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HOME > 技術情報 > 光電センサまるわかりガイド-光電センサの基礎知識 > 光電センサまるわかりガイド-光電センサ技術解説

光源と受光素子について

光電センサの構成要素
光電センサ内の重要な構成として投光器の光源と受光器の受光素子があります。光源は光を出しているものであり、受光素子は光を受けているものです。一般に、光電センサにおいては、光源にLED(Light Emitting Diode=発光ダイオード)や半導体レーザダイオードがよく使われ、受光素子にフォトダイオード、フォトトランジスタなどが、よく使われています。
波長帯
光の色については電磁波の波長が関係してきます。人間の目は、電磁波の中で非常に狭い波長帯にしか反応しません。この波長帯は一般的に光と呼ばれ、その波長帯は、およそ380nm〜780nmです。一部の例外を除いて、ほとんどの光センサは、この可視光の波長帯で動作します。

特性図解説

受光出力余裕度ー距離特性

センサを感度Maxに設定した時、受光部の受光出力がどれだけ余裕を持っているか示しています。
横軸の距離を確認した上で、縦軸の余裕度を見れば、動作レベル(余裕度1)に対して何倍余裕を持っているかわかります。

干渉領域

センサを並べて使用する時、どこまで離して設置すれば干渉しないか示しています。横軸の距離を確認した上で縦軸のセンサ間の距離を見れば、どれだけセンサを離せばいいかわかります。

平行移動特性

透過型・回帰反射型センサを感度Maxに設定した時、光がどれだけ広がっているか示しています。
横軸の距離を確認した上で縦軸の光の広がり具合を見れば、光軸がどこまでズレても大丈夫かわかります。

角度特性

透過型・回帰反射型センサでセンサ設置がどれだけ傾いてもいいか示しています。
縦軸の距離を確認した上で横軸の角度を見れば、センサが何度まで傾いても光軸が合うかわかります。

動作領域ー距離特性

反射型センサを感度Maxに設定した時の検出する領域を示しています。
横軸の距離を確認した上で縦軸の光の広がり具合を見れば、横方向からのワーク検出位置がわかります。

応差特性

反射型センサが検出物体の色によってどれだけの段差判別が可能か示しています。
検出物体の色、横軸の距離を確認した上で、距離×縦軸の応差を算出すると、どれだけの段差判別ができるかわかります。

スポット径ー距離特性

センサがどれだけのスポット光を出しているか示しています。
横軸の距離を確認した上でスポット径を見れば、どれだけのすき間を通して設置できるかわかります。

材質特性

BGS型(距離設定型)センサが検出物体の材質によって、どれだけ影響をうけるか示しています。
検出物体の材質を確認した上で縦軸の距離を見れば白色ワークに対してどれだけ誤差が出るかわかります。

色紙特性

BGS(距離設定型)センサが検出物体の色によって、どれだけ影響をうけるか示しています。
検出物体の色を確認した上で縦軸の距離を見れば、白色ワークに対してどれだけ誤差が出るかわかります。
     

各種規格・テスト

保護構造について(保護特性記号:International Protectionの表記)
保護構造はIEC(International Electrotechnical Commission:国際電気標準会議)・JIS(日本工業規格)・JEM(日本電機工業会)の規格に基づいて表記してあります。これによってセンサの耐環境性の目安を知ることができます。
等   級 保護の程度 JIS規格
5 動作に影響を及ぼす以上の粉塵が内部に侵入しない 防塵型
6 粉塵が内部には侵入しない 防塵型
等   級 保護の程度 JIS規格
5 いかなる方向からの水の直接噴流を受けても有害な影響を受けない 防噴流型
6 いかなる方向からの水の直接噴流を受けても内部に水が入らない 耐水型
7 定められた条件で水中に没しても内部に水が入らない 防浸型
8 指定圧力の水中に常時没して使用できる 水中型
■上図は、IP44以下を省略しています。
■1“防塵型”とは、75μm以下の塵をセンサの周囲に一定密度以上に循環させた上で内部には一切その侵入を認める 事ができない機器をいいます。
■2“防浸型”とは、30分間水面下1mにセンサを沈めた上で、その内部に浸水の形跡がないような機器をいいます。
IP69Kとは
ドイツの規格であるDIN40050 Part9に規定されている保護等級です。
テスト内容
ターンテーブルにセンサを設置し、5回転/分で回転させ下記条件で水を噴射する。

