JPS63206682A - 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】 ［技術分野Ｊ 本発明は、ＦＡ用の光電スイッチに関するものである。

［背景技術１ 従来、ＦＡ用の光電スイッチとしては、被検知物体に照
射した光の反射光量をもって物体の有無を検出していた
が、被検知物体の反射率や背景の光による影響で誤動作
が起きるという問題があった。そこで、このような問題
点を解決するものとして、三角測量方式によって被検知
物体までの距離を測定し、その距離が予め設定された検
知距離よりも近いかどうかを判定して物体の有無を検出
するようにしたもの（例えば、特願昭５８−１４１６３
号）があった。第７図は三角測量方式の測距原理を示す
概略構成図であり、発光ダイオード、半導体レーザなど
の投光素子１および投光レンズ２よりなる投光手段３は
、被検知物体Ｘに光ビームを照射している。一方、投光
手段３の側方に所定距離ＢＬをもって配設された受光レ
ンズ５よりなる受光手段６は、第８図に示すように、そ
の光ビームの被検知物体Ｘによる反射光を集光した集光
スボッ）Ｓが位置検出素子たる半導体装置センサ（以下
ＰＳＤと称する）７上に結像させるようになっている。

ここに、ＰＳＤ７の両端出力端子から集光スボッ）Ｓの
位置に対応した相反する位置検出信号Ｉ＾＋Ｉ［＋が得
られるようになっており、この位置検出信号Ｉ　Ａ、　
Ｉ　ｎが入力される判定制御部では、位置検出信号Ｉ　
Ａ＋　１．の比Ｉ　Ａ／　Ｉ　ｎあるいは０．ｎ　Ｉ　
Ａ／　Ｉ　Ｂを演算して被検知物体Ｘまでの距離Ｒに対
応する信号を形成し、この信号を所定の基準電圧と比較
することによって被検知物体Ｘが検知エリア内に存在す
るがどうかを判定して出力回路を制御するようになって
いる。なお、ＰＳＤ７は、表面に光電効果を有する所謂
ｐｉｎフォトダイオード構造になっており、裏面側にｎ
型層が形成された高抵抗シリコン基板（ｉ層）の表面に
均一なｐ型紙抗層が設けられ、ｐ型紙抗層の両端に設け
られている一対の出力端子とｎ型層に設けられている共
通端子との間に集光スポットＳの位置に対応する相反し
た電流よりなる位置検出信号ＩＡＩＩＩｌが流れるよう
になっている。

しかしながら、このような従来例にあっては、位置検出
素子としてＰＳＤ７を用いていたので、コストが高くな
るとともに、ＰＳＤ７の電極間抵抗が高＜（ｐ型紙抗層
の抵抗が数十にΩ〜数百にΩ程度）なっているため、ノ
イズ発生源となって位置検出信号Ｉ　Ａ、　Ｉ　ＢのＳ
／Ｎが低下して検出距離の長距離化が難しくなるという
問題があった。

