(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検知エリア内の輻射波を受光する受光部と、この受光部により受光された受光エネルギに基づいて、検知エリア内における被検出体の有無を判別する検出部と、上記受光部の前段に上記検知エリア内の感度を均一とするための光学的補正手段とが設けられた光学センサにおいて、上記光学的補正手段は、表面の形状が当該ミラー面の内側に向かって曲率半径が小さくなる球面の集合体からなるミラーであり、このミラーは、当該ミラーを反射する輻射波の反射角度を横軸に、その反射角度における感度を縦軸にとることにより得られる感度分布図として示される検知エリア領域が上記横軸に沿って所定の分割数で等間隔に分割された各検知エリア領域の面積の当該検知エリア領域全体の面積に対する比である各エネルギ比率を、上記各エネルギ比率の総和に対する上記分割数の比である当該エネルギ比率の平均値となるように、上記受光エネルギを順次隣接する検知エリア領域に分散させるよう、反射光の反射角度が設定された反射面とされていることを特徴とする光学センサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、検知エリア内の輻射波を受光することにより、被検出体の存在の有無を検出する光学温度センサ等、光を受光し、その受光量による信号処理を行う光学センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、図７（Ａ）  に示すように、梱包ライン５３における梱包物５１に付着したホットメルト５４の付着の良否を判定するといった用途においては、所定の検知エリア５２が設定された検出素子５０によって、被検出体９５ａ，９５ｂであるホットメルト５４の熱放射を受光し、付着の良否を判定する技術がある。この検出素子５０は、図８に示すように、熱放射を受光する受光部５０ａおよびこの受光部５０ａにより受光された受光エネルギに基づいて被検出体９５ａ，９５ｂの有無を検出する検出部５０ｂによって構成されている。従来のこうした装置構成においては、検出素子５０から放射される光束は平面ミラーなどの単一ミラーによって検知エリア５２に導かれる構成となっている。この構成では、図９に示すように検出素子５０が放射角度に関係なく感度が均一ならば、光束５１は放射状となる。しかし、検知エリア５２においては、検出素子５０との距離が大きくなるにしたがい光束５１は疎となり、距離が近くなるにしたがい光束５１は密になる（ｄn ＜ｄw ）。
この検出素子５０の感度分布は図８に示すように、感度は中央部が密、外側になるに従って疎となる感度分布９９となっており、均一とはなっていない。
【０００３】
また、図７（Ｂ）に示すような複数の被検出体がある場合、複数の小さな温度センサ８１‥８１を並べる構成を用いたり、あるいはＣＣＤセンサ等が用いられる。また、他の手段として、図７（Ｃ）に示すように、１つのセンサ８２を用い、ライン幅をカバーするように検知エリア８３を広げる方法が用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように上記の従来技術においては、均一な感度分布とはなっていないため、例えばホットメルト付着良否判定検出装置では、ビードが通る位置にばらつきが生じるとビードの存在の有無は認識できるものの、その信号量はセンサの感度分布に左右され正確な検出ができない。また、図７（Ｂ）の構成やＣＣＤを用いた構成では高価でコスト高となる上、判定処理も複雑となる問題がある。さらに、図７（ｃ）の構成を用いた場合、視野内の感度分布は図８に示すような感度分布であるため、同じ温度であって、「良」と判定されるべき場合であっても、被検出体の通過位置によって「不良」と判定されてしまう問題があった。
【０００５】
本発明はこうした問題を解決するためになされたもので、検知エリアよりも小さな被検出体の発する光信号を感度分布に左右されずに、視野内のどこを通過しても一定の信号を得ることができ、感度が均一化された光学センサを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の光学センサは、その基本ブロック図である図１を参照しながら説明すると、検知エリア内の輻射波を受光する受光部２と、この受光部２により受光された受光エネルギに基づいて、検知エリア４内における被検出体の有無を判別する検出部３と、上記受光部２の前段に検知エリア４内の感度を均一とするための光学的補正手段１とが設けられた光学センサにおいて、上記光学的補正手段１は、表面の形状が当該ミラー面の内側に向かって曲率半径が小さくなる球面の集合体からなるミラーであり、このミラーは、当該ミラーを反射する輻射波の反射角度を横軸に、その反射角度における感度を縦軸にとることにより得られる感度分布図として示される検知エリア領域が上記横軸に沿って所定の分割数で等間隔に分割された各検知エリア領域の面積の当該検知エリア領域全体の面積に対する比である各エネルギ比率を、上記各エネルギ比率の総和に対する上記分割数の比である当該エネルギ比率の平均値となるように、上記受光エネルギを順次隣接する検知エリア領域に分散させるよう、反射光の反射角度が設定された反射面とされていることによって特徴付けられる。
【０００９】
【作用】
