(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
投光部からの光を投光レンズを通して検出体に照射し、その検出体からの正反射光を受光レンズによって受光部に導くようにした反射型光電センサの検出ヘッドにおいて、
前記投光レンズの光軸と前記受光レンズの光軸とを互いに交差するように設定し、前記投光部の光軸中心を前記投光レンズの光軸よりも前記受光レンズの光軸側にずらして配置したことを特徴とする反射型光電センサの検出ヘッド。
【請求項２】
前記投光レンズ及び受光レンズはそれらの各光軸に対して左右非対称となる形状であって、前記投光レンズは前記受光レンズの光軸側に大きく、前記受光レンズは前記投光レンズ側に小さくなるように構成されていることを特徴とする請求項１記載の反射型光電センサの検出ヘッド。
【請求項３】
前記投光部及び前記受光部の少なくとも一方は、前記投光レンズの光軸と前記受光レンズの光軸とで構成される平面と略平行になるように複数の光ファイバー素線を横長に並べて配置して構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の反射型光電センサの検出ヘッド。
【請求項４】
投光部からの光を投光レンズを通して検出体に照射し、その検出体からの正反射光を受光レンズによって受光部に導くようにした反射型光電センサの検出ヘッドにおいて、前記投光レンズを通った光を前記検出体に向けて反射させると共に、前記検出体からの光を前記受光レンズに向けて反射する反射面を前記投光レンズと前記受光レンズと共に一体的に形成し、前記反射面は前記各レンズ内における光路を含む平面に対し、ほぼ垂直をなす平面に沿って反射させるように設定してなる請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の反射型光電センサの検出ヘッド。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、限定された距離の中で検出体を検出する反射型光電センサの検出ヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の光電センサは、例えば検出体が奥行き方向に並ぶ場合に、特定の距離にあるものだけを検出できるという利点がある。薄い透明ガラスなどの検出体を光の反射光の有無によって検出する場合、検出体からの反射光は、様々な角度に反射する拡散光はほとんど発生せず、入射角に等しい角度で反射する正反射光がわずかに生じるのみであるので、光を検出体に照射したときに、拡散反射光ではなく、正反射光を検出するような構造が必要となる。
【０００３】
従来例の具体的な構造は、図１１に示す通りである。すなわち、投光部１からの光が投光レンズ２により検出体方向に照射され、その反射光が受光レンズ３によって受光部４に収束される。ここで、投光レンズ２の光軸Ｃ０は投光部１の中心Ｐ０に一致しており、受光レンズ３の光軸Ｂ０は受光部４の中心Ｄ０に一致している。なお、この例では、投光レンズ２及び受光レンズ３は一体に成型されている。
ここで、投光部１からの光が照射される範囲を投光領域Ｐとし、ある領域において光が光電センサ方向に照射された場合に、受光レンズ４によって受光部４に収束可能である領域を受光領域Ｄと呼ぶと、投光領域Ｐと受光領域Ｄとの重なり部分が検出体を検出できる領域となる。例えば図１１に示すように、その検出領域の外に存在する検出体Ｙからの正反射光は受光部４には入射しないからである。
【０００４】
ところで、この種の光電センサは、例えば特開２０００−２３０９８４号公報を引用した図１２に示されるように、ケース５内に多段に収容したガラス基板６の検出に利用されることがある。その場合、ロボットアームの先端に取り付けた検出ユニット７の両側に光電センサの検出ヘッド８がそれぞれ配置され、ガラス基板６の下方に検出ユニット７が進入してガラス基板６からの反射光を拾うことによりその有無を判断するのである。このような透明な検出体の検出に限定反射型の光電センサを使用すると、検出ヘッド８から照射された光がガラス基板６を透過して上段のガラス基板６によって反射しても、その光を拾うことがないから、誤検出を防止できるという利点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、限定反射型の光電センサにおいては、光電センサに対する角度が変化する可能性があるものを検出する場合には、極めて困難な課題があった。