(57)【要約】【課題】簡素な構成で、透明な検知対象物を検知することが可能な光電センサを提供する。【解決手段】反射部（２０）は、発光部（１０ａ）が出射して、検知対象物（Ａ）を透過した光を、検知対象物（Ａ）の表面に斜め入射するように反射して、受光部（１０ｂ）は、反射部（２０）が反射して、検知対象物（Ａ）を透過した光を受光する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光部と、
上記発光部が出射した光を反射面で反射する反射部と、
上記反射部が反射した光を受光する受光部と、を備え、
上記発光部および上記受光部と、上記反射部との間にあるシート状または平板状の検知対象物を、上記受光部の受光量に基づいて検知するように構成されている光電センサであって、
上記反射面は、該反射面によって反射された光が入射する上記検知対象物の表面に対して、傾斜している
ことを特徴とする光電センサ。
【請求項２】
上記反射部は、光が上記検知対象物の表面に対して６０°以上の入射角で斜め入射するように、光を反射することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ。
【請求項３】
上記発光部は、光が上記検知対象物の反対側の表面に対して斜め入射するように、光を出射することを特徴とする請求項１または２に記載の光電センサ。
【請求項４】
上記発光部は、光が上記検知対象物の反対側の表面に対して６０°以上の入射角で斜め入射するように、光を出射することを特徴とする請求項１に記載の光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電センサに関し、例えば、検知対象物を検知する光電センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工場の製造ライン等において、ベルトコンベヤによって搬送される薄いシート状または平板状の検知対象物（例えば、紙幣、包装用紙）を検知するために、光電センサが使用されている。
【０００３】
図６は、従来の光電センサ９００の構成の一例を示す模式図である。図６に示すように、光電センサ９００は、発光部９１０と、受光部９２０とを備えている。検知対象物Ａは、紙面に垂直な方向に搬送されて、発光部９１０と受光部９２０との間を通過する。発光部９１０は、受光部９２０に向けて光を出射する。発光部９１０と受光部９２０との間を、検知対象物Ａが通過しているとき、発光部９１０から出射された光の一部が、検知対象物Ａによって反射される。そのため、発光部９１０と受光部９２０との間に、検知対象物Ａがない場合と比較して、検知対象物Ａがある場合の受光部９２０の受光量は少なくなる。したがって、光電センサ９００は、受光部９２０の受光量に基づいて、検知対象物Ａを検知することができる。
【０００４】
また、特許文献１には、発光部および受光部に加えて、ミラーをさらに備えた回帰反射型光電センサが開示されている。上記回帰反射型光電センサでは、発光部が出射した光を、ミラーが反射して、ミラーによって反射された光を受光部が受光する。この構成では、検知対象物は、発光部および受光部と、ミラーとの間で搬送される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−  １１１３６５号公報（１９９８年４月２８日公開）
【特許文献２】特開２００８−１１２６２９号公報（２００８年５月１５日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年、透明な紙幣が世界的に増加している。図６に示す光電センサ９００も、特許文献１の回帰反射型光電センサも、透明な検知対象物を検知することが困難である。上記の問題の一解決策が、特許文献２に記載されている。特許文献２に記載の光電センサは、検知対象物の表面で反射した光の非偏光成分を、偏光フィルタによってカットする。受光部は、偏光フィルタを透過した偏光成分のみを受光する。そのため、検知対象物がある場合の受光量は、検知対象物がない場合の受光量と比較して、少なくなる。しかしながら、特許文献２に記載の光電センサは、偏光フィルタおよび偏光板等の高価な光学部品を備えているので、コストが高い。また、検知対象物が偏光をあまり無偏光化しない場合、特許文献２の光電センサは、検知対象物を検知することが困難である。
