JP5050181B2 - 透過型光電センサの受光器 - Google Patents

Description

本発明は、透過型光電センサの受光器に関する。

透過型光電センサは、検知領域を挟んで対向配置された投光器および受光器を含み、投光器−受光器間の光が遮光された際に、検知領域に物体が有ると判定するものである。

近年、その透過型光電センサの受光器の小型化（小径化）が進んでいる（例えば、特許文献１参照）。フォトトランジスタ等の砲弾型の受光素子を用いて小型の受光器を構成する場合、特許文献１の図１４に示されるように、受光素子５２は、その受光部が受光器（受光ヘッド）５００の前端側を向くように配置される。

しかし、砲弾型の受光素子を用いたのでは、小型化に限界がある。そこで、フォトＩＣ等の表面実装型（チップ型）の受光素子を用いて、受光器のさらなる小型化を図る提案がされている。

フォトＩＣを用いた場合であって、受光器のケース内径が非常に小さい場合、フォトＩＣの受光部を受光器の前端側に向けることができない。この場合、図７Ａに示す如く、フォトＩＣ２４の受光部２４ａが径方向を向くように配置される。そして、外部からの入射光Ｌは、受光器２１の前端に配置されたレンズ２６によって集光され、ミラー２７を介してフォトＩＣ２４の受光部２４ａに受光される。
特開２００６−２３６８４９号公報

しかしながら、図７Ａに示す受光器２１の場合、レンズ２６の下半分から入射した光Ｌは、回路基板２３やフォトＩＣ２４の側面に遮られるため、受光部２４ａに受光されない。つまり、図７Ａの左側に示す如く、レンズ面２６ｄの有効面は上半分（ハッチング部分）のみとなり、受光量が減少して光電センサの動作距離を長くすることができなかった。ここで、図７Ａの受光器２１であっても、フォトＩＣ２４および回路基板２３の位置を受光器２１の後端側（図の右側）へずらしていけば受光量を改善していくことができるが、それでもレンズ２６に入射した光Ｌを全て受光部２４ａに受光させることはできなかった。

また、受光量を確保するためには、フォトＩＣ２４の受光部２４ａの位置をケース２２の中心軸２２ａ付近に配置する必要があるが、そうすると、図７Ｂに示す如く、回路基板２３は必然的にケース２２の内壁付近に位置することになる。この場合、回路基板２３をケース中心軸２２ａ付近に配置する場合と比べて、回路基板の幅ｗを十分にとれないと共に、回路基板２３とケース２２の内壁との間の空間高さｈが小さくなって、回路基板２３下面への電子部品の配置が困難になるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、表面実装型のフォトＩＣを備えた透過型光電センサの受光器であって、小型かつ動作距離の長いものを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、フォトＩＣと、前記フォトＩＣを実装し駆動する回路基板と、円筒状のケースであって、前記フォトＩＣの受光部が径方向を向くように前記回路基板を収納するケースと、前記回路基板上の回路に接続され、前記ケースの一方の開口部から延出するケーブルと、前記ケースの他方の開口部に配置され、外部からの入射光を前記フォトＩＣの前記受光部近傍に集光するレンズと、前記レンズの焦点近傍に配置され、前記レンズによって集光された前記入射光を反射して前記フォトＩＣの前記受光部に受光させるミラーと、を含んでなる透過型光電センサの受光器において、前記回路基板を前記ケースの中心軸付近に配置すると共に、前記フォトＩＣの前記受光部を前記ケースの中心軸から一の径方向にずれた位置に配置し、前記レンズのレンズ面の曲率中心を前記ケースの中心軸から前記一の径方向と同方向にずれた位置に配置し、さらに、前記レンズ面の曲率半径を前記ケースの内径以上かつ前記ケースの内径の３倍以下にすることにより、前記入射光が略全て前記フォトＩＣの前記受光部に受光されるようにしたことを特徴とする透過型光電センサの受光器を提供するものである。

また本発明は、上記構成において、前記レンズは、前記ミラーに当接する位置までのびていることを特徴とする透過型光電センサの受光器を提供するものである。

本発明にかかる透過型光電センサの受光器は、フォトＩＣが実装された回路基板が、ケースの中心軸付近、つまりケース内で最も幅のとれる位置に配置されている。よって、本発明にかかる受光器は、回路基板の幅が同じであれば、従来の受光器と比べてケースの内径をより小さくすることができる。

また、回路基板がケースの中心軸付近に配置されることにより、従来のものと比べて回路基板の下面とケースの内壁との間隔が大きくなる。それゆえ、本発明の受光器によれば、回路基板の下面への電子部品の配置が容易になる。

また、本発明の受光器は、ケースの中心軸に対して平行であってレンズ面に入射する光の略全てが、回路基板等によって遮光されることなく、焦点に集光されるようになっている。集光された光は、ミラーを介してもれなくフォトＩＣの受光部に受光される。つまり、本発明の受光器は、レンズ面全体を有効面とすることができ、受光量を増大させることができる。それゆえ、本発明の受光器によれば、小型でありながら、動作距離の長い光電センサを構成することができる。

