JP2854605B2

JP2854605B2 - 光電センサ

Info

Publication number: JP2854605B2
Application number: JP1163447A
Authority: JP
Inventors: 正己山川
Original assignee: AISENSU KK
Current assignee: AISENSU KK
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1999-02-03
Anticipated expiration: 2014-02-03
Also published as: JPH0328789A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、集光光学系と光電変換素子を具えた光電
センサに関するものである。

［従来の技術］光電センサは、無接触で人や物体を検知できるところ
から、各種機械の自動化、コンベアラインによる搬送物
体の検知、自動ドア等における人の接近の検出などに用
いられている。

そして、このような光電センサの投光器、受光器は、
いずれも箱形のケースの壁に円形の孔を穿がって凸レン
ズを固着し、その焦点に発光ダイオードなどの発光素
子、又はフォトトランジスタなどの受光素子による光電
素子を設け、凸レンズから光電素子に至る光の経路を妨
げないように点灯駆動回路、又は信号増幅回路、および
動作表示燈、可変抵抗器などの部品をケースの内壁面に
固着して各部品間を電気的に接続し、入力端子と出力端
子に電線コードを接続してケース外に導出し、蓋を閉じ
た構造になっている。

第13図は、このような従来の光電センサを示す図で、図において、Ａは、ケーシングＢの前面に設けた集光
用の凸レンズ、61は凸レンズＡの集光点位置に設置され
た光電変換素子、62は配線基板、63は配線基板62上に配
設される各種電子部品、64は動作表示燈である。

なお、65はケーシングＢの裏パネル、Ｃは動作表示燈
と配線基板62との配線である。そして、機械その他への
取付けにはブラケットなどを使用してネジ等で固定する
ようにしている。

［発明が解決しようとする問題点］近時、光電センサはユーザより小型化の要請が高まり
年々小型化して来ているが、構造上小型化を妨げる二つ
の問題点が存在している。

第１の問題点は、光電センサのケースの内壁に部品を
取り付けるにはケースの内部にドライバ、ピンセット、
ハンダごて等の工具を挿し込んで作業を行なわなければ
ならず、ケースが小さくなればなるほど作業がやりづら
くなることである。

このように光電センサの小型化と組立作業の能率化と
は互いに矛盾することとなる。

第２の問題点は、集光光学系に凸レンズを用いている
ため、光電変換素子に至る光の経路に円錐状をした可成
り大きい空間を必要とすることである。つまり、光電セ
ンサの性能を良くするにはレンズの口径を大きくして入
光量を増加させ、レンズの焦点距離も適当に長くして外
乱光の影響を少なくすることが望ましい。

したがって、大きな口径と長い焦点距離のレンズが求
められるので大きな円錐状空間を必要とするわけであ
る。

このように、光電センサの小型化と光学特性の向上と
は互いに矛盾することとなる。

さらに従来の光電センサの欠点の一つに取扱いが不便
な点が挙げられる。すなわち、形状が大きく機械等へ取
付けても場所をとるため、人や物に触れやすく光軸がず
れて誤動作の原因となる。また、ごみや油などが付着し
ても清掃がしにくい難点がある。

また、近時例えば、インバータモータ起動時のマグネ
ットスイッチ開閉等により発生する外部からの電磁輻射
ノイズの影響による誤動作を防止するため、光電変換素
子自体に、金属蒸着メッキを施しているが、光の透過率
が減殺されるという欠点がある。

この発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、前
述の問題点を解決して組立作業性、光学特性がよく、し
かも、外部からの電磁輻射ノイズの影響を受け難い、小
型で取扱いやすい光電センサを提供することを目的とす
るものである。

［問題点を解決するための手段］この出願に係る光電センサは、透明体で形成され、前面（対物面）は円形平面をなし
後面（対回路ブロック面）は円形凸状面をなして断面ほ
ぼ半月形状をなす光学体と、この光学体の後面に配設さ
れる回路ブロックと、これら光学体および回路ブロックを収納し一方を開口
する筒体状のケーシングと、このケーシング開口部に嵌合する透明プロテクターとケーシングの円形外周面に螺合するロックナットとか
らなり、前記光学体の前面中央には、前記前面の約３分の１程
度の直径を有する第１凹部を形成し、光学体の前記後面側の中央には前記第１凹部に対向
し、かつ第１凹部よりやや小さい直径の凸状底面又はフ
レネル底面を有する第２凹部を形成して光電素子に対向
する集光レンズとするとともに、前記第１凹部における凹球状底面を真空蒸着メッキ手
段により鏡面となして第２反射部を形成し、光学体の前記後面の第２凹部を除いた部分を真空蒸着
メッキ手段により鏡面となして第１反射部を形成し、さ
らに、光学体後面の周縁にはスカート部を、また、第１
反射部の適宜箇所には、動作表示燈の光束を光学体前面
側に透過するための表示燈集光レンズ部を形成するとと
もに、前記回路ブロックは、前面に光電変換素子および動作
表示燈を具え、前後両面には電子部品を搭載しその終端
が前記スカート部端面に当接する円形回路基板で構成さ
れている。

