JP2011107019A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】不感帯の大きさを調整して、レンズ近傍での物体検出又はレンズから離れた位置での物体検出ができる光電センサを提供する。
【解決手段】投光レンズ１２の光軸１２ａを、投光素子１１の発光面の中心１１ａより受光素子１３側にずらして配置し、投光領域Ａを受光レンズ１４側に広くすると共に、受光レンズ１４の光軸１４ａを、受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１側にずらして配置し、受光視野Ｂを投光レンズ１２側に広くして、不感帯Ｃを小さくする。
【選択図】図１

Description

この発明は、検出領域に投光した拡散光の反射光を受光して、検出領域内の物体を検出する光電センサに関するものである。

従来、検出領域の検出対象物体の有無を検出するために拡散反射型光電センサが用いられる（例えば、特許文献１参照）。
図５は、従来の拡散反射型光電センサ１００の構成を示す断面図である。拡散反射型光電センサ１００は、検出領域に向けて投光する投光素子１０１と、この投光素子１０１の投光を屈折させて検出領域に向けて照射する投光レンズ１０２と、検出領域の検出対象物体に反射した光を集光する受光レンズ１０４と、受光レンズ１０４が集光した光を受光する投光レンズ１０２と、これらを収容するケース１０５とから構成される。このケース１０５は、投光レンズ１０２と受光レンズ１０４を各光軸１０２ａ，１０４ａが平行になるように保持する。また、投光素子１０１の発光面の中心１０１ａと投光レンズ１０２の光軸１０２ａとが一致し、受光素子１０３の感光面の中心１０３ａと受光レンズ１０４の光軸１０４ａとが一致するように配置されている。

図５に示す拡散反射型光電センサ１００の場合、投光レンズ１０２及び受光レンズ１０４の拡がり角に基づいて投光領域Ａ及び受光視野Ｂが決定され、この投光領域Ａと受光視野Ｂの交錯する領域が検出範囲となる。

特開２００１−２６７６２５号公報

従来の拡散反射型光電センサは以上のように構成されているので、図５に示すように、レンズ１０２，１０４の間に、投光領域Ａと受光視野Ｂの交錯しない領域、即ち不感帯Ｃが生じてしまい、この不感帯Ｃでは検出対象物体の検出ができない。そして、この不感帯Ｃの大きさはレンズ１０２，１０４の大きさに規制されるため、調整することが困難であるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、不感帯の大きさを調整して、レンズ近傍での物体検出又はレンズから離れた位置での物体検出ができる光電センサを提供することを目的とする。

この発明の請求項１に係る光電センサは、投光素子の発光面の中心と投光レンズの光軸がずれて配置されるようにしたものである。

この発明の請求項２に係る光電センサは、受光素子の感光面の中心と受光レンズの光軸がずれて配置されるようにしたものである。

この発明の請求項３に係る光電センサは、投光素子の発光面の中心と投光レンズの光軸がずれて配置されると共に、受光素子の感光面の中心と受光レンズの光軸がずれて配置されるようにしたものである。

この発明の請求項４に係る光電センサは、投光レンズの光軸が、投光素子の発光面の中心より受光素子側にずれて配置されるようにしたものである。

この発明の請求項５に係る光電センサは、投光素子の発光面の中心が、投光レンズの光軸より受光素子側にずれて配置されるようにしたものである。

この発明の請求項６に係る光電センサは、受光レンズの光軸が、受光素子の感光面の中心より投光素子側にずれて配置されるようにしたものである。

この発明の請求項７に係る光電センサは、受光素子の感光面の中心が、受光レンズの光軸より投光素子側にずれて配置されるようにしたものである。

請求項１から請求項３に係る発明によれば、投光素子の発光面の中心と投光レンズの光軸がずれて配置されるか、受光素子の感光面の中心と受光レンズの光軸がずれて配置されるかのすくなくともどちらか一方を実施するようにしたので、不感帯の大きさを調整して、レンズ近傍での物体検出又はレンズから離れた位置での物体検出ができる光電センサを提供することができる。

請求項４に係る発明によれば、投光レンズの光軸が、投光素子の発光面の中心より受光素子側にずれて配置されるようにしたので、投光領域と受光視野の交錯位置をレンズに近づけて不感帯を小さくでき、この結果、レンズ近傍で物体検出ができる。

請求項５に係る発明によれば、投光素子の発光面の中心が、投光レンズの光軸より受光素子側にずれて配置されるようにしたので、投光領域と受光視野の交錯位置をレンズから遠ざけて不感帯を大きくでき、この結果、レンズから離れた位置で物体検出ができる。

請求項６に係る発明によれば、受光レンズの光軸が、受光素子の感光面の中心より投光素子側にずれて配置されるようにしたので、投光領域と受光視野の交錯位置をレンズに近づけて不感帯を小さくでき、この結果、レンズ近傍で物体検出ができる。