【０００７】
本発明の一態様は、上記の課題に鑑みてなされたたものであり、簡素な構成で、透明な検知対象物を検知することが可能な光電センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る光電センサは、発光部と、上記発光部が出射した光を反射面で反射する反射部と、上記反射部が反射した光を受光する受光部と、を備え、上記発光部および上記受光部と、上記反射部との間にあるシート状または平板状の検知対象物を、上記受光部の受光量に基づいて検知するように構成されている光電センサであって、上記反射面は、該反射面によって反射された光が入射する上記検知対象物の表面に対して、傾斜している。
【０００９】
上記の構成によれば、出射部から反射部に向かって出射された光、および、反射部によって反射された光のうち少なくとも一方が、検知対象物の表面に対して斜め入射する。そのため、外界と検知対象物との界面において、光の一部が反射する。一般的に、光が検知対象物の表面に対して垂直入射する場合よりも、光が検知対象物の表面に対して斜め入射する場合のほうが、界面における反射率は高い（フレネル反射）。そのため、検知対象物がある場合には、光が反射される分、受光部の受光量が大きく減少する。したがって、検知対象物が透明である場合であっても、受光部の受光量の変化に基づいて、検知対象物を検知することができる。
【００１０】
従来の構成では、反射部の反射面が、検知対象物の表面と平行であるため、検知対象物の表面で反射された光の一部が、受光部に入射する場合がある。例えば、検知対象物が反射面に近接している場合、検知対象物の表面で反射された光が向かう方向は、反射面で反射された光が向かう方向とほとんど同じになる。このような場合、検知対象物の表面で反射された光の一部が、受光部に入射する。その結果、検知対象物がある場合と、検知対象物がない場合との間で、受光部の受光量の変化が小さくなり、検知対象物を検知し難くなる。一方、上記の構成によれば、反射部の反射面が、検知対象物の表面に対して傾斜しているので、検知対象物の表面で反射された光が向かう方向は、反射面で反射された光が向かう方向、つまり受光部の方向とは異なる。したがって、検知対象物の表面で反射された光は、受光部には入射しない。
【００１１】
本発明の他の一態様に係る光電センサにおいて、上記反射部は、光が上記検知対象物の表面に対して６０°以上の入射角で斜め入射するように、光を反射してもよい。
【００１２】
発明者は、透明な検知対象物について、光の入射角と透過率との関係を調査した。そして、光の入射角が６０°以上である場合、光の入射角が６０°よりも小さい場合と比較して、検知対象物の表面において反射される光の光量が極めて大きくなり、その結果、透過率が大きく低下することを利用することに想到した。上記の構成によれば、反射部によって反射された光が、検知対象物の表面に対して６０°以上の入射角で斜め入射するため、受光部の受光量が大きく減少する。したがって、特に検知対象物が透明な場合であっても、検知対象物を正確に検知することができる。
【００１３】
本発明の他の一態様に係る光電センサにおいて、上記発光部は、光が上記検知対象物の反対側の表面に対して斜め入射するように、光を出射してもよい。
【００１４】
上記の構成によれば、発光部から出射された光が、検知対象物の反対側の表面に対して斜め入射するので、外界と検知対象物との界面において、光の一部が反射する（フレネル反射）。そのため、検知対象物がある場合における受光部の受光量は、検知対象物がない場合における受光部の受光量よりも少なくなる。したがって、受光部の受光量の変化に基づいて、検知対象物を検知することができる。
【００１５】
本発明の他の一態様に係る光電センサにおいて、上記発光部は、光が上記検知対象物の反対側の表面に対して６０°以上の入射角で斜め入射するように、光を出射してもよい。
【００１６】
