(57)【要約】      （修正有）【課題】用いられる制御光源の数が制限され、物体の通過の検出が信頼できるマルチビーム検出システムを提供する。【解決手段】投光器部分１と受光器部分２とを備える検出システムに関し、投光器部分１は少なくとも、主光ビームＦｐを生成する１つの光源１０と、主光ビームＦｐの第１の部分Ｆｐ１から第１の反射光ビームＦｒ１を生成するように配置された反射ゾーン１１０、及び、反射ゾーン１１０を通って作製され且つ主光ビームＦｐの第２の部分Ｆｐ２を通過させるように配置された開口部１１１、を備える１つの第１の要素１１と、主光ビームＦｐの第２の部分Ｆｐ２から第２の反射光ビームＦｒ２を生成するように配置された反射ゾーン１２０を備える１つの第２の要素１２とを備える。【選択図】図１
2015233006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光器部分（１）と受光器部分（２）とを備える検出システムであって、
前記投光器部分（１）は少なくとも、
主光ビーム（Ｆｐ）を生成するように配置された１つの光源（１０）と、
前記主光ビームの第１の部分（Ｆｐ１）から第１の反射光ビーム（Ｆｒ１）を生成するように配置された反射ゾーン（１１０）と、前記反射ゾーンを通って作製され且つ前記主光ビームの第２の部分（Ｆｐ２）を通過させるように配置された第１の開口部（１１１）と、を備える１つの第１の要素（１１）と、
前記主光ビームの前記第２の部分（Ｆｐ２）から第２の反射光ビーム（Ｆｒ２）を生成するように配置された反射ゾーン（１２０）を備える１つの第２の要素（１２）と、
を備え、
前記受光器部分（２）は、光受容手段と、前記光受容手段に接続され且つ前記光受容手段によって出力された複数の生成電気信号に応じて検出状態を決定するように配置された処理ユニットと、を備えることを特徴とする検出システム。
【請求項２】
前記第２の要素（１２）は、前記反射ゾーンを通って作製され且つ前記主光ビームの第３の部分（Ｆｐ３）を通過させるように配置された第２の開口部（１２１）を備え、
前記投光器部分（１）は、前記主光ビームの前記第３の部分（Ｆｐ３）から第３の反射光ビーム（Ｆｒ３）を生成するように配置された反射ゾーン（１３０）を有する第３の要素（１３）を備える、
ことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１の開口部（１１１）及び前記第２の開口部（１２１）は、前記光源（１０）の軸上に置かれていることを特徴とする、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記第２の開口部（１２１）は、前記第１の開口部（１１１）の開口横断面よりも小さい開口横断面を有することを特徴とする、請求項２及び３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の開口部（１１１）は、前記主光ビーム（Ｆｐ）の直径よりも小さい開口横断面を有することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記光受容手段は、
前記第１の反射光ビーム（Ｆｒ１）を受け取るように配置された第１の光受容デバイス（２１）と、
前記第２の反射光ビーム（Ｆｒ２）を受け取るように配置された第２の光受容デバイス（２２）と、
前記第３の反射光ビーム（Ｆｒ３）を受け取るように配置された第３の光受容デバイス（２３）と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項７】
前記受光器部分（２）は、前記第１の反射光ビーム（Ｆｒ１）を前記第１の光受容デバイス（２１）上に収束させるように配置された第１の収束レンズ（４１）を備えることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記受光器部分（２）は、前記第２の反射光ビーム（Ｆｒ２）を前記第２の光受容デバイス（２２）上に収束させるように配置された第２の収束レンズ（４２）を備えることを特徴とする、請求項６及び７のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項９】
前記受光器部分（２）は、前記第３の反射光ビーム（Ｆｒ３）を前記第３の光受容デバイス（２３）上に収束させるように配置された第３の収束レンズ（４３）を備えることを特徴とする、請求項６から８のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記光受容手段は、単一の光受容デバイス（２００）を備え、前記受光器部分は、前記第１の反射光ビーム（Ｆｒ１）、前記第２の反射光ビーム（Ｆｒ２）、及び前記第３の反射光ビーム（Ｆｒ３）をそれぞれこの光受容デバイスの方へ向けるように配置された反射ゾーン（２１０、２２０、２３０）が各要素に設けられた一組の要素を備える、ことを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項１１】