請求項７に係る発明によれば、受光素子の感光面の中心が、受光レンズの光軸より投光素子側にずれて配置されるようにしたので、投光領域と受光視野の交錯位置をレンズから遠ざけて不感帯を大きくでき、この結果、レンズから離れた位置で物体検出ができる。

この発明の実施の形態１に係る拡散反射型光電センサ１０の構成を示す断面図である。 図１に示す拡散反射型光電センサ１０の構成を示す平面図であり、図２（ａ）と図２（ｂ）の２例を示す。 この発明の実施の形態１に係る拡散反射型光電センサ１０ａの構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態２に係る拡散反射型光電センサ１０ｂの構成を示す断面図である。 従来の拡散反射型光電センサ１００の構成を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る拡散反射型光電センサ１０の構成を示す断面図である。図１に示す拡散反射型光電センサ１０は、検出領域に向けて投光する投光素子１１と、この投光素子１１の投光を屈折させて検出領域に向けて照射する投光レンズ１２と、検出領域の検出対象物体に反射した光を集光する受光レンズ１４と、受光レンズ１４が集光した光を受光する受光素子１３と、これらを収容するケース１５とから構成される。

なお、投光素子１１の発光を制御する制御回路、受光素子１３の受光量を検出する検出回路等の構成は特許文献１等に記載されたような従来の拡散反射型光電センサと同じ構成でよいため、図示及び説明を省略する。

この例では、投光素子１１としてチップタイプの発光ダイオードを用い、その発光面を投光レンズ１２へ向ける。また、受光素子１３としてチップタイプのフォトダイオードを用い、その感光面を受光レンズ１４へ向ける。また、投光レンズ１２及び受光レンズ１４として凸レンズを用いる。

ケース１５は、投光素子１１及び投光レンズ１２と、受光素子１３及び受光レンズ１４とを並べて収容し、投光レンズ１２と受光レンズ１４を各光軸１２ａ，１４ａが平行になるように保持する。また、投光素子１１の発光面の中心１１ａと投光レンズ１２の光軸１２ａとがずれて配置され、かつ、受光素子１３の感光面の中心１３ａと受光レンズ１４の光軸１４ａとがずれて配置されている。

投光レンズ１２の光軸１２ａを、投光素子１１の発光面の中心１１ａより受光素子１３の方向にずらして配置すると、投光レンズ１２の倒立作用により、投光領域Ａが受光レンズ１４側へ広がって不感帯Ｃが小さくなる。
同様に、受光レンズ１４の光軸１４ａを、受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１の方向にずらして配置すると、受光レンズ１４の倒立作用により、受光視野Ｂが投光レンズ１２側へ広がって不感帯Ｃが小さくなる。
従って、投光領域Ａと受光視野Ｂの交錯位置が拡散反射型光電センサ１０に近くなって不感帯Ｃが小さくなるため、図５に示す従来の拡散反射型光電センサ１００に比べてより近い位置で、安定して検出対象物体を検出することができる。

図２は、図に示す拡散反射型光電センサ１０をレンズ１２，１４が設置された正面側からみた図であり、図２（ａ）、（ｂ）の２例示す。図２（ａ）に示すように、ケース１５正面の長手方向の辺と平行になるように投光レンズ１２及び受光レンズ１４が並べて配置された場合、投光素子１１の発光面の中心１１ａ、投光レンズ１２の光軸１２ａ、受光素子１３の感光面の中心１３ａ、及び受光レンズ１４の光軸１４ａが必ずしも一直線上に並んでいなくてもよい。
また、図２（ｂ）に示すように、ケース１５正面に投光レンズ１２及び受光レンズ１４が対角線上に並べて配置された場合にも、投光素子１１の発光面の中心１１ａ、投光レンズ１２の光軸１２ａ、受光素子１３の感光面の中心１３ａ、及び受光レンズ１４の光軸１４ａは一直線上に並んでいなくてよい。

さらに、図１に示す側面方向の断面図では、受光レンズ１４の光軸１４ａが、受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１の方向へずれて配置されているが、これを図２（ｂ）に示す正面方向からみた場合にも、対角線上にみて受光レンズ１４の光軸１４ａを受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１の方向へずらして配置してあればよく、左右方向の位置関係は問わない。たとえ左右方向の位置関係において、受光レンズ１４の光軸１４ａが受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１側にずれていても、対角線上にみた位置関係において、受光レンズ１４の光軸１４ａが受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１側にずれていればよい。投光素子１１と投光レンズ１２の配置関係も同様である。

なお、説明の都合上、投光レンズ１２と受光レンズ１４の光軸１２ａ，１４ａをずらすと説明しているが、投光素子１１の発光面の中心１１ａと受光素子１３の感光面の中心１３ａをずらしてもよいことは言うまでもない。

