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JP2014182028A - 限定領域反射型光電センサ - Google Patents

限定領域反射型光電センサ Download PDF

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JP2014182028A JP2013057188A JP2013057188A JP2014182028A JP 2014182028 A JP2014182028 A JP 2014182028A JP 2013057188 A JP2013057188 A JP 2013057188A JP 2013057188 A JP2013057188 A JP 2013057188A JP 2014182028 A JP2014182028 A JP 2014182028A
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芳爵 太子
Hayami Hosokawa
速美 細川
Masayuki Tanaka
雅之 田中
Katsuyuki Murota
勝幸 室田
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Omron Corp
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Abstract

【課題】検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光電センサを提供する。
【解決手段】限定領域反射型光電センサ１Ａは、レーザーダイオード１１を有する投光部１０とフォトダイオード２１を有する受光部２０とを備える。投光部１０と受光部２０とは、投光部１０から投光ビームを物体検知限定領域Ｓ１〜Ｓ３に向けて照射し、該物体検知限定領域Ｓ１〜Ｓ３に存在する物体Ｍからの反射光による受光ビームを受光部２０にて受光可能となるように投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度が設定されている。フォトダイオード２１での受光レベルに基づいて物体Ｍの有無を判別する。レーザーダイオード１１からの投光ビームの光路中に、投光ビームを複数方向のビームに分割する回折格子１３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、物体の検知領域が限定された限定領域反射型光電センサに関するものである。
従来、物体が所定の位置に存在するか否かを検出するための光電センサとして、物体の検知領域が限定された限定領域反射型光電センサが知られている。
この限定領域反射型光電センサ１００は、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、発光素子１０１及び受光素子１０２を備えており、発光素子１０１と受光素子１０２とは、発光素子１０１から投光ビームを物体検知限定領域Ｓに向けて照射し、この投光ビームと該物体検知限定領域Ｓでのみ交差した物体の反射光を受光素子１０２にて受光可能となるように光軸の角度が設定されている。したがって、ハッチングにて示す物体検知限定領域Ｓを物体が通過したときには、物体からの反射光を受光素子１０２にて検出して物体を判別するようになっている。
詳細には、上記限定領域反射型光電センサ１００では、該限定領域反射型光電センサ１００からの距離Ｌ２〜Ｌ４の物体検知限定領域Ｓに物体が存在する場合には、発光素子１０１からの投光ビームが物体により正反射され、その正反射された受光ビームが受光素子１０２に入射される。しかしながら、物体が距離Ｌ２〜Ｌ４の物体検知限定領域Ｓの外に存在する場合には、物体は存在しないと判断される。したがって、距離Ｌ２〜Ｌ４の範囲が物体検出範囲となる。このように、限定領域反射型光電センサ１００では、物体が距離Ｌ２〜Ｌ４の物体検知限定領域Ｓに到来する場合には、受光素子１０２に信号が得られるため、この信号に基づいて物体の有無を判別している。
ここで、限定領域反射型光電センサ１００は、投光ビームと受光ビームとがそれぞれ広がりを有していない場合には、物体を検知して検知信号を出力する動作レベルと、物体が移動して非検知状態となる非動作レベルとの距離の差が小さく、背景の影響も少なくなる。また、発光素子１０１及び受光素子１０２の光軸の角度を変化させることによって、検出距離の設定が可能であるという特徴がある。
このような従来の限定領域反射型光電センサ１００は、例えば、近づいてくる物体を検出して一定の位置で停止させるために用いられる。このため、図１３（ａ）（ｂ）に示すように、特に、限定領域反射型光電センサ１００から離れた位置である距離Ｌ４での投光ビーム及び受光ビームをシャープにする必要がある。
特開平６−２４１７８３号公報（１９９４年０９月０２日公開）
しかしながら、上記従来の限定領域反射型光電センサでは、検出範囲を広げることができないという問題点を有している。
ここで、検出範囲を広げることが可能な光電センサ２００として、例えば、特許文献１には、図１４に示すように、検出位置Ｐにおける各被測定面Ａ〜Ｄをそれぞれ検出するための複数個の反射式光学センサ２０１Ａ〜２０１Ｄを並設し、各々の反射式光学センサ２０１Ａ〜２０１Ｄによって各被測定面Ａ〜Ｄを個別に検出する手法が開示されている。すなわち、この光電センサ２００では、各被測定面Ａ〜Ｄをそれぞれ検出するために、各反射式光学センサ２０１Ａ〜２０１Ｄ、各々投光器２０２と受光器２０３とを備えており、これによって、結果的に、検出範囲を広げることが可能となっている。
