JP2020021816A - 通過検知センサ - Google Patents

Abstract

【課題】物体が通過する位置の違いによるセンシング感度の差を低減できる通過検知センサを提供する。【解決手段】物体の通過を検知するものであって、物体が通過する空間を形成する物体通過部１と、空間に向けて光を出射する光源２と、光源２から出射された光の一部を遮るように配置され、その厚み方向に貫通するスリット４１が形成されているスリット部材４と、空間を挟んで光源２と反対側に配置され、スリット４１を通過した光をセンシングする受光素子３とを備え、スリット４１が、光源２と受光素子３とを結ぶ軸線である光線軸を避けて形成されている通過検知センサ１００である。【選択図】図１

Description

本発明は、物品の通過を検知する通過検知センサに関する。

例えば複数の錠剤を分包する錠剤分包機には、設定した個数の錠剤が誤りなく分包されるように、払い出されて落下してきた錠剤の通過を検知する通過検知センサが備わっている。従来の通過検知センサとしては、錠剤が通過する空間を挟んで複数対の光源と受光素子が対向して設けられており、空間を錠剤が通過することによって生じる受光素子の受光量の変化をセンシングして物体の通過を検知するものが知られている（特許文献１の図８）。しかしながら複数対の光源と受光素子を有する通過検知センサでは受光素子毎に出力調整が必要であり、また外部回路での複雑な信号処理が必要となるため、構成が複雑になってしまう。

そのため近年では、光源と受光素子を一対のみ備える簡単な構造の通過検知センサが開発されている。このような光源と受光素子を一対のみ備える通過検知センサでは、受光素子が受光する総受光量を制限して分解能を向上させるために、光源と受光素子との間に遮光部材を配置し、この遮光部材に光源と受光素子とを結ぶ軸線を通るようなスリットを形成することがある。

登実３２０３７９３号公報

しかしながら、上述したようなスリットが形成された通過検知センサでは、スリットを通過して受光素子に到達する光の光量分布が一様ではない。そのため、たとえ空間を通過する錠剤等の物体の大きさが同じであっても、空間内における錠剤の通過位置の違いによって、受光素子における受光量の変化量に差が生じてしまう。そのため、光線軸の軸方向から視て、例えば光線軸に近く光量が大きいスリットの中央部付近を通過する錠剤を検知できるように光増幅器を設定すると、光線軸から遠く光量が小さいスリットの端部を錠剤が通過した場合には、受光素子において検知可能な程度の受光量の変化を得られなくなることがある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、物体が通過する位置の違いによるセンシング感度の差を低減できる通過検知センサを提供することを目的とする。

すなわち本発明に係る通過検知センサは、物体の通過を検知するものであって、前記物体が通過する空間を形成する物体通過部と、前記空間に向けて光を出射する光源と、前記光源から出射された光の一部を遮るように配置され、その厚み方向に貫通するスリットが形成されているスリット部材と、前記空間を挟んで前記光源と反対側に配置され、前記スリットを通過した光をセンシングする受光素子とを備え、前記スリットが、前記光源と前記受光素子とを結ぶ軸線である光線軸を避けて形成されていることを特徴とする。

このようなものであれば、光線軸を避けてスリットが形成されるので、光源から受光素子に向けて出射された光のうち光量が最も大きい光は、スリットを通過することなくスリット部材によって遮光される。そのため、光線軸を通るようにスリットが形成されたものに比べて、光量が大きいスリットの中央部付近等を通る光と、光量が小さいスリットの端部等を通る光の光量の差を小さくできる。これにより、スリットを通過する光の光量分布の偏りを低減でき、空間内における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差を低減することができる。

前記スリットが、前記光線軸の軸方向から視て、前記光線軸から等距離になるように形成された円弧部分を有することが好ましい。
このようなものであれば、円弧部分は光線軸から等距離になるように形成されているので、円弧部分を通過する光の光量分布は一様になる。そのため、スリットを通過する光の光量分布の偏りをより低減でき、空間内における物体の通過位置の違い、特に空間内の光線軸近傍における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差をより低減することができる。