以上より、実施の形態１によれば、拡散反射型光電センサ１０において、投光レンズ１２の光軸１２ａが、投光素子１１の発光面の中心１１ａより受光素子１３側にずれて配置されると共に、受光レンズ１４の光軸１４ａが、受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１側にずれて配置されるように構成した。このため、投光レンズ１２から照射される光の投光領域Ａと受光レンズ１４に集光される光の受光視野Ｂが交錯する位置が拡散反射型光電センサ１０に近づき、検出対象物体が近距離にあっても安定した検出が可能となる。

なお、上記実施の形態１では、投光素子１１及び投光レンズ１２の配置と、受光素子１３及び受光レンズ１４の配置とを両方ともずらすように構成したが、これに限定されるものではなく、どちらか一方の配置のみずらすように構成してもよい。例えば、図３に、投光素子１１及び投光レンズ１２の配置をずらした構成の拡散反射型光電センサ１０ａの断面図を示す。この場合、受光視野Ｂはそのままでも、投光領域Ａが受光レンズ１４側へ広がって不感帯Ｃが小さくなるため、図５に示す従来の拡散反射型光電センサ１００に比べてより近い位置で検出対象物体を検出することができる。

また、図３の例とは反対に、投光素子１１の発光面の中心１１ａと投光レンズ１２の光軸１２ａは一致させるよう配置し、受光レンズ１４の光軸１４ａを、受光素子１３の感光面の中心１３ａより投光素子１１の方向にずらして配置しても、不感帯Ｃが小さくなるため、図５に示す従来の拡散反射型光電センサ１００に比べてより近い位置で検出対象物体を検出することができる。

実施の形態２．
図４は、この発明の実施の形態２に係る拡散反射型光電センサ１０ｂの構成を示す断面図であり、図４において図１と同一又は相当の部分については同一の符号を付し説明を省略する。

図４に示す拡散反射型光電センサ１０ｂにおいて、投光素子１１の発光面の中心１１ａを、投光レンズ１２の光軸１２ａより受光素子１３の方向にずらして配置すると、投光レンズ１２の倒立作用により、投光領域Ａが受光レンズ１４とは逆の方向に広がって不感帯Ｃが大きくなる。なお、図４の例では不感帯Ｃが大きいため、投光領域Ａと受光視野Ｂの交錯領域が図示範囲から外れている。
同様に、受光素子１３の感光面の中心１３ａを、受光レンズ１４の光軸１４ａより投光素子１１の方向にずらして配置すると、受光レンズ１４の倒立作用により、受光視野Ｂが投光レンズ１２とは逆の方向に広がって不感帯Ｃが大きくなる。
従って、投光領域Ａと受光視野Ｂの交錯位置が拡散反射型光電センサ１０ｂから遠ざかって不感帯Ｃが大きくなるため、図５に示す従来の拡散反射型光電センサ１００に比べてより遠い位置で検出対象物体を検出し、近い位置にある検出対象物体を検出しないようにすることができる。

以上より、実施の形態２によれば、拡散反射型光電センサ１０ｂにおいて、投光素子１１の発光面の中心１１ａが、投光レンズ１２の光軸１２ａより受光素子１３側にずれて配置されると共に、受光素子１３の感光面の中心１３ａが、受光レンズ１４の光軸１４ａより投光素子１１側にずれて配置されるように構成した。このため、投光レンズ１２から照射される光の投光領域Ａと受光レンズ１４に集光される光の受光視野Ｂが交錯する位置が拡散反射型光電センサ１０ｂから遠ざかり、近距離にある検出対象物体を検出しないようにできる。

なお、上記実施の形態２では、投光素子１１と投光レンズ１２の配置と、受光素子１３と受光レンズ１４の配置を両方ともずらすように構成したが、これに限定されるものではなく、どちらか一方の配置のみずらすように構成してもよい。この構成の場合であっても、投光領域Ａと受光視野Ｂの交錯位置が拡散反射型光電センサ１０ｃから遠ざかって不感帯Ｃが大きくなるため、図５に示す従来の拡散反射型光電センサ１００に比べてより遠い位置で検出対象物体を検出し、近い位置にある検出対象物体を検出しないようにすることができる。

また、上記実施の形態１，２では、投光素子１１に発光ダイオードを用い、受光素子１３にフォトダイオードを用いたが、これに限定されるものではなく、投光素子１１及び受光素子１３に光ファイバを用いる構成にして、投光素子１１用の光ファイバ光軸と投光レンズ１２の光軸１２ａをずらし、受光素子１３用の光ファイバ光軸と受光レンズ１４の光軸１４ａをずらす配置にしても、上記実施の形態１，２と同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態１，２では、投光素子１１と受光素子１３の配置をずらす構成としたが、これに限定されるものではなく、投光素子１１の発光面と受光素子１３の感光面を大きくして投光領域Ａと受光視野Ｂを広げるようにしてもよく、又は投光素子１１の発光面と受光素子１３の感光面を小さくして投光領域Ａと受光視野Ｂを狭くするようにしてもよい。

