光電傳感器概要

光電傳感器的定義

「光電傳感器」是利用光的各種性質(zhì)，檢測(cè)物體的有無(wú)和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。光電傳感器主要由發(fā)光的投光部和接受光線的受光部構(gòu)成。如果投射的光線因檢測(cè)物體不同而被遮掩或反射，到達(dá)受光部的量將會(huì)發(fā)生變化。受光部將檢測(cè)出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電氣信號(hào)，進(jìn)行輸出。大多使用可視光（主要為紅色，也用綠色、藍(lán)色來(lái)判斷顏色）和紅外光。 光電傳感器如下圖所示主要分為3類。（詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)「 分類 」）

光電傳感器特長(zhǎng)

光電傳感器原理

①光的性質(zhì)

直射

光在空氣中和水中時(shí)，總是直線傳播。

使用對(duì)射型傳感器外置的開叉來(lái)檢測(cè)微小物體的示例便是運(yùn)用了這種原理。 
   
曲折 是指光射入到曲折率不同的界面上時(shí)，通過(guò)該界面后，改變行進(jìn)方向的現(xiàn)象。
   
反射（正反射、回歸反射、擴(kuò)散反射） 在鏡面和玻璃平面上，光會(huì)以與入射角相同的角度反射，稱為正反射。 3個(gè)平面互相直角般組合的形狀稱為三面直角棱鏡。 如果面向三面直角棱鏡投光，將反復(fù)進(jìn)行正反射，最終的反射光將向投光的反方向行進(jìn)。
這樣的反射稱為回歸反射。 多數(shù)的回歸反射板都是由數(shù)mm角的三面直角棱鏡按規(guī)律排列而構(gòu)成的。 此外，在白紙等沒(méi)有光澤性的表面上，光線將向各個(gè)方向反射，這樣的反射稱為擴(kuò)散反射。 擴(kuò)散反射型將該原理作為檢測(cè)方式。
   
偏光 光線可以表現(xiàn)為與其行進(jìn)方向垂直的振動(dòng)波。作為光電傳感器的光源，主要使用LED。從 LED投射的光線，會(huì)在與行進(jìn)方向垂直的各個(gè)方向上振動(dòng)，這種狀態(tài)的光稱為無(wú)偏光。將無(wú)偏 光的光的振動(dòng)方向限制在一個(gè)方向上的光學(xué)過(guò)濾器稱為偏光過(guò)濾器。即從LED投光，并通過(guò)偏 光過(guò)濾器的光線只在一個(gè)方向上振動(dòng)，這種狀態(tài)稱為偏光（正確地說(shuō)應(yīng)為直線偏光）。在某 一方向（例如縱方向）上振動(dòng)的偏光，無(wú)法通過(guò)限制在其垂直方向（橫方向）上振動(dòng)的偏光 過(guò)濾器?；貧w反射型的M.S.R功能（→③M.S.R.功能（Mirror Surface Rejection：鏡面體光澤 清除）頁(yè)）和作為對(duì)射型配件的防止相互干擾過(guò)濾器就是應(yīng)用了這種原理。
  
②光源 光的點(diǎn)亮方式 〈脈沖變調(diào)光〉 多數(shù)光電傳感器采用脈沖變調(diào)光，基本以一定周期反復(fù)投光。 由于很容易排除雜亂光的影響，所以可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)。在帶防止相互干擾功能的類型中 ，投光的周期會(huì)根據(jù)干擾光和雜亂光而在一定范圍內(nèi)變化。
 
〈直流光〉 是連續(xù)投射一定光量的光線，在標(biāo)記傳感器等部分機(jī)型中使用。能得到高速響應(yīng)性，但有檢 測(cè)距離短，容易受雜亂光影響等缺點(diǎn)。  
光源色與種類
 
