JP6866174B2 - 反射型センサ - Google Patents

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Description

本発明は、反射型センサに関する。
特許文献1には、光電スイッチの直下面を移動する対象物に対して光電スイッチから光を投光し、その反射光により対象物の存否を検出する装置において、光電スイッチに対向する基板面の適当な範囲に、小凹凸により粗面とした乱反射板を取付けて成る光電スイッチの誤動作防止装置が開示されている。
実開昭62−57350号公報
特許文献1に記載の発明では、小凹凸が形成された乱反射板を用いているため、乱反射板で反射された光が光電スイッチに入射する場合があり得る。反射光が光電スイッチに入射すると、光電スイッチの特性等によっては光電スイッチが誤作動するおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、発光素子から対象物に光を照射し、対象物で反射した光を受光する反射型センサにおいて、外乱光による影響を防ぎつつ、対象物の検出時以外に受光素子に光が入射しないようにすることができる反射型センサを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係る電子部品は、例えば、発光素子と、前記発光素子から出射され、対象物で反射した光を受光する受光素子と、前記発光素子及び前記受光素子が内部に設けられ、前記発光素子から照射された光及び前記受光素子へ入射する光が通過する光透過部が第1の面に形成された略直方体形状のケース本体と、前記光透過部を覆うように前記第1の面と略平行に設けられる遮光板と、を有するケースと、を備え、前記第1の面と前記遮光板との間には、前記対象物が通過する隙間を有し、前記発光素子及び前記受光素子は、前記第1の面と略平行な第1の方向に沿って前記ケース本体の内部に設けられ、前記遮光板には、前記第1の面と対向する第2の面に、前記第1の方向に沿ったリブが前記第1の面に向けて突出するように形成され、前記リブは、前記第1の方向に沿った方向からみたときに、前記第2の面とのなす角度が鋭角である第1斜面を有し、前記発光素子は、前記発光素子の略中心を通る面であって、前記第1の面と略直交し、かつ、前記第1の方向に沿った面が、前記第1斜面と交差する位置に設けられることを特徴とする。
本発明に係る電子部品によれば、発光素子及び受光素子が内部に設けられたケース本体の光透過部が形成された第1の面との間に対象物が通過する隙間をあけるように、遮光板が光透過部を覆うように設けられる。これにより、発光素子から対象物に光を照射し、対象物で反射した光を受光する反射型センサにおいて、外乱光による影響を防ぐことができる。リブは、遮光板の第1の面と対向する第2の面に形成され、長手方向(第1の方向)に沿った方向からみたときに第2の面とのなす角度が鋭角である第1斜面を有する。発光素子は、発光素子の略中心を通る面であって、第1の面と略直交し、かつ、第1の方向に沿った面が、第1斜面と交差する。したがって、発光素子から出射した光(中心軸)は第1斜面に当たって反射する。これにより、対象物の検出時以外に、受光素子に光が入射しないようにすることができる。
ここで、前記リブは、前記第1斜面と、前記第1斜面と交差する第2斜面と、を有し、前記第1の方向に沿った方向からみたときの形状が略三角形であり、前記第1斜面及び前記第2斜面は、それぞれ、前記第2の面に対して略20度以上傾いていてもよい。これにより、第1斜面、第2斜面で反射した光は、ケース本体の外側へ向かって進む。したがって、対象物の検出時以外には受光素子に確実に光が入射しないようにすることができる。
ここで、前記ケースは、前記ケース本体と前記遮光板とを連結する前記遮光板の厚さより厚い略板状の連結板部を有し、前記ケースは、前記第1の面と略平行な方向からみたときの形状が略コの字形状であってもよい。これにより、部品点数を増やすことなく、強度を保った状態で遮光板を保持することができる。また、小型かつ単純な形状のまま、反射型センサに遮光板を設けることができる。
本発明によれば、発光素子から対象物に光を照射し、対象物で反射した光を受光する反射型センサにおいて、外乱光による影響を防ぎつつ、対象物の検出時以外に受光素子に光が入射しないようにすることができる。
本発明の第1の実施の形態にかかる反射型センサ1の一例を示す斜視図であり、(A)は斜め上方向から見た図であり、(B)は斜め下方向から見た図である。 反射型センサ1の一例を示す6面図であり、(A)は正面図であり、(B)は平面図であり、(C)は底面図であり、(D)は左側面図であり、(E)は右側面図であり、(F)は背面図である。 反射型センサ1の左側面図であり、要部を透視した図である。 図3のX−X断面図である。 下面12aと斜面12c−1とのなす角度θ1−1が略10度である反射型センサ1Aの一例を示す正面図である。 下面12aと斜面12c−2とのなす角度θ1−2が略20度である反射型センサ1Bの一例を示す正面図である。 反射型センサ2の一例を示す正面図である。 (A)は透過型センサの一例であり、(B)は一般的な反射型センサの一例である。
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明の反射型センサは、発光素子から対象物に光を照射し、対象物で反射した光を受光素子で受光することで、対象物を検出するものである。
