KR101246394B1 - 광전 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박형의 대상물을 안정하게 검출할 수 있도록 하는 것으로, 이를 위한 수단으로서,
앞면에 각각 P, S의 편광판이 장착된 투광기(1) 및 수광기(2)를 검출 대상 영역(F)을 사이에 두고 대향 배열 구비한다. 수광기(2)의 S편광판(20S)은 투광기(1)의 P편광판(10P)에, 수광기(2)의 P편광판(20P)은 투광기(1)의 S편광판(10S)에, 각각 대향하는 상태가 된다. 투광기(1)에서는, 프리즘(12)에 의해, 각 편광판(10P)에 대한 광의 광축을 경사 아래로 변경하고, 편광판(10S)에 대한 광의 광축을 경사 위로 변경한다. 편광판(10P, 10S)을 통과한 광은, 각각 검출 대상 영역(F)을 비스듬히 가로질러서, 그 광의 특성에 대응하는 편광판(20P, 20S)의 전체면에 조사된다. 이에 의해, P편광에 의한 검출 영역과 S편광에 의한 검출 영역이 각각 검출 대상 영역(F)을 비스듬히 가로지르고, 또한 검출 대상 영역(F) 내에서 교차하는 상태가 된다.

Description

광전 센서{PHOTO ELECTRIC SENSOR}

본 발명은 물체의 검출에 사용되는 광전 센서에 관한 것으로, 특히 박형의 물체를 검출하는 용도에 적합한 광전 센서에 관한 것이다.

기판의 반송 라인 등에서 박형의 물체의 두께 부분을 검출하는 용도에 사용되는 광전 센서에서는, 검출 대상물에 의해 완전한 차광 상태를 발생시키기 어렵기 때문에, 수광량이 어느 일정한 임계치를 하회한 것을 조건으로, 검출 신호를 온으로 하도록 설정된다.

이런 종류의 센서의 배치에 관한 종래예로서, 도 10에 도시하는 바와 같이, 투과형의 광전 센서의 투광기(501) 및 수광기(502)를 검출 대상 영역을 끼우고 대향하도록 배치하고, 투광기(1)로부터 수광기(2)를 향하는 광의 일부가 기판(503)에 차단된 때의 수광량의 감소를 검출하는 것이 있다(예를 들면 특허 문헌 1). 또한, 도 11에 도시하는 바와 같이 투광기(501)와 수광기(502)를 상하 방향의 위치를 어긋나게 배치하고, 투광기로부터 검출 대상 영역을 비스듬히 가로지른 광을 조사하는 것도 있다(예를 들면 특허 문헌 2).

또한, 특허 문헌 1, 2는, 수평 방향에 따라 반송되는 기판을 반송로의 소정 위치에서 검출하는 것이지만, 박형 물체의 상하 이동을 검출하는 목적으로 광전 센서가 사용되는 경우도 있다. 예를 들면 특허 문헌 3에는, 복수장의 웨이퍼가 상하 방향에 따라 나란히 수용된 캐리어를 상하이동시켜서, 각 웨이퍼를 투과형의 광전 센서의 광로에 차례로 넣어서 검출을 행하는 것이나, 검출 대상보다 상단의 웨이퍼로부터 반사한 광이 수광기에 입사하는 것을 막을 목적으로 수광기에 편광 필터를 부착한 것이 기재되어 있다.

[특허 문헌]

특허 문헌 1 : 일본 특개2009-216489호 공보

특허 문헌 2 : 일본 특개2007-258386호 공보

특허 문헌 3 : 일본 특개평6-69323호 공보

도 10의 예에서는, 기판(503)의 두께에 의해 차광량이 정해지기 때문에, 기판(503)이 얇아지면, 안정된 검출을 행하는 것이 곤란해진다. 또한, 이 센서의 배치에 의하면, 도 12에 도시하는 바와 같이 투광기(501)로부터 출사된 광이 기판(503)의 면에서 반사하여 수광기(502)에 입사하고, 이에 의해 기판(503)의 검출이 방해되는 경우가 있다.

도 11의 예와 같이, 광의 광로를 경사 방향으로 설정한 경우에는, 기판(503)의 면에 의한 차광 상태를 생기게 할 수 있기 때문에, 차광량을 증가시킬 수 있고, 안정된 검출을 행할 수가 있는 것 같이 생각된다. 그러나, 이 배치에서는, 투광기(501)와 수광기(502)의 높이가 다르기 때문에, 기판(503)과 광로의 위치 맞춤을 하기 어렵다. 또한, 수평한 자세의 기판(503)을 안정하게 검출하는데는, 도면 중의 영역(500)으로 도시하는 바와 같이 어느 정도의 높이 범위에 기판을 포함할 수 있는 만큼의 폭을 갖는 검출 영역이 생성되도록 할 필요가 있는데, 광로를 비스듬히 하면, 검출 영역으로 하여야 할 영역(500) 내에 검출이 불가능한 영역(u, v)이 발생한다.

상기한 검출 불가능 영역(u, v)을 없애는 데는, 부근 위치에, 또한 1조(組)의 투광기 및 수광기를 도시한 것과는 반대의 위치 관계로 배치하면 좋지만, 그와 같은 구성으로 하면, 배선이 복잡하게 되고, 비용 상승이 된다. 또한, 한쪽의 센서의 광로에서 생긴 반사광이 다른 쪽 센서의 수광기에 입사하여, 검출 정밀도가 저하될 우려도 있다.

본 발명은 상기한 각 문제점에 착안하여, 박형의 대상물을 안정하게 검출할 수 있도록 하는 것을 과제로 한다.

