 ，Ｆ6 とによっ
て形成されており、光ファイバＦ3 とＦ5 ，Ｆ4 とＦ6
，Ｆ3 とＦ4 ，Ｆ5 とＦ6 が相互に溶着されて４箇所
の溶着部３８ａを有している。

【００３４】また、光ファイバＦ4 ，Ｆ5 の未使用ポー
ト３８ｂは、その部分での端面反射を低減させるために
前記実施例と同様端面を斜めに切断し、その部分が汚れ
等により端面反射を起こさないように、その未使用ポー
ト３８ｂは溶着部保護部３８ｃの中に収容してある。

【００３５】なお、この光ファイバセンサ３０について
も、４つの検出位置のうちどの検出位置で検出されたか
を識別するためには、前記実施例と同様に、各検出位置
ごとに反射光の受光量を変化させる手段、例えば、検出
端側光ファイバ３７の長さを変化させる等の手段が必要
となる。

【００３６】図１１は透過型の光ファイバセンサ４０を
示しており、この光ファイバセンサ４０は発光部４２，
受光部４３及び信号処理部４４を備えたセンサ本体４１
と、前記発光部４２及び受光部４３に接続される発光側
光ファイバ４６及び受光側光ファイバ４７とによって構
成されている。

【００３７】前記発光側光ファイバ４６及び受光側光フ
ァイバ４７は、一端がそれぞれ発光部４２，受光部４３
に接続される検出端側光ファイバ４６ａ，４７ａと、こ
の検出端側光ファイバ４６ａ，４７ａに光カプラ４６
ｂ，４７ｂを介して接続される検出端側光ファイバ４６
ｃ，４７ｃとから構成されている。また前記検出端側光
ファイバ４６ｃ，４７ｃは、一端が光カプラ４６ｂ，４
７ｂに接続されると共に他端側が異なる３個所の検出位
置まで延びる３本の光ファイバによって構成されてお
り、それぞれの光ファイバは互いに異なる長さを有する
ことにより光強度の減衰量が異なっている。

【００３８】以上のように構成された光ファイバセンサ
４０は、発光部４２からの出射光が、発光側光ファイバ
４６の接続端側光ファイバ４６ａ，光カプラ４６ｂ及び
検出端側光ファイバ４６ｃを通って検出端側光ファイバ
４６ｃの端末から出射される。ここで、検出位置に被検
出体Ａが存在しなければ、出射光がそのまま受光側光フ
ァイバ４７の検出端側光ファイバ４７ｃに入射され、光
カプラ４７ｂ及び検出端側光ファイバ４７ａを通って受
光部４３に伝送される。一方、検出位置に被検出体Ａが
存在する場合は、検出端側光ファイバ４６ｃから出射さ
れる光がその被検出体Ａによって遮断され、対応する受
光側光ファイバ４７の検出端側光ファイバ４７ｃに入射
することはない。

【００３９】従って、図１２に示すように、この光ファ
イバセンサ４０を用いて、３台のベルトコンベアＢ₁
，Ｂ₂ ，Ｂ₃ 上を移動する被検出体Ａを検出する場
合は、図１３に示すように、Ｂ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃ を単
独で検出する場合、それらのうちの２つを同時に検出す
る場合、それら全てを同時に検出する場合など、各検出
状態によって、受光部４３における受光量ｒが変化する
ので、この受光量ｒの変化を信号処理部４４によって検
出すれば、各ベルトコンベアＢ₁ ，Ｂ₂ ，Ｂ₃の搬送
状態を認識することができる。

【００４０】また、この光ファイバセンサ４０は、例え
ば、図１４に示すように、進入禁止領域Ｃに作業者の手
足等の物体が進入したとき、その進入を検知し、ＦＡ
（ファクトリーオートメーション）等の装置を自動的に
停止させるような場合にも利用することができる。

【００４１】

【発明の効果】以上のように、この発明の光ファイバセ
ンサは、光ファイバを、一端側が受光部及び発光部にそ
れぞれ接続されると共に他端側が光カプラによって相互
に接続された一対の接続端側光ファイバと、一端側が光
カプラを介して接続端側光ファイバの他端側に接続され
ると共に他端側が異なる検出位置まで延びる複数の検出
端側光ファイバとによって構成したので、１つのセンサ
本体によって複数箇所での検出が可能となり、使用する
光ファイバの本数削減に伴う製造コストの低減と省スペ
ース化が図れるという効果が得られる。また、検出端側
光ファイバとして互いに光強度の減衰量が異なる光ファ
イバを使用した光ファイバセンサを用い、それぞれの検
出位置での反射光をそれに対応する検出端側光ファイ
バ、前記光カプラ及び前記接続端側光ファイバを介して
受光部により受光し、この受光量に基づいて前記被検出
物の有無及びその検出位置を特定することも可能にな
る。

