光電センサーの概要

光電センサーを最良の状態で適用するには、電磁放射スペクトルを理解することが役立ちます。ifmの光電センサーは可視光(主に赤色光)および赤外線の周波数範囲で動作します。

赤色可視光
「オールラウンド」の最良の光のタイプで、ほとんどのアプリケーションに推奨されます。 ifmセンサーの大分部は赤色可視光を使用します。
メリット デメリット

短距離で見やすく、セットアップ支援として有用です。

距離が長い場合は色に依存します。

赤外線
メリット デメリット

検出範囲のほとんどで色に依存しません。

汚れた環境(ほこり、ミスト、蒸気など)に適しています。

人間の目には見えないため、セットアップが困難です。

レーザー光
メリット デメリット

小型のターゲットを長距離で検出可能です。

小さなスポット光により正確なスイッチポイントが可能です。

明るい赤色可視ビームをセットアップ支援に使用可能です。

レーザーLEDは通常、標準の赤色可視光や赤外線LEDよりも高価です。

用語

有効ビーム – センサー出力が状態を変更するために完全に中断される必要がある光ビームのエリア。光ビームが途切れた時にオンになるセンサー(すなわち 透過型光電センサーおよびミラー反射型光電センサー)には有効ビームがあります。光を直接ターゲットに跳ね返すセンサー(すなわち 拡散反射型光電センサー)には有効ビームはありません。

入光動作(またはライトオン) – 受光器が光を検出すると出力の状態が変化します。

遮光動作(またはダークオン) – 受光器が光を検出しないときに出力の状態が変化します。

余裕度 – センサーが実際に受信した光エネルギーの、出力状態を変更するために必要な光エネルギーに対する比率。ゲインの値1は、出力を切替えるために必要な最小値です。このしきい値より上の場合は余裕度とみなされます。汚染されたエリアでセンサーが適切に動作するかどうかを判断するのに役立ちます。

必要な最大余裕度 動作環境
1.5X 清潔な空気: レンズや反射ミラーに汚れが堆積していません。
5X わずかな汚れ。 ほこり、汚れ、オイル、湿気、などがレンズまたは反射ミラーに若干堆積しています。 レンズは定期的に清掃されます。
10X 中程度の汚れ。 レンズまたは反射ミラーに明らかな汚染がありますが、遮られてはいません。 レンズは時々、または必要に応じて清掃されます。
50X ひどい汚れ。 レンズがひどく汚染されています。 濃い霧、ミスト、煙、または油膜、レンズの清掃は最低限

有効ビームは直径が均一で投光器および受光器のレンズ直径とほぼ同じです。ターゲットが有効ビームと同じ大きさであれば、ターゲットがビームを遮断したときに出力がスイッチします。

透過型光電センサーの出力:

  • 入光動作の出力は、ターゲットが存在しない場合にオンになります。
  • 遮光動作の出力は、ターゲットが存在する場合にオンになります。

取付け時の考慮事項

複数の透過型センサーを取付ける場合は、ある投光器が発射したビームが他の受光器に干渉しないように注意してください。簡単な解決策は、図に示すように投光器と受光器を交互にすることです。

反射率の高い検出体がビームを通過すると、無関係な受光器に光を反射して誤った信号が生じることがあります。簡単な解決策は、センサー間に遮蔽物を置いて、逸れた反射光をブロックすることです。

日光には投光器の光と同じ波長が含まれるため、周囲光が非常に強いと受光器が誤動作することがよくあります。これは一般的に、光電センサーが家庭用ガレージドアオープナーに使用され、特定の角度の日光がドアの動作を干渉する場合に見られます。考えられる解決法には、センサーの角度をつける、遮蔽物を追加する、投光器と受光器を入れ替える、などがあります。

ミラー反射型光電センサーの有効ビームは円錐形です。 センサー近辺ではビームは投光器レンズのサイズとほぼ同じです。反射ミラーの近辺では、反射ミラーのサイズです。つまり、小さい検出体はセンサーに近い場合に検出できますが、反射ミラーに近い場合は必ずしも検出できるわけではありません。