③光纖型 構(gòu)造 由于檢測(cè)部（光纖）中完全沒(méi)有電氣部分，所以耐干擾等耐環(huán)境性良好。
 
E3X-DA-S（數(shù)字放大器）
   
檢測(cè)原理 光纖由中間的核心和外圍部分曲折率較小的外包金屬構(gòu)成。 如果光線入射到核心部分，光線將會(huì)在與外包金屬的交界面上一邊反復(fù)進(jìn)行全反射，一邊行進(jìn)。通過(guò)光纖 內(nèi)部從端面發(fā)出的光線以約60°的角度擴(kuò)散，照射到檢測(cè)物體上。 
   
光纖的種類與特性

截面	構(gòu)造	特長(zhǎng)	有效用途	代表型號(hào)
柔軟型 (多核心)	(中間的素線固定)	很少因彎曲造成光量變動(dòng) 容許彎曲半徑：R1mm	與傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)型相比 柔軟，可像電線般布線 彎曲半徑可忽略 即使碰觸到光纖，光量也不變動(dòng)	E32-T11R E32-T11R
標(biāo)準(zhǔn)型 單芯		光的傳輸效果好 (檢測(cè)距離較長(zhǎng)) 容許彎曲半徑 ： R25mm或R10mm		E32-TC200 E32-DC200
耐彎曲型(束)	（中間的素線分散）	耐曲折性良好 反復(fù)彎曲次數(shù)100萬(wàn)次以上（代表例） 容許彎曲半徑：R4mm	即使使用機(jī)器人手臂等可動(dòng)的部分也很難破損	E32-T11 E32-D11

④三角測(cè)距 距離設(shè)定型光電傳感器主要以三角測(cè)距為檢測(cè)原理。下圖所示的是三角測(cè)距的原理。從投光元件投射的光線將在檢測(cè)物體上擴(kuò)散反射。反射光將通過(guò)受光透鏡在位置檢測(cè)元件（輸出符合光線位置信號(hào)的半導(dǎo)體元件）上成像。檢測(cè)物體在靠近光學(xué)系統(tǒng)的位置A的情況下，反射光會(huì)在位置檢測(cè)元件的a位置上成像。在離光學(xué)系統(tǒng)較遠(yuǎn)的位置B的情況下，反射光將在b位置上成像。因此，通過(guò)測(cè)定位置檢測(cè)元件上的成像位置，可以檢測(cè)與檢測(cè)物體的距離。 
  

光電傳感器分類

①按檢測(cè)方式分類
(1)對(duì)射型 檢測(cè)方式 為了使投光器發(fā)出的光能進(jìn)入受光器，對(duì)向設(shè)置投光器與受光器。 如果檢測(cè)物體進(jìn)入投光器和受光器之間遮蔽了光線，進(jìn)入受光器的光量將減少。 掌握這種減少后便可進(jìn)行檢測(cè)。
   
此外，檢測(cè)方式與對(duì)射型相同，在傳感器形狀方面，也有投光受光部一體化，稱為槽形的種類。
 
特長(zhǎng)： 動(dòng)作的穩(wěn)定度高，檢測(cè)距離長(zhǎng)。（數(shù)cm～數(shù)十m） 即使檢測(cè)物體的通過(guò)線路變化，檢測(cè)位置也不變。 檢測(cè)物體的光澤?顏色?傾斜等的影響很少。
(2)擴(kuò)散反射型 檢測(cè)方式 在投受光器一體型中，通常光線不會(huì)返回受光部。如果投光部發(fā)出的光線碰到檢測(cè)物體，檢 測(cè)物體反射的光線將進(jìn)入受光部，受光量將增加。掌握這種增加后，便可進(jìn)行檢測(cè)。
 
特長(zhǎng)： 檢測(cè)距離為數(shù)cm～數(shù)m。 便于安裝調(diào)整。 在檢測(cè)物體的表面狀態(tài)（顏色、凹凸）中光的反射光量會(huì)變化，檢測(cè)穩(wěn)定性也變化。 
(3)回歸反射型 檢測(cè)方式 在投受光器一體型中，通常投光部發(fā)出的光線將反射到相對(duì)設(shè)置的反射板上，回到受光部。 如果檢測(cè)物體遮蔽光線，進(jìn)入受光部的光量將減少。 掌握這種減少后，便可進(jìn)行檢測(cè)。
 