前述したように、光の入射角が６０°以上である場合、光の入射角が６０°よりも小さい場合と比較して、透過率が大きく低下する。上記の構成によれば、発光部から出射された光が、検知対象物の反対側の表面に対して６０°以上の入射角で斜め入射するため、透過率が大きく低下し、その結果、受光部の受光量が大きく減少する。したがって、特に検知対象物が透明な場合であっても、検知対象物を正確に検知することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一態様によれば、簡素な構成で、透明な検知対象物を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施形態１に係る光電センサが備えた要部構成の配置を示す模式図である。
【図２】実施形態１に係る光電センサを備えた検査装置の一部構成を示す図である。
【図３】実施形態１に係る光電センサが備えた発光部から出射された光の経路を示す図である。
【図４】検知対象物への光の入射角と、光の透過率との関係を示すグラフである。
【図５】実施形態２に係る反射型光電センサの構成を示す模式図である。
【図６】従来の光電センサの構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。
【００２０】
（検査装置１の構成）
図２は、実施形態１に係る検査装置１の一部構成を示す図である。図２に示すように、検査装置１は、発光部１０ａ、受光部１０ｂ、反射部２０、および搬送装置３０を備えている。発光部１０ａ、受光部１０ｂ、および反射部２０は、後述する光電センサ１００に含まれる。
【００２１】
発光部１０ａは、反射部２０に向けて、光を出射する。発光部１０ａは、例えば、ＬＥＤ（light emitting diode）またはＬＤ（Laser Diode）等の発光素子を備えている。受光部１０ｂは、例えば、フォトダイオードまたはフォトトランジスタを備えている。受光部１０ｂは、反射部２０によって反射された光を受光し、受光した光を光電変換する。また、受光部１０ｂは、光電変換によって生成した電流を、光電センサ１００あるいは検査装置１の制御部（図示せず）へ送信する。反射部２０は、発光部１０ａから受光した光を、受光部１０ｂに向けて反射する。反射部２０は、例えば、鏡面（反射面）を備えたミラーを備えている。
【００２２】
搬送装置３０は、発光部１０ａおよび受光部１０ｂと、反射部２０との間で、図２の左または右方向に、検知対象物Ａを搬送する。搬送装置３０は、例えば、検知対象物Ａの両面を挟むローラ、および、上記ローラを駆動するモータで構成されている。
【００２３】
図２では、検知対象物Ａは、シート状を有している。しかしながら、検知対象物Ａは、反射部２０に対面する１つの表面と、発光部１０ａおよび受光部１０ｂに対面する反対側の表面とを有していればよい。検知対象物Ａは、例えば、平板状を有していてもよい。検知対象物Ａは、例えば、紙幣または包装用紙である。検知対象物Ａの一部または全体は、透明な材料（例えば、ポリマー樹脂）で形成されていてもよい。
【００２４】
光電センサ１００あるいは検査装置１は、受光部１０ｂが受光した光を光電変換することによって得られた電圧値または電流値に基づいて、透過光の光量を算出する。そして、光電センサ１００あるいは検査装置１は、算出した透過光の光量に基づいて、検知対象物Ａの有無を判定する。例えば、光電センサ１００あるいは検査装置１は、透過光の光量が閾値を超えている場合、検知対象物Ａはないと判定する。一方、光電センサ１００あるいは検査装置１は、透過光の光量が閾値以下である場合、検知対象物Ａがあると判定する。
【００２５】
（光電センサ１００の構成）
図１は、光電センサ１００が備えた要部構成の配置を示す。図１に示すように、光電センサ１００において、発光部１０ａおよび受光部１０ｂは、検査装置１の搬送装置３０によって搬送される検知対象物Ａに対して同じ側にあり、反射部２０は、検知対象物Ａに対して、発光部１０ａおよび受光部１０ｂと反対側にある。換言すれば、検知対象物Ａは、１つの表面で、反射部２０と対面しており、反対側の表面で、発光部１０ａおよび受光部１０ｂと対面している。
【００２６】