본 발명은, 물체의 검출 대상 영역을 향하여 광을 출사하는 투광기와, 투광기로부터 출사된 광을 수광하는 수광기를 구비하고, 수광기가 수광한 광량이 감소의 방향으로 변화한 것에 응하여 물체를 검출한 취지를 나타내는 신호를 출력하는 광전 센서에 적용된다. 이 광전 센서는, 투광기 및 수광기에 각각 광원 및 수광 소자가 수용된 구성의 센서 외에, 광파이버식의 광전 센서로서 구성할 수도 있다. 또한, 투과형, 반사형의 어느 타입에도 적용하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 광전 센서의 투광기에서는, 특성이 다르며 또한 서로 간섭하지 않는 2종류의 광이, 투광면에서의 각각의 출사 영역을 둘로 나누어 출사된다. 또한, 본 발명에 의한 광전 센서에는, 상기 2종류의 광을 각각 선별하여 수광기에 유도하는 한 쌍의 광학 필터가 포함된다. 각 광학 필터는, 각각 검출 대상 영역을 사이에 두고 선별 대상의 광과는 다른 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비된다. 또한, 투광면에 대해 각 광학 필터를 일정한 거리 이상 떨어지게 배치한 때에, 투광기로부터의 2종류의 광이 각각 그 특성에 대응하는 광학 필터의 전체면에 조사되도록 2종류의 광의 출사 방향이 정해진다.

상기한 구성에 의하면, 각 광학 필터가 투광면에 대해 일정한 거리이상 떨어저서 배치되어 있는 경우에는, 투광기로부터 출사된 2종류의 광은, 각각 검출 대상 영역 내를 진행하여, 각각의 특성에 대응하는 광학 필터의 전체면에 조사되고, 이들이 광학필터를 통하여 수광기에 입광하는 상태가 된다. 이 수광기에 입광하는 광이 진행하는 범위가 물체의 검출 영역으로서 기능한다.

2종류의 광에 의한 검출 영역은, 각각 검출 대상 영역을 비스듬히 가로지르고, 또한 검출 대상 영역 내에서 교차하는 상태가 된다. 또한, 각 검출 영역은, 각각 대응하는 광의 출사 영역이나 광학 필터에 대응하는 폭으로서, 투광면의 각 출사 영역의 경계 위치부터 각 광학 필터의 경계 위치까지의 범위에서 교차하기 때문에, 교차 부분을 중심으로 한 넓은 범위에 검출 영역을 분포시킬 수 있다.

또한, 투광기의 각 광의 출사 영역에 대향하는 위치에는, 그 영역부터 출사되는 광과는 다른 특성의 광에 대응하는 광학 필터가 배열 구비되어 있기 때문에, 물체의 표면에서 반사한 광이 수광기의 쪽으로 유도되어도, 그 반사광이 수광기에 입사하는 것을 방지할 수 있다.

상기한 광전 센서의 바람직한 실시 양태에서는, 투광기의 내부에, 광원으로부터 2종류의 광의 출사 영역을 향하는 광의 광축 방향을, 각각 대응하는 광학 필터의 배치 위치를 향하여 검출 대상 영역을 비스듬히 가로지르는 방향으로 변경하는 광축 설정 수단이 마련된다. 이 구성에 의하면, 투광면과 광학 필터 사이에 긴 거리를 두지 않더라도, 2종류의 광을 각각에 대응하는 광학 필터의 전체면에 조사시키는 것이 가능해지고, 투광면과 광학 필터 사이에 설정하는 거리의 자유도를 크게할 수 있다. 따라서, 다양한 폭의 물체의 검출에 대응하는 것이 가능해진다.

상기한 광전 센서의 바람직한 실시 양태에서는, 한 쌍의 광학 필터는, 수광기의 수광면에 따라 나열한 상태에서 수광기에 일체로 마련된다. 또한, 수광기는, 각 광학 필터와 함께 투광기에 대향하는 위치에 배열 구비되고, 각 광학 필터를 통과한 광을 수광한다. 이에 의해 투과형의 광전 센서로서, 검출 정밀도가 대폭적으로 향상한 센서를 제공하는 것이 가능해진다.

또한, 상기한 실시 양태에서는, 수광기를, 각 광학 필터를 통과한 광을 개별적으로 집광하여, 집광 후의 광을 각각 개별의 수광 소자에 유도하도록 구성된다. 이 구성에 의하면, 어느 한쪽의 수광 소자의 수광량이 감소한 것으로써 물체를 검출할 수 있기 때문에, 검출 대상의 물체가 2종류의 광에 의한 검출 영역의 한쪽에 치우처지 상태로 들어온 경우에도, 안정된 검출이 가능해진다.

다른 바람직한 실시 양태에서는, 투광기 및 수광기는, 한 쌍의 광학 필터의 배후에 회귀 반사판이 마련된 것을 전제로 하여, 동일한 몸체 내에 마련됨과 함께, 이 몸체의 검출 대상 영역에 대향하는 면이 투광면 및 수광면으로서 기능한다. 또한, 수광기는, 투광부로부터 출사되어 각 광학 필터를 통과한 광 중, 회귀 반사판에서 반사한 후에 각 광학 필터를 통하여 되돌아온 광을 수광한다.

상기한 실시 양태에 의하면, 반사형의 광전 센서로서도, 넓은 범위에서 안정된 검출이 가능한 센서를 제공하는 것이 가능해진다.

다른 바람직한 실시 양태에서는, 투광부의 투광면으로부터는, 각각 특정한 방향으로 진동함과 함께 서로의 진동 방향이 다른 2종류의 광이 출사된다. 또한, 한 쌍의 광학 필터로서, 2종류의 광의 진동 방향을 각각 선별의 대상으로 하는 한 쌍의 편광판이 검출 대상 영역을 사이에 두고 선별 대상 외의 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비된다.

이 양태에 의하면, 특정한 방향으로 진동하는 광의 특성을 이용하여, 안정된 검출을 행하는 것이 가능해진다.