前記受光器部分（２）は、前記第１の反射光ビーム（Ｆｒ１）を反射して第１の二次光ビーム（Ｆｓ１）を生成するように配置された第１の反射ゾーン（２１０）と、前記第２の反射光ビーム（Ｆｒ２）を反射するように配置された第２の反射ゾーン（２２０）とを備え、前記第１の反射ゾーンは、第２の二次光ビームを通過させるための開口部を備える、ことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記受光器部分は、前記第３の反射光ビーム（Ｆｒ３）を反射して第３の二次光ビーム（Ｆｓ３）を生成するように配置された第３の反射ゾーン（２３０）を備え、前記第２の反射ゾーンは、前記第３の二次光ビーム（Ｆｓ３）を通過させるように配置された開口部を備える、ことを特徴とする請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記受光器部分の前記第２の反射ゾーン（２２０）の前記開口部は、前記第３の二次光ビーム（Ｆｓ３）の軸上に設置され、前記受光器部分の前記第１の反射ゾーンの前記開口部は、前記第２の二次光ビーム（Ｆｓ２）及び前記第３の二次光ビーム（Ｆｓ３）の軸上に設置されていることを特徴とする、請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１の反射ゾーン（２１０）の前記開口部は、前記第２の反射ゾーン（２２０）の前記開口部の開口横断面よりも大きく且つ前記第１の二次光ビーム（Ｆｓ１）の直径よりも小さい開口横断面を有することを特徴とする、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記投光器部分（１）及び前記受光器部分（２）は、光学フォーク（３）に配置され、前記投光器部分（１）は、前記光学フォークの第１のアーム（３０）に配置され、前記受光器部分（２）は、前記光学フォークの第２のアーム（３１）に配置されている、ことを特徴とする請求項１から１４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項１６】
前記光源（１０）は、発光ダイオードであることを特徴とする、請求項１から１５のいずれか一項に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検出システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、光学フォーク（optical fork）は、投光器部分を含む第１のアーム及び受光器部分を含む第２のアームを備える。
【０００３】
投光器部分は、受光器部分に伝送される光ビームを生成する光源を備える。フォークの２つのアーム間での物体の通過は、光ビームが物体によって遮られるときに、従って受光器部分がもはや伝送される光ビームを受け取らないときに検出される。
【０００４】
ある応用、例えば平行に駆動される複数のベルトの検出では、マルチビーム光学フォーク検出システムを用いることが、必要である。投光器部分はその時、複数の光ビームを受光器部分の方へ放出する。これを行うために、文書米国特許第４６５９１８５号及びＣＮ２０２０９２６６６Ｕで述べられるような既存の解決策は、光学プリズムからの反射を介して２つ以上の光ビームを生成する光源を使用する。これらの解決策では、１つの軸上の主ビーム及び指向性二次ビームを生成するように反射の角度を制御することが、可能である。主ビームは、好ましくは互いに平行である複数の指向性ビームを形成するために、第２のプリズムの方へ、次いで第３のプリズムの方へ伝搬される。光源の数を制限するために開発されたこれらの解決策は、多くの反射ビーム及び／又は実質的なビーム長さが生成されることを許さない。具体的には、プリズムを通り抜ける各通過は、出射主ビームの強度を低下させ、それ故に次の指向性ビームの強度を低下させる。それ故に、受光器によって受け取られる光強度は、平衡を保たれず、検出状態を決定することをより困難にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第４６５９１８５号
【特許文献２】ＣＮ２０２０９２６６６Ｕ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、用いられる制御光源の数が制限され、物体の通過の検出が信頼できるマルチビーム検出システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、投光器部分と受光器部分とを備える検出システムであって、
投光器部分は少なくとも、
