[发明专利]光学传感器装置及其用途

说明书

本发明涉及光学传感器装置。

光入射到物体上时，光从物体上反射回来的反射光或者透过物体的透过光的偏振状态受到物体的表面状态、物体的材质等因素影响，这是大家所熟知的。

利用这一原理评价物体的表面性状的装置登载在实开昭63-19246号公报上。该装置将光照射到物体表面上，使其反射光通过偏振滤光器进行检测。借助于通过偏振滤光器，可以只取出反射光的特定的偏振成分。

在特开平2-189408号公报记载的胶带检测装置中，是使从贴着胶带的纸面上反射的反射光通过偏振元件(可变起偏器)后接收光的。可变起偏器是将液晶封入薄玻璃制的隔离盒内，在隔离盒的两面形成透明电极。

不论是上述偏振滤光器还是可变起偏器，都只能取出具有一个方向的偏振方向的光成分。为了取出相互正交方向的2个偏振成分，在实开昭63-19246号公报中是使偏振滤光器在其面内转动90°，在这种结构中，需要偏振滤光器的转动机构，并且测量也费时间。该文献中还描述了将相互正交方向的2个偏振滤光器横向排列的结构。从物体表面反射的反射光光束的一部分通过一边的偏振滤光器，另一部分通过另一边的偏振滤光器。从物体表面反射的反射光有时随该光束的部分而改变偏振成分的结构，所以，使用该结构不能正确地检测物体表面的性状。

可变起偏器是通过改变加到透明电极上的电压而改变偏振方向的，所以需要外加电压，为此就需要可变电压的发生电路，同时必须边改变外加电压边进行测量。

本发明的目的旨在提供一种光学传感器装置，可以一举解决上述问题，并且可以以比较简单的结构从同一光束同时取出相互正交的两个方向的偏振成分并测量其强度，从而可以对物体进行正确的判断。

本发明的目的还在于要提供一种光学传感器装置，可以广泛地应用于检测有无物体、物体的表面状态、物体的材质、有无暂时吸附到物体上或在空气等媒质中浮游的光散射体等。

进而，本发明提供一种光学传感器装置，可以进行稳定的动作，不受投射光具有的发散角及收敛角、入射到传感器装置内的光具有的入射角度的弥散、由于被检测物体的位置变动而引起入射到传感器装置内的光的入射角度的变动等影响。

本发发明可以确保稳定的传感器装置的动作，不受发光二极管等光源具有的发光波长分布、光源本身的弥散性引起的发光波长的弥散等的影响。

本发明的光学传感器装置包括向被检测物体投射光的投光光学系统和入射从被检测物体反射的反射光、透过光线或散射光的受光光学系统。投光光学系统至少包括输出投射光的发光元件。受光光学系统包括将从被检测物体反射的反射光、透过光或散射光分离为以对于其入射面的S偏振成分为主的第1光束和以P偏振成分为主的第2光束的偏振光束分离器、接收上述第1光束的第1受光元件和接收上述第2光束的第2受光元件。

进而设置根据上述第1和第2受光元件的输出而输出关于有无被检测物体、表面状态或材质的信号的判别装置。用于根据第1和第2受光元件的输出而进行判别的运算，可以采用与应判别的物体的材质、表面状态等相应的办法。

按照本发明，由于在受光光学系统中使用了偏振光束分离器，所以，利用该偏振光束分离器可以分离为以其入射面为基准定义的相互正交的主要含有S偏振成分的第1光束和主要含有P偏振成分的第2光束。这样分离的两个光束分别由受光元件接收，根据其输出信号可以得到关于有无被检测物体表面状态或材质的信息。

由于将向受光光学系统入射的入射光分解为将其全部作为1个光束而包含在其中的相互正交的两个偏振成分，所以，可以不将关于物体的材质、表面状态的信息部分地分开而作为总体反映在接收信号中，从而可以进行正确的判断。另外，不需要像上述文献记载的装置那样设置转动机构及可变外加电压发生电路，结构可以简化。

在本发明的理想的实施形式中，使用将从被检测物体反射的反射光、透射光或散射光分离为以对于其入射面的S偏振成分为主的第1光束和以P偏振成分为主的第2光束，并且其光分离特性在使用的入射角范围内实际上恒定的偏振光束分离器。

并且，上述偏振光分离器最好是在上述发光元件的投射光波长的宽阔范围内，在使用的入射角范围内具有实际上恒定的上述光分离特性。

在其他理想的实施形式中，使用将从被检测物体反射的反射光、透过光或散射光分离为以相对于其入射面的S偏振成分为主的第1光束和以P偏振成分为主的第2光束，并且其光分离特性在上述发光元件的投射光波长的宽阔范围内实际上恒定的偏振光束分离器。