また、他の従来例として、第９図に示すように、位置検
出素子としてＰＳＤ７に代えて７オトグイー３＝ オードベア８　ａ、　８　ｂを用い、位置検出信号Ｉ　
Ａ、　Ｉ　ＢのＳ／Ｎを改善しで検出距離の長距離化を
図るようにしたものがあった。第１０図（ａ）は、フォ
トダイオード８　ａｔ　８　ｂの分割ラインを、被検知
物体Ｘが投光方向に移動した場合における集光スポット
Ｓの移動方向Ｍと直交する方向（投受光軸を含む面に垂
直な方向）に形成したものであり、第１０図（ｂ）は、
分割ラインを移動方向Ｍと斜交する方向に形成したもの
である。第１１図は、判定制御手段１０の構成例を示す
図であり、分割フォトダイオード８　ａ、　８　ｂから
それぞれ出力される位置検出信号■＾ｗｌＢ出力は、受
光回路１１ａ、ｌｌｂによって電圧信号Ｖ＾ｒ　Ｖ　Ｂ
に変換された後、それぞれ対数増幅回路１２ａ、１２ｂ
にて対数増幅され、この対数増幅された信号αｎＶＡｙ
ＱｎＶ１を減算回路１３にて減算することにより第７図
に示すように、距離Ｒに対応した距離信号αｎ（ＶＡ／
Ｖａ）が得られるようになっている。比較回路１４では
、第１２図に示すように、この距離信号０．ｎ（Ｖ＾／
Ｖｎ）と、予め陀離設定ボリュームＶＲにて設定された
基準電圧Ｖｓとを比較して被検知物体Ｘが検知エリアＤ
Ｅに入ったかどうかを判定して物体検知信号Ｖにを出力
（例えば、距離信号０．ｎ（Ｖ＾／Ｖｅ）が基準電圧Ｖ
ｓ以下になったときに物体検知信号Ｖｘを出力）するよ
うになっている。この物体検知信号Ｖには、信号処理回
路１５によって正常信号かどうかが判定され、出力回路
１６を介して出力される。なお、投光素子１は、ドライ
ブ回路１７によって駆動され、発振回路１８にで発生さ
れたクロック信号に同期して発光されるようになってい
る。一方、信号処理回路１５では、上記クロック信号に
基いて物体検知信号Ｖにをサンプリングして正常信号か
否かを判定するようになっている。

また、受光回路１１ａ、ｌｌｂには、特定周波数のパル
ス信号のみを通過させ直流成分をカットするバンドパス
フィルタ回路が設けられている。また、上記例では、α
ｎ（Ｖ＾／Ｖｎ）を演算して距離信号とシテイルカ、Ｖ
Ａ／Ｖ１１、（Ｖ　Ａ　　Ｖ　ｓ）／　（Ｖ　Ａ十ＶＢ
）、０．　ｎ（（Ｖ　Ａ　　Ｖ　ｎ）／　（Ｖ　Ａ＋Ｖ
　Ｂ））を演算して距離信号とし、被検知物体Ｘが検知
エリア内に存在するかどうかを判定するように判定制御
手段１０を形成しても良い。

ところで、上述のように分割フォトダイオード８　ａ、
　８　ｂを位置検出素子として用いたものにあっては、
受光手段６による集光スポラ）Ｓは常に７オトグイオー
ド８　ａ、　８　ｂの分割ライン上に位置させる必要が
あるが、同図（ａ）に示すように分割ラインが直交して
設けられている場合には、被検知物体Ｘの投光方向の移
動によって集光スポラ）Ｓが一方の分割フォトダイオー
ド８ａあるいは８ｂ上に移動してしまい易く、検出距離
範囲をあまり広くすることができないという問題があっ
た。

一方、同図（ｂ）に示すように、分割フォトダイオード
８　ａ、　８　ｂの分割ラインを斜めに形成して集光ス
ポラ）Ｓの移動方向と斜交させた場合には、集光スポラ
）Ｓの位置検出可能範囲が広くなって検出距離範囲を広
くすることができるが、この方式では、光電スイッチと
して使月する場合において、被検知物体Ｘが光軸を横切
るように移動した場合に、集光スポットＳが第１３１ｆ
ｉ（ａ）〜（ｃ）に示すように変化し、被検知物体Ｘま
での距離Ｒが同一であるにも拘わらず距離信号（ＱｎＶ
Ａ／Ｖｎ）が大幅に変化して誤動作が生じるという問題
があった。すなわち、被検知物体Ｘが光軸を横切って移
動する場合には、被検知物体Ｘにで光ビームの一部が反
射される状態においで集光スポラ）Ｓが欠けた状態にな
って、実際の距離Ｒとは大幅に異なった距離信号が出力
されてしまい、誤動作が発生するという問題があった。

Ｌ発明の目的Ｊ 本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、検出距離を長く設定することができ
るとともに、検出距離範囲を広くすることができ、しか
も被検知物体が光軸を横切る方向に移動する場合におけ
る誤動作を防止できる光電スイッチを提供することにあ
る。