水圧 :
水量 :
水温 :
噴射口からの距離 :
噴射角度 :
噴射時間 :
 

80〜100bar
14〜16ℓ/分
+80℃ / −5℃
100〜150mm
0°, 30°, 60°, 90°
各角度において30秒
 
※IP69Kは、上記条件での動作を保証するするものではありません。光学面に水や油が付着すると光の屈折により、正しく検出できない場合があります。
油の侵入に対する保護等級(J・Z-M・BGS-ZM各シリーズ参考資料)
日本電機工業会規格 JEM1030
等級 保護の程度
f いかなる方向からの油滴・油まつによっても有害な影響を受けない。
g いかなる方向からの油滴・油まつによっても内部に侵入しない。
h 常時油中に没して使用できる。
c 軽度の腐食性雰囲気中において使用しても有害な影響を受けない。
d 腐食性雰囲気中において使用しても内部に腐食性ガスが侵入せず、
外被も有害な腐食に耐える。
w 屋外に設置して使用できる。
Jシリーズでは、下表の油に40℃、240時間浸漬し、絶縁抵抗100MΩ以上の試験に合格しております。
試験油分類 JIS分類 商品名 動粘度(cst)40℃にて PH
不水溶性切削油 1種 FBKオイルRO150 10以上
2種16号 ユニカットTC60 10以上50未満
水溶性切削油 W2種 ルーソール84 8〜10.5
注)上表以外の油がかかる雰囲気でご使用される際には上表の動粘度とPHを目安として下さい。
  なお、油中の添加剤などの影響も考えられますので、事前にご検討をお願いします。
ファーレンノイズテスト(耐ノイズ参考資料)
IEC規格が定める各ノイズシュミレーターを使用し、ある特定周波数のノイズの影響度をテストしています。しかしながら、実際の現場で発生しているノイズ(モータが発生するノイズ、溶接時に発生するノイズ、など)に対する強さについて、わかりやすい指標はありません。そこで、オプテックス・エフエーは、下記の内容のテストを行っています。
ファーレンノイズテスト(やすりテスト)
モータが出すノイズ、インバータランプが出すノイズ、溶接時に出る火花、アーク放電等、幅広いノイズに対する機器性能テスト。
試験方法
ヤスリに金属棒をこすり合わせ、発生する火花のポイントから機器までの距離をレベルで表わす。
(判定:各距離で誤動作しないこと)
型式名 ファーレンノイズレベル 型式名 ファーレンノイズレベル
D3RF, D3IF LEVEL4 TOF-DL LEVEL3
Z3 LEVEL3 TOF-L LEVEL3
Z-M, BGS-ZM LEVEL3 DR-Q LEVEL3
E LEVEL3 KR-Q LEVEL4
V2, BGS-2V LEVEL3 DM-18T LEVEL4
V3, V4 LEVEL3 CDX LEVEL4
Z-L, BGS-ZL LEVEL3 CD22 LEVEL3
DS LEVEL3 CD5 LEVEL4
BGS-HL LEVEL4 CD33 LEVEL4
BGS-HDL LEVEL4 TD1 LEVEL3
BGS-DL10T/-DL25T LEVEL3 LS LEVEL3
BGS-Z, ZR-QX LEVEL3    
* 上記に載っていない型式については別途お問い合わせください。
衝撃テスト(KR-Q参考資料)

高さ140cmの落下にも合格!!

(たとえ、鋭角な角がぶつかってもセンサは割れません!)