しかしながら、特許文献１に開示された光電センサ２００では、被測定面の数に応じたセンサを設ける必要があるので、装置が大型化するという問題点がある。また、各センサを近接設置すると、隣同士のセンサが干渉して、誤動作し易いという問題点もある。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光電センサを提供することを目的としている。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサは、上記課題を解決するために、発光素子を有する投光部と受光素子を有する受光部とを備え、上記投光部と受光部とは、該投光部から投光ビームを物体検知領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光による受光ビームを該受光部にて受光可能となるように該投光ビームの光軸と該受光ビームの光軸との交差角度が設定されており、上記受光素子での受光レベルに基づいて物体の有無を判別する限定領域反射型光電センサにおいて、上記発光素子からの投光ビームの光路中に、該投光ビームを複数方向のビームに分割するビーム分割部材が設けられていることを特徴としている。
上記構成によれば、限定領域反射型光電センサは、発光素子を有する投光部と受光素子を有する受光部とを備え、上記投光部と受光部とは、該投光部から投光ビームを物体検知領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光による受光ビームを該受光部にて受光可能となるように該投光ビームの光軸と該受光ビームの光軸との交差角度が設定されており、上記受光素子での受光レベルに基づいて物体の有無を判別する。
ところで、この種の限定領域反射型光電センサにおいては、投光ビームは単一の光線であるので、物体検知限定領域を広げることができないという問題がある。
そこで、本発明の一態様では、発光素子からの投光ビームの光路中に、該投光ビームを複数方向のビームに分割するビーム分割部材が設けられている。このため、投光ビームは、ビーム分割部材によって複数方向のビームに分割されるので、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度の異なる複数種類のビームを生成することができる。このことは、物体との対向方向において複数種類の物体検知限定領域を生成することを意味するものであり、これによって、検出範囲が広がる。そして、検出範囲を広げるために、ビーム分割部材を設けただけであるので、構成は容易である。
したがって、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光電センサを提供することができる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記ビーム分割部材は、回折格子からなっていることが好ましい。
これにより、回折格子に投光ビームを照射すると、回折格子からは０次光，±１次光…が出射され、投光ビームが複数方向のビームに分割される。また、回折格子は市販され容易に入手することができる。
したがって、ビーム分割部材を安価で構成が簡単な回折格子にて容易に構成することができる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記受光部は、ビーム分割部材にて複数方向のビームに分割された投光ビームが物体にて反射されたときの複数の受光ビームを受光する一つの複数ビーム受光手段を備えているとすることができる。
これにより、一つの複数ビーム受光手段にて、複数の受光ビームを受光するので、受光部における部品点数の削減を図ることができる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記受光部は、ビーム分割部材にて少なくとも３つの方向のビームに分割された投光ビームが物体にて反射されたときの受光ビームのそれぞれを受光する少なくとも３つの単一ビーム光受光手段を備えているとすることができる。
これにより、限定領域反射型光電センサを、物体の位置を判断する変位センサとして使用することが可能となる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記発光素子とビーム分割部材との間には、投光ビームを集光する凸レンズが設けられているとすることができる。
すなわち、発光素子とビーム分割部材との間に凸レンズを設けることにより、光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体が存在するかの判定のための閾値を容易に設定することができるようになる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する交差角度変更手段が設けられていることが好ましい。
これにより、交差角度変更手段を用いて、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更することができる。この結果、検出範囲を広げることができ、被測定面までの距離が大きく変化するような物体を精度よく検出することができる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記交差角度変更手段は、前記投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更すべく、前記投光部と受光部との少なくとも一方の傾斜角度を変更する傾斜角度変更手段からなっているとすることができる。
これにより、傾斜角度変更手段を用いて投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する。具体的には、投光部と受光部との少なくとも一方の傾斜角度を変更する。したがって、交差角度を大きく変更することが可能であり、物体検知限定領域の遠近を容易に調整することが可能となる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記受光部は、入射された投光ビームを正反射させる物体からの受光ビームを受光することが可能である。