さらに、この出願に係る他の光電センサは、透明体で形成され、前面（対物面）は円形平面をなし
後面（対回路ブロック面）は円形凸状面をなして断面ほ
ぼ半月形状をなす光学体と、この光学体の後面に配設される回路ブロックと、これら光学体および回路ブロックを収納し一方を開口
する筒体状の金属ケーシングと、このケーシング開口部に嵌合する透明プロテクターと
からなり、前記光学体の前面中央には、前記前面の約３
分の１程度の直径を有する第１凹部を形成し、光学体の
前記後面側の中央には前記第１凹部に対向し、かつ第１
凹部よりやや小さい直径の凸状底面又はフレネル底面を
有する第２凹部を形成して光電素子に対向する集光レン
ズとする一方、前記第１凹部における凹球状底面を真空蒸着メッキ手
段により鏡面となして第２反射部を形成し、光学体の前記後面の第２凹部を除いた部分を真空蒸着
メッキ手段により鏡面となして第１反射部を形成し、さ
らに、光学体後面の周縁にはスカート部を、また、第１
反射部の適宜箇所には、動作表示燈の光束を光学体前面
側に透過するための表示燈集光レンズ部を形成するとと
もに、前記回路ブロックは、前面に光電変換素子および動作
表示燈を具え、前後両面には電子部品を搭載しその周縁
が前記スカート部端面に当接する円形回路基板で構成さ
れており、さらに、前記第１凹部および第２凹部には、外部から
の電磁輻射ノイズを遮断するための第１遮蔽体および第
２遮蔽体をそれぞれ設けるとともに、これらを、それぞ
れ電源のグランド側端子に接続してある。第１遮蔽体
は、前記第１凹部の開口部に嵌合する円形金属板で形成
し、第２遮蔽体は、前記第２凹部に嵌合する金属筒体で
形成されている。

［作用］透明プロテクタを通して入射した赤外光又は赤色光な
どの信号光は、光学体の第１反射部で第１回目の反射が
なされ、第２反射部に至り第２回目の反射がなされ集光
レンズを通り、集光レンズの焦点に位置する光電変換素
子によって受光される。

光電変換素子によって受光された信号光は、電気信号
に変換されて出力される。

そして、入射する信号光の光量の変化は直ちに電気信
号として捉えられるので、光電センサの前方の光路にあ
るものを正確に検知することができる。以上、受光器の
場合について光の通過経路を説明したが、投光器の場合
は、この逆となる。

そして、光学体は、複数の反射部を有することにより
光電センサに入射してから光電変換素子における焦点ま
での光経路を、いわば折畳んだ状態で薄板状の光学体中
に収納することができ、全体としてコンパクトな光電セ
ンサを得ることができる。

また、金属製のケーシングおよび遮蔽体を具えた場合
は、特に外部からの電磁輻射ノイズによる検知機能への
悪影響が多い環境において有効である。

［実施例］図面にもとづいてこの発明の実施例を説明する。第１
図ないし第４図は、この出願の請求項１項ないし３項に
係る発明の一実施例を示す図である。

第１図は光電センサの縦断面図、第２図は同正面図、
第３図は同側面図、また、第４図は光学体の説明図で、
同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）
は（ｂ）図におけるｃ−ｃ線断面図、同図（ｄ）は背面
図である。

図において、１は透明樹脂材で形成される光学体、２
は樹脂材で形成されるケーシングでで一方が開口するす
る筒体をなし、外周面にはネジ部2aが、また、外周の対
物側の端部には環状のストッパー2bがケーシングと一体
に形成されている。そして、このストッパー2bは後述の
透明プロテクタの係合爪を嵌合するための溝を内周面に
具えている。

３はケーシング２の開口部に嵌合装着される円板状の
プロテクタで、透明樹脂材で形成されており、端縁には
係合爪3aを有しストッパー2bの前記溝に嵌合するように
なっている。