［構成］
以下、図面を参照して本発明の好ましい一実施形態につき説明する。
図１は本発明にかかる透過型光電センサの受光器の一例を示す斜視図であり、図２は図１の受光器のケースを省略した状態を示す斜視図である。図３は図１の受光器を示す断面図であり、図４は図１の受光器のケース、回路基板およびフォトＩＣを示す正面図である。図５は図１の受光器におけるレンズの作用を説明するための図である。

図１〜図４に示されるように、本実施形態にかかる透過型光電センサの受光器１は、円筒状のケース２と、ケース２内に収納された回路基板３と、回路基板３上の回路に接続されたフォトＩＣ４およびケーブル５と、ケース２の前端に設けられたレンズ６と、フォトＩＣ４の近傍に配置されたミラー７とから構成されている。

ケース２は、金属製であり、図１に示す如く外周面にＭ５のネジが切られている。また、ケース２の内径は３．７ｍｍ程度になっている。

回路基板３は、ケース２内に収容されるように、幅（短手方向の長さ）３ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ程度に形成されている。回路基板３の上下面に形成された回路（不図示）上には、フォトＩＣ４と、フォトＩＣ４を駆動するための電子部品（不図示）とが、実装されている。

フォトＩＣ４が実装された回路基板３は、図３および図４に示す如く、ケース２の中心軸２ａ付近に配置される。それによって、回路基板３に実装されたフォトＩＣ４は、ケース２の中心軸２ａから径方向にずれた位置に配置される。

フォトＩＣ４は、図２に示す如く、回路基板３の幅と略同じ幅を有している。フォトＩＣ４は、レンズ６およびミラー７を介して受光部４ａに入射する光に応じ、受光信号を生成する。

ケーブル５は、図２および図３に示す如く、一端が回路基板３の回路に接続され、他端がケース２後端の開口部から外方へのびている。ケーブル５とケース２との間には、ケーブルブッシュ５ａが設けられ、ケース２後端の開口部が封じられる。なお、ケーブル５の他端は、外部機器（不図示）に接続され、フォトＩＣ４による受光信号を当該外部機器に伝送する。

レンズ６は、アクリル等の樹脂製であり、図３に示す如く、ケース２前端の開口部を閉じるように配置される。レンズ６は、ケース２内に収納される基部６ａと、ケース２前端の開口部から突出する突出部６ｂとを有している。

基部６ａは、ケース２に嵌合されるように、その外径がケース２の内径と略同一に形成されている。また、基部６ａは、ケース２内に配置された回路基板３上のフォトＩＣ４の受光部４ａの位置までのびている。基部６ａはさらに、回路基板３の前端が挿入される凹部６ｃを有している。凹部６ｃに回路基板３の前端が挿入されることにより、レンズ６と回路基板３とが係合される。

突出部６ｂは、その外径がケース２の内径よりやや大きくなっており、ケース２の前端面に当接する。突出部６ｂの前端面には、レンズ面６ｄが形成されている。

レンズ面６ｄは、図３に示す如く、球面の一部からなっている。レンズ面６ｄの曲率中心６ｅは、ケース２の中心軸２ａから径方向にずれた位置であって、フォトＩＣ４のずれと同じ方向にずれた位置に配置されている。レンズ面６ｄの曲率半径Ｒは７．５ｍｍになっており、ケース２の内径以上の大きさになっている。レンズ６の焦点Ｆは、フォトＩＣ４の受光部４ａ近傍に配置され、レンズ面６ｄから焦点Ｆまでの距離は１５ｍｍ程度になっている。

レンズ６の曲率半径Ｒやレンズ面６ｄから焦点Ｆまでの距離は、図５に示す如く、ケース２の中心軸２ａに対して平行であってレンズ６に入射する光Ｌの略全てが、回路基板３等によって遮光されることなく、焦点Ｆに集光されるように決定される。なお、レンズ６の曲率半径Ｒは、実質的に、ケース２の内径以上であって、ケース２の内径の３倍以下とされる。

ミラー７は、図３に示す如く、フォトＩＣ４の受光部４ａの近傍であって、レンズ６の基部６ａの後端に当接する位置に配置される。ミラー７は、図５に示す如く、レンズ６によって焦点Ｆに集光された入射光Ｌを反射する。その反射光ＬＲは、フォトＩＣ４の受光部４ａにもれなく受光される。

［使用態様］
上記のように構成された受光器１は、例えば図６に示すように、透過型光電センサ１０の受光器１として使用される。図６に示す例では、ワークＷがコンベアＶで搬送される製造ラインの両側に配置されたブラケットＢ１，Ｂ２に、透過型光電センサ１０の受光器１および投光器１１が固定されている。投光器１１は、ＬＥＤ等の発光素子（不図示）を備えた公知のものである。受光器１は、投光器１１に対向し、かつ投光器１１と同軸になるように配置される。受光器１および投光器１１から延びるケーブル５，１５はそれぞれ、例えばコンベアＶの制御装置などの外部機器（不図示）に接続されている。