さらに、投光素子１１を複数（例えば２個）の素子で構成する場合、複数の素子の発光面を合わせて単一の広い発光面とみなし、これを投光レンズ１２の光軸１２ａからずらして配置する構成にしてもよい。同様に、受光素子１２を複数（例えば２個）の素子で構成する場合、複数の素子の感光面を合わせて単一の広い感光面とみなし、これを受光レンズ１４の光軸１４ａからずらして配置する構成にしてもよい。
特に、投光素子１１（又は受光素子１２）を２個の素子で構成する場合に、１個目の素子を投光レンズ１２の光軸１２ａ（又は受光レンズ１４の光軸１４ａ）に合わせて配置し、２個目の素子をずらして配置することにより、１個目の素子が従来と同じ検出範囲で物体検出を行い、２個目の素子が従来の検出範囲より近い又は遠い範囲で物体検出を行うことができるようになるので、検出範囲を広げることができる。

また、上記実施の形態１，２では拡散反射型光電センサ１０，１０ａ，１０ｂを例に説明したが、拡散反射型に限定されるものではなく、その他の反射型の光電センサに適用してもよい。例えば、上記実施の形態１，２では投光素子１１の発光面の中心１１ａ、受光素子１３の感光面の中心１３ａ、投光レンズ１２の光軸１２ａ及び受光レンズ１４の光軸１４ａがそれぞれ平行になるよう配置する構成の光電センサを適用対象例に用いたが、限定反射型光電センサのように、投光側と受光側を角度をつけて配置する構成の光電センサに適用してもよい。

１０ 拡散反射型光電センサ
１１ 投光素子
１１ａ 発光面の中心
１２ 投光レンズ
１２ａ 光軸
１３ 受光素子
１３ａ 感光面の中心
１４ 受光レンズ
１４ａ 光軸
１５ ケース
１００ 拡散反射型光電センサ
１０１ 投光素子
１０１ａ 発光面の中心
１０２ 投光レンズ
１０２ａ 光軸
１０３ 受光素子
１０３ａ 感光面の中心
１０４ 受光レンズ
１０４ａ 光軸
１０５ ケース
Ａ 投光領域
Ｂ 受光視野
Ｃ 不感帯

Claims (7)

1. 検出領域に向けて投光する投光素子と、
   前記投光素子の投光を屈折させて前記検出領域に向けて照射する投光レンズと、
   前記検出領域から反射した光を集光する受光レンズと、
   前記受光レンズが集光した光を受光する受光素子と、
   前記投光素子及び前記投光レンズと、前記受光レンズ及び前記受光素子とを並べて収容し、前記投光レンズと前記受光レンズを保持するケースとを備える光電センサにおいて、
   前記投光素子の発光面の中心と前記投光レンズの光軸がずれて配置されることを特徴とする光電センサ。
2. 検出領域に向けて投光する投光素子と、
   前記投光素子の投光を屈折させて前記検出領域に向けて照射する投光レンズと、
   前記検出領域から反射した光を集光する受光レンズと、
   前記受光レンズが集光した光を受光する受光素子と、
   前記投光素子及び前記投光レンズと、前記受光レンズ及び前記受光素子とを並べて収容し、前記投光レンズと前記受光レンズを保持するケースとを備える光電センサにおいて、
   前記受光素子の感光面の中心と前記受光レンズの光軸がずれて配置されることを特徴とする光電センサ。
3. 検出領域に向けて投光する投光素子と、
   前記投光素子の投光を屈折させて前記検出領域に向けて照射する投光レンズと、
   前記検出領域から反射した光を集光する受光レンズと、
   前記受光レンズが集光した光を受光する受光素子と、
   前記投光素子及び前記投光レンズと、前記受光レンズ及び前記受光素子とを並べて収容し、前記投光レンズと前記受光レンズを保持するケースとを備える光電センサにおいて、
   前記投光素子の発光面の中心と前記投光レンズの光軸がずれて配置されると共に、前記受光素子の感光面の中心と前記受光レンズの光軸がずれて配置されることを特徴とする光電センサ。
4. 投光レンズの光軸が、投光素子の発光面の中心より受光素子側にずれて配置されることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の光電センサ。
5. 投光素子の発光面の中心が、投光レンズの光軸より受光素子側にずれて配置されることを特徴とする請求項１又は請求項３記載の光電センサ。
6. 受光レンズの光軸が、受光素子の感光面の中心より投光素子側にずれて配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光電センサ。
7. 受光素子の感光面の中心が、受光レンズの光軸より投光素子側にずれて配置されることを特徴とする請求項２又は請求項３記載の光電センサ。

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