主光ビーム（main light beam）を生成するように配置された１つの光源と、
主光ビームの第１の部分から第１の反射光ビームを生成するように配置された反射ゾーンと、反射ゾーンを通って作製され且つ主光ビームの第２の部分を通過させるように配置された第１の開口部と、を備える１つの第１の要素（element）と、
主光ビームの第２の部分から第２の反射光ビームを生成するように配置された反射ゾーンを備える１つの第２の要素と、
を備え、
受光器部分は、光受容手段（photoreceptor means）と、光受容手段に接続され且つ光受容手段によって出力された複数の生成電気信号（generated electrical signal）に応じて検出状態を決定するように配置された処理ユニットを備える、検出システムによって達成される。
【０００８】
有利には、第２の要素は、反射ゾーンを通って作製され且つ主光ビームの第３の部分を通過させるように配置された第２の開口部を備え、投光器部分は、主光ビームの第３の部分から第３の反射光ビームを生成するように配置された反射ゾーンを有する第３の要素を備える。
【０００９】
有利には、第１の開口部及び第２の開口部は、光源の軸上に置かれている。
【００１０】
有利には、第２の開口部は、第１の開口部の開口横断面（aperture cross section）よりも小さい開口横断面を有する。
【００１１】
有利には、第１の開口部は、主光ビームの直径よりも小さい開口横断面を有する。
【００１２】
第１の変形実施形態によると、光受容手段は、
第１の反射光ビームを受け取るように配置された第１の光受容デバイスと、
第２の反射光ビームを受け取るように配置された第２の光受容デバイスと、
第３の反射光ビームを受け取るように配置された第３の光受容デバイスと、
を備える。
【００１３】
この第１の変形実施形態によると、受光器部分は、第１の反射光ビームを第１の光受容デバイス上に収束させるように配置された第１の収束レンズを備える。
【００１４】
この第１の変形実施形態によると、受光器部分は、第２の反射光ビームを第２の光受容デバイス上に収束させるように配置された第２の収束レンズを備える。
【００１５】
この第１の変形実施形態によると、受光器部分は、第３の反射光ビームを第３の光受容デバイス上に収束させるように配置された第３の収束レンズを備える。
【００１６】
第２の変形実施形態によると、光受容手段は、単一の光受容デバイスを備え、受光器部分は、第１の反射光ビーム、第２の反射光ビーム、及び第３の反射光ビームをそれぞれこの光受容デバイスの方へ向けるように配置された反射ゾーンが各要素に設けられた一組の要素を備える。
【００１７】
この第２の変形実施形態によると、受光器部分は、第１の反射光ビームを反射して第１の二次光ビームを生成するように配置された第１の反射ゾーンと、第２の反射光ビームを反射するように配置された第２の反射ゾーンとを備え、第１の反射ゾーンは、第２の二次光ビームを通過させるための開口部を備える。
【００１８】
この第２の変形実施形態によると、受光器部分は、第３の反射光ビームを反射して第３の二次光ビームを生成するように配置された第３の反射ゾーンを備え、第２の反射ゾーンは、第３の二次光ビームを通過させるように配置された開口部を備える。
【００１９】
この第２の変形実施形態によると、受光器部分の第２の反射ゾーンの開口部は、第３の二次光ビームの軸上に設置され、受光器部分の第１の反射ゾーンの開口部は、第２の二次光ビーム及び第３の二次光ビームの軸上に設置されている。
【００２０】
この第２の変形実施形態によると、第１の反射ゾーンの開口部は、第２の反射ゾーンの開口部の開口横断面よりも大きく且つ第１の二次光ビームの直径よりも小さい開口横断面を有する。
【００２１】
有利には、投光器部分及び受光器部分は、光学フォークに配置され、投光器部分は、光学フォークの第１のアームに配置され、受光器部分は、光学フォークの第２のアームに配置されている。
【００２２】
有利には、光源は、発光ダイオードである。
【００２３】
他の特徴及び利点は、次の図に関して与えられる次の詳細な説明から明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】例えば光学フォークの形で配置された本発明の検出システムを概略的に例示する図である。
【図２】図１での検出システムの変形実施形態を示す図である。
【図３】縦断面図を介して主放出光ビームを複数の部分に分割する原理を例示する図である。
【図４】本発明の検出システムの変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本発明の検出システムは、投光器部分１及び受光器部分２を備える。
【００２６】
本発明の検出システムは、図１及び図２で示される２つの変形実施形態のどちらかに従って作製されてもよい。
【００２７】