４は、ケーシング２内で光学体１の後面に対向するよ
うに設置された回路基板で、光学体１に対向する面に光
電変換素子4aおよび作動表示燈4bを、また、裏面には電
子部品4cをそれぞれ搭載しており、これら回路基板４、
光電変換素子4aおよび作動表示燈4bにより回路ブロック
が構成されている。

５は、回路ブロックの防水、防振、防湿対策として回
路基板４とケーシング２の底面との間に注入されたエポ
キシ等の樹脂材である。

６は、ネジ部2aに螺合するロックナットでワッシャ７
を介してストッパー2bとの間で被取付パネル８を固定保
持するようになっている。９はプロテクタ３とケーシン
グ２との間に嵌挿される環状のゴムパッキン、10は、回
路基板４に接続される入出力用のリード線である。

次に第４図にしたがって光学体１の構成を説明する。

第４図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）はそれぞれ光
学体の側面図、正面図、縦断面図、背面図である。

図において、１は透明樹脂材で一体に形成した光電セ
ンサ用の光学体で直径20mmの断面半月形状をなしてい
る。21は前面すなわち光学体１の検出対象物体に対向す
る対物面で、円形平面に形成されている。（直径18mm）なお、この光学体１は1m前後より近い位置の物体検知
に使用する場合には、前記対物面は、ゆるやかな凸面に
形成するのが良い。

31は後面、すなわち光電変換素子に対する面である対
回路ブロック面で、直径18mmの円形凸状（Ｒ＝13.4mmで
非球面）に形成されている。

第４図（ｂ）および（ｃ）に示すように前面（対物
面）21の中央部分には、前記前面（対物面）21の３分の
１強の直径（7mm）の凹球状底面（Ｒ＝7.7mmで非球面）
を有する第１凹部41が形成されている。この第１凹部41
の凹球状底面には真空蒸着メッキにより鏡面が形成され
第２反射部41aを構成している。51は、前記後面31（対
回路ブロック面）の中央部に第１凹部41と対向して形成
された第２凹部で、その底面部は、前記第１凹部41の凹
状底面よりやや小さい直径（1.5:1）の凸状底面（Ｒ＝
8.5mmで球面）に形成され、集光レンズ部51aを構成して
いる。

そして、この第２凹部51には回路ブロック４の光電変
換素子4aが対向又は嵌合する。1aは、後面31の端縁全周
にわたって形成されたスカート部（高さ約3mm）、1b
は、動作表示燈4bの光束を円形対物面方向すなわち前面
21を通過して放射するために後面31において動作表示燈
4bと対向する位置にに形成した動作表示燈集光レンズ部
としての凸部である。なお、この凸部1bの表面は凸面、
あるいはフレネル面に形成すれば照射光は平行光とな
り、遠距離からの視認が容易となる。

また、1cは後面31の凸球状面（第２凹部51の部分を除
く）に真空蒸着メッキ等の手段により形成した鏡面によ
り構成される第１反射部である。

なお、光学体１以外の各構成部品は、光学体１の上記
寸法に合せた寸法で形成され、この実施例（第８図）に
おいて、光電センサの外径は20mm、厚みは約14mmとなっ
ている。

次に、この実施例の作用を説明する。

プロテクタ３を通して光学体１の前面21側より入射す
る信号光は、第１反射部1cにおいて反射されて第２反射
部41aに至り、２回目の反射により集光レンズ部51を通
過して光電変換素子4aの位置に集光され電気信号に変換
されて出力される。

そして、入射光量の変化は直ちに電気信号として捉え
られるので、センサ前面、すなわちプロテクタ３又は光
学体１の前面21方向への光路にあるものを正確に検知で
きる。光学体１は、第１反射部、第２反射部を有するこ
とにより、第13図の従来例に示すようなレンズＡの円形
対物面から光電変換素子61における焦点までの光経路
を、いわば折畳んだ状態で薄板状の光学体１中に収納す
ることができる。動作表示燈4bとしての発光ダイオード
からの光は表示燈集光レンズ部としての凸部1bを介して
光学体１の前面21方向に放射される。

また、外部からの電磁輻射ノイズは、第１反射部1cお
よび第２反射部41aに形成された金属被膜により、大部
分が遮蔽されて回路基板４における電子部品4cの正確な
動作を確保する。このようにして、第１反射部1cおよび
第２反射部41aは電磁輻射ノイズの遮蔽機能を併せ有し
ている。なお、金属被膜は電源のグランド側に電気的に
接続されているが、図示は省略する。