다른 바람직한 실시 양태에서는, 투광부의 투광면으로부터는, 파장영역이 각각 다른 2종류의 광이 출사된다. 또한 한 쌍의 광학 필터는, 2종류의 광에 대응하는 파장영역을 각각의 선별의 대상으로 하고, 검출 대상 영역을 사이에 두고 선별 대상 외의 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비된다.

이 양태에 의하면, 파장영역이 다른 광의 특성을 이용하여, 안정된 검출을 행하는 것이 가능해진다.

다음에, 본 발명의 바람직한 양태에서의 투광기에서는, 한 쌍의 광학 필터와 동일한 특성을 각각 구비하는 한 쌍의 광학 필터가 상기 검출 대상 영역을 사이에 두고 각각 특성이 다른 광학 필터에 대향하도록 상기 투광면에 따라 나란히 배열 구비되고, 투광기의 각 광학 필터를 통과한 광이 각각 상기 2종류의 광으로서 출사된다. 이와 같이, 특성이 다른 한 쌍의 광학 필터를 2조 이용함에 의해, 투광기로부터 2종류의 광을 안정되게 출사하여, 이들의 광 중, 검출 대상 영역을 비스듬히 가로질러서 당해 광의 특성에 대응하는 광학 필터의 배치 위치에 도달한 광을 수광기에 유도하는 것이 가능해진다.

본 발명에서는, 투광면을 둘로 나누는 2개의 영역으로부터 특성이 다르며 또한 서로 간섭하지 않는 2종류의 광을 출사하여, 이들의 광에 의한 검출 영역을, 각각 검출 대상 영역을 비스듬히 가로지르고, 또한 검출 대상 영역 내에서 교차시킴에 의해, 검출 대상 영역 내의 넓은 범위에서 물체를 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 검출 대상 영역의 투광기의 각 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비된 광학 필터에 의해, 대향 관계에 있는 출사 영역부터의 광에 대한 반사광의 입광이 저지되기 때문에, 검출 대상물의 표면에서의 반사광에 의해 검출의 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.

따라서 본 발명에 의하면, 박형의 검출 대상물의 폭이나 위치의 편차나, 검출 대상물로부터의 반사광의 영향을 받는 일 없인, 안정된 검출을 행할 수가 있다.

도 1은 투과형의 광전 센서의 사용예를 도시하는 도면.
도 2는 투과형의 광전 센서의 광학계의 구성예를 검출의 원리와 함께 도시하는 도면.
도 3은 투광기로부터의 각 광의 퍼지는 범위와, 수광기에 입광하는 광과의 관계를 도시하는 도면.
도 4는 프리즘에 의한 광축 조정을 행하지 않는 경우의 투광기로부터의 각 광의 퍼지는 범위와 수광기에 입광하는 광과의 관계를 도시하는 도면.
도 5는 광학계의 다른 구성예를 검출의 원리와 함께 도시하는 도면.
도 6은 광학계의 다른 구성예를 검출의 원리와 함께 도시하는 도면.
도 7은 광학계의 다른 구성예를 검출의 원리와 함께 도시하는 도면.
도 8은 반사형의 광전 센서의 광학계의 구성예를 검출의 원리와 함께 도시하는 도면.
도 9는 반사형의 광전 센서의 광학계의 다른 구성예를 검출의 원리와 함께 도시하는 도면.
도 10은 종래의 광전 센서에 의해 박형의 대상물을 검출하는 방법의 한 예를 도시하는 도면.
도 11은 종래의 광전 센서에 의한 박형의 대상물을 검출하는 경우의 검출하는 방법의 다른 예를 도시하는 도면.
도 12는 반사광에 의한 영향을 도시하는 도면.

도 1은, 본 발명이 적용된 투과형의 광전 센서의 사용예를 도시한다.

이 실시예의 광전 센서는, 투광기(1) 및 수광기(2)와, 신호 처리 장치(3)에 의해 구성된다. 투광 소자나 수광 소자는 신호 처리 장치(3)에 수용되고 있고, 투광기(1) 및 수광기(2)와 신호 처리 장치(3) 사이에는, 광파이버(101, 201)에 의한 도광로가 마련된다.

이 실시예의 광전 센서는, 컨베이어(4a, 4b)에 의해 반송되는 기판(5)을 검출하는 목적으로 사용되고 있고, 투광기(1)는 한쪽의 컨베이어(4a)의 측방에, 수광기(2)는 다른쪽의 컨베이어(4b)의 측방에, 각각 대향하는 관계로써 배치된다.

투광기(1)에서는, 광파이버(101)에 의해 유도된 광을 전면(前面)의 투광창(15)에서 출사한다. 수광기(2)는 수광창(25)으로부터 입광하는 광을 집광하고, 집광된 광은 광파이버(201)을 통하여 신호 처리 장치(3) 내의 수광 소자로 유도된다. 신호 처리 장치(3)에서는, 투광 소자의 발광 동작을 제어하면서, 수광 소자의 출력 신호를 처리하여 수광량을 검출하고, 그 값을 판정용의 임계치와 대조한다.

여기서 검출한 수광량이 임계치 이상인 동안은, 신호 처리 장치(3)로부터 출력되는 검출 신호는 오프 상태가 된다. 투광기(1)로부터 수광기(2)에의 광이 기판(5)에 의해 차광되어 수광량이 임계치를 하회하는 상태가 되면, 신호 처리 장치(3)는 검출 신호를 온 상태로 한다.

이 실시예에서는, 투광기(1)와 수광기(2) 사이의 공간에, 종래보다도 큰 검출 영역이 생기도록 연구되어 있다. 이하, 이 광학계의 구성 대상을 좁혀 상세히 설명한다.