図１及び図２を参照すると、本発明のシステムは例えば、中央連結部分（central linking portion）３２によって一緒に接続された２つの平行アーム３０、３１を有する光学フォーク３の形を取ることになり、投光器部分は、第１のアームに配置され、受光器部分は、第２のアームに配置されている。もちろん、本発明を他の種類のデバイスで、例えば光カーテンで実施することを想像することは、可能である。
【００２８】
投光器部分１は、主光ビームＦｐと呼ばれる光ビームを生成するように配置された光源１０を備える。有利には、この光源１０は、発光ダイオードである。光源１０は、制御ユニットを使用して制御される。
【００２９】
本発明のシステムは、主光ビームＦｐを複数の部分（Ｆｐ１、Ｆｐ２、Ｆｐ３）に分割すること、及び複数の反射光ビームを生成するために主光ビームの部分のそれぞれを反射することにあるビーム分割器原理を使用し、その反射光ビームは、システムの受光器部分２の方へ伝送される。反射光ビームはすべて、同様の光強度値を有し、この値は、物体が検出されるのを確実にするために十分に高い。
【００３０】
次の説明は、３つの反射ビームを生成して検出するためのシステムに関して与えられるが、しかし本発明は、この数のビームに限定されず、本発明の原理は、２つからｎ個の反射光ビーム（ｎは２以上である）を生成して検出するために用いられてもよい。
【００３１】
投光器部分１は、主光ビームＦｐの第１の部分Ｆｐ１から第１の反射光ビームＦｒ１を生成するように配置された反射ゾーン１１０を設けられた第１の要素１１を備え、主光ビームのこの第１の部分Ｆｐ１は、その外部リングに対応する（図３）。反射ゾーンは更に、主光ビームＦｐの第２の部分Ｆｐ２を第２の要素１２の方へ案内するように配置された第１の光ガイドを形成する開口部１１１を備え、主光ビームのこの第２の部分Ｆｐ２は、その外部リングの内側に位置する部分である。
【００３２】
第２の要素１２はまた、主光ビームの第２の部分Ｆｐ２から第２の反射光ビームＦｒ２を生成するように配置された反射ゾーン１２０も備える。
【００３３】
本発明のシステムはそれ故に、受光器部分２の方へ向けられる２つの分離した反射光ビームＦｒ１、Ｆｒ２を主光ビームから生成することを可能にする。
【００３４】
有利には、第２の要素１２の反射ゾーン１２０はまた、主光ビームＦｐの第３の部分Ｆｐ３を第３の要素１３の方へ案内することを目的とする第２の光ガイドを形成する開口部１２１を備えてもよい。開口部１１１及び開口部１２１は、光源１０によって生成される主光ビームＦｐの軸上に位置合わせされる。
【００３５】
本発明によると、光ビームを３つの部分に分割することを可能にするために、開口部１２１の開口横断面は、開口部１１１の開口横断面よりも小さく、開口部１１１の開口横断面は、主光ビームＦｐの直径よりも小さい。この分割原理は、ｎ個の反射光ビームの形成に一般化されてもよい。
【００３６】
第３の要素１３はまた、主光ビームＦｐの第３の部分Ｆｐ３を反射し、それ故に第３の反射光ビームＦｒ３を生成するように配置された反射ゾーン１３０も備える。
【００３７】
有利には、第１の要素１１、第２の要素１２及び第３の要素１３はそれぞれ、非球面ミラーを備え、前述の反射ゾーン１１０、１２０、１３０のそれぞれを形成する。ミラーは、主光ビームＦｐの各部分を反射し、好ましくは平行に３つの反射光ビームＦｒ１、Ｆｒ２、Ｆｒ３を、好ましくは主光ビームＦｐに垂直に生成するために、隣接して配置されている。
【００３８】
光学フォーク３のケーシングはもちろん、反射光ビームが受光器部分の方へ通過するのを可能にする開口部３３を備える。
【００３９】
図１で示される第１の変形実施形態では、受光器部分２は、分離した反射光ビームＦｒ１、Ｆｒ２、Ｆｒ３の軸上にそれぞれ配置された複数の光受容デバイス２１、２２、２３を備える。受光器部分２は、少なくとも２つの光受容デバイス２１、２２、及び有利には上で述べられた３つの反射光ビームを検出するために少なくとも３つの光受容デバイスを備える。
【００４０】
有利には、光受容デバイス２１、２２、２３は、光学フォーク３のケーシングの第２のアーム３１に収納される同じ電子ボード２０に固定される。
【００４１】
有利には、各光受容デバイス２１、２２、２３について、受光器部分２は、それ専用の光受容デバイスの方へ反射される光ビームをその上に収束させるように配置された収束レンズ４１、４２、４３を備える。各収束レンズ４１、４２、４３は、反射光ビーム及びそれが関連付けられる光受容デバイスの軸上で、ケーシングに組み込まれる。
【００４２】
本システムに組み込まれる又はその外部の処理ユニットＵＣは、各光受容デバイス２１、２２、２３によって出力された電気信号を処理して検出状態を決定するように配置されている。この処理ユニットＵＣは例えば、光学フォーク３の中央部分３２に収納され且つ受光器部分２に接続される電子ボードに固定される。