すなわち、ガラス基板６が大型化し、薄型化すると、図１３に示すように、中央部が垂れ下がるように撓むことを避けることができない。すると、検出ヘッド８に対向するガラス基板６の対向角度が同図に示すように角度θだけ増える。ガラス基板６が例えばθだけ傾くと、反射光は２θ傾くことになり、本来の検出領域にガラス基板６が存在しても反射光が受光部４に入射しなくなり、ガラス基板６が存在しても、これを検出できなくなってしまう。受光領域Ｄを大きくすることには限界があるから、検出体の許容傾きθを大きくすることは容易ではない。しかも、同じくθだけ傾いても、光電スイッチと検出体との距離が遠いほど、光電スイッチ部分でのずれ量が大きくなるから、検出距離を長くしてなおかつ検出体の許容傾きθを大きくすることは極めて困難であった。
【０００６】
ちなみに、上述した特開２０００−２３０９８４号公報では、かかる事情に鑑みて予め左右の検出ヘッド８の検出軸をそれぞれ内側に傾けてガラス基板６の傾きに対処しようとしている。しかし、これでは左右の検出ヘッド８がそれぞれ専用構造となるから、汎用性を欠くことになる。また、検出軸を傾けることなく、検出ヘッド８自体を検出ユニット７に対して傾けて取り付けるようにすると、同公報に記述されているように検出ユニット７の厚さ寸法が大きくなるという不具合を生ずる。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、限定反射型でありながら、検出体の傾きに対する許容範囲が広い反射型光電センサの検出ヘッドを提供するところにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１の発明に係る反射型光電センサの検出ヘッドは、投光部からの光を投光レンズを通して検出体に照射し、その検出体からの正反射光を受光レンズによって受光部に導くようにした反射型光電センサの検出ヘッドにおいて、投光レンズの光軸と受光レンズの光軸とを互いに交差するように設定し、投光部の光軸中心を投光レンズの光軸よりも受光レンズの光軸側にずらして配置したところに特徴を有する。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の発明において、さらに投光レンズ及び受光レンズはそれらの各光軸に対して左右非対称となる形状とし、投光レンズは受光レンズの光軸側に大きく、受光レンズは前記投光レンズ側に小さくなるように構成したところに特徴を有する。
【００１０】
さらに、請求項３の発明は、前記投光部及び前記受光部の少なくとも一方を、投光レンズの光軸と受光レンズの光軸とで構成される平面と略平行になるように複数の光ファイバー素線を横長に並べて配置して構成したところに特徴を有する。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項の発明において、投光部からの光を投光レンズを通して検出体に照射し、その検出体からの正反射光を受光レンズによって受光部に導くようにした反射型光電センサの検出ヘッドにおいて、投光レンズを通った光を検出体に向けて反射させると共に、検出体からの光を受光レンズに向けて反射する反射面を投光レンズと受光レンズと共に一体的に形成し、その反射面は各レンズ内における光路を含む平面に対し、ほぼ垂直をなす平面に沿って反射させるように設定したところに特徴を有する。
【００１２】
【発明の作用及び効果】
＜請求項１の発明＞
【００１３】
従来構成のものと本発明のものを比較して説明する。
図１は従来構成のものと本発明のものの光路の様子を示したものである。従来例を示す図１（Ａ）において、投光部１の光軸中心をｐ０とし、投光部１の端部をｐ１，ｐ２とすると、ｐ１，ｐ２から発せられた光は、投光レンズ２の光軸中心Ｃ０から両側の端部ｃ１〜ｃ２までの領域を通り、検出体６が傾き０の状態（ｅ）において検出体６で反射してそれぞれｆ３，ｆ４となる。ｆ３とｆ４は角度ｆ５をなすから、ｆ５＞２θを満足しなければ、検出体６の傾き＋θ〜−θを許容することができない。また、この時ｆ３，ｆ４のいずれか一方が受光部４に達していて、検出体６を−θ（−ｅ）へ傾けたときｆ３は（−）側に移動し, 検出体６を＋θ（＋ｅ）へ傾けたときｆ４は（＋）側に移動し、ｆ３からｆ４間の光の少なくとも一部は、常に受光部４に達するようにしなければならない。
