特殊検出形態の原理について - 光電センサ(ビームセンサ)

光ファイバの原理

光ファイバは図に示すように、中心のコアと屈折率の異なるクラッドから構成されています。コアに光が入射すると、クラッドとの境界面で全反射を繰り返しながら光は進んでいきます。光ファイバ内を通って端面から出た光は約60°の角度で拡がり、検出物体に照射されます。

光ファイバの種類と特長

光ファイバの形状

光ファイバは、透過型と反射型の2つの検出方式に大別されます。透過型は、投光部と受光部の2本の構成になっています。
反射型は素線の配列の仕方により平行型、同軸型および分割型に分かれます。

形状	概要
平行型	プラスチックファイバに用いられる、一般的なタイプ。
同軸型	中央部(投光)と外周部(受光)に分割され、どの方向から検出物体が通過しても動作位置が変わらない高精度タイプ。
分割型	ガラスファイバに用いられ、ø0.05mmのガラスファイバの素線が数多く入っており、投光部と受光部に分割されている。

原理

投・受光素子の前面に偏光フィルタを配置し、投光側は横方向の波の光を出し、受光側は縦方向の波のみを受光するように構成してあります。鏡面体でも安定して検出できる特長があります。

1	：	投光素子から発せられた光はあらゆる方向に振動していますが、偏光フィルタAを通過すると、横方向の光のみに偏光されます。
2	：	偏光された光は、反射ミラーにより偏光方向が乱され、いろいろな方向の光になって戻り、縦方向のフィルタBを通過します。 鏡面物体は振動方向を変える性質はなく、反射光は入射光と同じ方向に振動しています。 そのため、偏光フィルタBを通過することはできず、光は受光素子まで達することはできません。

光学的三角測距方式を採用し、物体の反射率にかかわらず受光角度を測定することで一定位置で検出します。 構造的には、投光レンズと受光レンズを持ち、投光レンズから出た光が検出物体に当たり反射した光を受光レンズが受け2分割フォトダイオードに導きます。ここで、上下2分割のフォトダイオードに発生する出力電圧の比が等しくなる位置をもとに距離判断を行なう方式です。 この方式は、長距離でありながら比較的位置合わせ精度に優れた特長を持っています。また、この出力電圧の比が等しくなるよう調整するには受光レンズを移動させて行ないます。

信頼性を高めるために投光素子1つに対して、受光素子に2つのPSD(位置検出素子)を使ったMQ-WシリーズやC-MOSリニアイメージセンサを使用したレーザーセンサEQ-L401があります。

マークモード設定時

カラーモード設定時

赤色・緑色・青色の3LEDをすべて使用し、反射光を赤色・緑色・青色の比率で検出しますので、ティーチングされたマーク色のみを高精度に検出します。

透過型

液あり時には、液体のレンズ効果により集光され、入光状態となります。

<パイプ内に液体がある場合> 液体のレンズ効果により集光され、入光状態になる。

<パイプ内に液体がない場合> 光が拡散し、入光しない。

反射型

パイプ内に液体がない場合、パイプと空気の屈折率の差が大きいため、光がパイプ内壁面で反射して受光部に入光します。
パイプ内に液体がある場合、パイプと液体の屈折率の差が小さいため、光が液中に入り、受光部に入光しません。

<パイプ内に液体がない場合> 光がパイプ内壁面で反射して受光部に入光。

<パイプ内に液体がある場合> 光が液中に入る。

一般的なエリアセンサは、投光素子と受光素子が1対になりスキャニングしているため、薄い物の検出はできません。これに対してNA1-11は、投光器側の素子が(1)～(11)までスキャニングして投光動作を行ない、受光器側の素子はスキャニングしないため、例えば投光器側の素子(1)が投光動作を行なうと受光器側のすべての素子に入光します。受光器側の素子に入光しない箇所が一箇所でもあると遮光動作となります。
この方式により、薄い物の検出が可能となります。

NA1-11

一般的なエリアセンサ

ファイバ先端部が空気中にある場合、チューブと空気の屈折率の差が大きいため、光が全反射して、受光部に入光します。ファイバ先端部が液中にある場合は、チューブと液体の屈折率の差が小さいため、光が液中に拡散してしまい、受光部に入光しません。

空気中

液中

毛細管現象を利用することにより、少量の漏液や粘性のある液体も素早く確実に検出できます。

毛細管現象

新方式の検出原理

漏液あり時には、投光部からの光が漏液に拡散して非入光状態となります。

<漏液がある場合> 投光部からの光は漏液に拡散して受光部に入光しません。

<漏液がない場合> 投光部からの光は検出面で反射して受光部に入光します。