도 2는, 상기한 광전 센서의 광학계의 구성예를 도시한다. 또한, 이 구성은 광파이버 형의 센서 이외의 센서에도 적용할 수 있기 때문에, 도 2에서는, 광파이버(101, 201)의 도시를 생략하고, 투광기(1)측의 구성에 투광 소자(100)를, 수광기(2)측의 구성에 수광 소자(200)를, 각각 포함하여 나타낸다.

이 실시예의 투광기(1)에는, 콜리메이트 렌즈(11)나 프리즘(12) 등이 조립됨과 함께, 프리즘(12)의 전방에 2장의 편광판(10P, 10S)이 상하로 나열하여 배열 구비된다. 상측의 편광판(10P)은 P편광용이고, 하측의 편광판(10S)은 S편광용이다. 이들의 편광판(10P, 10S)은, 도 1에 도시한 투광창(15)의 표면에 장착되고, 이들의 편광판(10P, 10S)의 표면이 실질적인 투광면이 된다. 이하, 편광판(10P)을 P편광판(10P)이라 하고, 편광판(10S)을 S편광판(10S)이라 한다.

수광기(2)에는, 집광을 위한 프리즘(22)와 렌즈(21)가 마련됨과 함께, 프리즘(22)의 전방에 2장의 편광판(20S, 20P)이 상하로 나열하여 배열 구비된다. 이들의 편광판(20P, 20S)은, 도 1에 도시한 수광창(25)의 표면에, 상방에 S편광용의 편광판(20S)이 위치하고, 하방에 P편광용의 편광판(20P)이 위치하도록 장착된다. 따라서 편광판(20P, 20S)이 실질적인 수광면이 된다. 이하, 편광판(20S)을 S편광판(20S)이라 하고, 편광판(20P)을 P편광판(20P)이라 한다.

투광기(1) 및 수광기(2)의 투광창(15)과 수광창(25)의 크기는 통일되어 있고, 각 편광판(10P, 10S, 20P, 20S)은 각 창면(窓面)의 반분 크기의 사각형 형상으로 형성된다. 따라서, 투광기(1)와 수광기(2)를 대향시켜서 배치한 때, 투광기(1)측의 P편광판(10P)과 수광기(2)측의 S편광판(20S)이 같은 높이에 위치하고, 투광기(1)의 S편광판(10S)과 수광기(2)의 P편광판(10P)이 같은 높이에 위치한 상태가 된다.

투광 소자(100)로부터는, 다양한 방향으로 진동하는 광이 출사된다. 출사된 광은 콜리메이트 렌즈(11)에 의해 평행광으로 변환된 후, 프리즘(12)에서, P편광판(10P)에 조사되는 범위의 광축 방향이 경사 아래방향으로 변경되고, S편광판(10S)에 조사되는 범위의 광축 방향이 경사 윗방향으로 변경된다. 따라서, P편광판(10P)을 통과한 광의 진동 방향은 수직 방향으로 통일되고, S편광판(10S)을 통과한 광의 진동 방향은 수평 방향으로 통일된다. 투광기(1)로부터 출사된 광의 진동 방향은 이 2방향으로 한정된다.

각 편광판(10P, 10S)에 의해 편광되어 출사되는 실제의 광은, 렌즈(11)나 프리즘(12)의 특성에 의해, 어느 정도의 범위로 퍼지면서 진행한다. 도 2는, 이들의 광 중, 수광기(2)의 수광면에 도달하여 수광기(2)에 입광하는 광이 진행하는 범위를, P, S의 편광마다 다른 패턴에 의해 나타낸다. 또한, P편광에 의한 광의 주요한 진행 방향을 1점쇄선에 의해 나타내고, S편광에 의한 광의 주요한 진행 방향을 점선에 의해 나타낸다.

각 패턴이나 1점쇄선 및 점선이 나타내는 바와 같이, 이 실시예의 광전 센서에서는, P편광판(10P)을 통과하여 경사 아래방향으로 진행하여 P편광판(20P)에 대응하는 범위에 유도된 광과, S편광판(10S)을 통과하여 경사 윗방향으로 진행하여 S편광판(20S)에 대응하는 범위에 유도된 광이, 수광기(2) 내에 입광한다. 입광한 광은, 프리즘(22) 및 렌즈(21)에 의해 집광되어, 수광 소자(200)에 유도된다.

투광기(1)와 수광기(2) 사이의 공간(F)(이하, 검출 대상 영역(F)이라 한다)에 검출 대상의 기판(5)이 들어가면, 수광기(2)에 입사하는 광 중, P편광판(10P)으로부터의 광은 기판(5)의 윗면에 의해 차단되고, S편광판(10S)으로부터의 광은 기판(5)의 하면에 의해 차단된다. 이에 의해 수광기(2)에 입광하는 광은 대폭적으로 감소한다. 이에 수반하여, 수광 소자(200)로부터 출력되는 수광량 신호의 값은 임계치를 하회하는 상태가 되고, 검출 신호가 온 상태로 설정된다.

또한, 검출 대상 영역(F)에 기판(5)이 들어간 때에는, 각 편광판(10P, 10S)으로부터의 광이 기판(5)의 표면에서 반사하여 수광기(2)의 쪽으로 유도되는 것도 있지만, 이들의 반사광이 도달한 위치에는, 그 광의 진동 방향에 적합하지 않은 특성의 편광판이 마련되어 있기 때문에, 반사광이 수광기(2)에 입광하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 기판(5)의 표면에서의 반사광에 의해 기판(5)의 검출이 방해되는 것을 회피할 수 있다.