【００１４】
ｆ５＞２θを満足させるためには、次の３つの構成が考えられる。
1. 投光レンズ２の焦点距離を小さくする。
2. ｐ１〜ｐ２の大きさを大きくする。
3. 投光部１を投光レンズ２の光軸からずらす。
しかしながら、1. の構成は紙面垂直方向にも光が広がって、検出精度が悪くなってしまう欠点がある。
また、2. の構成はｐ２が外側に大きくなるとその光ｆ４が、より外側を通るようになり、受光レンズ３の形成が困難となったり、外形が大きくなってしまう欠点が有る。
【００１５】
これに対して、請求項１の発明である3. の構成は、ｐ１，ｐ２を内側へずらすので収差が大きくなり、ｆ１〜ｆ２の成す角が大きくなるとともにｆ３〜ｆ４はともに内側（投光レンズの方向）に入り、受光レンズの形成が容易になり、小型化も可能になる利点がある上に、正反射検出体の距離や傾きに対して広い範囲で検出可能となる。
【００１６】
＜請求項２の発明＞
なお、上記請求項１の構成を採用することにより、正反射する検出体６の傾きに対して広い範囲で許容できるが、必要以上に遠くの背景物体を検出してしまうことがある。そこで、請求項２の構成のように、投光領域と受光領域の重なりを調整することが望ましい。具体的には、内側にずらした本発明の投光部位置ｐ１，ｐ２から発せられ、投光レンズ２の外側(c2)を通って検出すべき最も遠点部の検出体６で正反射した光ｆ３，ｆ４が受光レンズ３の外側(b1)、内側(b2)を通るように投光レンズ２の外側(c2),受光レンズ３の大きさ(b1,b2)を設定する。
換言すれば投光部１のｐ１から発せられた光ｆ１と、ｐ２から発せられた光ｆ２が検出体６で正反射した光ｆ４とで囲まれた領域が含まれるように、この範囲を略検出領域（投光領域と受光領域の重なり部分）とするように調整するものである。これには、投光レンズの光軸と前記受光レンズの光軸とを互いに交差するように設定すると共に、投光部を投光レンズの光軸より受光レンズの光軸側にずらして配設し、投光レンズ及び受光レンズはそれらの各光軸に対して左右非対称となる形状とし、その投光レンズは受光レンズの光軸側に大きく、受光レンズは投光レンズ側に小さくなるように構成すればよい。
【００１７】
これにより、このようにして、正反射検出体の距離や傾きに対して広い範囲で検出可能でありながら、必要以上に遠くの背景物体を誤検出することが無く（検出エリアを遠くすること無く）、小型の検出ヘッドを提供することが出来る。
【００１８】
＜請求項３の発明＞
単に広い面積を確保するため大きな直径の円筒形状や正方形の受光部あるいは投光部を用いると、投光レンズの光軸と受光レンズの光軸とで構成される平面に対して平行方向にも直角方向にも検出エリアが拡大し、検出位置が検出体と光電センサとの距離によって変化することがある。
そこで、請求項３の発明のように、複数の光ファイバー素線を横長に並べて配置することで投光部を構成すると、光ファイバー素線が並ぶ方向に検出領域が拡大され、それと直交する方向の検出領域を狭くすることができる。
【００１９】
＜請求項４の発明＞
請求項４の構成では、投受光レンズと反射体とが一体成形されているから、射出成形などで量産が可能であり、組立てに際して位置決めも容易であり、コストを低く生産することが出来る。また部品点数が少ないため、光路における空気とレンズ体との界面を少なく出来るので、界面における表面反射を少なくすることができ、S/Nを高くすることが出来る利点を有する
【００２０】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態を図２ないし図５によって説明する。
図中、１１は光電センサのケースであって扁平な箱形をなし、前面（図中右側）に横長の投受光窓１２が形成されている。このケース１１内には前記投受光窓１２に対応してレンズ体１３が収容され、その後方に光ファイバーの先端としての投光部１４と、受光素子からなる受光部１５が設けられている。
【００２１】
レンズ体１３には、投光部１４及び受光部１５に対応する投光レンズ１３Ａ及び受光レンズ１３Ｂが一体に形成され、両レンズ１３Ａ，１３Ｂの光軸Ｃ０，Ｂ０は投受光窓１２を挿通して前方で交差するように設定されている。投光レンズ１３Ａからは紙面と垂直方向においてほぼ平行なビームが検出体に照射されるようになっており、その検出体で反射した正反射光が受光レンズ１３Ｂを通って受光部１５に集光される。