【００４３】
図２で示される第２の変形実施形態では、受光器部分２としては、単一の光受容デバイス２００を備え、それの方へ反射光ビームＦｒ１、Ｆｒ２、Ｆｒ３は、すべて向けられる。これを行うために、受光器部分２は、各反射光ビームについて、第１の反射光ビームＦｒ１、第２の反射光ビームＦｒ２及び第３の反射光ビームＦｒ３を反射し且つこのようにして形成された二次ビームＦｓ１、Ｆｓ２、Ｆｓ３を光受容デバイス２００の方へ向けるように配置された反射ゾーン２１０、２２０、２３０をそれぞれ設けられた要素を備える。これらの要素のそれぞれは、非球面ミラーの形を取る。反射ゾーン２２０は、反射ゾーン２３０から生じる二次光ビームＦｓ３を通過させる目的の開口部を有し、反射ゾーン２１０もまた、反射ゾーン２２０及び２３０からそれぞれ生じる二次光ビームＦｓ３、Ｆｓ２を通過させる目的の開口部を有する。反射ゾーン２１０の開口部の開口横断面は、反射ゾーン２２０の開口部の開口横断面よりも大きく且つ反射ゾーン２１０からの第１の反射光ビームＦｒ１の反射から生じる二次光ビームＦｓ１の直径よりも小さい。光受容デバイス２００は、二次光ビームを集めるために前記開口部の軸上に位置するように配置されている。本システムに組み込まれる又はその外部の処理ユニットＵＣは、光受容デバイス２００によって出力された電気信号を処理して検出状態を決定するように配置されている。この処理ユニットＵＣは例えば、光学フォーク３の中央部分３２に収納され且つ受光器部分２に接続される電子ボードに固定される。処理ユニットＵＣは、光受容デバイス２００によって受け取られたビームを解析し、集められたビームの状態に応じて状態の変化を伝える又は伝えない。
【００４４】
本発明の検出システムはそれ故に、ただ１つの光源１０、即ちただ１つの発光ダイオード、及びこの光源を制御するためのただ１つのユニットを用いながら、複数の光ビームが生成されることを可能にする。
【００４５】
用いられる非球面ミラーの反射ゾーンの反射する性質は例えば、湾曲したプラスチック片に実施される金属化プロセスによって得られることになる。
【００４６】
反射ゾーンを通って作製される開口部のサイズ及びそれらの面積の比は、生成される光ビームの強度が平衡を保たれることを可能にする。平衡を得る別の方法は、１つ又は複数の光受容デバイスからの出力として生成される電気信号の増幅の利得を調整することにある。
【００４７】
各光受容デバイス２１、２２、２３の感知ゾーンにわたる光強度の分布を改善する目的で、光ファイバーのセグメントを光受容デバイスの入力に加えることもまた可能である。
【００４８】
上で述べられたすべての特徴を有する変形実施形態として、本発明の検出システムは、複数の光源及び単一の光受容デバイス２００を備えてもよい。図４は、そのようなアーキテクチャを示す。この図では、本システムの投光器部分１は、発光ダイオードでそれぞれ構成される３つの光源１００、１０１、１０２を備える。各光源は、受光器部分２の方へ向けられる光ビームＦ１、Ｆ２、Ｆ３を生成する。用いられる受光器部分２は、そのアーキテクチャ及びその動作において図２に関して上で述べられたそれと同一である。反射ゾーン２１０、２２０、２３０からのビームＦ１、Ｆ２、Ｆ３の反射から生じるビームＦ１０、Ｆ２０、Ｆ３０は、光受容デバイス２００の方へ伝送される。
【符号の説明】
【００４９】
１  投光器部分
２  受光器部分
３  光学フォーク
１０  光源
１１  第１の要素
１２  第２の要素
１３  第３の要素
２０  電子ボード
２１  光受容デバイス
２２  光受容デバイス
２３  光受容デバイス
３０  第１のアーム
３１  第２のアーム
３２  中央連結部分
３３  開口部
４１  収束レンズ
４２  収束レンズ
４３  収束レンズ
１００  光源
１０１  光源
１０２  光源
１１０  反射ゾーン
１１１  開口部
１２０  反射ゾーン
１２１  開口部
１３０  反射ゾーン
２００  光受容デバイス
２１０  反射ゾーン
２２０  反射ゾーン
２３０  反射ゾーン
Ｆ１  光ビーム
Ｆ２  光ビーム
Ｆ３  光ビーム
Ｆ１０  ビーム
Ｆ２０  ビーム
Ｆ３０  ビーム
Ｆｐ  主光ビーム
Ｆｐ１  主光ビームの第１の部分
Ｆｐ２  主光ビームの第２の部分
Ｆｐ３  主光ビームの第３の部分
Ｆｒ１  第１の反射光ビーム
Ｆｒ２  第２の反射光ビーム
Ｆｒ３  第３の反射光ビーム
Ｆｓ１  第１の二次光ビーム
Ｆｓ２  第２の二次光ビーム
Ｆｓ３  第３の二次光ビーム
ＵＣ  処理ユニット
【図１】
2015233006.tif 000003
【図２】
2015233006.tif 000004
【図４】
2015233006.tif 000005
【図３】
2015233006.tif 000006
【外国語明細書】
2015233006000001.pdf