JP2016085214A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】光軸の調整が容易な光電センサを提供する。【解決手段】少なくとも１本の光線を第１の光軸に沿って発射する発光器と、第２の光軸に沿って拡散反射又は直反射された光線を受光する受光器とを備え、発光器及び受光器がレンズＬに対して同じ側に配置され、更に、受光された光線から受光信号を生成する評価ユニットを備え、レンズＬに対して発光器及び受光器とは反対側に光学ユニット２が配置され、光学ユニット２を回動させることにより第１の光軸及び第２の光軸を互いに同時に変化させる。【選択図】図２

Description

本発明は物体検出用の光電センサに関する。

監視領域内の物体の検出には光電センサ（例えばレーザスキャナ）が特によく用いられる。このセンサは、少なくとも１本の光線を物体に向けて乃至は監視領域内へ発射する発光器を備えている。発射された光線は物体又は反射鏡の表面で拡散反射又は直反射されてセンサへと戻り、その拡散反射又は直反射された光線がセンサの受光器で受光され、評価ユニットで評価される。

欠陥のない測定を行うにはセンサの調整が必要である。

公知の従来技術では、例えば調節機能を有するセンサホルダや装置外の鏡のような機械的な調整手段が設けられるが、これには、コストがかかる上に環境の影響を受けやすい、あるいは大きな設置空間が必要であるといった問題がある。

上記問題に鑑みて成された本発明の課題は、冒頭で述べた種類の光電センサを、その調整が簡単になるように改良することである。

上記課題は請求項１に記載の特徴を有する本発明の光電センサにより解決される。

本発明に係る監視領域内の物体検出用の光電センサは、少なくとも１本の光線を第１の光軸に沿って発射する発光器と、第２の光軸に沿って拡散反射又は直反射された前記光線を受光する受光器とを備え、前記発光器及び前記受光器がレンズに対して同じ側に配置され、更に、受光された前記光線から受光信号を生成する評価ユニットを備え、前記レンズに対して前記発光器及び前記受光器とは反対側に光学ユニットが配置され、該光学ユニットを回動させることにより前記第１の光軸及び前記第２の光軸を互いに同時に変化させることができることを特徴としている。

本発明の利点は、発光器及び受光器の光学軸を装置の内部で光学的な手法により簡単に調整できるため、センサのコンパクトな構成が保証されることにある。

本発明の好ましい形態では、前記光学ユニットが少なくとも１つのくさび状の光学素子、特にくさび板を含む。

別の好ましい形態では、前記光学ユニットが、共通の回転軸を中心として互いに回動可能な２つの光学素子を備えている。これには、２つの光学素子を単に結合するだけで該２つの光学素子を互いに同時に回動させることができるという利点がある。

更に別の好ましい実施例では、前記光学素子の間に実効的な境界面積を小さくするための媒質、特に浸液、屈折率整合流体等が配置される。

別の好ましい実施例では、前記レンズが前記発光器及び前記受光器とは反対側にくさび状の面を備え、前記光学ユニットが光電センサのフロントパネルの役割を果たす。

更に別の好ましい実施例では、前記第１の光軸及び前記第２の光軸を同時に且つ同じ大きさだけ互いに変化させることができる。これにより、センサの調整を簡単且つ確実に実行することができるという利点が得られる。

別の好ましい実施例では、前記光学ユニットが手動で又は自動的に回動可能である。

更に別の形態では、前記光学ユニットが第１対及び第２対のくさび状光学素子を備え、前記第１対のくさび状光学素子は大きなくさび角度を有し及び／又は光に対する屈折率の高い材料から成り、前記第２対のくさび状光学素子は小さなくさび角度を有し及び／又は光に対する屈折率の低い材料から成る。これにより、微調整によるセンサの高精度な調整が可能となるという利点が得られる。また非常に大きな調整範囲を実現することができる。

更に別の好ましい実施例では、前記光学ユニットが、既存のセンサを拡張することができる別体のモジュール型ユニットとして構成される。

本発明の好ましい構成及び発展形態並びに更なる利点は、従属請求項、後続の記述及びに図面から読み取ることができる。

以下、本発明について、実施例に基づき、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。なお、図では同一の構成要素を同一の符号で示している。

従来技術による公知の光電センサの概略図。 本発明に係る光電センサの好ましい実施例の概略図。 本発明の実施例に係る光電センサを様々な方向から見た細部概略図（ａ）〜（ｃ）。 本発明に係る光電センサの別の実施例の概略図。 本発明に係る光電センサの別の実施例の概略図。 本発明に係る光電センサの別の実施例の概略図。

図１は従来技術である公知の光電センサ１の概略図である。このセンサはケーシングＧを備え、その中に発光器Ｓ、受光器Ｅ及びレンズＬが配置されている。

図示したセンサ１は反射鏡Ｒに対向して設置されており、少なくとも１つのセンサ支持装置Ｈを備えている。この装置を用いて反射鏡Ｒに対するセンサ１（特にセンサ１の光学軸ＯＡ）の向きを調整することにより、発光器Ｓから第１の光軸に沿って発射される光線ＬＳ１の反射鏡Ｒへの当たり方又は反射鏡Ｒによる反射のされ方を変化させて、第２の光軸に沿って拡散反射又は直反射される光線ＬＳ２をなおも受光器Ｅの捕捉領域内で検出できる状態にする。図ではこの調整を矢印Ｐｆ１で示している。