これにより、鏡面反射物体の検出が可能となり、物体の存在有無を確認するだけでなく、後述するように、物体の動きに関する情報を把握することができるようになる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記受光素子での受光レベルの大きさに基づいて、物体までの距離を算出する物体間距離算出手段が設けられていることが好ましい。
これにより、物体間距離算出手段を用いて、限定領域反射型光電センサと物体との間の距離を算出することが可能となる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記物体が近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、前記受光素子での受光レベルの大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出する物体移動方向検出手段が設けられていることが好ましい。
これにより、物体移動方向検出手段を用いて、物体が近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、受光素子での受光レベルの大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出することができる。
本発明の一態様における限定領域反射型光電センサでは、前記物体が近づく速度又は遠ざかる速度を前記受光素子の受光レベルの時間的変化に基づいて算出する移動速度算出手段を備えていることが好ましい。
これにより、移動速度算出手段を用いて、物体が近づく速度又は遠ざかる速度を受光素子の受光レベルの時間的変化に基づいて算出することができる。
本発明の一態様によれば、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体を精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光電センサを提供するという効果を奏する。
（ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態１における限定領域反射型光電センサを示すものであって、それぞれ異なる物体検知限定領域での物体の検知状態を示す断面図である。 （ａ）は限定領域反射型光電センサにて物体を検知するときの物体検知限定領域を示す図であり、（ｂ）は物体検知限定領域での検出信号を示す波形図である。 上記限定領域反射型光電センサの構成を示す斜視図である。 上記限定領域反射型光電センサの構成を示す断面図である。 上記限定領域反射型光電センサにおいて、受光素子が１個からなる受光部を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記限定領域反射型光電センサにおいて、１個の受光素子にて異なる物体検知限定領域の物体を検出する場合の投光ビーム及び受光ビームの光路を示す断面図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記限定領域反射型光電センサにおいて、受光素子が複数個からなる受光部を有する場合の投光ビーム及び受光ビームの光路を示す断面図である。 投光ビームの光路中に凸レンズを設けた集中型、凸レンズを設けない平行型、凹レンズを設けた拡散型、及び本実施の形態の回折格子を設けた限定領域反射型光電センサにおける受光素子での検出信号の分布を示すクラフである。 投光ビームの光路中に凸レンズを設けた集中型、凸レンズを設けない平行型、凹レンズを設けた拡散型、及び本実施の形態の回折格子を設けた限定領域反射型光電センサにおける物体の検出位置の許容範囲を受光素子での検出信号の分布において角度変動として示すクラフである。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の実施形態２における限定領域反射型光電センサを示すものであって、それぞれ異なる物体検知限定領域での物体の検知状態を示す断面図である。 上記限定領域反射型光電センサの受光素子における、それぞれ異なる物体検知限定領域での物体の検知出力を示すグラフである。 上記限定領域反射型光電センサの受光素子における、それぞれ異なる物体検知限定領域での物体の検知出力に基づいて、物体の移動速度を算出する機構を説明する断面図である。 （ａ）は従来の限定領域反射型光電センサの構成を示す概略図であり、（ｂ）は限定領域反射型光電センサからの各距離の位置での投光ビームと受光ビームとの関係を示す平面図である。 従来の他の反射型光電センサの構成を示す概略図である。
〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。
本実施の形態の限定領域反射型光電センサは、図２（ａ）に示すように、物体の段差検知又は用紙の存在の有無検出等の限定した範囲内での物体の有無を検出する場合に利用される。したがって、検出物体からの反射光が正反射又は拡散反射のいずれの場合であっても指定した物体検知限定領域Ｓの範囲内で、図２（ｂ）に示すように、信号出力の境界が明確となるようにする必要がある。その際、物体検知限定領域Ｓの範囲は、できるだけ広い方が好ましい。
すなわち、この種の限定領域反射型光電センサにおいては、投光ビームは単一の光線であるので、物体検知限定領域を広げることができないという問題がある。
そこで、本実施の形態の限定領域反射型光電センサは、このような物体検知限定領域Ｓをできるだけ広くするために改良されたものとなっている。