또한, 도 2의 예에 의하면, 2종류의 광에 대응하는 패턴이 교차하고 있는 개소는 물론이고, 어느 한쪽의 광에 대응하는 패턴만이 나타나 있는 범위에 기판(5)이 위치하는 경우에도, 수광기(2)에의 입 광량이 감소한다. 이와 같이, 도면 중의 각 패턴에 의해 나타나는 범위는 물체(기판(5))의 검출이 가능한 범위에 상당하는 것이 된다. 따라서 이하에서는, 각 패턴에 의해 나타내는 범위를, 「P편광에 의한 검출 영역」 「S편광에 의한 검출 영역」이라 하고, 양자를 총칭하는 경우에는 「검출 영역」이라 한다.

도 2에 의하면, P편광에 의한 검출 영역과 S편광에 의한 검출 영역은, 각각 검출 대상 영역(F)을 비스듬히 가로지르고, 또한 검출 대상 영역(F) 내에서 교차한다. 또한, 이 교차 부분은 투광기(1)측의 편광판(10P, 10S)의 경계 위치부터 수광기(2)측의 편광판(20P, 20S)의 경계 위치까지의 범위에 생기고, 어느 검출 영역도 편광판에 대응하는 폭을 갖기 때문에, 교차 부분에 대응하는 높이 범위(교차 부분의 가장 높은 위치부터 가장 낮은 위치까지의 범위를 말한다)에서는, 어느 높이 위치에서도, 검출 대상 영역(F)의 전체 폭에 걸쳐 검출 영역이 분포하는 상태가 된다. 따라서, 기판(5)이 교차 부분에 대응하는 높이 범위에 포함되는 상태라면, 이 기판(5)의 양면에 의한 차광에 의해 수광 소자(200)의 수광량이 감소하고, 기판(5)을 안정하게 검출할 수 있다.

또한, 교차 부분에 대응하는 높이 범위보다 상하의 위치에서도, P편광 및 S편광의 2종류의 광에 의한 검출 영역이 좌우에 분포하고 있기 때문에, 도시 예와 같이, 검출 대상 영역(F)의 폭이 기판(5)의 폭에 맞추고 설정되어 있는 경우에는, 기판(5)이 검출 대상 영역(F) 내의 어느 높이 위치에 있어도, 이 기판(5)에 의해 검출 영역 내에 차광 상태를 발생시키는 것이 가능해진다.

또한, 이 광전 센서는, 도 1에 도시한 사용 방법으로 한정되지 않고, 다양한 폭의 대상물의 반송을 검출하는 용도에 이용될 가능성이 있고, 그 경우에는, 폭방향에 있어서의 대상물의 위치가 정해지지 않고, 투광기(1) 측 또는 수광기(2)측에 치우칠 가능성이 있다. 이와 같은 경우에도, 각 검출 영역이 교차하고 있는 부분에 대응하는 높이 범위에 대상물이 들어가도록 하면, 폭방향 위치의 편차에 관계없이, 대상물을 안정하게 검출하는 것이 가능해진다.

다음에, 검출 영역의 분포를 도 2에 도시하는 바와 같은 상태로 하는데는, P편광의 광 및 S편광의 광이 각각 그 특성에 대응하는 편광판(20P, 20S)의 전체면에 조사되도록 할 필요가 있다. 이 실시예에서는, 각 광의 광축 방향을 경사 방향으로 설정함에 의해, 투광기(1)와 수광기(2)의 거리가 짧은 경우에도, 이 조사의 조건을 충족시킬 수 있다. 따라서, 검출 거리의 변경에도 용이하게 대응할 수 있다.

도 3은, 투광기(1)와 수광기(2) 사이에, 장단 2가지의 거리를 설정하여, 편광판(10P)을 통과한 P편광의 광이 퍼지는 범위(1점쇄선)와, 편광판(10S)을 통과한 S편광의 광이 퍼지는 범위(점선)를, 수광기(2)에 입광하는 광의 진행 상태와 함께 도시한다.

도 3의 (A)의 예에서는, P편광, S편광의 각 광의 퍼지는 범위는, 수광면의 위치에서 정확하게 수광면에 대응하는 크기로 되어 있다. 도 3의 (B)의 예에서는, 투광기(1)와 수광기(2)의 거리가 도 3의 (A)의 예보다 길게 설정되어 있기 때문에, 수광면의 위치에서의 각 광의 퍼지는 정도는 수광면보다도 충분히 커진다.

도 3의 (A), (B)에 도시하는 바와 같이 각 편광판(10P, 10S)부터의 광이 각각 수광기(2)의 수광면 전체에 조사되도록 하면, 수광기(2)측의 편광판(20P, 20S)에서는, 선별 대상의 광을 확실하게 전체면에서 받아들여서 수광 소자(200)에 수광시킬 수 있고, 이에 의해 각 검출 영역의 크기를 안정시킬 수 있다. 또한, 각 편광에 의한 광의 광로를 경사 아래 및 경사 위로 설정함에 의해, 도 3의 (A)에 도시하는 바와 같이 투광기(1)와 수광기(2)와의 거리가 짧은 단계부터 각 광을 수광면의 전체면에 조사하는 것이 가능해지다. 따라서, 근거리에서의 검출, 장거리에서의 검출의 쌍방에 대응하는 것이 가능해진다.

또한, 투광기(1)와 수광기(2)가 도 3의 (A)의 상태보다 접근한 경우에도, 각 편광판(10P, 10S)으로부터의 광이 각각 수광기(2)측의 대응하는 편광판(20P, 20S)의 전체면에 조사되고 있다는 조건을 충족시키면, 도 3의 (A), (B)와 같은 크기의 검출 영역을 확보할 수 있다.

도 4는, 프리즘(12)에 의한 광축 조정을 행하지 않고 광을 출사한 경우의 각 광이 퍼지는 범위와 수광기(2)에 입광하는 광과의 관계를 도시한다. 도 4의 (A)의 예에서는, 투광기(1)와 수광기(2)를 도 3의 (A)의 예와 같은 거리만큼 떨어지게 설치하고, 도 4의 (B)의 예에서는, 투광기(1)와 수광기(2)를 도 3의 (B)의 예와 같은 거리만큼 떨어지게 설치하고 있다.