図１に示すように、光電センサ１００の発光部１０ａから出射された光（出射光）は、入射角αで、検知対象物Ａに入射する。入射角αは、０°以上かつ９０°より小さい任意の角度であってよい。出射光が入射角αで検知対象物Ａに入射するとき、出射光の一部が、空気（外界）と検知対象物Ａとの界面において散乱される。また、検知対象物Ａが非透明である場合、検知対象物Ａ内を透過する間に、光は減衰する。さらに、光が検知対象物Ａから出射するとき、光の一部が、空気と検知対象物Ａとの界面において散乱される。検知対象物Ａを透過した光は、反射部２０に反射されることによって、入射角βで、検知対象物Ａに再び入射する。入射角βは、０°より大きくかつ９０°より小さい任意の角度であってよい。検知対象物Ａに入射角βで入射した光の一部が散乱される。また、検知対象物Ａが非透明である場合、検知対象物Ａ内を透過する間に、光は減衰する。光が検知対象物Ａから出射するとき、光の一部が、空気と検知対象物Ａとの界面において再び散乱される。なお、図示しないが、検知対象物Ａ内において、光は多重反射する。検知対象物Ａを透過した光（透過光）は、受光部１０ｂによって受光される。
【００２７】
なお、図１において、発光部１０ａがある位置に、発光部１０ａの代わりに、発光部１０ａからの出射光を導光する光ファイバの出射口が配置されてもよい。また、受光部１０ｂがある位置に、受光部１０ｂの代わりに、受光部１０ｂまで光を導光する光ファイバの受光口が配置されてもよい。この構成では、検査装置１（図２参照）における発光部１０ａおよび受光部１０ｂの配置の自由度が向上する。
【００２８】
従来の光電センサでは、反射部の反射面が、検知対象物の表面と平行である。そのため、例えば、検知対象物が反射面に近接している場合、検知対象物の表面で反射された光が向かう方向は、反射面で反射された光が向かう方向とほとんど同じになる。このような場合、検知対象物の表面で反射された光の一部が、受光部に入射する。その結果、検知対象物がある場合と、検知対象物がない場合との間で、受光部の受光量の変化が小さくなり、検知対象物を検知し難くなる。
【００２９】
一方、図１から分かるように、実施形態１に係る光電センサ１００では、検知対象物Ａの表面と、反射部２０の反射面とが、互いに異なる方向を向いている。したがって、反射部２０によって反射された光は、受光部１０ｂに入射するが、検知対象物Ａの表面で反射された光は、受光部１０ｂに入射しない。したがって、検知対象物Ａの表面で反射された光は、受光部１０ｂの受光量の変化にほとんど影響しない。
【００３０】
（入射角αと透過率ｔとの関係）
図３は、発光部１０ａから出射された光が検知対象物Ａに入射するときの入射角αと、検知対象物Ａを透過する光の透過率ｔとの関係を示す図である。透過率ｔは、検知対象物Ａに入射する光の光量に対する、検知対象物Ａを透過する光の光量の割合である。ここで、図３において、検知対象物Ａは、具体的には、屈折率１．５を有する、透明なポリマー樹脂製のシートである。検知対象物Ａの周囲は空気である。図３に示すように、一般的に、入射角αによって、光の透過率ｔは異なる。例えば、入射角αが０°である場合、透過率ｔは約０．９２である。一方、入射角αが６０°である場合、透過率ｔは約０．８３である。なお、図示しないが、反射部２０によって反射された光の入射角βと、検知対象物Ａを透過する光の透過率ｔとの関係も同じである。
【００３１】
図４は、光の入射角α，βと、光の透過率ｔとの関係を示すグラフである。図４に示すように、一般的に、入射角α，βが大きくなるほど、透過率ｔは小さくなる。入射角α，βに応じて、光の透過率ｔが変化する理由は、入射角α，βが大きくなるほど、空気と検知対象物Ａとの界面でフレネル反射される光の割合が高くなるからである。なお、入射角α，βが大きくなるほど、検知対象物Ａ内を透過する光の光学距離が長くなるので、検知対象物Ａが完全に透明でない場合には、検知対象物Ａ内において光が減衰することも、透過率ｔが小さくなる理由である。
【００３２】