ミラー反射型光電センサーの出力:

  • 入光動作の出力は、ターゲットが存在しない場合にオンになります。
  • 遮光動作の出力は、ターゲットが存在する場合にオンになります。

ミラー反射型光電センサーには反射ミラーが必要です。設計上、これらの反射ミラーは入射光を90度回転させます。 センサーにはレンズの上に偏光フィルターが設置されているため、光波は1方向のみに向いています。 反射ミラーは受光器のフィルターに一致するように光波を回転させます。

光沢のあるターゲットは高い輝度の光をセンサーに返す場合がありますが、光が適切な方向でないため、光沢のあるターゲットによる誤信号は発生しません。

拡散反射型光電センサー

ターゲットの影響:

大きい検出体はより多くの光を反射し、検出範囲が大きくなります。

赤色可視光センサーでは、明るい色の方が暗い色より長い距離で検出できます。赤外線センサーではターゲットの色の影響ははるかに少なくなります。光沢面は、平坦または艶消し面よりも長い距離で検出できます。

滑らかな表面は粗い表面よりも反射品質が良くなります。たとえば滑らかな青いプラスチックのターゲットは、青いベルベットのターゲットより多くの光を反射します。

センサーに対して直角な平坦なターゲットは、角度のついた平坦なターゲットより多くの光を反射します。また、平坦でないターゲットは光をセンサーからそれるように屈折させる傾向があり、エネルギーと検出範囲の損失につながります。

背景の影響
拡散反射型センサーは、光源にかかわらず受光器に反射されたすべての光を検出します。背景から反射された光は、ターゲットからの光と同じように見え、背景がターゲットより反射率が高い場合、およびターゲットと背景が非常に近い場合には特に問題になります。

背景の検出を抑制するには:

  1. 暗い平坦な塗料を塗って修正します。
  2. 背景に対するセンサーの角度を変更します。
  3. 背景を「無視する」ようにセンサーの感度を落とします。
  4. 背景抑制機能組込みの拡散反射型センサーを使用します。

固定範囲
投光器と受光器のレンズ位置に角度があり、検出ゾーンを作成します。検出ゾーン内の検出体が光を受光レンズに反射して検出されます。検出範囲外(近すぎる場合と遠すぎる場合)の検出体には光を受光器に戻す正しい形状がありません。この方法は通常、短距離に使用され、調整はできません。

三角測量原理
このテクノロジーでは、2つの受光素子を使用して背景抑制を行います。ポテンショメータを調整に使用して、1つの受光器がターゲットを検出し、他方が背景を検出するように、ミラーが機械的に位置付けされます。次にセンサーはこれら2つのポイントの中間に調整されます。センサーは受信した光の角度を評価して、光がターゲットから来たのか、背景から来たのかを判断します。

ダイオードアレイ
この方法は三角測量原理と同様ですが、受光器は63個のダイオードアレイです。追加の受光器により、正確な背景抑制が可能です(つまり ターゲットと背景が非常に近い場合でも検出できます。ダイオードアレイセンサーはマイクロプロセッサーを備え、プッシュボタンで電子的にプログラムできます。

PMDタイムオブフライト
PMD(フォトニックミキサーデバイス)は、光がセンサーからターゲットに到達して戻ってくるのにかかる時間を測定することで、センサーと検出体(およびセンサーと背景)との間の距離を判定します。

レーザーダイオードが変調されたレーザービームを生成します。ターゲットが反射した光はレンズを経由して受光チップ(PMDスマートピクセル)に向けられます。次にチップが入射光波を比較してターゲットの距離に関する結論を引出します。

Diagram of sensor using time of flight technology

光波はレーザー光源から伝搬します。 光がターゲットに反射すると、位相パターンがずれ、ずれは距離に直接比例します。

この独自のテクノロジーは次のものを提供します。

  • 小さく反射率の高いターゲットを安定して検出
  • 色と角度に依存しないため迅速に取付け可能
  • IO-Link経由の距離測定

ifmのODG、O1D、O5D、OIDレーザー距離センサーは、すべてこのテクノロジーを使用しています。