光電センサ１０では、投光器１１から検出光ＤＬが投光される。投光器１１からの検出光ＤＬが入射光Ｌとなり、受光器１のレンズ６およびミラー７を介してフォトＩＣ４の受光部４ａに受光されると、フォトＩＣ４は受光信号を生成する。フォトＩＣ４によって生成された受光信号は、ケーブル５を介して外部機器に伝送される。その外部機器は、ケーブル５を介して受信した受光信号のレベルに応じて、ワークＷの有無を認識する。

［効果］
以上のように、本発明にかかる受光器１は、図４に示す如く、フォトＩＣ４が実装された回路基板３が、ケース２の中心軸２ａ付近、つまりケース２内で最も幅のとれる位置に配置されている。よって、受光器１は、回路基板３の幅が同じであれば、図７Ｂに示す従来の受光器２１と比べて、ケース２の内径をより小さくすることができる。
また、同時に、従来のものと比べて回路基板３の下面とケース２の内壁との間隔が大きくなっているため、回路基板３の下面への電子部品の配置が容易になる。

また、受光器１は、ケース２の中心軸２ａに対して平行であってレンズ６に入射する光Ｌの略全てが、回路基板３等によって遮光されることなく、焦点Ｆに集光されるようになっている。集光された光は、ミラー７を介して、もれなくフォトＩＣ４の受光部４ａに受光される。つまり、受光器１によれば、図５の左側に示されるようにレンズ面６ｄ全体を有効面（ハッチング部分）とすることができ、受光量を増大させることができる。それゆえ、受光器１によれば、小型でありながら、動作距離の長い光電センサを構成することができる。

また、受光器１によれば、ケース２の中心軸２ａ付近に入射する光Ｌ（検出光ＤＬ）を有効に受光することができる。ケース２の中心軸２ａは、対向配置される投光器１１の中心軸に一致せしめられるものであるから、受光器１は、投光器１１からの検出光ＤＬの主要部分を有効に受光できることになる。それゆえ、受光器１によれば、物体検知精度を向上させることができる。

また、受光器１によれば、レンズ６の後端がミラー７に当接する位置まで、つまりフォトＩＣ４の受光部４ａ近傍までのびている。これにより、レンズ面６ｄの曲率半径Ｒが同じ状況において、焦点Ｆの位置を後方にずらすことができる。それゆえ、受光器１によれば、入射光Ｌが回路基板３等によって遮光されにくくすることができる。

［変形例］
なお、上記実施形態では、樹脂製のレンズを用いたが、これに限定されるものではなく、ガラス製のレンズを用いることもできる。また、レンズ面の曲率半径は、ケース内径以上であって、好ましくはケース内径の３倍以下の範囲で、適宜選択され得る。

本発明にかかる透過型光電センサの受光器の一例を示す斜視図である。 図１の受光器のケースを省略した状態を示す斜視図である。 図１の受光器を示す断面図である。 図１の受光器のケース、回路基板およびフォトＩＣを示す正面図である。 図１の受光器におけるレンズの作用を説明するための図である。 図１の受光器を使用した透過型光電センサの一例を示す斜視図である。 従来の透過型光電センサの受光器を示す断面図である。

符号の説明

１ 受光器
２ ケース
２ａ ケースの中心軸
３ 回路基板
４ フォトＩＣ
４ａ 受光部
５ ケーブル
６ レンズ
６ｄ レンズ面
６ｅ レンズ面の曲率中心

Claims (2)

1. フォトＩＣと、
   前記フォトＩＣを実装し駆動する回路基板と、
   円筒状のケースであって、前記フォトＩＣの受光部が径方向を向くように前記回路基板を収納するケースと、
   前記回路基板上の回路に接続され、前記ケースの一方の開口部から延出するケーブルと、
   前記ケースの他方の開口部に配置され、外部からの入射光を前記フォトＩＣの前記受光部近傍に集光するレンズと、
   前記レンズの焦点近傍に配置され、前記レンズによって集光された前記入射光を反射して前記フォトＩＣの前記受光部に受光させるミラーと、
   を含んでなる透過型光電センサの受光器において、
   前記回路基板を前記ケースの中心軸付近に配置すると共に、前記フォトＩＣの前記受光部を前記ケースの中心軸から一の径方向にずれた位置に配置し、前記レンズのレンズ面の曲率中心を前記ケースの中心軸から前記一の径方向と同方向にずれた位置に配置し、さらに、前記レンズ面の曲率半径を前記ケースの内径以上かつ前記ケースの内径の３倍以下にすることにより、前記入射光が略全て前記フォトＩＣの前記受光部に受光されるようにした、
   ことを特徴とする透過型光電センサの受光器。
2. 前記レンズは、前記ミラーに当接する位置までのびていることを特徴とする請求項１に記載の透過型光電センサの受光器。

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