前記円弧部分が一定のスリット幅を有するようにすれば、円弧部分を通過する光の光量分布の偏りをより一層低減することができる。そのため、空間内の光線軸近傍における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差をより一層低減することができる。

スリットの態様としては、前記光線軸の軸方向から視て、前記円弧部分の両端から前記物体の通過方向に垂直な方向に延びる直線部分を更に有する、Ω字型のものを挙げることができる。

前記直線部分の端部におけるスリット幅が前記円弧部分のスリット幅よりも大きいことが好ましい。
このようなものであれば、光線軸から遠いスリットの端部を通過する光の光量を大きくすることができるので、スリットを通過する光の光量分布の偏りをより低減でき、空間内における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差をより一層低減することができる。

物体が通過できる空間を広くするには、前記スリット部材を前記空間の外側に設ければよい。

この場合、光源と空間との間にスリット部材を設けると、受光素子においてスリットの形での光を受光しにくい。前記スリット部材を前記受光素子と前記空間との間に設けることにより、受光素子においてスリットの形での光を受光しやすくなる。

前記物体の通過方向から視て、前記空間が矩形状であり、かつその対向する１組の辺が前記光線軸の軸方向と平行になるように形成することで、物体が通過する空間をより広くすることができる。

前記光源と前記空間との間に設けられ、前記光源から出た光を透過させて、前記光線軸の軸方向に略平行な光を投光する投光レンズを更に備えることが好ましい。
このようなものであれば、光源から放射状に出射された光を略平行光にして空間に投光することができるので、矩形状である空間の隅部を物体が通過した場合にもこれを検知しやすくなる。

前記投光レンズの頂部が平坦であることが好ましい。
このようなものであれば、光量が比較的大きい光線軸近傍の光は、投光レンズの頂部を通過する際に、その光路が光線軸の軸方向に略平行になることなく拡散されるようになる。これにより、スリットを通過する光の光量分布の偏りをより一層低減でき、空間内における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差を低減することができる。

前記投光レンズが前記空間から前記光源側に向かって膨出する凸レンズであれば、物体が通過する空間をより広くすることができる。

前記通過検知センサは、前記空間と前記スリット部材との間に設けられ、前記空間を通った光を透過させて前記受光素子に導く受光レンズを更に備えていてもよい。
このようなものであれば、空間を通った光を効率よく受光素子に導くことができ、物体の検知可能範囲を広くすることができる。

検知対象である前記物体の具体的な態様として錠剤を挙げることができる。

このようにした本発明によれば、物体が通過する位置の違いによるセンシング感度の差を低減できる通過検知センサを提供することができる。

本実施形態の通過検知センサの構成を模式的に示す斜視図。 同実施形態の通過検知センサの構成を模式的に示す平面図であり、物体が通過する方向から視た平面図。 同実施形態の通過検知センサの構成を模式的に示す平面図であり、図２のＡ−Ａ’線断面を示す図。 同実施形態の通過検知センサの構成を模式的に示す平面図であり、図２のＢ−Ｂ’線断面を示す図。

以下に、本発明の一実施形態に係る通過検知センサについて図面を参照して説明する。また、各図面が示す部材の大きさ、位置関係、光の光路等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。

本実施形態に係る通過検知センサ１００は、例えば錠剤分包機等の内部に設けられて、払い出されて落下してきた錠剤Ｏ（本発明の“物体”に相当する）の通過を検知するものである。具体的にこの通過検知センサ１００は、図１に示すように、錠剤Ｏが通過する空間Ｓを形成する物体通過部１と、空間Ｓに向けて光を出射する光源２と、空間Ｓを挟んで光源２と反対側に位置し、光源２から出射された光をセンシングする受光素子３と、光源２と受光素子３との間に配置され、光源２から射出された光の一部を通過させるスリット４１が形成されたスリット部材４とを備える。この通過検知センサ１００では、空間Ｓに向けて光源２から出射された光の一部がスリット４１を通過して受光素子３によってセンシングされる。落下してきた錠剤Ｏが空間Ｓを通過すると受光素子３の受光量が変化し、これにより錠剤Ｏが通過したことを検知することができる。なお、これらの各部材は基板Ｐに取り付けられている。