次に第５図ないし第７図にもとづいて請求範囲第４項
に係る発明の実施例を説明する。

前述の実施例と同一箇所には同一符号を付し重複説明
は省略する。

第５図は、光電センサの縦断面図、第６図は正面図、
第７図は側面図である。

この実施例では、ケーシング２とプロテクタ３の構成
が若干異なるのみで他は前述の実施例と全く同一であ
る。

すなわち、この実施例において、ケーシング２の全側
周面にネジ部2aが形成されており前述の実施例における
ストッパー2bは具えていない。

一方、プロテクタ３は、浅い筒体形状をなし底面部分
が光学体１の前面21に対向しており、その周壁のないそ
くには前記ネジ部2a（外ネジ）に螺合するための内ネジ
が形成されている。被取付パネル８は、プロテクタ３の
周壁端とロックナット６との間にワッシャ７を介して挟
持されるようになっているので、プロテクタ３の周壁端
がストッパー部を構成していると言うことができる。

この実施例の作用効果は、前述の第１実施例と同様で
あるが、この実施例にあってはケーシング２に対するプ
ロテクタ３の組付けが前述の実施例より容易となる。

次に第８図ないし第12図にもとずいて請求項５ないし
８項に係る発明の実施例を説明する。

第８図はこの実施例に係る光電センサの縦断面図、第
９図は同正面図、第10図は同側面図、第11図は同背面
図、第12図は遮蔽体の説明図である。なお、前述の実施
例と同一箇所には同一符号を付し重複説明は省略する。

図において、２は一方を開口する筒体状のケーシング
で金属材により形成されている。３は可視光をカットす
る透明材によるプロテクタで、光学体１の凸部1bに対向
する位置には表示光透光部3bが嵌め込まれている。

41bは光学体１の第１凹部41の開口端に嵌合された第
１遮蔽体、51bは同じく光学体１の第２凹部に嵌挿され
た第２遮蔽体でそれぞれ金属材で形成されている。第12
図に示めすように、第１遮蔽体41bは円板形状、第２遮
蔽体51bは筒体形状をなし筒体内部には透孔51c1を有す
る帰属遮蔽板51cを具えている。この透孔51c1は、光の
通路となるものである。この他の構成は前述の実施例と
異なるところはない。

この実施例において回路ブロックは金属ケーシング２
によって背面および側面方向からの電磁輻射ノイズに対
してシールドされ、また前方に対しては第１遮蔽体41b
が、斜前方に対しては第２遮蔽体51bがそれぞれ電磁輻
射ノイズを有効に遮断する。したがって、この実施例に
係る光電センサは、電磁輻射ノイズが充満している工場
等で使用されている各種機器への組込み用に適してい
る。

［発明の効果］以上述べたように、この出願に係る光電センサは、従
来のようにケースの狭い内部に工具を挿し込んで組立作
業を行なうなどの煩雑な手作業が全く無くなり、自動部
品搭載機や自動組立機などによる大量生産の工程にのせ
ることができ、大幅なコストダウンが可能となる。

また、断面半月状の光学体によって光の経路に必要な
円錐状の空間を折畳むようにして自らの内部に包含して
いるので、形状が極めて薄型、小型化されている。（例
えば、従来技術にくらべ、厚みで約３分の１以下とな
る。）したがって、工場、事務所、店舗、家庭などに設置す
るとき、壁表面その他に直接取付けても美観を損なわず
取付作業も簡単である。

また、投光器、受光器として、いずれも小型ながら光
学系の口径が大きく、かつ、焦点距離も長いので受光器
の入光量が増大して感度が向上し、外乱光の影響も少な
く、この相乗効果により透過型の場合は投光器と受光器
との対向距離が著しく長くなり、同様に反射型の場合
は、光電センサと対象物体との検出間隔距離が非常に長
くなり、対象物の検出範囲が広くなる。

さらにまた、この発明に係る光電センサは、外部から
の電磁輻射ノイズを有効に遮断し正確な物体検知をなす
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は、この出願の請求項１ないし３項
に係る光電センサの実施例を示す図で、第１図は光電セ
ンサの縦断面図、第２図は同正面図、第３図は同側面
図、第４図は光学体の説明図で、同図（ａ）は光学体の
側面図、同図（ｂ）は同じく正面図、同図（ｃ）は
（ｂ）におけるｃ−ｃ線断面図、同図（ｄ）は背面図、
第５図ないし第７図は、この出願の請求項第４項に係る
光電センサの実施例を示す図で、第５図は縦断面図、第
６図は同正面図、第７図は同側面図、第８図ないし第12
図はこの出願の請求項５ないし８項に係る光電センサの
実施例を示す図で、第８図は光電センサの縦断面図、第
９図は同正面図、第10図は同側面図、第11図は同背面
図、第12図は第１遮蔽体および第２遮蔽体の外観斜視
図、第13図は従来技術を示す縦断面図である。図において、１……光学体２……ケーシング３……プロテクタ４……回路ブロック 41……第１凹部 41a……第２反射部 51……第２凹部 51a……第１反射部 41b……第１遮蔽体 51b……第２遮蔽体