捕捉された光線ＬＳ２から評価ユニットＣＰＵが該光線に応じた受光信号を生成する。この信号から例えば監視領域内の物体を検出できる。

本発明に係る光電センサ１では、図２に示したように、前述のようなセンサ支持装置Ｈやコストのかかるセンサ調整手段は不要である。

本発明に係る光電センサ１は、発射された光線ＬＳ１の光軸（第１の光軸）と拡散反射又は直反射された光線の光軸（第２の光軸）を変化させるための光学ユニット２を含む。発光器Ｓ及び受光器ＥはレンズＬの一方の側にあるのに対し、光学ユニット２はレンズＬの他方の側、つまりレンズＬに対して発光器Ｓ及び受光器Ｅとは反対側にある。

光学ユニット２を図２の矢印Ｐｆ２で示したように回動させると、発射された光線ＬＳ１の第１の光軸と拡散反射又は直反射された光線ＬＳ２の第２の光軸が互いに同時に変化する。この際、本発明に係るセンサ１では簡単な方法で反射鏡Ｒに対する調整が行われる。

光学ユニット２は、少なくとも１つのくさび状光学素子２ａ及び２ｂ（特にくさび板、くさび状プリズム等）を備えるという好ましい構成を有している。

本発明において「くさび板」とは、くさび状の透明な物体を意味する。

図３（ａ）〜（ｃ）に本発明に係る光電センサ１を様々な視点から見た様子を示す。なお、ここでは本センサを特徴付ける要素、つまり発光器Ｓ、受光器Ｅ、レンズＬ及び光学ユニット２のみを示している。

図３（ａ）は前記の要素を側面から見た様子である。図３（ｂ）ではそれらの要素が平面図で示され、図３（ｃ）ではそれらの要素が３次元図で描かれている。

図示した光学ユニット２は、共通の回転軸ＤＡを中心として互いに回動可能なくさび板乃至くさび状光学素子２ａ及び２ｂを含むという好ましい構成を有している。

発光器Ｓは少なくとも１本の光線ＬＳ１を発射する。この光線がレンズＬに当たり、第１の光軸に沿って放射される。続いて光線ＬＳ１は光学ユニット２に当たり、更に第１の光軸ＳＡに沿って反射鏡Ｒ（図示せず）へ向けて方向転換される。

反射鏡Ｒに当たった発射光線ＬＳ１は拡散反射又は直反射された光線ＬＳ２として光学ユニット２へ送り返される。拡散反射又は直反射された光線ＬＳ２は第２の光軸ＥＡに沿って光学ユニット２とレンズＬを通過し、受光器Ｅに当たる。

図では簡単のため本発明に係るセンサの光学軸ＯＡだけが概略的に描かれている。第１の光軸ＳＡ及び第２の光軸ＥＡを描けば光学軸ＯＡに隣接して現れることになる。

光学ユニット２は、共通の回転軸ＤＡを中心として互いに回動可能に配置された光学素子として２つのくさび板を含む。好ましい構成として、２つのくさび板の間には実効的な境界面積を小さくするための媒質３が配置されている。この媒質３は例えば浸液や屈折率整合流体等である。

本発明に従ってセンサ１を調整するために、２つのくさび板が共通の回転軸ＤＡを中心として回動される。従って、第１の光軸ＳＡと第２の光軸ＥＡは同時に且つ同じ大きさだけ互いに変更可能である、乃至はそのように変化する。この際、くさび板の回動は手動で又は自動的に実施可能であることが好ましい。

このように本発明ではセンサ１の調整を簡単に実施することができる。

更に本発明のセンサ１は、２つのくさび板を同時に回動させ、以て発光器Ｓの光軸ＳＡと受光器Ｅの光軸ＳＥを同時に回動させることにより、従来よりもはるかに大きな調整範囲又は走査範囲を対象に調整を行うことができる。

更に、実効的な境界面積を小さくするための媒質３により、光路乃至は光軸ＳＡ及びＳＥの歪みを防止できるため、本発明のセンサ１を高い精度で調整できる。

必要な場合、光学ユニット２は第１対及び第２対のくさび状光学素子の２ａ〜２ｄを備える。図４に示した好ましい実施例では２対の光学素子２ａ〜２ｄの各対が２つのくさび板を含む。４つのくさび板は共通の回転軸を中心として配置されている。第１対に属する２つのくさび板は大きなくさび角度を有し及び／又は光に対する屈折率の高い材料から成り、第２対に属する２つのくさび板は小さなくさび角度を有し及び／又は光に対する屈折率の低い材料から成る。