以下、通過検知センサ１００を構成する各部について説明する。なお以下の説明においては、錠剤Ｏが通過する方向（ここでは鉛直方向）をｚ軸方向とし、ｚ軸方向に垂直な方向であって互いに直交する２方向をそれぞれｘ軸方向及びｙ軸方向とする。

物体通過部１はｚ軸方向に開口する筒状体であり、ｚ軸方向に平行な外周側面１１と内周側面１２とを有する。物体通過部１はここでは透光性を有する樹脂からなり、光源２から出射した光が、外周側面１１及び内周側面１２を透過できるようになっている。なお、物体通過部１は、透光性を有するものであれば、樹脂に限らず他の材料から構成されていてもよい。

外周側面１１は、ｙ軸方向に平行な対向する１対の外側面１１ａ及び１１ｂと、ｘ軸方向に平行な対向する１対の外側面１１ｃ及び１１ｄからなる。外側面１１ａ〜１１ｄはいずれも平面であり、外側面１１ｄが基板Ｐの表面に接するように取付けられている。

内周側面１２は、ｙ軸方向に平行な対向する１対の内側面１２ａ及び１２ｂと、ｘ軸方向に平行な対向する１対の内側面１２ｃ及び１２ｄからなる。４つの内側面１２ａ〜１２ｄはいずれも平面であり、これら４つの内側面１２ａ〜１２ｄによって空間Ｓが形成されている。すなわち空間Ｓは、ｚ軸方向から視て内周側面１２によって囲まれた矩形状の領域である。

１対の光源２及び受光素子３は、物体通過部１を挟んで互いに向き合うように配置されている。より具体的には、１対の光源２及び受光素子３は、図２に示すように光源２と受光素子３を結ぶ軸線である光線軸Ｌの軸方向がｘ軸方向と平行になり、かつ空間Ｓのｙ軸方向に沿った中心位置を光線軸Ｌが通るように、それぞれ基板Ｐに取り付けられている。

光源２は具体的には発光ダイオードであり、出射した光の主光線の光路がｘ軸方向と平行になるように設けられている。図２に示すように、光源２はその主光線の光路が、空間Ｓのｙ軸方向に沿った中心位置を通るように配置されている。なお光源２は、物体通過部１の空間Ｓに向けて光を出射できるものであれば、発光ダイオードに限らず、例えば電球等他のものであってもよい。

受光素子３は光電効果を利用するものであり、具体的にはフォトトランジスタである。受光素子３は光源２側を向く受光面を有しており、この受光面で受光した光量に比例した信号を出力するように構成されている。受光素子３は、その受光面がｘ軸方向と直交し、かつ光源２側を向くように基板Ｐに取り付けられており、光源２から出射された光を受光できるように構成されている。なお受光素子３は、フォトトランジスタに限らずフォトダイオードであってもよい。

スリット部材４は、ｘ軸方向に直交する表面を有する板状体であり、その厚み方向に貫通する１本のスリット４１が形成されている。スリット部材４は、空間Ｓの外側であって、受光素子３と物体通過部１との間に配置されており、空間Ｓを通過した光源２からの光の一部を遮光するとともに、光の一部を受光素子３側に通過させるように構成されている。

通過検知センサ１００は、光源２と物体通過部１の外側面１１ａとの間に設けられて光源２から出た光を透過させる投光レンズ５と、受光素子３と物体通過部１の外側面１１ｂとの間（より具体的には、スリット部材４と物体通過部１の外側面１１ｂとの間）に設けられて空間Ｓを通った光を透過させる受光レンズ６とを更に備える。なおこの投光レンズ５及び受光レンズ６は、物体通過部１と一体成型されたものでもよく、別々に成形されたものであってもよい。

投光レンズ５は、光源２から出射された光を効率よく空間Ｓに導くためのものであり、物体通過部１の外側面１１ａ上に形成されている。投光レンズ５は、外側面１１ａから光源２に向かって膨出するように形成された軸対称の非球面レンズであり、より具体的には平凸レンズである。図２及び図３に示すように、投光レンズ５はその光軸の軸方向及び位置が光線軸Ｌと一致するとともに、投光レンズ５を透過した光の少なくとも一部がｘ軸方向と略平行になるようにその表面が形成されている。より具体的には、光源２から出た光を透過させて、空間Ｓのｙ方向の一方の端部（内側面１２ｃ）から他方の端部（内側面１２ｄ）に亘ってｘ軸方向と略平行な光を投光できるように、その表面が形成されている。