本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａの構成について、図３に基づいて説明する。図３は本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａの構成を示す斜視図である。
本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａは、図３に示すように、投光部１０と受光部２０とを備え、これら投光部１０及び受光部２０がケース２に収容されたものからなっている。
投光部１０は、発光素子としてのレーザーダイオード１１と、該レーザーダイオード１１の前面に設けられた凸レンズからなる投光用レンズ１２及び回折格子１３とを備えている。
また、受光部２０は、受光素子としてのフォトダイオード２１と、該フォトダイオード２１の前面に設けられた凸レンズからなる受光用レンズ２２とを備えている。尚、上記投光用レンズ１２及び受光用レンズ２２は、本発明においては、省略することができる。
上記ケース２における投光用レンズ１２及び受光用レンズ２２の前面は、ケース開口２ａとなっており、投光ビーム及び受光ビームが通過できるようになっている。
上記投光部１０と受光部２０とは、投光部１０から投光ビームを前記物体検知限定領域Ｓに向けて照射し、該物体検知限定領域Ｓに存在する物体からの反射光による受光ビームを受光部２０にて受光可能となるように該投光ビームの光軸と該受光ビームの光軸との交差角度が設定されている。そして、限定領域反射型光電センサ１Ａは、フォトダイオード２１での受光レベルに基づいて物体の有無を判別するようになっている。
本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、投光部１０からの投光ビームの光路中に、該投光ビームを複数方向のビームに分割するビーム分割部材としての回折格子１３が設けられている。尚、本実施の形態では、ビーム分割部材は回折格子１３からなっているが、本発明においては必ずしも回折格子１３に限らず、投光ビームを複数方向のビームに分割するものであれば他の部材を用いることができる。
上記構成の限定領域反射型光電センサ１Ａにおける物体が存在するかの物体検出方法について、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）及び図４に基づいて説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記限定領域反射型光電センサを示すものであって、それぞれ異なる物体検知限定領域での物体の検知状態を示す断面図である。図４は、上記限定領域反射型光電センサの構成を示す断面図である。
本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、図４に示すように、投光部１０には、該レーザーダイオード１１からの投光ビームの光路中に、該投光ビームを複数方向のビームに分割するビーム分割部材としての回折格子１３が設けられている。したがって、投光ビームは、回折格子１３によって１つの光線が、０次光、±１次光、±２次光、±３次光…というように、複数方向のビームに分割される。このため、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度の異なる複数種類のビームを生成することができる。ここで、回折格子１３は、理論的には±３次光…以降のビームを出射することができるが、現実的には、±３次光…以降のビームは光強度が極度に低下する。このため、使用できるのは、０次光、±１次光、±２次光の５つのビーム程度までであり、実用的な精度の観点からは、０次光及び±１次光までの３つの分割ビームを使用するのが好ましい。
このことは、物体との対向方向において３種類の物体検知限定領域Ｓを生成することを意味するものである。すなわち、回折格子１３を通過した０次光のビームは、図１（ｂ）に示すように、回折格子１３が存在しない場合と同じ物体検知限定領域Ｓ１にて、物体Ｍを検知することができる。一方、回折格子１３を通過した±１次光のビームは、図１（ａ）（ｃ）に示すように、物体検知限定領域Ｓ２及び物体検知限定領域Ｓ３にて、物体Ｍを検知することができる。
この結果、物体検知限定領域Ｓは、物体検知限定領域Ｓ２〜物体検知限定領域Ｓ１〜物体検知限定領域Ｓ３まで広がる。すなわち、検出範囲が広がることになる。
ここで、本実施の形態では、物体Ｍは、入射された投光ビームを正反射させる物体となっている。この結果、鏡面反射物体の検出が可能となる。尚、本実施の形態では、物体Ｍは、入射された投光ビームを正反射させる物体からなっているが、本発明においては、必ずしもこれに限らず、入射された投光ビームを拡散反射させる物体であってもよい。すなわち、物体Ｍが拡散反射物体であっても、拡散されたいずれかの受光ビームのフォトダイオード２１にて受光できるので、物体Ｍの検知が可能である。
また、本実施の形態では、受光部２０のフォトダイオード２１についても、種々のものを適用することが可能である。これらの一例について、図５〜図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に基づいて説明する。図５は、上記限定領域反射型光電センサにおいて、受光素子が１個からなる受光部を示す断面図である。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記限定領域反射型光電センサにおいて、１個の受光素子にて異なる物体検知限定領域の物体を検出する場合の投光ビーム及び受光ビームの光路を示す断面図である。図７（ａ）（ｂ）（ｃ）は、上記限定領域反射型光電センサにおいて、受光素子が複数個からなる受光部を有する場合の投光ビーム及び受光ビームの光路を示す断面図である。