第１対の光学素子２ａ及び２ｂの２つのくさび板の回動によりセンサ１が大まかに調整される。そして第２対の光学素子２ｃ及び２ｄの２つのくさび板の回動によりセンサ１の細かい調整乃至は微調整が行われる。更に、２対の光学素子２ａ〜２ｄを互いに回動させることにより、調整範囲を大きくできるという利点も得られる。

光学ユニット２を連続的に回転させれば、空間の一定の角度範囲がくまなく照明されるため、該範囲の走査が可能になるという利点がある。

図５に本発明に係る光電センサ１の別の好ましい実施例を概略的に示す。この例では光学ユニット２が光学素子２ａとして１つのくさび板を備え、該くさび板がセンサ１のケーシングＧのフロントパネルとしても機能する。

更に、センサ１のレンズＬが、前記くさび板に対向する側にくさび状の面４を有している。従って、レンズＬは第２の光学素子２ｂとして機能するから、レンズＬを回転させることにより本発明に従ったセンサ１の調整を行うことができる。

また、両方の光学素子２ａ及び２ｂを有する光学ユニット２を別体のモジュール型ユニットとして構成し、該光学ユニット２を窓要素として用いて既存のセンサ１を拡張できるようにしてもよい。

この場合、図６に概略的に示したように、２つのくさび板から成る光学ユニット２に光学素子２ａ及び２ｂ（くさび板）を調節するための調節リング５が設けられる。本発明に係る光学ユニット２を用いてセンサ１を拡張すれば、調節リング５の設定を確認することにより、反射鏡Ｒに対するセンサ１の簡単な調整を容易に達成することができる。

こうして既存のセンサ１を簡単かつコンパクトな形で本発明に係る光電センサ１に作り替えることができる。

１…光電センサ
２…光学ユニット
２ａ〜２ｄ…光学素子（くさび板）
３…実効的な境界面積を小さくするための媒質
４…くさび状の面
５…調節リング
ＣＰＵ…評価ユニット
Ｅ…受光器
Ｇ…ケーシング
Ｈ…センサ支持装置
Ｌ…レンズ
Ｒ…反射鏡
Ｓ…発光器
ＤＡ…回転軸
ＥＡ…第２の光軸
ＬＳ１…発射された光線
ＬＳ２…拡散反射又は直反射された光線
ＯＡ…光学軸
Ｐｆ１、Ｐｆ２…調節方向を示す矢印
ＳＡ…第１の光軸

Claims (9)

1. 物体検出用の光電センサ（１）であって、少なくとも１本の光線（ＬＳ１）を第１の光軸（ＳＡ）に沿って発射する発光器（Ｓ）と、第２の光軸（ＥＡ）に沿って拡散反射又は直反射された光線（ＬＳ２）を受光する受光器（Ｅ）とを備え、前記発光器（Ｓ）及び前記受光器（Ｅ）がレンズ（Ｌ）に対して同じ側に配置され、更に、受光された前記光線（ＬＳ２）から受光信号を生成する評価ユニット（ＣＰＵ）を備え、前記レンズ（Ｌ）に対して前記発光器（Ｓ）及び前記受光器（Ｅ）とは反対側に光学ユニット（２）が配置され、該光学ユニット（２）を回動させることにより前記第１の光軸（ＳＡ）及び前記第２の光軸（ＥＡ）を互いに同時に変化させることができることを特徴とする光電センサ（１）。
2. 前記光学ユニット（２）が少なくとも１つのくさび状の光学素子（２ａ〜２ｄ）、特にくさび板を含むことを特徴とする請求項１に記載の光電センサ（１）。
3. 前記光学ユニット（２）が、共通の回転軸（ＤＡ）を中心として互いに回動可能な２つの光学素子（２ａ〜２ｄ）を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電センサ（１）。
4. 前記光学素子（２ａ〜２ｄ）の間に実効的な境界面積を小さくするための媒質（３）、特に浸液、屈折率整合流体等が配置されていることを特徴とする請求項３に記載の光電センサ（１）。
5. 前記レンズ（Ｌ）が前記発光器（Ｓ）及び前記受光器（Ｅ）とは反対側にくさび状の面（４）を備え、前記光学ユニット（２）が光電センサ（１）のフロントパネルの役割を果たすことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の光電センサ（１）。
6. 前記第１の光軸（ＳＡ）及び前記第２の光軸（ＥＡ）を同時に且つ同じ大きさだけ互いに変化させることができることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電センサ（１）。
7. 前記光学ユニット（２）が手動で又は自動的に回動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電センサ（１）。
8. 前記光学ユニット（２）が第１対及び第２対のくさび状光学素子（２ａ、２ｂ；２ｃ、２ｄ）を備え、前記第１対のくさび状光学素子（２ａ、２ｂ）は大きなくさび角度を有し及び／又は光に対する屈折率の高い材料から成り、前記第２対のくさび状光学素子（２ｃ、２ｄ）は小さなくさび角度を有し及び／又は光に対する屈折率の低い材料から成ることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光電センサ（１）。
9. 前記光学ユニット（２）が別体のモジュール型ユニットとして構成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光電センサ（１）。

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