受光レンズ６は、空間Ｓを通過した光源２からの光を効率よく受光素子３に導くためのものである。受光レンズ６は、外側面１１ｂから受光素子３に向かって膨出するように形成された軸対称の非球面レンズであり、より具体的には平凸レンズである。図２に示すように、受光レンズ６はその光軸の軸方向及び位置が光線軸Ｌと一致するとともに、空間Ｓを通過した略平行な光を透過させて受光素子３の受光面に導くようにその表面が形成されている。

しかして、本実施形態の通過検知センサ１００では、スリット４１が光線軸Ｌを避けるように形成されている。図４に示すように、スリット４１はΩ字型をなし、光線軸Ｌを迂回するように形成されている。より具体的には、スリット４１は、ｘ軸方向から視て、光線軸Ｌを通りかつｚ軸方向に平行な軸を対称軸とする線対称な形状であり、対称軸近傍に形成された円弧部分４１１と、円弧部分４１１の両端から直線状に延びる２つの直線部分４１２とを有している。

円弧部分４１１は、ｘ軸方向から視て、光線軸Ｌを中心とする円弧状に形成され、光線軸Ｌからの距離が一定になるように形成されている。より具体的には、ｚ軸方向の上向きに膨出するＣ字型をなしている。円弧部分４１１はスリット幅が一定になるように形成されている。

直線部分４１２は、ｘ軸方向から視て、円弧部分４１１の両端からｙ軸方向に沿って外側（光線軸Ｌから遠ざかる向き）に向かって延びるように形成されている。直線部分４１２は、光線軸Ｌに近い内端から、光線軸Ｌから遠い外端に向かうにつれて、スリット幅が大きくなるように形成されている。直線部分４１２の内端のスリット幅は円弧部分４１１のスリット幅と等しくなるように形成されており、直線部分４１２の外端のスリット幅は円弧部分４１１のスリット幅よりも大きくなるように形成されている。

さらに本実施形態の通過検知センサ１００では、投光レンズ５がその頂部が平坦になるように表面が形成されている。より具体的には、図２及び図３に示すように、投光レンズ５の頂部には光線軸Ｌに直交する平坦面５１が光源２に対向するように形成されている。光線軸Ｌの軸方向から視て、平坦面５１は光線軸Ｌを中心とする円形状をなしており、平坦面５１の周りを球状面５２が取り囲んでいる。

このように構成された本実施形態の通過検知センサ１００によれば、光線軸Ｌを避けてスリット４１が形成されるので、光源２から受光素子３に向けて出射された光のうち光量が最も大きい光は、スリット４１を通過することなくスリット部材４によって遮光される。そのため、光線軸Ｌを通るようにスリット４１が形成されたものに比べて、光量が大きいスリット４１の中央部（すなわち円弧部分４１１）等を通る光と、光量が小さいスリット４１の端部（すなわち直線部分４１２の端部）等を通る光の光量の差を小さくできる。これにより、スリット４１を通過する光の光量分布の偏りを低減でき、空間Ｓ内における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差を低減することができる。

また、スリット４１の円弧部分４１１が光線軸Ｌから等距離になるように形成されており、さらにそのスリット幅が一定であるので、円弧部分４１１を通過する光の光量分布は一様になる。そのため、スリット４１を通過する光の光量分布の偏りをより低減でき、空間Ｓ内における物体の通過位置の違い、特に空間Ｓ内の光線軸Ｌ近傍における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差をより低減することができる。

また、直線部分４１２の端部におけるスリット幅が円弧部分４１１のスリット幅よりも大きいので、光線軸Ｌから遠いスリット４１の端部を通過する光の光量を大きくすることができ、スリット４１を通過する光の光量分布の偏りをより低減でき、空間Ｓ内における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差をより一層低減することができる。