例えば、フォトダイオード２１は、図５に示すように、回折格子１３にて複数方向のビームに分割された投光ビームが物体Ｍにて反射されたときの複数の受光ビームを受光する一つの複数ビーム受光手段としてのフォトダイオード２１ａとすることが可能である。つまり、受光素子は、１個であるとすることができる。
これにより、図６（ａ）に示すように、限定領域反射型光電センサ１Ａから最も近い物体検知限定領域Ｓ２では回折格子１３の−１次光のビームを使用することによりフォトダイオード２１ａにて受光が可能である。また、図６（ｂ）に示すように、物体検知限定領域Ｓ１では回折格子１３の０次光のビームを使用することによりフォトダイオード２１ａにて同一位置にて受光が可能である。さらに、図６（ｃ）に示すように、限定領域反射型光電センサ１Ａから最も遠い物体検知限定領域Ｓ３では回折格子１３の＋１次光のビームを使用することによりフォトダイオード２１ａにて同一位置にて受光が可能である。
これに対して、例えば、フォトダイオード２１は、図７（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、受光部２０は、ビーム分割部材にて少なくとも３つの方向のビームに分割された投光ビームが物体Ｍにて反射されたときの受光ビームのそれぞれを受光する少なくとも３つの単一ビーム光受光手段としてのフォトダイオード２１ｂ１・２１ｂ２・２１ｂ３を備えているとすることが可能である。
これにより、図７（ａ）に示すように、限定領域反射型光電センサ１Ａから最も近い物体検知限定領域Ｓ２では回折格子１３の−１次光のビームを使用することによりフォトダイオード２１ｂ１にて受光が可能である。また、図７（ｂ）に示すように、物体検知限定領域Ｓ１では回折格子１３の０次光のビームを使用することによりフォトダイオード２１ｂ２にて同一位置にて受光が可能である。さらに、図７（ｃ）に示すように、限定領域反射型光電センサ１Ａから最も遠い物体検知限定領域Ｓ３では回折格子１３の＋１次光のビームを使用することによりフォトダイオード２１ｂ３にて同一位置にて受光が可能である。
この結果、フォトダイオード２１ｂ１にて信号を検知した場合には物体Ｍが限定領域反射型光電センサ１Ａから最も近い物体検知限定領域Ｓ２の位置に存在し、フォトダイオード２１ｂ２にて信号を検知した場合には物体Ｍが物体検知限定領域Ｓ１の位置に存在し、フォトダイオード２１ｂ３にて信号を検知した場合には物体Ｍが限定領域反射型光電センサ１Ａから最も遠い物体検知限定領域Ｓ３の位置に存在していると判断することができる。したがって、限定領域反射型光電センサ１Ａを変位センサとして使用することができる。
ここで、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、発光素子としてのレーザーダイオード１１とビーム分割部材としての回折格子１３との間には、投光ビームを集光する凸レンズからなる投光用レンズ１２が設けられているとすることができる。
すなわち、レーザーダイオード１１と回折格子１３との間に凸レンズからなる投光用レンズ１２を設けることにより、光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体Ｍが存在するかの判定のための閾値を容易に設定することができるようになる。
上記凸レンズからなる投光用レンズ１２を設けること及び回折格子１３を設けることによる効果について、図８に基づいて説明する。図８は、投光ビームの光路中に凸レンズを設けた集中型、凸レンズを設けない平行型、凹レンズを設けた拡散型、及び本実施の形態の回折格子を設けた限定領域反射型光電センサにおける受光素子での検出信号の分布を示すクラフである。
一般的に、フォトダイオード２１における検出信号の分布は、図８に示すように、ガウス分布となっているが、信号の検出においては、分布が急峻であることが好ましい。これにより、位置検出における閾値の設定が容易になるためである。この閾値を考慮する際に、凸レンズからなる投光用レンズ１２を採用した場合には、図８において集光型としてプロットしているように、信号の立ち上がりが急峻となるので、位置検出における閾値の設定が容易となるというメリットがある。また、図８において平行型としてプロットしているのは、凸レンズからなる投光用レンズ１２を使用しない場合を示しているが、凸レンズからなる投光用レンズ１２を使用する場合、及び本実施の形態の回折格子１３を用いた限定領域反射型光電センサ１Ａにおいては、この凸レンズからなる投光用レンズ１２を使用しない平行型、及び凹レンズを使用した拡散型よりも、信号検出ピークが急峻となっていることが分かる。尚、本実施の形態の回折格子１３を用いた限定領域反射型光電センサ１Ａでは、単に凸レンズからなる投光用レンズ１２のみを用いた平行型や凹レンズを使用した拡散型よりも、検出範囲が広がっていることが把握できる。
次に、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａにおける物体の物体検知限定領域Ｓの検出の許容範囲について、図９に基づいて説明する。図９は、投光ビームの光路中に凸レンズを設けた集中型、凸レンズを設けない平行型、凹レンズを設けた拡散型、及び本実施の形態の回折格子を設けた限定領域反射型光電センサにおける物体の検出位置の許容範囲を受光素子での検出信号の分布において角度変動として示すクラフである。
本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａにおける物体Ｍの物体検知限定領域Ｓにおける検出位置の許容範囲を、受光素子での検出信号の分布において角度変動として示すと、図９に示すようになる。