特長(zhǎng) 檢測(cè)距離為數(shù)cm～數(shù)m。 布線.光軸調(diào)整方便（可節(jié)省工時(shí)）。 檢測(cè)物體的顏色、傾斜等的影響很少。 光線通過(guò)檢測(cè)物體2次，所以適合透明體的檢測(cè)。 檢測(cè)物體的表面為鏡面體的情況下，根據(jù)表面反射光的受光不同，有時(shí)會(huì)與無(wú)檢測(cè)物體的狀 態(tài)相同，無(wú)法檢測(cè)。這種影響可通過(guò)MSR功能來(lái)防止。
(4)距離設(shè)定型 檢測(cè)方式         作為傳感器的受光元件，使用2比例光電二極管或位置檢測(cè)元件。通過(guò)檢測(cè)物體反射的投 光光束將在受光元件上成像。這一成像位置以根據(jù)檢測(cè)物體距離不同而差異的三角測(cè)距原理 為檢 測(cè)原理。         下圖所示的是使用2比例光電二極管的檢測(cè)方式。2比例光電二極管的一端（接近外殼的 一側(cè)）稱為N（Near）側(cè)，而另一端稱為F（Far）側(cè)。檢測(cè)物體存在于已設(shè)定距離的位置上 的情況下，反射光將在N側(cè)和F側(cè)的中間點(diǎn)成像，兩側(cè)的二極管將受到同等的光量。此外，相 對(duì)于設(shè)定距離，檢測(cè)物體存在于靠近傳感器的位置的情況下，反射光將在N側(cè)成像。相反的， 相對(duì)于設(shè)定距離，檢測(cè)物體存在于較遠(yuǎn)的位置的情況下，反射光將在F側(cè)成像。傳感器可通過(guò) 計(jì)算N側(cè)與F側(cè)的受光量差來(lái)判斷檢測(cè)物體的位置。   
距離設(shè)定型的特長(zhǎng) 受檢測(cè)物體的表面狀態(tài)?顏色的影響少。 不易受背景物體的影響。   BGS(Background Suppression)和FGS(Foreground Suppression) 在E3Z-LS61/-66/-81/-86中，檢測(cè)傳輸帶上物體的情況下，可選擇BGS和FGS兩種功能中的任 何一個(gè)。 BGS是不會(huì)對(duì)比設(shè)定距離更遠(yuǎn)的背景（傳輸帶）進(jìn)行檢測(cè)的功能。 FG是不會(huì)對(duì)比設(shè)定距離更近的物體，以及回到受光器的光量少于規(guī)定的物體進(jìn)行檢測(cè)的功能，反言之，是只對(duì)傳輸帶進(jìn)行檢測(cè)的功能。
回到受光器光量少的物體是指：   ①檢測(cè)物體的反射率極低，比黑畫紙更黑的物體。 ②反射光幾乎都回到投光側(cè)，如鏡子等物體。 ③反射光量大，但向隨機(jī)方向發(fā)散，有凹凸的光澤面等物體。 注：③的情況下，根據(jù)檢測(cè)物體的移動(dòng)，有時(shí)反射光會(huì)暫時(shí)回到受光側(cè)，所以有時(shí)需要通過(guò)OFF延遲定時(shí)器來(lái)防止高速顫動(dòng)。 
     
特長(zhǎng) 可對(duì)微小的段差進(jìn)行檢測(cè)（BGS、FGS）。 不易受檢測(cè)物體的顏色影響（BGS、FGS）。 不易受背景物體的影響（BGS）。 有時(shí)會(huì)受檢測(cè)物體的斑點(diǎn)影響（BGS、FGS）。
(5)限定反射型 檢測(cè)方式 與擴(kuò)散反射型相同，接受從檢測(cè)物體發(fā)出的反射光進(jìn)行檢測(cè)。設(shè)置為在投光器和受光器上僅入射 正反射光，僅對(duì)離開傳感器一定距離（投光光束與受光區(qū)域重疊的范圍）的檢測(cè)物體進(jìn)行檢測(cè)。 下圖中，可在（A）位置檢測(cè)物體，但在（B）位置無(wú)法檢測(cè)。
   