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透明体で形成され、前面（対物面）は円形
平面をなし後面（対回路ブロック面）は円形凸状面をな
して断面ほぼ半月形状をなす光学体と、この光学体の後面に配設される回路ブロックと、これら光学体および回路ブロックを収納し一方を開口す
る筒体状のケーシングと、このケーシング開口部に嵌合する透明プロテクターとケーシングの円形外周面に螺合するロックナットとから
なり、前記光学体の前面中央には、前記前面の約３分の１程度
の直径を有する第１凹部を形成し、光学体の前記後面側の中央には前記第１凹部に対向し、
かつ第１凹部よりやや小さい直径の凸状底面又はフレネ
ル底面を有する第２凹部を形成して光電素子に対向する
集光レンズとするとともに、前記第１凹部における凹球状底面を真空蒸着メッキ手段
により鏡面となして第２反射部を形成し、光学体の前記後面の第２凹部を除いた部分を真空蒸着メ
ッキ手段により鏡面となして第１反射部を形成し、さら
に、光学体後面の周縁にはスカート部を、また、第１反
射部の適宜箇所には、動作表示燈の光束を光学体前面側
に透過するための表示燈集光レンズ部を形成するととも
に、前記回路ブロックは、前面に光電変換素子および動作表
示燈を具え、前後両面には電子部品を搭載しその周端が
前記スカート部端面に直接又はスペーサを介して当接す
る円形回路基板で構成したことを特徴とする光電セン
サ。
【請求項２】前記ケーシングの外周面にはネジ部とスト
ッパー部とを形成してロックナットを螺合し、このロッ
クナットとストッパー部とで被取付体を挟持するように
したことを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
【請求項３】ケーシング底部と回路ブロックとの間には
樹脂材を充填したことを特徴とする請求項１記載の光電
センサ。
【請求項４】前記透明プロテクタは、ケーシングの外周
面に形成したネジ部に螺合するようにしたことを特徴と
する請求項１記載の光電センサ。
【請求項５】透明体で形成され、前面（対物面）は円形
平面をなし後面（対回路ブロック面）は円形凸状面をな
して断面ほぼ半月形状をなす光学体と、この光学体の後面に配設される回路ブロックと、これら光学体および回路ブロックを収納し一方を開口す
る筒体状のケーシングと、このケーシング開口部に嵌合する透明プロテクターとか
らなり、前記光学体の前面中央には、前記前面の約３分
の１程度の直径を有する第１凹部を形成し、光学体の前
記後面側の中央には前記第１凹部に対向し、かつ第１凹
部よりやや小さい直径の凸状底面又はフレネル底面を有
する第２凹部を形成して光電素子に対向する集光レンズ
とする一方、前記第１凹部における凹球状底面を真空蒸着メッキ手段
により鏡面となして第２反射部を形成し、光学体の前記後面の第２凹部を除いた部分を真空蒸着メ
ッキ手段により鏡面となして第１反射部を形成し、さら
に、光学体後面の周縁にはスカート部を、また、第１反
射部の適宜箇所には、動作表示燈の光束を光学体前面側
に透過するための表示燈集光レンズ部を形成するととも
に、前記回路ブロックは、前面に光電変換素子および動作表
示燈を具え、前後両面には電子部品を搭載しその周縁が
前記スカート部端面に直接又はスペーサを介して当接す
る円形回路基板で構成したことを特徴とする光電セン
サ。
【請求項６】請求項５項記載の光電センサにおいて、ケ
ーシングを金属材で形成するとともに、前記第１凹部お
よび第２凹部に、外部からの電磁輻射ノイズを遮断する
ために第１遮蔽体および第２遮蔽体をそれぞれ設けたこ
とを特徴とする光電センサ。
【請求項７】第１遮蔽体は、前記第１凹部の開口部に嵌
合する円形金属板で形成し、第２遮蔽体は、前記第２凹
部に嵌合する金属筒体で形成したことを特徴とする請求
項６項記載の光電センサ。
【請求項８】前記第２遮蔽体は、内部に透孔を有する金
属遮蔽板を具えたことを特徴とする請求項７項記載の光
電センサ。