光センサは産業機械だけでなく、日常生活下で当たり前のように使用している技術の一つです。例えば、テレビのリモコンやエアコンのスイッチ、自動ドアの開閉などに使用しています。しかし、それらの技術がどのようになっているのかあまり知らない人も多いと思います。

そこで、本記事では、光センサの特徴や種類、産業機械で使用事例などについて解説します。光センサについて理解し、どのように光センサを活用すればよいかの参考にぜひご覧ください。

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１．光センサとは?

光センサとは、光の強弱を検知して電気信号に変換するセンサのことを言います。目視で視える「可視光線」や視えない「不可視光線」を使用し、さまざまな検出に利用しています。

センサは光センサ以外に、「圧力センサ」「角度センサ」「加速度センサ」などがあり、光センサは物体の検出が得意です。

光センサの構成は、おもに「投光素子」「受光素子」の2つで構成しています。投光素子から光を投光し、反射光または透過光した光の強度を受光素子で検出します。この特性を活かして製品の有無や寸法測定などを人の替わりに正確におこない、産業機械の自動化に役立っているのが光センサです。

近年ではさらに生産性を上げるため、センサのIOT化が急速に進んでいます。工場の機械などのネットワークに接続してデータを収集・活用できるようになってきています。

しかし、機械のIOT化はまだまだ発展途上です。各社が個別で通信規格を設けているため、該当するネットワークの機器しか選定できないのが現状です。

２．光センサの特徴

光センサには以下5つの特徴があります。

1. ほとんどの物体を検出できる
2. 非接触で検出できる
3. 応答時間が短い
4. 高い分解能
5. 色の判別が可能

それぞれを詳しく解説します。

（1）ほとんどの物体を検出できる

光センサは光の反射光や透過光の強度を検出するので、検査体の材料に関係なく検出できます。検査体は金属・樹脂・木材はもちろんのこと、透明なガラスや液体の検出も可能です。

（2）非接触で検出できる

光の投受光で検出するので、検査体に接触することなく検出が可能です。接触させる検出の場合、検査体にダメージを与えてしまう可能性がありますが、光センサは検査体にダメージを与えることなく検出できます。

（3）応答時間が短い

応答時間は、生産性に直結する重要な項目です。応答時間が速いほど機械が次の動作に素早移行できるので、生産性が向上します。
光センサの内部回路がすべて電子部品で構成しています。機械的な動作がないのと、光そのものが高速で移動するため、応答時間が非常に短いことが特徴です。

（4）高い分解能

分解能は、品質に関わる重要な項目です。分解能が高いと、微細な検出や高精度の検出が可能となり、品質が向上します。
高度な技術を駆使し、部品を構成することでビーム光のスポット径を小さくしたり、高精度の位置検出などが可能です。

（5）色の判別が可能

光の色は波長によって異なり、該当する色の波長体を検出して判別ができます。投光した光の波長と、検査体が反射または透過した光の比率を検出することで色の判別が可能です。

３．光センサの種類

光センサは「透過型」と「反射型」の2つに分類され、「反射型」はさらに4種類あります。以下より詳しく解説します。

（1）透過型

投光器から投光した光を受光器に受けるよう対向に設置し、検査体が光をさえぎると受光器が受ける光量が減少します。投光型はこの減少量を検出する仕組みです。

図1は、透過型が検出する仕組みを示した図です。

透過型は検出距離が数センチから数十メートルとバリエーションに富んでおり、検出距離が長くても動作が安定していることが特徴です。

（2）反射型

投光器と受光器が一体となっており、通常は受光部に光が戻ってきません。検査体が光に当たると、検査体が光を反射して受光器が受ける光量が増加します。反射型はこの増加量を検出する仕組みです。