この結果、図９から分かるように、本実施の形態の回折格子１３を設けた限定領域反射型光電センサ１Ａにおける物体Ｍの物体検知限定領域Ｓにおける検出位置の許容範囲は、受光素子での検出信号の分布において角度変動として解析すると、凸レンズを設けない平行型、凹レンズを設けた拡散型の場合よりも優れていることが分かる。すなわち、本実施の形態の回折格子１３を設けた限定領域反射型光電センサ１Ａにおいては、角度特性は、凸レンズを設けない平行型、及び凹レンズを設けた拡散型の場合では、角度の絶対値が増加すると信号の出力が低下するのが把握できる。これに対して、本実施の形態の回折格子１３を設けた限定領域反射型光電センサ１Ａでは、角度の絶対値が増加しても信号の出力の低下は緩慢である。このことは、物体検知限定領域Ｓの範囲が、凸レンズを設けない平行型、凹レンズを設けた拡散型の場合よりも拡張していることを示している。したがって、本実施の形態の回折格子１３を設けた限定領域反射型光電センサ１Ａでは、凸レンズを設けない平行型及び凹レンズを設けた拡散型の場合よりも検出範囲が広がっていることが理解される。尚、投光ビームの光路中に凸レンズを設けた集中型の角度特性は、本実施の形態の回折格子１３を設けた限定領域反射型光電センサ１Ａの角度特性と略同等であった。
次に、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、さらに機能を高めるために、例えば、物体検知限定領域Ｓの位置を変更することが可能である。
すなわち、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、物体検知限定領域Ｓの位置を変更するために、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する交差角度変更手段が設けられている。これにより、交差角度変更手段を用いて、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更することができる。この結果、検出範囲を広げることができ、被測定面までの距離が大きく変化するような物体Ｍを精度よく検出することができる。
具体的には、交差角度変更手段は、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更すべく、投光部１０と受光部２０との少なくとも一方の傾斜角度を変更する傾斜角度変更手段からなっているとすることができる。
これにより、傾斜角度変更手段を用いて投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する。具体的には、投光部１０と受光部２０との少なくとも一方の傾斜角度を変更する。例えば、投光部１０をケース２の側面に図示しない軸を中心として回動可能に取り付けておき、任意の回動位置で固定できるようにしておくことが可能である。この結果、この方法によれば、交差角度を大きく変更することが可能である。したがって、物体検知限定領域Ｓの遠近を容易に調整することが可能となる。
このように、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａは、レーザーダイオード１１を有する投光部１０とフォトダイオード２１を有する受光部２０とを備え、投光部１０と受光部２０とは、該投光部１０から投光ビームを物体検知限定領域Ｓに向けて照射し、該物体検知限定領域Ｓに存在する物体Ｍからの反射光による受光ビームを該受光部２０にて受光可能となるように該投光ビームの光軸と該受光ビームの光軸との交差角度が設定されており、フォトダイオード２１での受光レベルに基づいて物体Ｍの有無を判別する。そして、レーザーダイオード１１からの投光ビームの光路中に、該投光ビームを複数方向のビームに分割するビーム分割部材が設けられている。
このため、投光ビームは、ビーム分割部材によって複数方向のビームに分割されるので、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度の異なる複数種類のビームを生成することができる。このことは、物体Ｍとの対向方向において複数種類の物体検知限定領域Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３を生成することを意味するものであり、これによって、検出範囲が広がる。そして、検出範囲を広げるために、ビーム分割部材を設けただけであるので、構成は容易である。
したがって、検出範囲を広げることにより、被測定面までの距離が変化するような物体Ｍを精度よく検出することができ、かつ構成の簡単な限定領域反射型光電センサ１Ａを提供することができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、ビーム分割部材は、回折格子１３からなっている。これにより、回折格子１３に投光ビームを照射すると、回折格子１３からは０次光，±１次光…が出射され、投光ビームが複数方向のビームに分割される。また、回折格子１３は市販され容易に入手することができる。したがって、ビーム分割部材を安価で構成が簡単な回折格子１３にて容易に構成することができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、受光部２０は、ビーム分割部材にて複数方向のビームに分割された投光ビームが物体Ｍにて反射されたときの複数の受光ビームを受光する一つの複数ビーム受光手段としてのフォトダイオード２１ａを備えている。
これにより、一つの複数ビーム受光手段としてのフォトダイオード２１ａにて、複数の受光ビームを受光するので、受光部２０における部品点数の削減を図ることができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、受光部２０は、ビーム分割部材にて少なくとも３つの方向のビームに分割された投光ビームが物体にて反射されたときの受光ビームのそれぞれを受光する少なくとも３つの単一ビーム光受光手段としてのフォトダイオード２１ｂ１・２１ｂ２・２１ｂ３を備えているとすることが可能である。