각 편광판(10P, 10S)으로부터의 광을 비스듬히 기울이지 않고 진행시킨 경우에도, 도 4의 (B)에 도시하는 바와 같이 투광기(1)와 수광기(2) 사이에 상당한 거리를 설정하면, 각 광을 각각 수광면 전체에 조사하는 것이 가능해지다. 따라서, 장거리의 검출을 목적으로 하는 경우이라면, 도 4의 구성예로도 대응하는 것이 가능해진다.

그러나, 투광기(1)와 수광기(2)와의 거리를 줄이면, 도 4의 (A)에 도시하는 바와 같이 P편광의 광 및 S편광의 광을 대응하는 편광판(20P, 20S)의 전체면에 조사할 수가 없게 된다. 이 때문에, 검출 영역이 축소되어, 도 4의 (A)중의 사각형 테두리(NG1, NG2)에 의해 나타내는 바와 같이, 검출 대상 영역(F) 내에, 기판(5)의 검출이 불가능하게 되는 영역이 생긴다.

따라서 근거리에서의 검출 및 원거리에서의 검출의 쌍방에 대응할 수 있도록 하는데는, 도 2, 3에 도시한 바와 같이, 2종류의 광을, 각각 경사 윗방향 및 경사 아래방향을 향하여 조사하는 방식을 채용할 필요가 있다. 이 방식이 채용되는 것이라면, 광학계의 구성은 도 2, 3의 예로 한정되지 않고, 예를 들면, 이하의 도 5 내지 9에 도시하는 바와 같이 구성하여도 좋다.

이하, 각 실시예를, 각각의 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 어느 실시예에서도, 그것보다 전의 실시예에서 설명한 것과 같은 구성에 관해서는, 동일한 부호를 붙임에 의해, 설명을 생략 또는 간단하게 한다.

우선, 물체의 검출에 이용되는 2종류의 광은, 편광의 방향이 정돈된 광으로 한정되지 않고, 파장영역이 다른 광을 이용할 수도 있다. 도 5 및 도 6의 실시예에서는, 각각 파장영역이 다른 광을 이용하여, 도 2와 같은 원리에 의한 검출을 행한 것이다.

도 5에 도시하는 실시예에서는, 투광기(1) 및 수광기(2)의 P편광판(10P, 20P)에 대신하여, 적색광 추출용의 컬러 필터(10R, 20R)를 사용하고, S편광판(10S, 20S)에 대신하여 청색광 추출용의 컬러 필터(10B, 20B)를 사용한다. 또한, 투광 소자(100)로서 백색광을 출사하는 것을 사용한다.

이에 의해, 투광기(1)의 투광면의 상반분의 영역부터는 경사 아래방향을 향하여 적색광이 출사되고, 하반분의 영역부터 경사 윗방향을 향하여 청색광이 출사된다. 이들의 색채광 중, 수광기(2)의 컬러 필터(20R)의 배치 범위에 유도된 적색광과, 컬러 필터(20B)의 배치 범위에 유도된 청색광이 수광 소자(200)로 유도되게 된다.

도 6에 도시하는 실시예에서는, 투광기(1)에 컬러 필터(10R, 10B)를 마련하지 않고, 적색광을 발하는 투광 소자(100R)와, 청색광을 발하는 투광 소자(100B)를 마련하고, 이들의 투광 소자(100R, 100B)로부터의 광을 각각에 개별의 콜리메이트 렌즈(11R, 11B)를 통하여 프리즘(12)에 유도하도록 하고 있다. 또한, 이 경우에도, 투광 소자(100R, 100B)를 신호 처리 장치(3)에 수용하고, 각각의 광을 별개의 광파이버에 의해 투광기(1)에 유도하도록 구성할 수 있다.

도 6의 실시예의 경우, 투광기(1)에서는, 2종류의 광마다 투광 소자(100R, 100B)를 마련하고, 이들의 투광 소자(100R, 100B)로부터 유도된 광을 필터링하지 않고 출사하기 때문에, 출사광의 강도를 높일 수 있고, 물체의 검출을 보다 안정하게 행할 수 있다.

또한, 편광판을 이용하는 도 2의 예나, 컬러 필터를 이용하는 도 5의 예에서도, 출사의 방향마다 광원을 나눌 수 있고, 이에 의해 출사된 광의 강도를 높여서 검출의 안정도를 향상할 수 있다.

다음에, 도 7에 도시하는 실시예는, 도 2의 실시예와 마찬가지로, 편광판(10P, 10S, 20P, 20S)을 이용하여 검출 영역을 설정한다. 또한 이 실시예에서는, 수광기(2) 내에, 2개의 집광 렌즈(21P, 21S)를 마련하고, P편광의 광과 S편광의 광을 개별적으로 집광하고, 집광된 광을, 각각 개별의 수광 소자(200P, 200S)에 유도하도록 하고 있다.

또한 도 7에는 도시하지 않지만, 이 실시예에서는, 신호 처리 장치(3)에서, 각 수광 소자(200P, 200S)가 얻은 수광량을 각각 개별적으로 임계치와 대조하고, 각 수광량중의 적어도 한쪽이 임계치를 하회한 때에, 검출 신호를 온 상태로 설정한다.

상기한 구성에 의하면, P편광에 의한 검출 영역 및 S편광에 의한 검출 영역의 한쪽에만 물체가 들어간 경우에도, 그 검출 영역에서의 수광량의 감소에 의거하여 물체를 검출하는 것이 가능해지다. 따라서, 검출의 감도를 높일 수 있고, 작은 물체라도 정밀도 좋게 검출하는 것이 가능해진다.