反射型には以下4つの種類があります。

• 拡散反射型
• 距離設定型
• 回帰設定型
• 限定反射型

以下より詳しく解説します。

①拡散反射型

反射型でもっともポピュラーな光センサで、設置が容易であることが拡散反射型の特徴です。

図2は、拡散反射型が検出する仕組みを示した図です。

透過型と違い、センサひとつで検出が可能で設置スペースを選びません。また、検出距離が数センチから数十メートルとバリエーションに富んでいます。

しかし、拡散反射型は検査体の色や凹凸の影響で、安定検出できない場合あり注意が必要です。

②距離設定型

三角距離方式を用いて検査体が反射した光を受光素子に集約し、受光した光の位置が変化した量を検出します。

図3は、距離設定型が検出する仕組みを示した図です。

検査体の距離が変動すると、集約した光の角度が変化して受光素子上で結像します。この結像位置が検査体の距離で異なるのが三角距離方式です。拡散反射と違い、色や凹凸の影響を受けにくいことが特徴です。

③回帰反射型

投光した光を反射するよう反射板を対向に設置し、検査体が光をさえぎると受光器が受ける光量が減少します。回帰反射型はこの減少量を検出する仕組みです。

図4は、回帰反射型が検出する仕組みを示した図です。

反射板があると光軸の調整が簡易で、検査体に2度光が通過するので透明体の検出が可能です。

④限定反射型

投光部と受光部の検出エリアを限定し、センサから一定距離にある検査体のみを検出します。

図5は、限定反射型が検出する仕組みを示した図です。

この図では検査体(a)は検出しますが、検査体(b)は検出できません。この仕組みで、微細な段差の検出も可能です。

4．光センサの活用事例

ここからは、光センサを活用した事例をいくつかご紹介します。検査方法の参考としてご覧ください。

（1）コンデンサの高さ判別

距離設定型の光センサを使用し、小さなコンデンサの高さ違いを検出する事例です。
動画では高さが異なる2種のコンデンサが円盤の上に設置しています。光センサの応答速度が速いため、円盤が高速回転しても高さの違いを安定検出しています。

（2）台紙上のシール有無検出

透過型の光センサを使用し、台紙上にあるシールの有無を検出する事例です。
シールがある部分は無いところより光を多くさえぎります。このシールの有無によって受光器に届く光量の差分を検出しています。

（3）透明体の有無検出

回帰反射の光センサを使用し、さまざまな透明体の有無を検出する事例です。
ペットボトルなどの円柱形状は、レンズのような効果で光を屈折させて安定検出しにくいですが、センサの光源を紫外線光にすることで検査体の形状に影響を受けない検出が可能です。

5．光センサのメーカ比較

光センサは、産業機械に多く使用されているので、参入しているメーカが豊富にあります。

センサの能力に大きな差はありませんが、メーカごとに特徴があります。今回はそのメーカの中から以下4社の光センサを比較し、以下の表にまとめました。

企業	株式会社 キーエンス	オムロン 株式会社	パナソニックデバイスSUNX株式会社	オプテックス・ エフエー株式会社
特徴	センサにカメラを内蔵	高い耐久性	超小型のセンサ	他社よりも安価

それぞれの特徴を解説します。

（1）株式会社キーエンス

センサを中心にさまざまなFA機器を製造・販売している企業です。もとの技術から何かを組み合わせて、新しい製品を生み出すのが得意な会社です。
光センサ単体では苦手な、検査体の「傾き」や「位置ずれ」などをカメラで補正する機能のセンサもあります。

（2）オムロン株式会社

工場の自動化に関わる製品を中心に、センサや制御機器の製造・販売している企業です。
光センサの種類も多く、油などの悪環境でも長寿命のセンサが豊富にあります。

（3）パナソニックデバイスSUNX株式会社

工場のみならず、都市の活動にも自動化を手がける企業です。
光センサのバリエーションが豊富で、高さ23.4mm・横幅8.2mm・奥行12mmと超小型のアンプ内蔵センサもあります。

（4）オプテックス・エフエー株式会社

防犯カメラや自動ドアなど工場に関わるセンサを数多く手がけている企業のグループ会社で、工場用センサの取り扱いに特化した企業です。
光センサの種類は他社より多くはありませんが、一般的な用途で使用できる光センサはある程度種類が揃っており、高品質で他社より安価なのが特徴です。

6．光センサの導入に関するご相談はFAプロダクツへ

光センサは種類が豊富で、どのセンサを使用すれば良いか判断が難しい製品です。また参入メーカが多く、どのメーカを選べばよいか比較して検討するのも大変です。

そこで、光センサの導入を検討している人は、お気軽にFAプロダクツまでご相談ください。

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