これにより、限定領域反射型光電センサ１Ａを、物体の位置を判断する変位センサとして使用することができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、レーザーダイオード１１とビーム分割部材との間には、投光ビームを集光する凸レンズからなる投光用レンズ１２が設けられているとすることができる。
すなわち、レーザーダイオード１１とビーム分割部材との間に凸レンズからなる投光用レンズ１２を設けることにより、光強度分布を急峻にすることができる。この結果、物体Ｍが存在するかの判定のための閾値を容易に設定することができるようになる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する交差角度変更手段が設けられているとすることができる。これにより、交差角度変更手段を用いて、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更することができる。この結果、検出範囲を広げることができ、被測定面までの距離が大きく変化するような物体を精度よく検出することができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する交差角度変更手段が設けられているとすることができる。
これにより、交差角度変更手段を用いて、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更することができる。この結果、検出範囲を広げることができ、被測定面までの距離が大きく変化するような物体Ｍを精度よく検出することができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、交差角度変更手段は、投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更すべく、投光部１０と受光部２０との少なくとも一方の傾斜角度を変更する傾斜角度変更手段からなっているとすることができる。
これにより、傾斜角度変更手段を用いて投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する。具体的には、投光部１０と受光部２０との少なくとも一方の傾斜角度を変更する。したがって、交差角度を大きく変更することが可能であり、物体検知限定領域Ｓの遠近を容易に調整することが可能となる。
〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図１０〜図１２に基づいて説明すれば、以下のとおりである。尚、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
前記実施の形態１の限定領域反射型光電センサ１Ａでは、物体Ｍが物体検知限定領域Ｓ１に存在するか否かの検出を目的とするものであり、物体Ｍは、正反射物体又は拡散反射物体のいずれであってもよかった。
これに対して、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂは、物体Ｍが正反射物体に限定されている。これにより、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂでは、物体Ｍの存在の有無だけでなく、物体Ｍの距離変動についても把握できるようになっている。
すなわち、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂでは、物体Ｍが正反射物体からなっているので、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように、フォトダイオード２１を用いて物体検知限定領域Ｓ１・Ｓ２・Ｓ３に存在する物体Ｍを検出することができる。このとき、フォトダイオード２１の出力は、図１１に示すように、限定領域反射型光電センサ１Ｂからの距離が近い物体検知限定領域Ｓ２・Ｓ１・Ｓ３の順に大きくなる。したがって、この出力と物体検知限定領域Ｓ２・Ｓ１・Ｓ３の各距離との相関を取っておくことにより、物体Ｍにおける限定領域反射型光電センサ１Ｂからの位置を容易に把握することができる。
また、図１２に示すように、物体Ｍが前後方向に移動したときには、出力が大きい方から小さい方に変化するのか又は出力が小さい方から大きい方に変化するのかによって、物体Ｍが限定領域反射型光電センサ１Ｂに対して遠ざかっているのか、又は近づいているのかを把握することができる。
具体的には、フォトダイオード２１の出力が大きい方から小さい方に変化した場合には、物体Ｍは遠ざかっており、フォトダイオード２１の出力が小さい方から大きい方に変化した場合には、物体Ｍは近づいていると判断できる。
また、物体Ｍが前後方向に移動する場合に、その距離の移動に要する時間を測定しておけば、容易に物体Ｍの移動速度を求めることが可能となる。
このように、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂでは、受光部２０は、入射された投光ビームを正反射させる物体Ｍからの受光ビームを受光することが可能である。
これにより、鏡面反射物体の検出が可能となり、物体Ｍの存在有無を確認するだけでなく、物体Ｍの動きに関する情報を把握することができるようになる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂでは、フォトダイオード２１での受光レベルの大きさに基づいて、物体Ｍまでの距離を算出する物体間距離算出手段が設けられているとすることができる。