또한, 도 5나 도 6의 예와 같이, 2종류의 색채광을 이용한 검출을 행하는 경우에도, 도 7의 예와 마찬가지로 하여 각 색채 광을 각각 개별의 수광 소자에 유도하고, 수광 소자마다 수광량의 대조 처리를 행하도록 구성할 수 있다.

다음에, 도 8 및 도 9는, 반사형의 광전 센서의 구성예를 도시한다.

도 8의 실시예의 광전 센서는, 투광 소자(100) 및 수광 소자(200)가 수용된 센서 헤드(310)와, 회귀 반사판(24)을 포함하는 미러부(320)에 의해 구성된다. 센서 헤드(310)의 앞면(前面)에는, P편광판(10P) 및 S편광판(10S)이, 도 2의 예의 투광기(1)와 같은 상태로 배치된다. 또한, 센서 헤드(310)의 내부에는, 프리즘(12) 및 콜리메이트 렌즈(11)가 도 2의 예의 투광기(1)와 마찬가지로 배치되고, 또한 콜리메이트 렌즈(11)의 후방에 하프-미러(14)가 마련된다.

미러부(320)는, 회귀 반사판(24)이 감입(嵌入)된 홀더(도시 생략)의 전체면에 S편광판(20S) 및 P편광판(20P)이 상하로 나열하여 장착되어 이루어진다. 이 미러부(320)와 센서 헤드(310)를 대향 배열 구비하면, 센서 헤드(310)의 P편광판(10P)은 미러부(320)의 S편광판(20S)에, 센서 헤드의 S편광판(10S)은 미러부의 P편광판(20P)에, 각각 높이가 맞추어진 상태가 된다.

상기한 구성에서, 투광 소자(100)로부터는, 다양한 방향으로 진동하는 광이 출사된다. 이들의 광은 하프-미러(14)를 통하여 콜리메이트 렌즈(11)에 유도되고, 수평 방향에 따른 광으로 변경된다. 또한 프리즘(12)과 편광판(10P, 10S)에 의해, 경사 아래방향을 향하는 P편광의 광과, 경사 윗방향을 향하는 S편광의 광이 출사된다.

이 실시예에서도, 센서 헤드(310)와 미러부(320)를, 도 3의 (A)의 투광기(1) 및 수광기(2)와 같은 정도의 거리를 두고 설치함에 의해, 각 편광판(10P, 10S)으로부터의 광을, 각각 미러부의 2개의 편광판(20P, 20S)의 전체면에 조사할 수 있다. 이들의 조사광 중, 편광판(20P)에 조사된 P편광의 광과, 편광판(20S)에 조사된 S편광의 광이, 회귀 반사판(24)에 유도된다.

회귀 반사판(24)은, 조사된 광을 그 조사 방향으로 반사시키는 기능을 구비하는데, 이 반사에 의해 광의 진동의 규칙성이 무너지기 때문에, 반사광은 다양한 방향으로 진동하는 상태가 된다. 편광판(20P)을 향하여 반사한 광 중, P편광의 광이, 편광판(20P)을 통과하고 센서 헤드(310)측의 편광판(10P)을 향하여 진행하고, 또한 이 편광판(10P)을 통과하여 센서 헤드(310)에 입광한다. 또한, 편광판(20S)을 향하여 반사한 광 중, S편광의 광이, 편광판(20S)을 통과하여 센서 헤드(310)의 편광판(10S)을 향하여 진행하고, 또한 이 편광판(10S)을 통과하여 센서 헤드(310)에 입광한다.

센서 헤드(310)에 입광한 광은, 프리즘(12) 및 렌즈(11)에 의해 집광된 후에, 하프-미러(14)를 통하여 수광 소자(200)로 유도된다. 따라서, 센서 헤드(310)와 미러부(320) 사이를 왕복하는 광이 진행하는 범위가 검출 영역이 되고, 도 2에 도시한 투과형의 광전 센서와 같은 범위에서 기판(5)을 검출하는 것이 가능해진다.

도 9는, 반사형의 광전 센서의 제 2의 구성예를 도시한다.

이 실시예에서는, 미러부(302)는, 도 8의 예와 같은 구성의 것을 사용하지만, 센서 헤드(310)에는, 하프-미러(14), 투광 소자(100), 수광 소자(200)는 마련되지 않고, 신호 처리 장치(3)로부터의 동축 타입의 광파이버(300)가 인입된다.

광파이버(300)는, 렌즈(11)의 초점 위치에 선단을 맞추어서 배열 구비된다. 도면중의 좌하의 확대도에 도시하는 바와 같이 광파이버(300)는, 지름이 굵은 투광용의 파이버(301)의 주위에 복수의 수광용의 파이버(302)가 배치되고, 이들이 피복재(303)에 의해 고정된 구성의 것이다.

신호 처리 장치(3)의 투광 소자(100)(이 도면에는 도시 생략)가 발한 광은, 투광용의 파이버(301)에 의해 센서 헤드(310)에 유도되고, 도 8의 예와 같은 원리로 미러부(320)로 출사된다. 미러부(320)로부터도, 도 8의 예와 같은 원리로 센서 헤드(310)측으로 반사광이 되돌아온다.

센서 헤드(310)로 되돌아온 광은, 프리즘(12) 및 렌즈(11)에 의해 집광되어 광파이버(300)에 유도되고, 또한 수광용의 파이버(302)에 입광하는 광이 신호 처리 장치(3)의 수광 소자(200)(이 도면에는 도시 생략)에 유도된다.

