光電センサの種類と選び方｜透過型・回帰反射型・拡散反射型の違い

光電センサが見ているのは「受光量の変化」

光電センサは、光を使ってワークのあるなしを判別するセンサです。ガラスや樹脂、木、液体など、ほとんどの物を検出できます。

中身は、大きく3つに分かれます。

• 投光部：おもにLEDで光を出します。
• 受光部：受けた光を電気信号に変えます。
• アンプ：受けた光の量（受光量）をしきい値（閾値）と比べ、出力をONかOFFに切り替えます。しきい値は、ONとOFFを分ける境目の値です。

大事なのは、センサが見ているのはワークそのものではないことです。見ているのは、ワークによって起きる受光量の変化です。ワークが来ると受光量が「減る」方式と「増える」方式があり、この違いが得意・不得意を分けます。

透過型・回帰反射型・拡散反射型の違い

3つの方式の違いは、投光部と受光部をどこに置き、どの光を受けるかにあります。

• 透過型：投光器と受光器を向かい合わせて置きます。ワークが光をさえぎると、受光量が減ります。
• 回帰反射型：投光部と受光部を1台に収め、向かいに反射板を置きます。反射板で折り返した光をワークがさえぎると、受光量が減ります。
• 拡散反射型：センサ1台だけを置きます。ワークの表面で散った光が戻ると、受光量が増えます。

透過型は光を正面から直接受けるので、受光量が大きくとれます。検出距離は数cmから数十mと、3方式の中でいちばん長くなります。

ワーク別の選び方：透明・黒・鏡のようなワーク

方式ごとの苦手は、検出の原理から来ています。設定や取り付けの工夫だけでは直しにくいので、まずワークの性質を確かめます。なお、苦手は「使えない」という意味ではありません。ワークがあるときとないときの差が小さくなりやすく、確かめが要るという意味です。

• 透明なワーク（ガラス瓶や透明な容器など）：透過型では光の多くが通り抜け、受光量が少ししか減りません。回帰反射型なら、通り抜けた光が反射板で折り返し、もう一度ワークを通ります。そのぶん減り方が大きくなり、検出しやすくなります。
• 黒いワーク：拡散反射型では、黒いワークから戻る光はわずかです。仕様表の検出距離は白画用紙で測った値なので、黒いワークでは、それよりずっと近くでしか検出できません。
• 鏡のようなワーク（缶や電池など、表面にツヤのあるもの）：回帰反射型は、反射板から戻る光を受けている間は「ワークがない」と判定し、ワークが光をさえぎって受光量が減ると「ある」と判定します。ところが鏡のようなワークでは、ワークの表面で正反射した光が、反射板の光と同じようにセンサヘッドへ戻ってきます。受光量が減らないので、ワークがあるのに、ないと判定してしまいます。偏光フィルタの機能をもつ回帰反射型を選ぶと、こうした誤検知を軽減できます。
• 小さなワーク：透過型では光の一部しかさえぎれません。スリットで光の束を細くするか、レーザセンサを検討します。

距離設定型・レーザセンサ・ファイバセンサの使いどころ

基本の3方式で合わないときは、次の方式も候補になります。

• 距離設定型：受光量の大きさではなく、反射光が受光素子のどこに当たるかで判定します。ワークの色の影響を受けにくく、決めた距離より遠い背景には反応しにくくなります。白い壁や光る金属の前でも使えます。ただし、極端に黒い物や鏡のような物は苦手です。
• レーザセンサ：光源にLEDではなく半導体レーザを使った光電センサです。光が細く絞られたまま遠くまで届きます。小さなワークや位置の検出、機械の狭い隙間から奥を狙う使い方に向きます。目に対する危険性の区分（レーザクラス）を確かめて使います。
• ファイバセンサ：検出のしかたは光電センサと同じで、透過型と反射型があります。狭い場所や小さなワークに向きます。

選ぶ順序と、最後の確かめ方

選び間違いを防ぐには、確かめる順序を決めておきます。目的、ワークの性質、距離とスペース、環境、速さ、出力と配線の順です。ワークの性質で方式を絞り、残りの条件で機種と取り付け方を決めます。

方式と機種を絞ったら、最後は実際のワークと実際の取り付けで試します。確かめるのは、出力がONになったかどうかだけではありません。受光量がしきい値の何倍あるか、つまり余裕度を見ます。

余裕度が小さいと、試した日は動いても、レンズの汚れや温度の変化で誤動作します。何色かあるワークなら、いちばん黒いものなど、判別がいちばん難しい条件のワークで試すのがこつです。