被検出体５ａ，５ｂが図中における矢符Ｘの向きに移動し、検知エリア４を通過する時、検出が行われる。光学的補正手段１により、この検知エリア４の感度が均一とされるので、被検出体５ａ，５ｂからの光の受光量が等しければ、受光部２で受光される受光エネルギは等しく、各々の受光エネルギに基づく電流値が検出部３に入力されるので、被検出体５ａ，５ｂは検知エリア内の通過領域が異なっても等しい感度で検出される。
【００１０】
光学的補正手段１として、本願の実施の形態に対応する図２に示すような複合ミラー３０を用いた場合、この実施の形態を説明するための図４を参照しながら、本発明の作用を具体的に説明する。なお、ここではセンサを発光源とみなした場合、検知エリアの照度が均一となることと等価であるのでセンサを発光源とみなして説明する。
【００１１】
単一ミラーによって放射される光束はミラー面の内側に向かうにしたがって密になり、感度分布はその中央部が非常に高い形状となっている。そこで、ミラー面がそのミラー面の外側に向かうにしたがって曲率半径が大きくなる球面形状をもつ構成とすれば、単一ミラー面で反射される例えば点ｍ2 から点ｍ21に向かう光はミラー部分Ｍ3 （ミラー部分Ｍ3 の曲率半径＜ミラー部分Ｍ4 の曲率半径）によって点ｎ2 から点ｓ16に向かう光となり、エリア領域Ａにおける反射光はエリア領域Ａw に広がり、反射光をよりミラー面の外側に分散させることができる。同様に点ｍ3 から点ｍ31に向かう光はミラー部分Ｍ4 によって点ｎ3 から点ｓ20に向かう光となり、エリア領域Ｂにおける反射光はエリア領域Ｂw に広がり、さらに反射光を順にミラー面の外側に分散させていくことができる。このようにして光エネルギを中央部分から外側部分に分散させることができ、感度は均一化される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１４】
図７（Ａ）は本願の実施の形態に適用されるホットメルト付着良否判定装置の要部構成図である。
【００１５】
このホットメルト付着検出装置は、搬送ベルト５３によって搬送されるワーク５１‥５１に付着されたビード５４についてその付着の良否を判定する赤外線温度センサ５０を備えた構成となっている。この赤外線温度センサ５０には、図示していないが、光学的補正手段、すなわち、投光素子から出射される所定の放射角度をもった光束を、設定すべき検知エリア５２の中央部分から外側部分に分散させるための光学系として、図２に示す複合ミラー３０が設けられており、さらに検知エリア５２内の輻射波を受光する受光素子と、この受光素子により受光された受光エネルギに基づいて、そのビード５４の有無を判別する検出部が備えられている。この複合ミラー３０の構成により、この赤外線温度センサ５０の感度は均一化された構成となっている。以下に、この複合ミラー３０について説明する。
【００１６】
図２（Ａ）は本実施の形態の複合ミラーの斜視図、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＡ−Ａ断面図、図２（Ｃ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【００１７】
この複合ミラー３０は、表面がアルミニウム蒸着によって被覆され、反射面３１における形状がその反射面３１の内側に向かって曲率半径が小さくなる球面３１ａ，３１ｂの集合体からなる。この曲率半径は複合ミラー３０の感度設定によって適宜決定される。この反射面３１の形状を決定する方法を図３および図４を参照しながら、以下に説明する。
【００１８】
図３は単一ミラーを用いた場合の光学センサ２０の感度分布を示す図である。横軸は角度、縦軸は感度を示す。ここで横軸を等間隔のエリア領域に分ける。本実施の形態では１０等分に分けて、それぞれの面積の比率を求めると表１のようになる。
【００１９】
【表１】
0004155366.tif 000002
【００２０】
検知エリアＡ‥Ｅのエネルギ比率の平均を求めると１０％となり、各エリア領域のエネルギ比率を１０％とすることでエネルギを均一化できる。本実施の形態における感度を均一化する手法は、この平均値１０％を超えるエネルギ比率を有する検知エリア領域において、その超えた光エネルギをその外側の検知エリア領域へ順次隣接する検知エリアへ拡げるための光学系を配設することによって光の進路を制御し、エネルギ比率の均一化を図るようにするものである。
【００２１】
図４はこうした光の進路を制御するための光学系としてミラーを用い、そのミラー表面の形状を決定する方法を説明するための図である。
【００２２】