特長(zhǎng) 可檢測(cè)微妙的段差。 限定與傳感器的距離，只在該范圍內(nèi)有檢測(cè)物體時(shí)進(jìn)行檢測(cè)。 不易受檢測(cè)物體的顏色的影響。 不易受檢測(cè)物體的光澤、傾斜的影響。

②按檢測(cè)方式選擇點(diǎn)
對(duì)射型/回歸反射型的確認(rèn)事項(xiàng) 檢測(cè)物體 1．大小、形狀（縱×橫×高） 2．透明度（不透明體|半透明體|透明體） 3．移動(dòng)速度V（m/s或個(gè)/分）   傳感器 1．檢測(cè)距離（L） 2．形狀?大小的限制 a）傳感器 b）回歸反射板（回歸反射型的情況下） 3．有無(wú)多個(gè)緊密安裝 a）臺(tái)數(shù) b）安裝間距 c）是否可以交錯(cuò)安裝 4．安裝的限制（是否需要角度等）   環(huán)境 1．環(huán)境溫度 2．有無(wú)水、油、藥品等飛散 3．其他
   
擴(kuò)散反射型、距離設(shè)定型、限定反射型的確認(rèn)事項(xiàng) 檢測(cè)物體 1．大小形狀（縱×橫×高） 2．顏色 3．材料（鐵、SUS、木、紙等） 4．表面狀態(tài)（粗糙、有光澤） 5．移動(dòng)速度V（m/s或個(gè)/分）   
傳感器 1．檢測(cè)距離（與工件之間的距離）（L） 2．形狀、大小的限制 3．有無(wú)多個(gè)緊密安裝 a）臺(tái)數(shù) b）安裝間距 4．安裝的限制（是否需要角度等）   
背景 1．顏色 2．材料（鐵、SUS、木、紙等） 3．表面狀態(tài)（粗糙、有光澤等）   
環(huán)境 1．環(huán)境溫度 2．有無(wú)水、油、藥品等飛散 3．其他

③按構(gòu)成分類 光電傳感器通常由投光部、受光部、增幅部、控制部、電源部構(gòu)成，按其構(gòu)成狀態(tài)可分為以下幾類。   (1)放大器分離型 僅投光部和受光部分離，分別作為投光部和受光部（對(duì)射型）、或一體的投受光器（反射型）。其他的增幅部、控制部采用一體的放大器單元形。   特長(zhǎng) 投受光器僅由投光元件、受光元件及光學(xué)系統(tǒng)構(gòu)成，所以可以采用小型。 即使在狹小的場(chǎng)所設(shè)置投、受光器，也可在較遠(yuǎn)的場(chǎng)所調(diào)整靈敏度。 投?受光部與放大器單元間的信號(hào)線很容易受干擾。 代表機(jī)型（放大器單元）：E3C-LDA、E3C   (2)放大器內(nèi)置型 除電源部以外為一體。(對(duì)射型分為包括投光部的投光器和包括受光部、增幅部、控制部的受光器兩種)。電源部單獨(dú)采用電源單元等形狀。     特長(zhǎng) 由于受光部、增幅部、控制部為一體，所以不需要圍繞微小信號(hào)的信號(hào)線，不易受干擾的影響。 與放大器分離型相比，布線工時(shí)更少。 一般比放大器分離型大，但與沒(méi)有靈敏度調(diào)整的類型相比，絕不遜色。 代表機(jī)型：E3Z、E3T、E3S-C   (3)電源內(nèi)置型 連電源部也包含在投光器、受光器中的一體化產(chǎn)品。   特長(zhǎng) 可直接連接到商用電源上，此外還能從受光器直接進(jìn)行容量較大的控制輸出。 投光器、受光器中還包括了電源變壓器等，所以與其他形態(tài)相比很大。 代表機(jī)型：E3G、E3JK、E3JM   (4)光纖型 是在投光部、受光部上連接光纖的產(chǎn)品。由光纖單元和放大器單元構(gòu)成，但本公司沒(méi)有電源內(nèi)置的放大器單元系列產(chǎn)品。     特長(zhǎng) 根據(jù)光纖探頭（前端部分）的組合不同，可構(gòu)成對(duì)射型或反射型。 適合于檢測(cè)微小物體。 光纖單元不受干擾的影響。 代表機(jī)型（放大器單元）：E3X-DA-S、E3X-MDA、E3X-NA