<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態にかかる反射型センサ1の一例を示す斜視図であり、(A)は斜め上方向から見た図であり、(B)は斜め下方向から見た図である。図2は、反射型センサ1の一例を示す6面図であり、(A)は正面図であり、(B)は平面図であり、(C)は底面図であり、(D)は左側面図であり、(E)は右側面図であり、(F)は背面図である。図3は、反射型センサ1の左側面図であり、要部を透視した図である。
以下、正面から見て(図1(A)白抜き矢印参照)、右方向を+x方向とし、手前側から奥側へ向かう方向を+y方向とし、下から上に向かう方向を+z方向とする。
反射型センサ1は、主として、ケース10と、コネクタ20と、発光素子31と、受光素子32と、レンズ33と、遮光部材34と、基板35と、を備える。
ケース10は、遮光性樹脂(例えば、ポリカーボネート(PC)、ポリアセタール(POM))により形成され、横(x方向)からみて略コの字形状(略U字形状)の部品である。図1に示すように、ケース10は、主として、ケース本体11と、遮光板12と、連結板部13と、取付部14と、を有する。
ケース本体11は、略直方体形状の部品である。ケース本体11には、コネクタ20が設けられる。なお、コネクタ20の配設位置はこれに限られない。また、コネクタ20は必須ではない。
ケース本体11は内部が空洞であり、ケース本体11の内部には発光素子31、受光素子32、レンズ33、遮光部材34、及び基板35が設けられる(図3参照)。ケース本体11の内部の構造については、後に詳述する。
図1(A)に示すように、上面11a(+z側の面)には、発光素子31から出射された光及び受光素子32へ入射する光が通過する光透過部11bが形成される。図1(A)においては、説明のため光透過部11bを点線で表示しているが、実際には上面11aと光透過部11bとの境界が視認できない場合もある。なお、光透過部11bは、開口部であってもよいし、開口部にポリカーボネート(PC)、アクリル(PMMA)等の光透過性樹脂が充填されていてもよい。
遮光板12は、略板状の部品であり、光透過部11bを覆うように上面11aと略平行に設けられる。ケース本体11(上面11a)と遮光板12との間には、対象物Wが通過する隙間Sを有する。
遮光板12の下面12a(上面11aと対向する面)(図1(B)参照)には、y方向に沿ったリブ12bが形成される。リブ12bは、上面11aに向けて突出する。リブ12bについては、後に詳述する。
連結板部13は、ケース本体11と遮光板12とを連結する略板状の部品である。連結板部13は、上面11aと遮光板12との間に隙間Sを形成した状態で遮光板12を保持する。強度を保つため、連結板部13の厚さは、遮光板12の厚さより厚い。
取付部14は、反射型センサ1を他の装置へ取り付けるための部材であり、連結板部13に一体形成される。取付部14は、取付孔14aを有する。なお、取付部14の位置及び形状はこれに限られない。
次に、ケース本体11の内部の構成について、図3を用いて詳細に説明する。ケース本体11には、xy平面に沿って略板状の基板35が設けられる。基板35の上側(+z側)の面には、発光素子31、受光素子32及び遮光部材34が設けられる。基板35の下側(−z側)の面には、コネクタ20が設けられる。
発光素子31は、例えばLEDであり、対象物Wに向けて光を出射する。受光素子32は、例えば直流光フォトIC素子であり、発光素子31から出射されて対象物で反射した光を受光する。発光素子31及び受光素子32は、y方向に沿って設けられる。発光素子31及び受光素子32が並んでいる方向は、リブ12bの長手方向と略同じ方向である。発光素子31の発光部及び受光素子32の受光部は、上面11aに向けて設けられる。
レンズ33は、ケース本体11の内部に向けて突出するように、上面11aの下側に設けられる。レンズ33は、主として、レンズ本体33aと、レンズ本体33aをケース本体11の内部に保持する保持部33bと、レンズ本体33aの略中央に設けられる遮光部33cと、を有する。本実施の形態では、上面11aに形成された孔11cにレンズ33が挿入されることで、光透過部11bが形成される。ただし、レンズ33は必須ではない。
遮光部材34は、発光素子31と受光素子32との間に設けられる。遮光部33c及び遮光部材34は、発光素子31から出射された光が直接受光素子32に入射することを防止する。
図3において、光A1は、発光素子31から出射される光の中心(中心軸)を模式的に示し、光A2は、受光素子32へ入射する光の中心(中心軸)を模式的に示す。発光素子31から出射された光は、レンズ本体33aで集光され、光透過部11bを通って上面11aと遮光板12との間の空間(隙間S)へ出射される。
上面11aと遮光板12との間を対象物Wが通過すると、発光素子31から出射された光は対象物Wで反射する。この反射光(光A2)は、光透過部11bを通り、レンズ本体33aで集光されて、受光素子32に入射される。受光素子32に光が入射することで、対象物Wが検出される。遮光板12が設けられているため、外乱光Bによる影響を防ぐことができる。
上面11aと遮光板12との間に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光はリブ12bで反射する。ここで、リブ12bについて詳細に説明する。