点Ｏ1 は素子位置を示し、点Ｏ2 はミラーＭ1 がなかった場合の素子位置で、点Ｏ1 の虚像である。ミラーＭ1 は素子に対して４５度傾いて設置されている。素子からの光の進路はそれぞれ矢印で示される。点Ｏ1 から放射された光Ｌ1 はミラーＭ1 上の点ｍ1 で反射し、その反射光は検知エリア上の点ｍ11に到達する。一方この光Ｌ1 より１０°の広がった放射角度の光Ｌ2 はミラーＭ1 が存在する場合はミラーＭ1 上の点ｍ2 で反射し、その反射光は検知エリア上の点ｍ21に到達する。このような光束によって形成される検知エリア領域Ａにおけるエネルギ比率は表１に示すように、平均より６％多い。この６％分のエネルギを隣接する検知エリア領域Ｂに拡散させるために、Ｏ2-ｍ1-ｍ11の直線から１６度拡がった直線Ｏ2-ｓ16の範囲に反射光を拡散させるようミラーＭ3 を設定する。このミラーＭ3 の反射面の形状は、直線Ｏ1-ｍ2 と直線Ｏ2-ｓ16との交点ｎ2 と点ｍ1 を通り、且つミラーＭ1 を点ｍ1 における接平面とする球の球表面に該当する。以上の方法によりミラーＭ3 を設けることによって、検知エリア領域Ｂにおけるエネルギ比率は６％増加し、２０％となる。ここでさらに、検知エリア領域Ｂの角度範囲を１０°から２０°に拡げることにより、同様に反射光を拡散させることができる。この場合のミラーＭ4 の反射面の形状は、Ｏ2 を中心としてＯ2-ｍ2-ｍ21の直線から２０度拡がる直線Ｏ2-ｓ20と直線Ｏ1-ｍ3 との交点ｎ3 と交点ｎ2 を通り、且つミラーＭ2 （ミラーＭ1 に平行且つ点ｎ2 を含む平面）を点ｎ2 における接平面とする球の球表面に該当する。以下同様にして、検知エリア領域Ｃで１０％を超えるエネルギを検知エリア領域Ｄに分散させ、さらに検知エリア領域Ｅへと順に隣接する検知エリアに分散させることにより、各検知エリア領域のエネルギ比率は１０％となり、均一化される。
【００２３】
このように設定された複合ミラー用いた光学センサ２０の感度分布を図５に示す。図に示すように、感度分布は均一化されるとともに、バラツキを１０％以内とすることができた。
【００２４】
この例では、検知エリア領域を１０等分にした例を示したが、これに限ることなく、分割数は適宜設定できる。この場合もまた、各エリア領域のエネルギ拡散量については、上記実施の形態と同様にエネルギ比率の平均値となるように反射光の角度範囲を設定すればよい。
【００２５】
また、この実施の形態では、複合ミラーを光学的補正手段としてあげたが、複合ミラーに代えて、図６に示すような透過フィルタ７０の構成としてもよい。この構成では、検知エリア７４は、この透過フィルタ７０によって感度に反比例する比率で透過率の制限が行われることとなり、ピークの感度は低くなるが、感度の均一性を実現できる。
【００２６】
以上の実施の形態においては、多条のホットメルトの有無検知において、どの位置のビードが欠けても量の変化が一定であるため１つのセンサで実現できるとともに、感度の均一化が図られているためワーク変更に伴いビードの吐出位置変更があってもエリアを再調整する必要がないという効果がある。
【００２７】
なお、本実施の形態では温度を検知する装置に適用したが、これに限ることなく、光を受光して受光量による信号処理を行うセンサならば汎用的に応用が可能である。例えば、色センサを利用して特定の色の濃度によって良否判定をする装置にも適用できる。さらに、汎用的に用いられている光電センサでも被検出体が小さな部品の場合、感度分布により通過する位置によって良否判定にミスが生じていたが、この解消方法としても本願は有効である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の光学センサによれば、検知エリア内の輻射波を受光する受光部と、この受光部により受光された受光エネルギに基づいて、検知エリア内における被検出体の有無を判別する検出部を備えた光学センサにおいて、この検知エリア内の感度を均一とするための光学的補正手段を受光部の前段に設けた構成としたので、検知エリアよりも小さな被検出体の発する光信号を感度分布に左右されずに、視野内のどこを通過しても一定の信号を得ることができ、感度が均一化された光学センサが得られる。この結果、通過位置が不安定な被検出体であっても精度よく検出することが可能となる。また、光学的補正手段は、その表面の形状が当該ミラー面の内側に向かって曲率半径が小さくなる球面の集合体からなるミラーや、あるいは感度に反比例する比率の透過率の透過フィルタとしたので、装置構成は簡略化され、しかも、複数のセンサを用いなくてもよく、複数の被検出体や、あるいはラインの幅の中で通過する位置が一定でない被検出体の検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の基本ブロック図
【図２】  本発明の実施の形態に適用されるミラーを示す図
【図３】  図２に示すミラーのミラー面の形状を決定する方法を説明するための図
【図４】  図２に示すミラーのミラー面の形状を決定する方法を説明するための図
【図５】  本発明の実施の形態の光学温度センサの感度分布を示す図
【図６】  本発明の他の実施の形態を示す図
【図７】  ホットメルト付着良否判定装置の使用状態を説明するための図
【図８】  従来技術を説明するための図
【図９】  従来技術を説明するための図
【符号の説明】
１‥‥光学的補正手段
２‥‥受光部
３‥‥検出部
４‥‥検知エリア
５ａ，５ｂ‥‥被検出体
３０‥‥複合ミラー
７０‥‥透過フィルタ
【図１】
0004155366.tif 000003
【図２】
0004155366.tif 000004
【図３】
0004155366.tif 000005
【図４】
0004155366.tif 000006
【図５】
0004155366.tif 000007
【図６】
0004155366.tif 000008
【図７】
0004155366.tif 000009
【図８】
0004155366.tif 000010
【図９】
0004155366.tif 000011