傳感器術(shù)語(yǔ)解說(shuō)

項(xiàng)目		說(shuō)明圖	含義
檢測(cè)距離	對(duì)射型		在對(duì)射型、回歸反射型中 考慮到產(chǎn)品的分散和溫度變化等，能穩(wěn)定設(shè)定的最大檢測(cè)距離。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的實(shí)力值無(wú)論哪種方式都比額定檢測(cè)距離更長(zhǎng)。
	回歸反射型
	擴(kuò)散散射型		在擴(kuò)散反射型中 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體（白畫紙），考慮到產(chǎn)品的分散和溫度變化等，能穩(wěn)定設(shè)定的最大檢測(cè)距離。 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的實(shí)力值無(wú)論哪種方式都比額定檢測(cè)距離更長(zhǎng)。
	限定反射型		在限定反射型中 如左圖的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)使投光軸與受光軸在檢測(cè)物體的表面以同樣的傾斜角 θ 交叉。 在該光學(xué)系統(tǒng)中，從物體發(fā)出的正反射光能穩(wěn)定檢測(cè)出的距離范圍為檢測(cè)距離。因此，檢測(cè)距離根據(jù)其下限和上限，表現(xiàn)為「10～35mm」。（→參見(jiàn)1296頁(yè)）
	標(biāo)記傳感器		在標(biāo)記傳感器中 如左圖的光學(xué)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)時(shí)使受光軸相對(duì)于和檢測(cè)物體垂直的投光軸在θ交叉。 因此受光部將不受檢測(cè)物體的正反射光影響，而只接受擴(kuò)散反射光，可對(duì)檢測(cè)物體的「顏色」進(jìn)行檢測(cè)。
設(shè)定范圍/檢測(cè)范圍	距離設(shè)定型		在距離設(shè)定型中 可對(duì)物體的檢測(cè)位置限度進(jìn)行設(shè)定。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體（白畫紙）可設(shè)定的范圍稱為設(shè)定范圍。 被設(shè)定的位置作為限度，將能檢測(cè)物體的范圍稱為檢測(cè)范圍。檢測(cè)范圍根據(jù)傳感器的檢測(cè)模式而不同，有時(shí)存在于設(shè)定位置開始的傳感器一 側(cè)（BGS模式），或遠(yuǎn)離設(shè)定位置的一側(cè)（FGS模式）。（→參見(jiàn)1295頁(yè)）
指向角			對(duì)射型、回歸反射型 作為光電傳感器可動(dòng)作的角度范圍。
差動(dòng)的距離			擴(kuò)散反射型、距離設(shè)定型 動(dòng)作距離與回歸距離的差。 一般用產(chǎn)品樣本中相對(duì)于額定檢測(cè)距離的比率來(lái)表示。
無(wú)感帶			在標(biāo)記傳感器、距離設(shè)定型、限定反射型、擴(kuò)散發(fā)射型、回歸反射型中，將離透鏡面近且遠(yuǎn)離投光區(qū)域、受光區(qū)域的區(qū)域稱為"無(wú)感帶"，在無(wú)感帶中無(wú)法檢測(cè)。
響應(yīng)時(shí)間			從光輸入的斷續(xù)開始，到控制輸出動(dòng)作或回歸為止的延遲時(shí)間稱為「響應(yīng)時(shí)間」。 在光電傳感器中，一般動(dòng)作時(shí)間（Ton）回歸時(shí)間（Toff）。