［発明の開示１ （構　成） 本発明は、光ビームを被検知物体に投光する投光手段と
、投光手段の側方に所定距離をもって配役され光ビーム
の被検知物体による反射光を集光する受光手段と、受光
手段の結像面に配置され被検知物体が投光方向に移動し
た場合における集光スポット移動方向が分割ラインと斜
交するように分割されたフォトダイオードよりなる位置
検出素子と、位置検出素子の各分割フォトダイオード出
力に基いて被検知物体が所定の検知エリア内に存在する
かどうかを判定して出力回路を制御する判定制御手段と
よりなる光電スイッチにおいて、集光スポットを上記集
光スポット移動方向に直交した方向に引き伸ばすアナモ
フィックレンズにて受光手段の受光レンズを形成するこ
とにより、検出距離を長く設定することができるととも
に、検出距離範囲を広くすることができ、しかも被検知
物体が光軸を横切る方向に移動する場合における誤動作
を防止することができるようにするものである。

（実施例１） 第１図および童２図は本発明一実施例を示すもので、光
ビームを被検知物体Ｘに投光する投光子８一 段３と、投光手段３の側方に所定距離ＤＬをもって配設
され光ビームの被検知物体Ｘによる反射光を集光する受
光手段６と、受光手段６の結像面に配置され被検知物体
Ｘが投光方向に移動した場合における集光スポラ）Ｓの
移動方向Ｍが分割ラインと斜交するように分割されたフ
ォトダイオード８　ａ、　８　ｂよりなる位置検出素子
と、位置検出素子の各分割フォトダイオード８ａ、８ｂ
出力に基いて被検知物体Ｘが所定の検知エリア内に存在
するかどうかを判定して出力回路１６を制御する判定制
御手段１０とよりなる従来例（第９図および第１０図（
ｂ））と同様の光電スイッチにおいて、集光スポラ）Ｓ
を集光スポラ）Ｓの移動方向Ｍに直交した方向（投受光
軸を含む平面に垂直な方向）に引き伸ばすアナモフィッ
クレンズにて受光手段６の受光レンズ５を形成したもの
である。なお、アナモフィックレンズは、レンズの断面
方向により曲率が異なり、焦、α距離が異なったレンズ
であり、引ト伸ばされたライン状の集光スポットＳの長
さは、分割フォトダイオード８　ａ、　８　ｂの幅より
も若干長くなるように設定されている。第２図中におい
て、集光スポラ）Ｓ、、Ｓ２．Ｓ３は、被検知物体Ｘが
距離Ｒ，，Ｒ２，Ｒ，に存在する場合の結像位置を示し
ている。

以下、実施例の動作について説明する。いま、実施例に
あっては、受光手段６を構成する受光レンズ５としてア
ナモフィックレンズを用いているので、フォトダイオー
ド８　ａ、　８　ｂ上には、常にライン状の集光スポラ
）Ｓが形成され、この集光スポラ）Ｓは、被検知物体Ｘ
の投光方向の移動に対応して第２図に示すように（Ｓｌ
、Ｓ２．Ｓ３）Ｍ方向に移動するようになっている。し
たがって、第１０図（ｂ）に示す従来例と同様に、検出
距離を長く設定することができるとともに、検出距離範
囲を広くすることができる。また、被検知物体Ｘが光軸
を横切る方向に移動する場合には、第３図（、）〜（ｃ
）に示すように、全体の照度レベルは変化するものの、
集光スポラ）Ｓのライン長方向の照度分布は略一定とな
るので、両フォトダイオード８ａ、８ｂから構成される
装置検出信号■＾＋ｒａの比（Ｉ＾／ＩＢ）は変化しな
いことになって、常に正しい距離信号（例えば０．ｎＶ
Ａ／Ｖｎ）が得られ、判定制御手段１０において誤った
判定制御が行なわれることがなく、被検知物体Ｘが光軸
を横切るように移動する場合における誤動作が生じない
ことになる。なお、第３図（ａ）（ｂ）は被検知物体Ｘ
にて光ビームの一部が反射されている状態、第３図（ｃ
）は被検知物体Ｘにて光ビームの全部が反射されている
状態における集光スポラ）Ｓを示している。