【００２２】
投光部１４の光軸中心Ｐ０は、投光レンズ１３Ａの光軸Ｃ０よりも受光レンズ１３Ｂの光軸Ｂ０側にずらして配設されており、投光レンズ１３Ａ及び受光レンズ１３Ｂの外形は、各光軸Ｃ０，Ｂ０に対して左右非対称形であって投光レンズ１３Ａは受光レンズ１３Ｂの光軸Ｂ０側に大きくなるように構成され、受光レンズ１３Ｂは投光レンズ１３Ａ側に小さくなるように構成されている。
【００２３】
この実施形態の設計手順を図３及び図４を参照しながら説明すると、次のようになる。まず、検出可能とすべき検出体の遠点側位置において、検出体のプラス側最大傾き＋θmax（投光側を基準にして、受光側に検出体が近づく傾き）のときあらかじめ定められた紙面に平行な投光部１４の大きさにおいて、投光部１４の外側（p2,受光部から遠い方）から、投光レンズ１３Ａの外側(c2)に向けて発せられた光が、検出体で正反射した後（ｆ３）、受光レンズ１３Ｂを通って受光部１５に達する位置において、受光部１５の内側の位置が決定される。また、検出体のマイナス側最大傾き−θmax（投光側を基準にして、受光側から検出体が遠のく傾き）のとき投光部１４の内側(p1)から、投光レンズ１３Ａの外側(c2)に向けて発せられた光が、検出体で正反射した後（ｆ４）、受光レンズ１３Ｂを通って受光部１５に達する位置において、受光レンズ１３Ｂの外側最大位置および受光部１５の外側の位置が決定される。そして、ｆ３とｆ４の成す角度はθの２倍より大きくなるように投光部１４は受光レンズ１３Ｂ側に偏らせ、ｆ４が受光レンズ１３Ｂの外側を形成できる位置になるように投光レンズ１３Ａの外側（ｃ２）を決める。
【００２４】
また、検出可能とすべき検出体の近点側位置において、検出体のプラス側最大傾き＋θmax（投光側を基準にして、受光側に検出体が近づく傾き）のとき投光部１４の外側から、投光レンズ１３Ａの内側に向けて発せられた光が、検出体で正反射した後、受光レンズ１３Ｂを通って受光部１５に達する位置において、受光部１５の内側の位置が決定され、これにより投光レンズ１３Ａの内側最大位置ｐ１および受光レンズ１３Ｂの内側最大位置も決定される。
【００２５】
また検出体のマイナス側最大傾き−θmax（投光側を基準にして、受光側から検出体が遠のく傾き）のとき投光部１４の内側ｐ１から、投光レンズ１３Ａの内側に向けて発せられた光が、検出体で正反射した後、受光レンズ１３Ｂを通って受光部１５に達する位置において、受光部１５の外側の位置が決定されるように構成して、あらかじめ設定した投光部１４の大きさ、受光部１５の大きさ、検出すべき最大距離およびそのときの検出体の最大傾きを元に、投光レンズ１３Ａ及び受光レンズ１３Ｂの大きさと位置の関係を定めた。
【００２６】
この構成により、所定の距離以上の検出体を検出しない様にレンズ外形や受光部の位置を容易に制限することが可能で、所定の範囲内では左右どちらの傾きに対しても検出することが可能となる。なお、レンズ外形を制限することを投受光レンズ１３Ａ、１３Ｂの大きさ自体により直接行なっても良いし、レンズ１３Ａ、１３Ｂと検出体の間、あるいは投光部１４とレンズ１３Ａ、１３Ｂの間に光路を制限する窓や遮蔽物を設けても良い。本実施形態では、レンズ１３Ａ、１３Ｂの光路を制限するためにレンズ体１３を保持するケース１１と、投受光窓１２の両方を用いている。
【００２７】
このように本実施形態によれば、検出可能とすべき検出体６の遠点側位置において、検出すべき検出体６の最大傾きのときの投光部１４の大きさと受光部１５の大きさから、投光レンズ１３Ａの最大外側位置ｐ２および受光部１５の最大外側位置を決定したので、それ以内の距離はすべて検出可能で、それ以遠の位置では光路が受光レンズ１３Ｂから外れたり、受光部１５から外れて検出しないという効果を得ることが出来る。また、検出可能とすべき検出体６の近点側位置において、検出すべき検出体６の最大傾きのとき投光部１４の大きさと受光部１５の大きさから、投光レンズ１３Ａの最大内側位置ｐ１および受光部１５の最大内側位置を決定したので、それ以遠の距離は先に設定した遠点側位置まで検出可能とすることが出来、いずれも光線追跡により容易に設定することが出来るという効果を有する。
【００２８】
しかも、検出体６の傾きが正負どちらでも検出できるので、例えば特開2000-230984号に記載のものように光電センサを右左専用にする必要が無く、製造コストを安くすることが出来るという利点を有する。