試験方法
1kgの重りをセンサの真上から落とします。 センサの側面に力が均一に加わるように筒で重りをガイドします。 高さを1cmずつ高くし、1回毎に動作テストを行います。
環境の影響に対する保護(耐ノイズ参考資料)

IEC61000-4-2/静電気放電に対する保護

静電気に対する機器性能をチェックする。
下記レベルにて破壊されないこと。

気中放電
2kv
4kv
8kv
15kv
Level 1
Level 2
Level 3
Level 4

外乱光に対する保護

機器の光軸に対して30〜45°の角度から反射光を与え、外乱光に対する性能をチェックする。
下記反射光にて誤動作しないこと。

太陽光
蛍光灯
HFランプ(インバータ蛍光灯)
キセノンフラッシュライト
10,000lx
3,000lx
3,000lx
3,000lx

IEC61000-4-3/高周波電磁気放射に対する保護

80MHz〜1GHzの電波に対する性能をチェックする。
下記レベルにて誤動作しないこと。

電界強度
1V/m
3V/m
10V/m
Level 1
Level 2
Level 3

振動に対する保護

振動数10〜55Hz、複振幅1.5mmにてX,Y,Z方向に各2時間振動を加えたのち、機器に異常が無いことをチェックする。

IEC61000-4-4/誘導スイッチに対する保護

リレーのON/OFF、モータが回り出す瞬間、SWの入、切等に発生する瞬間的なトランジェントノイズに対する性能をチェックする。下記レベルにて誤操作、破壊されないこと。

電源線
0.5kv
1.0kv
2.0kv
4.0kv
0.25kv
0.5 kv
1.0 kv
2.0 kv
Level 1
Level 2
Level 3
Level 4

衝撃に対する保護

X,Y,Z方向に500m/s2(50G)の衝撃を各3回ずつ加えた後、機器に異常が無いことをチェックする。

IEC60529/水・塵・ホコリに対する保護

粉塵・水の機器に対する影響をチェックする。
下記条件にて誤動作しないこと。

粉塵

……
……

機器内部に侵入しないこと。

水深1mに30分間没しても侵入しないこと。

社内規格/ファーレンテスト

モーターのブラシ、インバータ、溶接時の火ばな、アーク放電等の幅広い複合ノイズに対して、発生源からの距離にて性能をチェックする。
下記レベルにて誤動作しないこと

距離
5cm
3cm
2cm
1cm
Level 1
Level 2
Level 3
Level 4
各国規格への対応
 CEマーキング
CEマーキングは欧州連合(EU)地域に販売される指定の製品に貼付が義務付けられる基準適合マークのことで、「EU指令」の必須安全要求事項(ESRs:Essential Safety Requirements)に適合したことを示します。
当社製品に適応される欧州規格の一例

EMC指令(2014/30/EU)/
EN 60947-5-2, EN 60947-5-7, EN 61000-6-2,
EN 61000-6-4, EN 55011, EN 61326-1, EN 61131-2
低電圧指令(2014/35/EU)/
EN 60947-5-2, EN 61010-1
 UL認証

北米での電気製品の販売にあたって、NRTL(Nationally Recognized Testing Laboratory:国家認定試験機関)による製品認証を州や地方自治体レベルで義務付けている例も多くあります。当社は数あるNRTLの中でUL(Underwriters Laboratories Inc.)に認証業務を依頼しております。

UL94 Flame Class →94V-0

センサボディに難燃性素材を採用、万が一、センサ内部で発火しても周囲に燃え広がらない設計になっています。
またケーブルは、次の規格に合格しています。

UL VW-1に基づく垂直燃焼試験


各層の局部最小厚が0.4mm以上あるため、欧州規格にも有効です。

 ドイツVDE規格

対象となる電気製品が万が一異常をきたしても、感電や火災をはじめ、対象機器以外に害を及ぼさない設計であることが要求されます。
このシリーズは、次の規格に設計適合しています。

VDE0110/0160 プロテクションクラス2

 CCC認証(中国)

CCCとは、China Compulsory Certificate systemの略で、中華人民共和国国家質量監督検験検疫総局(AQSIQ)及び中華人民共和国国家認証認可監督管理委員会(CNCA)より公示され、2002年5月1日より実施されている中国強制製品認証制度です。制度により指定されている機器は、中国の認証機関による認証及び指定強制 認証マークの表示が義務付けられております。
2003年5月1日より認証マークの表示のない製品に対して、中国国内での出荷、中国への 輸入及び販売が禁止されています。当社製品の中で、認証を受けている製品には上図のマークが表示されています。