도 8, 9의 실시예에 의한 반사형의 광전 센서에서는, 센서 헤드(310)와 미러부(320) 사이에서 광이 왕복하는 동안에 편광판(10P, 10S, 20P, 20S)에 의한 광의 선별이 4회 실시되기 때문에, 출사되는 광의 광량에 대한 수광량의 비율은 투과형의 경우보다 작아진다. 그러나, 투광 소자의 발광 강도를 높이는 등의 방법에 의해, 차광 상태를 충분히 검출하는 것이 가능해진다. 또한, 편광판(10P, 10S, 20P, 20S)에 대신하여, 도 5에 도시한 컬러 필터(10R, 10B, 20R, 20B)를 이용하여 도 8, 9와 마찬가지의 구성을 실현하면, 광의 선별에 의한 수광량의 저하를, 최초의 투광시만으로 멈출 수가 있다.

또한, 상기한 각 실시예에서는, 어느 것이나 투광기(1)에 있어서의 2종류의 광의 출사 영역이나 각 광을 받는 광학 필터(편광판(20P, 20S) 또는 컬러 필터(20R, 20B))를 상하 방향으로 나열하여 배치하였지만, 예를 들면 판면을 수직으로 하여 상하이동하는 판상체를 검출하는 경우에는, 각 광의 출사 영역이나 광학 필터가 가로 나열이 되도록 한다.

F : 검출 대상 영역 1 : 투광기
2 : 수광기 3 : 신호 처리 장치
5 : 기판 24 : 회귀 반사판
10P, 10S, 20P, 20S : 편광판
10R, 10B, 20R, 20B : 컬러 필터
11, 21 : 렌즈
12, 22 : 프리즘
100, 100R, 100B : 투광 소자
200, 200P, 200S : 수광 소자

Claims (8)

1. 물체의 검출 대상 영역을 향하여 광을 출사하는 투광기와,
   상기 투광기로부터 출사된 광을 수광하는 수광기와,
   상기 수광기가 수광한 광량이 감소의 방향으로 변화한 것에 응하여 물체를 검출한 취지를 나타내는 신호를 출력하는 신호 처리 수단과,
   상기 투광기와 상기 수광기의 사이에, 특정한 특성을 갖는 광만을 투과시키는 2장의 제 1의 광학 필터를 갖는 광전 센서에 있어서,
   상기 투광기에서는, 특성이 다르며 또한 서로 간섭하지 않는 2종류의 광이, 투광면에서의 각각의 출사 영역부터 출사되고,
   2장의 상기 제 1의 광학 필터중의 1장은, 상기 2종류의 광의 어느 한쪽만을 투과하고, 다른 1장은 상기 2종류의 광의 다른쪽의 광만을 투과하는 특성을 가지며,
   2장의 상기 제 1의 광학 필터는, 각각 검출 대상 영역을 사이에 두고 선별 대상의 광과는 다른 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비됨과 함께, 투광면에 대해 2장의 상기 제 1의 광학 필터를 일정한 거리 이상 떨어지게 배치한 때에, 투광기로부터의 상기 2종류의 광이 각각 그 특성에 대응하는 상기 제 1의 광학 필터의 전체면에 조사되도록 상기 2종류의 광의 출사 방향이 정해져 있는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 투광기의 내부에는, 광원으로부터 상기 2종류의 광의 출사 영역을 향하는 광의 광축 방향을, 각각 대응하는 상기 제 1의 광학 필터의 배치 위치를 향하여 검출 대상 영역을 상기 제 1의 광학 필터가 배치되어 있는 방향으로 비스듬히 가로지르도록 변경하는 광축 설정 수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
3. 제 1항에 있어서,
   2장의 상기 제 1의 광학 필터는, 상기 수광기의 수광면에 평행하게 나열한 상태에서 수광기에 일체로 마련되고,
   상기 수광기는, 2장의 상기 제 1의 광학 필터와 함께 상기 투광기에 대향하는 위치에 배열 구비되고, 각 광학 필터를 통과한 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 수광기는, 2장의 상기 제 1의 광학 필터를 통과한 광을 개별적으로 집광하여, 집광 후의 광을 각각 개별의 수광 소자에 유도하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 투광기 및 수광기는, 2장의 상기 제 1의 광학 필터에 대해 상기 검출 대상 영역과는 반대측에 회귀 반사판이 마련되는 것을 전제로 하여, 동일한 몸체 내에 마련됨과 함께, 이 몸체의 상기 검출 대상 영역에 대향하는 면이 투광면 및 수광면으로서 기능하고,
   상기 수광기는, 상기 투광기로부터 출사되어 2장의 상기 제 1의 광학 필터를 통과한 2종류의 광 중, 회귀 반사판에서 반사한 후에 각 광학 필터를 통하여 되돌아온 광을 수광하는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 투광기의 투광면으로부터는, 각각 특정한 방향으로 진동함과 함께 진동의 방향이 서로 다른 2종류의 광이 출사되고,
   2장의 상기 제 1의 광학 필터로서, 상기 2종류의 광의 진동 방향을 각각 선별의 대상으로 하는 2장의 편광판이 상기 검출 대상 영역을 사이에 두고 선별 대상 외의 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비되는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 투광기의 투광면으로부터는, 파장영역이 각각 다른 2종류의 광이 출사되고,
   2장의 상기 제 1의 광학 필터는, 상기 2종류의 광에 대응하는 파장영역을 각각 선별의 대상으로 하고, 상기 검출 대상 영역을 사이에 두고 선별 대상 외의 광의 출사 영역에 대향하는 위치에 배열 구비되는 것을 특징으로 하는 광전 센서.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 투광기에서는, 상기 제 1의 광학 필터와 동일한 특성을 각각 구비하는 2장의 제 2의 광학 필터가 각각 상기 검출 대상 영역을 사이에 두고 특성이 다른 필터에 대향하도록 상기 투광면에 따라 나란히 배열 구비되고, 투광기의 2장의 상기 제 2의 광학 필터를 통과한 광이 각각 상기 2종류의 광으로서 출사되는 것을 특징으로 하는 광전 센서.

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