これにより、物体間距離算出手段を用いて、限定領域反射型光電センサ１Ｂと物体Ｍとの間の距離を算出することが可能となる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂでは、物体Ｍが近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、フォトダイオード２１での受光レベルの大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出する物体移動方向検出手段が設けられているとすることができる。
これにより、物体移動方向検出手段を用いて、物体が近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、フォトダイオード２１での受光レベルの大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出することができる。
また、本実施の形態の限定領域反射型光電センサ１Ｂでは、物体Ｍが近づく速度又は遠ざかる速度をフォトダイオード２１の受光レベルの時間的変化に基づいて算出する移動速度算出手段を備えているとすることができる。
これにより、移動速度算出手段を用いて、物体Ｍが近づく速度又は遠ざかる速度をフォトダイオード２１の受光レベルの時間的変化に基づいて算出することができる。
尚、本発明は、上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、物体の検知領域が限定された限定領域反射型光電センサに適用することができる。具体的には、物体の段差検知又は用紙の存在の有無検出等の限定した範囲内での物体の有無を検出する場合に利用される。さらに、物体検知限定領域における物体の移動情報を把握する場合にも適用することができる。
１Ａ 限定領域反射型光電センサ
１Ｂ 限定領域反射型光電センサ
２ ケース
２ａ ケース開口
１０ 投光部
１１ レーザーダイオード（発光素子）
１２ 投光用レンズ（凸レンズ）
１３ 回折格子
２０ 受光部
２１ フォトダイオード（受光素子）
２１ａ フォトダイオード（受光素子）
２１ｂ１ フォトダイオード（受光素子）
２１ｂ２ フォトダイオード（受光素子）
２１ｂ３ フォトダイオード（受光素子）
２２ 受光用レンズ

Claims (11)

  1. 発光素子を有する投光部と受光素子を有する受光部とを備え、上記投光部と受光部とは、該投光部から投光ビームを物体検知限定領域に向けて照射し、該物体検知限定領域に存在する物体からの反射光による受光ビームを該受光部にて受光可能となるように該投光ビームの光軸と該受光ビームの光軸との交差角度が設定されており、上記受光素子での受光レベルに基づいて物体の有無を判別する限定領域反射型光電センサにおいて、
    上記発光素子からの投光ビームの光路中に、該投光ビームを複数方向のビームに分割するビーム分割部材が設けられていることを特徴とする限定領域反射型光電センサ。
  2. 前記ビーム分割部材は、回折格子からなっていることを特徴とする請求項１記載の限定領域反射型光電センサ。
  3. 前記受光部は、ビーム分割部材にて複数方向のビームに分割された投光ビームが物体にて反射されたときの複数の受光ビームを受光する一つの複数ビーム受光手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の限定領域反射型光電センサ。
  4. 前記受光部は、ビーム分割部材にて少なくとも３つの方向のビームに分割された投光ビームが物体にて反射されたときの受光ビームのそれぞれを受光する少なくとも３つの単一ビーム光受光手段を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の限定領域反射型光電センサ。
  5. 前記発光素子とビーム分割部材との間には、投光ビームを集光する凸レンズが設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の限定領域反射型光電センサ。
  6. 前記投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更する交差角度変更手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の限定領域反射型光電センサ。
  7. 前記交差角度変更手段は、前記投光ビームの光軸と受光ビームの光軸との交差角度を変更すべく、前記投光部と受光部との少なくとも一方の傾斜角度を変更する傾斜角度変更手段からなっていることを特徴とする請求項６記載の限定領域反射型光電センサ。
  8. 前記受光部は、入射された投光ビームを正反射させる物体からの受光ビームを受光することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の限定領域反射型光電センサ。
  9. 前記受光素子での受光レベルの大きさに基づいて、物体までの距離を算出する物体間距離算出手段が設けられていることを特徴とする請求項８記載の限定領域反射型光電センサ。
  10. 前記物体が近づいてきたのか又は遠ざかるのかを、前記受光素子での受光レベルの大から小への変化又は小から大への変化のいずれであるかにより検出する物体移動方向検出手段が設けられていることを特徴とする請求項９記載の限定領域反射型光電センサ。
  11. 前記物体が近づく速度又は遠ざかる速度を前記受光素子の受光レベルの時間的変化に基づいて算出する移動速度算出手段を備えていることを特徴とする請求項１０記載の限定領域反射型光電センサ。
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