実施形態１の構成によれば、発光部１０ａから出射された光が、検知対象物Ａの表面に対して、斜め方向に（つまり０°より大きくかつ９０°より小さい入射角αで）入射する。また、反射部２０によって反射された光が、検知対象物Ａの表面に対して、斜め方向に（つまり０°より大きくかつ９０°より小さい入射角βで）入射する。そのため、検知対象物Ａの表面に対して、光が垂直方向に入射する構成と比較して、フレネル反射率が上昇する（図３参照）。これにより、受光部１０ｂの受光量が減少する。なお、検知対象内を透過する光学距離が長い為、特に検知対象物Ａが非透明である場合、検知対象物Ａ内で光が減衰することによって、透過率ｔがさらに低下する。これによっても、受光部１０ｂの受光量が減少する。
【００３３】
図４から分かるように、入射角α，βが約６０°以上である場合、入射角α，βが大きくなるに従って、透過率ｔは急激に小さくなる。透過率ｔが小さくなるほど、光電センサ１００の受光部１０ｂの受光量は減少するので、受光量の変化に基づいて、検知対象物Ａの有無をより正確に判定できるようになる。したがって、入射角α，βは、６０°以上であることが望ましい。
【００３４】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００３５】
（光電センサ２００の構成）
図５は、実施形態２に係る光電センサ２００の構成を示す模式図である。図５に示すように、実施形態２に係る光電センサ２００でも、前記実施形態１に係る光電センサ１００と同様に、発光部１０ａおよび受光部１０ｂは、検知対象物Ａに対して同じ側にあり、反射部２０は、検知対象物Ａに対して、発光部１０ａおよび受光部１０ｂと反対側にある。
【００３６】
実施形態２では、発光部１０ａから出射された光が検知対象物Ａに入射するときの入射角αが、約０°である。すなわち、発光部１０ａから出射された光は、検知対象物Ａの表面に対して、ほぼ垂直に入射する。一方、反射部２０によって反射された光が検知対象物Ａに入射するときの入射角βは、前記実施形態１と同様に、０°よりも大きく、好ましくは約６０°以上である。すなわち、実施形態２では、発光部１０ａの光軸と受光部１０ｂの光軸とが、０°よりも大きく、好ましくは約６０°以上の角度で交差する、と言い換えることもできる。
【００３７】
なお、図５において、発光部１０ａと受光部１０ｂの位置は入れ替わってもよい。この構成では、発光部１０ａから出射された光は、検知対象物Ａの表面に対して、０°よりも大きく、好ましくは約６０°以上の入射角αで入射する。また、反射部２０によって反射された光は、検知対象物Ａの表面に対して、ほぼ垂直に入射する。すなわち、入射角βは約０°である。
【００３８】
実施形態２の構成によれば、前記実施形態１の構成と比較して、発光部１０ａと反射部２０との間の距離が短くなる。そのため、検査装置１（図２参照）をよりコンパクトにすることができる。さらに、実施形態２の構成によれば、反射部２０が光を反射する方向を変えることによって、受光部１０ｂが透過光を受光する位置を簡単に変えることができる。例えば、検知対象物Ａが白紙である場合、発光部１０ａと受光部１０ｂとが近過ぎれば、反射部２０によって反射されて受光部１０ｂに入射する光の光量よりも、検知対象物Ａによって反射されて受光部１０ｂに入射する光の光量の方が多くなるため、対象物を検出できない可能性がある。このような場合に、反射部２０が光を反射する方向を調整して、発光部１０ａと受光部１０ｂとを遠ざけることによって、検知対象物Ａによって反射された光が受光部１０ｂに入射しないようにすることができる。
【００３９】
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。
【符号の説明】
【００４０】
１００、２００  光電センサ
１０ａ  発光部
１０ｂ  受光部
２０  反射部
【図１】
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【図２】
2018147579.tif 000004
【図３】
2018147579.tif 000005
【図４】
2018147579.tif 000006
【図５】
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【図６】
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