【００２９】
＜第２実施形態＞
図６及び図７は本発明の第２実施形態を示す。前記実施形態との相違は、受光部１５の構造にあり、その他の点は前記第１実施形態と同様である。従って、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
受光部１５へ連なる光ファイバ１５Ａは、例えば直径0.25mmのファイバー素線を9本束ねて一本のファイバーケーブルとしたものであり、その先端をほぐしてファイバー素線を横に並べることで縦0.25mm横2.25mmの受光部１５を構成している。投光レンズ１３Ａの光軸と受光レンズ１３Ｂの光軸とで構成される平面に対してのみ検出領域が広くなり、これと直交する側では検出位置を距離が変化しても一定に保つことが出来る。
【００３０】
＜第３実施形態＞
図９及び図１０は本発明の第３実施形態を示す。前記各実施形態との相違はレンズ体１３の構造にあり、その他の点は前記第１実施形態と同様であり、従って、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略し、異なるところのみを次に説明する。
レンズ体１３の前面には、投光レンズ１３Ａ及び受光レンズ１３Ｂに連なってプリズム部１３Ｃが一体成形されている。このプリズム部１３Ｃはレンズ体１３の前下側に４５度の角度の反射面１３Ｄを形成しており、その反射面１３Ｄが投受光の各レンズ１３Ａ、１３Ｂ内における光路を含む平面に対し、ほぼ垂直をなす平面に沿って光を反射させるようになっている。従って、ケース１１の上面にはそのプリズム部１３Ｃに沿るスリット１１Ａを形成してある。
【００３１】
この実施形態によれば、レンズ体１３に反射面１３Ｄを一体に形成したので、射出成形などで量産が可能であり、組立てに際して位置決めも容易であり、コストを低く生産することが出来る。また部品点数が少ないため、光路における空気とレンズ体１３との界面を少なく出来るので、界面における表面反射を少なくすることができ、S/Nを高くすることが出来る利点を有する。従来の特開2000-230984号や、特開平11-232972号公報に記載の構造では、反射体を別に設けており、光路における界面が８面あるが、本実施形態では４面となり、従来の構成よりも４面少なくなる。一般に、一面あたり約４％の表面反射が生じるので、本発明は従来よりも13%も表面反射を少なくでき、Ｓ／Ｎを改善することができる。
しかも、反射面１３Ｄの裏側のケース１１の内面を反射面１３Ｄと平行に傾けた形状としたので、反射面１３Ｄを通りぬけた光がケース１１の内面で反射して受光部１５に達することを回避することが出来、その面からも、Ｓ／Ｎ比を高くすることが出来るという利点を有する。
【００３２】
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
【００３３】
上記各実施形態では、投光レンズ１３Ａ及び受光レンズ１３Ｂを一体成型したが、これに限らず、両レンズをそれぞれ別部品として構成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の検出ヘッドの光路の様子を従来例と対比して示す平面図
【図２】本発明の第１実施形態を示す横断面図
【図３】同じく縦断面図
【図４】同じく検出ヘッドと検出体との関係を示す概略的横断面図
【図５】設計過程の光路の様子を示す概略的横断面図
【図６】本発明の第２実施形態を示す横断面図
【図７】第２実施形態の受光部を示す拡大縦断面図
【図８】同じく受光部を示す正面図
【図９】本発明の第３実施形態を示す横断面図
【図１０】同じく縦断面図
【図１１】従来の構造を示す横断面図
【図１２】光電センサの使用形態を示す斜視図
【図１３】従来の問題点を示す正面図
【符号の説明】
１１……ケース
１３……レンズ体
１３Ａ……投光レンズ
１３Ｂ……受光レンズ
１３Ｃ……プリズム部
１３Ｄ……反射面
１４……投光部
１５……受光部
Ｃ０……投光レンズの光軸
Ｂ０……受光レンズの光軸
Ｄ０……受光部の中心
Ｐ０……投光部の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
0004357731.tif 000012
【図１２】
0004357731.tif 000013
【図１３】
0004357731.tif 000014