【００４２】また、発光側光ファイバ及び受光側光ファ
イバの各々を、一端が発光部又は受光部に接続される接
続端側光ファイバと、この接続端側光ファイバの他端に
光カプラを介して一端が接続されると共に他端側が異な
る検出位置まで延びる複数の検出端側光ファイバとによ
って構成したものにあっては、光ファイバセンサを透過
型として使用しつつ、１つのセンサ本体によって複数箇
所での検出が可能となり、使用する光ファイバの本数削
減に伴う製造コストの低減と省スペース化が図れるとい
う効果が得られる。また、発光側光ファイバ及び受光側
光ファイバの少なくともいずれかの各検出端側光ファイ
バとして互いに光強度の減衰量が異なる光ファイバを使
用した光ファイバセンサを用い、それぞれの検出位置で
の透過光をそれに対応する受光側光ファイバの検出端側
光ファイバ、光ファイバ及び接続端側光ファイバを介し
て受光部により受光し、この受光量に基づいて前記被検
出物の有無及びその検出位置を特定することも可能にな
る。

【００４３】

【図面の簡単な説明】

【図１】提案例を示す概略図である。

【図２】同上の光カプラ部分を示す詳細図である。

【図３】同上の使用例を示す斜視図である。

【図４】超音波溶着法による光カプラの製造に際して使
用する溶着型を示す断面図である。

【図５】超音波溶着法による光カプラの製造に際して使
用する超音波溶着装置を示す側面図である。

【図６】この発明に係る実施例を示す概略図である。

【図７】同上の使用例を示す斜視図である。

【図８】同上のセンサ本体における受光量の変化を示す
グラフである。

【図９】他の実施例を示す概略図である。

【図１０】同上の光カプラ部分を示す詳細図である。

【図１１】この発明に係る一実施例である透過型の光フ
ァイバセンサを示す概略図である。

【図１２】同上の使用例を示す斜視図である。

【図１３】同上のセンサ本体における受光量の変化を示
すグラフである。

【図１４】同上の他の使用例を示す斜視図である。

【図１５】従来例を示す概略図である。

【符号の説明】２０，３０，４０光ファイバセンサ２１，３１，４１センサ本体２２，３２，４２発光部２３，３３，４３受光部２４，３４，４４信号処理部２５，３５光ファイバ２６，３６，３６ａ，３７ａ接続端側光ファイバ２７，３７，３６ｃ，３７ｃ検出端側光ファイバ２８，３８，３６ｂ，３７ｂ光カプラ３８ａ溶着部３８ｂ未使用ポート３８ｃ溶着部保護部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭62−211539（ＪＰ，Ａ) 実開平４−65302（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−90540（ＪＰ，Ｕ) 実開平２−89598（ＪＰ，Ｕ) 実開昭64−39596（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01V 8/16 G02B 6/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】発光部及び受光部を有するセンサ本体
と、前記発光部、受光部に接続される光ファイバとを備
えた光ファイバセンサを用いた被検出物の検出方法であ
って、前記光ファイバを、一端側が前記受光部及び発光部にそ
れぞれ接続されると共に他端側が光カプラによって相互
に接続された一対の接続端側光ファイバと、一端側が前
記光カプラを介して前記接続端側光ファイバの他端側に
接続されると共に他端側が異なる検出位置まで延びる複
数の検出端側光ファイバとによって構成し、かつ、それ
ら検出端側光ファイバとして互いに光強度の減衰量が異
なる光ファイバを使用した光ファイバセンサを用い、前記発光部からの出射光を、前記接続端側光ファイバ、
前記光カプラ及び前記各検出端側光ファイバを介してそ
れら各検出端側光ファイバの他端側から出射させる一
方、それぞれの検出位置での被検出物による反射光をそ
れに対応する検出端側光ファイバ、前記光カプラ及び前
記接続端側光ファイバを介して前記受光部により受光
し、この受光量に基づいて前記被検出物の有無及びその
検出位置を特定する被検出物の検出方法。
【請求項２】発光部及び受光部を有するセンサ本体
と、前記発光部、受光部にそれぞれ接続される発光側光
ファイバ及び受光側光ファイバとを備えた光ファイバセ
ンサを用いた被検出物の検出方法であって、前記発光側光ファイバ及び受光側光ファイバの各々を、
一端が発光部又は受光部に接続される接続端側光ファイ
バと、この接続端側光ファイバの他端に光カプラを介し
て一端が接続されると共に他端側が異なる検出位置まで
延びる複数の検出端側光ファイバとによって構成し、か
つ、前記発光側光ファイバ及び受光側光ファイバの少な
くともいずれかの各検出端側光ファイバとして互いに光
強度の減衰量が異なる光ファイバを使用した光ファイバ
センサを用い、前記発光部からの出射光を、前記発光側光ファイバの前
記接続端側光ファイバ、前記光カプラ及び前記各検出端
側光ファイバを介してそれら各検出端側光ファイバの他
端側から出射させる一方、それぞれの検出位置での被検
出物による遮光のなされなかった透過光をそれに対応す
る前記受光側光ファイバの前記検出端側光ファイバ、前
記光カプラ及び前記接続端側光ファイバを介して前記受
光部により受光し、この受光量に基づいて前記被検出物
の有無及びその検出位置を特定する被検出物の検出方
法。