さらに、投光レンズ５の頂部が平坦であるので、光量が比較的大きい光線軸Ｌ近傍の光は投光レンズ５の頂部を通過する際に、その光路が光線軸Ｌの軸方向に略平行になることなく拡散されるようになる。これにより、スリット４１を通過する光の光量分布の偏りをより一層低減でき、空間Ｓ内における物体の通過位置の違いによるセンシング感度の差を低減することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

前記実施形態の通過検知センサ１００は錠剤の通過を検知するものであったが、これに限らない。錠剤以外の他の物体を検知するものであってもよい。

前記実施形態の通過検知センサ１００では、スリット４１が光線軸Ｌから一定の距離になるように形成された円弧部分４１１を有していたが、これに限定されない。スリット４１は、光線軸Ｌを避けて形成されていれば、このような円弧部分４１１を有さなくてもよい。

他の通過検知センサ１００では、スリット４１の円弧部分４１１のスリット幅は一定でなくてもよく、また直線部分４１２はスリット幅が一定であってもよい。

前記実施形態では、スリット部材４は受光素子３と物体通過部１との間に設けられていたが、これに限らない。他の実施形態では、スリット部材４は光源２と物体通過部１との間に設けられていてもよい。

前記実施形態の通過検知センサ１００では、投光レンズ５の平坦面５１は円形状であったがこれに限定されない。他の実施形態では、投光レンズ５の平坦面５１は楕円形状、多角形状等のその他の形状であってもよい。

その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・通過検知センサ
１ ・・・物体通過部
２ ・・・光源
３ ・・・受光素子
４ ・・・スリット部材
４１ ・・・スリット
Ｓ ・・・空間
Ｏ ・・・物体（錠剤）
Ｌ ・・・光線軸

Claims (13)

1. 物体の通過を検知するものであって、
   前記物体が通過する空間を形成する物体通過部と、
   前記空間に向けて光を出射する光源と、
   前記光源から出射された光の一部を遮るように配置され、その厚み方向に貫通するスリットが形成されているスリット部材と、
   前記空間を挟んで前記光源と反対側に配置され、前記スリットを通過した光をセンシングする受光素子とを備え、
   前記スリットが、前記光源と前記受光素子とを結ぶ軸線である光線軸を避けて形成されている通過検知センサ。
2. 前記スリットが、前記光線軸の軸方向から視て、前記光線軸から等距離になるように形成された円弧部分を有する請求項１記載の通過検知センサ。
3. 前記円弧部分が一定のスリット幅を有する請求項２記載の通過検知センサ。
4. 前記スリットが、前記光線軸の軸方向から視て、前記円弧部分の両端から前記物体の通過方向に垂直な方向に延びる直線部分を更に有する請求項２又は３記載の通過検知センサ。
5. 前記直線部分の端部におけるスリット幅が前記円弧部分のスリット幅よりも大きい、請求項４記載の通過検知センサ。
6. 前記スリット部材が前記空間の外側に設けられている請求項１〜５のいずれか記載の通過検知センサ。
7. 前記スリット部材が前記受光素子と前記空間との間に設けられている請求項６記載の通過検知センサ。
8. 前記物体の通過方向から視て、前記空間が矩形状であり、かつその対向する１組の辺が前記光線軸の軸方向と平行になるように形成されている請求項１〜７のいずれか記載の通過検知センサ。
9. 前記光源と前記空間との間に設けられ、前記光源から出た光を透過させて、前記光線軸の軸方向に略平行な光を投光する投光レンズを更に備える請求項８記載の通過検知センサ。
10. 前記投光レンズの頂部が平坦である請求項９記載の通過検知センサ。
11. 前記投光レンズが前記空間から前記光源側に向かって膨出する凸レンズである請求項９又は１０記載の通過検知センサ。
12. 前記空間と前記スリット部材との間に設けられ、前記空間を通った光を透過させて前記受光素子に導く受光レンズを更に備える請求項８〜１１のいずれか記載の通過検知センサ。
13. 検知対象である前記物体が錠剤である請求項１〜１２のいずれか記載の通過検知センサ。