（実施例２） 第４図は他の実施例を示すもので、多数に分割されたフ
ォトダイオード８　ａ、　８　ｂ、　８　ｃ・・・・・
・（こて位置検出素子を形成したものであり、両端の分
割フォトダイオード（例えば第４図（、）における８　
ａ、　８　ｃ、同図（ｂ）における８　ａ、　８　ｅ、
同図（ｃ）における８ａ。

８ｈ出力が他の分割フォトダイオード出力よりも大きい
ときに物体検知信号が出力されないように判定制御手段
１０を形成し、ライン状集光スポットＳのライン長さ方
向の照度分布による誤動作を防止するようにしたもので
ある。

いま、アナモフィックレンズよりなる受光レンズ５にて
集光された集光スポラ）Ｓが第５図（、）に示すように
結像されている場合において、集光スポラ）Ｓの照度分
布は、ライン長さ方向において略一定になっている。し
かしながら、被検知物体Ｘが光軸を横切るように移動す
る場合においで、集光スポラ）Ｓの照度分布は第５図（
ｂ）〜（ｄ）に示すように変化し、被検知物体Ｘにて投
光ビームの一部が反射されている状態（投光ビーム中に
入った直後）では、第５図（ｂ）に示すように集光スポ
ットＳの一方の端部の照度が若干高くなってしまい、測
距誤差が生じるという問題がある。このような問題が生
じないようにするには、集光スポラ）Ｓの両端部がフォ
トダイオード８ａ〜８ｃに入射しないようにして中央部
分を利用するようにすれば良いことになるが、有効光束
を多く（光利用効率を良く）シようとしてフォトダイオ
ード８８〜８ｃの幅と、集光スポラ）Ｓのライン長さの
比を１に近付けた場合には、集光スポットＳの照度分布
に起因する測距誤差が生じて、判定制御手段１０が誤動
作するという問題が発生する。すなわち、集光スポット
Ｓの一方の端部の照度が高くなると、その分だけフォト
ダイオード８ａがら出力される電流が大きくなって位置
検出信号ＩＡに誤差が生じ、ＩＡ／ＩＩＩにも照度分布
に起因する誤差成分が生じることになり、判定制御手段
１０が誤った距離信号に基いて被検知物体Ｘが所定の検
知エリア内に存在するかどうかを判定して物体検知信号
を出力してしまうという問題が生じる。ここに、本実施
例にあっては、位置検出信号■Ａを両端のフォトダイオ
ード８　ａ、　８　ｅから出力される電流としているの
で、距離信号Ｉ　Ａ／　Ｉ　ｎは被検知物体Ｘが光軸を
横切るように移動する場合において、距離信号■＾／　
Ｉ　ｎは実際の匪離Ｒに対応する値（被検知物体Ｘにて
投光ビームが全部反射された第５図（ｄ）に示す場合の
値）よりも大きな値となる。この場合、被検知物体Ｘが
光軸を横切るように移動するときの測断誤差は、常に被
検知物体Ｘが遠くにあるように誤差を生じることになり
、所定匪離以下を検知エリアとし、被検知物体Ｘが検知
エリア内に入ったときに物体検知信号を出力するように
なっている判定制御手段１０からは物体検知信号が出力
されず、被検知物体Ｘが光軸を横切り始めた状態におけ
る誤動作が防止される。なお、被検知物体Ｘにて投光ビ
ームが全部反射される状態になった場合には、」二連の
ような測距誤差が生じないことになるので、実施例１と
同様に、正常な距離判定動作が行なわれ被検知物体Ｘが
検知エリア内に存在すれば、物体検知信号が出力される
ことは言うまでもない。

（実施例３） 第６図はさらに他の実施例を示すもので、フォトダイオ
ード８ａ、８ｂよりなる位置検出素子の受光面に近接し
て検知エリア変更用のプリズム９を移動自在に配設した
ものであり、従来例における検知エリアを設定する距離
調整用ボリュームＶＲにを不要とするものである。