項(xiàng)目	說(shuō)明圖	含義
遮光動(dòng)作 DARK ON		遮光動(dòng)作（DARK ON）的定義 是指在對(duì)射型中遮蔽投光光束等情況下，進(jìn)入受光器的光量減少到標(biāo)準(zhǔn)以下時(shí)的輸出動(dòng)作，表示為動(dòng)作模式：遮光時(shí)ON， DARK ON。 入光動(dòng)作（LIGHT ON）的定義 是指在擴(kuò)散反射型中，接近檢測(cè)物體等情況下，進(jìn)入受光器的光量增加到標(biāo)準(zhǔn)以上時(shí)的輸出動(dòng)作，表示為動(dòng)作模式：入光時(shí)ON，LIGHT ON。
入光動(dòng)作 LIGHT ON
使用環(huán)境亮度		使用環(huán)境亮度用受光器的受光面亮度表示，并將受光輸出相對(duì)于200lx時(shí)的值變化±20％時(shí)的亮度定義為「使用環(huán)境亮度」。 并不是進(jìn)行誤動(dòng)作之前的動(dòng)作界限亮度。
標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體		無(wú)論對(duì)射型或回歸反射型，都將具有比光學(xué)系統(tǒng)的對(duì)角線長(zhǎng)度更大直徑的不透明體測(cè)桿作為標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體。 一般在對(duì)射型中，將投?受光透鏡的對(duì)角線長(zhǎng)度作為標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體的直徑，而在回歸反射型中則使用反射板的對(duì)角線長(zhǎng)度。 根據(jù)反射板的標(biāo)準(zhǔn)物體的大小 在擴(kuò)散反射型中，將比投光光束直徑更大的白畫紙作為標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體。
最小檢測(cè)物體		對(duì)射型、回歸反射型的情況下，在額定檢測(cè)距離上將靈敏度調(diào)整為穩(wěn)定入光動(dòng)作值，將可檢測(cè)的最小檢測(cè)物體作為代表例。   在反射型中，將靈敏度設(shè)定為最大，將可檢測(cè)的最小檢測(cè)物體作為代表例。
安裝狹縫時(shí)的最小檢測(cè)物體		對(duì)射型 在投、受光器兩者上都安裝狹縫，在額定檢測(cè)距離上將靈敏度調(diào)整為進(jìn)行正確入光動(dòng)作的值，如左圖所示，將檢測(cè)物體沿狹縫的較長(zhǎng)方向平行移動(dòng)，將可檢測(cè)的最小檢測(cè)物體作為代表例。

特性數(shù)據(jù)的讀法

對(duì)射型/回歸反射型

平行移動(dòng)特性	受光輸出余度－距離特性
對(duì)射型的情況下：表示已固定投光器時(shí)，受光器的檢測(cè)界限位置。 回歸反射型的情況下：表示已固定傳感器的位置時(shí)，回歸反射伴的檢測(cè)界限位置。 無(wú)論哪種情況下，旋鈕均為MAX。被上下兩側(cè)的線圍住的區(qū)域是可檢測(cè)區(qū)域。 設(shè)置多個(gè)對(duì)射型的情況下，為了避免相互干擾，需要圖示1.5倍的區(qū)域。	受光輸出余度用對(duì)靈敏度進(jìn)行最大設(shè)定情況下的數(shù)值來(lái)表示。 上述為額定檢測(cè)距離為15m的機(jī)型的示例。在額定檢測(cè)距離中，能讀取約6倍的受光輸出余度。

  擴(kuò)散反射型

動(dòng)作區(qū)域特性	檢測(cè)距離-檢測(cè)物體的大小特性
表示將標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體沿Y方向（與光軸垂直的方向）移動(dòng)時(shí)，檢測(cè)開始的位置。 在圖中，向下側(cè)彎曲的圖表，是將檢測(cè)物體從下側(cè)移動(dòng)時(shí)的圖表。	表示根據(jù)檢測(cè)物體的大小和表面顏色的不同，檢測(cè)距離變化的情況。 這些是相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)物體的值，檢測(cè)物體如果發(fā)生變化，動(dòng)作區(qū)域、檢測(cè)距離也發(fā)生變化。

  擴(kuò)散反射型/回歸反射型

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