いま、位置検出素子たる７オトグイオード８ａ。

８ｂの受光面に近接して配設されているプリズム９を移
動させることによって集光スボッ）Ｓの結像位置を変更
することができ、同一位置の被検知物体Ｘに対する距離
信号Ｉ　Ａ／　Ｉ　Ｂを変化させることができるように
なっているので、比較回路１４の基準電圧Ｖｓを一定値
に固定してプリズム９の位置調整を行うだけで検知エリ
アの設定ができるようになっている。したがって、従来
例のように、受光手段６の位置決めを高精度に行い、基
準電圧Ｖｓを調整することにより検知エリアを設定して
いた場合に比較して検知エリアの設定作業が簡略化され
、組み立てが容易になってコストが安くなるという効果
がある。

［発明の効果１ 本発明は上述のように、光ビームを被検知物体に投光す
る投光手段と、投光手段の側方に所定距離をもって配設
され光ビームの被検知物体による反射光を集光する受光
手段と、受光手段のＭ像面に配置され被検知物体が投光
方向に移動した場合における集光スポット移動方向が分
割ラインと斜交するように分？’ｌｌされたフォトダイ
オードよりなる位置検出素子と、位置検出素子の各分割
フォトダイオード出力に基いて被検知物体が所定の検知
エリア内に存在するかどうかを判定しで出力回路を制御
する判定制御手段とよりなる光電スイッチにおいで、集
光スポットを上記集光スポット移動方向に直交した方向
に引き伸ばすアナモフィックレンズにて受光手段の受光
レンズを形成したものであり、位置検出素子を内部抵抗
の低いフォトダイオードを用いて形成しているので、位
置検出信号のＳ／Ｎが高くなって検出距離を長く設定す
ることができ、また、フォトダイオードの分割ラインの
方向を集光スポットの移動方向と斜交させているので、
検出距離範囲を広くすることができ、しかも、受光手段
の受光レンズをアナモフィックレンズにて形成し、集光
スポットを引き伸ばしているので、被検知物体が光軸を
横切る方向に移動する場合における誤動作を防止するこ
とができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略構成図、第２図および第
３図は同上の構成および動作を示す説明図、第４図（ａ
）〜（ｃ）は他の実施例を示す要部′ｉＥ面図、第５図
は同上の動作説明図、第６図はさらに他の実施例の概略
構成図、第７図は従来例の概略構成図、第８図は同上の
要部正面図、第９図は他の従来例の概略構成図、第１０
図（ａ）（ｂ）は同上の要部正面図、第１１図は同上の
回路図、第１２図および１１３図は同上の動作説明図で
ある。 ３は投光手段、５は受光レンズ、６は受光手段、８ａ〜
８ｈはフォトダイオード、１０は判定制御手段、１４は
比較回路、１６は出力回路、Ｘは被検知物体である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）光ビームを被検知物体に投光する投光手段と、投
   光手段の側方に所定距離をもって配設され光ビームの被
   検知物体による反射光を集光する受光手段と、受光手段
   の結像面に配置され被検知物体が投光方向に移動した場
   合における集光スポット移動方向が分割ラインと斜交す
   るように分割されたフォトダイオードよりなる位置検出
   素子と、位置検出素子の各分割フォトダイオード出力に
   基いて被検知物体が所定の検知エリア内に存在するかど
   うかを判定して出力回路を制御する判定制御手段とより
   なる光電スイッチにおいて、集光スポットを上記集光ス
   ポット移動方向に直交した方向に引き伸ばすアナモフィ
   ックレンズにて受光手段の受光レンズを形成したことを
   特徴とする光電スイッチ。
2. （２）多数に分割されたフォトダイオードにて位置検出
   素子を形成し、両端の分割フォトダイオード出力が他の
   分割フォトダイオード出力よりも大きいときに物体検知
   信号が出力されないように判定制御手段を形成したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光電スイッチ
   。
3. （３）位置検出素子の受光面に近接して検知エリア変更
   用のプリズムを移動自在に配設したことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の光電スイッチ。