図4は、図3のX−X断面図である。リブ12bは、上面11aに向けて突出しており、y方向(リブ12bの長手方向)に沿った方向から見たときの形状が略三角形である。リブ12bは、斜面12cと、斜面12cと交差する斜面12dと、を有する。
下面12aと斜面12cとのなす角度θ1は略25度であり、下面12aと斜面12dとのなす角度θ2は略30度である。
発光素子31の略中心を通り、yz平面と略平行な面(上面11aと略直交し、かつ、y方向に沿った面)は、斜面12cと交差する位置に設けられる。言い換えると、斜面12cと斜面12dとが交わる線12e(リブ12bの最も突出した所)と、発光素子31の略中心とはx方向の位置が異なる。
上面11aと遮光板12との間(隙間S)に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光はリブ12bで反射する。発光素子31の略中心を通り、yz平面と略平行な面は斜面12cと交差するため、光A1は、斜面12cで反射する。斜面12cで反射した光A1’は、ケース本体11の外側(ここでは+x側)へ向かって進む。
発光素子31から出射される光は、広がりを有する。光A3、A4は、発光素子31から出射される光の範囲の端を模式的に示す。光A3は斜面12cで反射し、斜面12cで反射した光A3’は、ケース本体11の外側(ここでは+x側)へ向かって進む。光A4は斜面12dで反射し、斜面12cで反射した光A4’は、ケース本体11の外側(ここでは−x側)へ向かって進む。
このように、上面11aと遮光板12との間に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光は、リブ12bで反射するため、受光素子32で受光されない。
本実施の形態によれば、光透過部11bを覆うように上面11aと略平行に設けられた遮光板12を有するため、発光素子31から対象物Wに光を照射し、対象物Wで反射した光を受光する反射型センサにおいて、外乱光による影響を防ぐことができる。
また、本実施の形態によれば、上面11aと遮光板12との間に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光がリブ12bで反射するため、対象物Wの検出時以外には受光素子32に光が入射しないようにすることができる。特に、リブ12bの長手方向と、発光素子31及び受光素子32が並んでいる方向とがy方向に沿っており、線12eと発光素子31の略中心とのx方向の位置が異なるため、発光素子31から出射された光は、リブ12bにおいて、受光素子32が設けられていない位置に向けて確実に反射する。したがって、誤作動を防止することができる。
特に、反射型センサ1は、対象物Wが透光性を有する(透明又は半透明)の場合に有効である。例えば、図8(A)に示すような透過型センサを用いる場合においては、対象物Wが透光性を有すると、対象物Wが光を透過してしまうため、対象物Wを検知することができない。例えば、図8(B)に示すような一般的な反射型センサを用いる場合においては、対象物Wが透光性を有しても、対象物Wで光が反射するため、対象物Wの検知は可能である。しかしながら、外乱光Bが対象物Wを透過するため、一般的な反射型センサでは外乱光Bの影響により誤動作してしまう。たとい外乱光に強い光変調フォトICを用いたとしても、強い外乱光を受ければ、光変調フォトICであっても誤動作してしまう。
それに対し、本実施の形態によれば、外乱光B(図3参照)を遮光板12で遮光するため、外乱光の影響を防止することができる。そのため、反射型センサ1は、受光素子32として安価な直流光フォトIC素子を用いたとしても、透光性を有する対象物Wを誤動作なく検知することができる。
なお、本実施の形態では、下面12aと斜面12cとのなす角度θ1は略25度であり、下面12aと斜面12dとのなす角度θ2は略30度であるが、角度θ1、θ2はこれに限られない。
図5は、下面12aと斜面12c−1とのなす角度θ1−1が略10度である反射型センサ1Aの一例を示す正面図である。図6は、下面12aと斜面12c−2とのなす角度θ1−2が略20度である反射型センサ1Bの一例を示す正面図である。なお、図5、6においては部分的に断面で表示している。
図5に示す反射型センサ1Aは、遮光板12−1の下面12aに、斜面12c−1と、斜面12c−1と交差する斜面12d−1と、を有するリブ12b−1がy方向に沿って形成される。図6に示す反射型センサ1Bは、遮光板12−2の下面12aに、斜面12c−2と、斜面12c−2と交差する斜面12d−2と、を有するリブ12b−2がy方向に沿って形成される。斜面12c−1と斜面12d−1とが交わる線12e−1及び斜面12c−2と斜面12d−2とが交わる線12e−2は、発光素子31の略中心とx方向の位置が異なる。
発光素子31から出射された光には、光A1、A3、A4(図5、6一点鎖線参照)のみでなく、レンズ33の外側から光軸(光A1)に向かって進む光線(光A5、図5、6太い一点鎖線参照)が含まれる。図5に示すように、角度θ1−1が略10度の場合には、光A5は斜面12c−1で反射し、反射した光A5’はレンズ本体33aの中心に向かうため、受光素子32(図5では図示省略)に光が入射してしまう。
それに対し、図6に示すように、角度θ1−2が略20度の場合には、光A5を含め、発光素子31から出射された光に含まれる全ての光線が、斜面12c−2、12d−2において、レンズ33が設けられていない位置に向けて反射する。したがって、発光素子31から出射された光が受光素子32に入射しない。
以上、発光素子31から出射された光が受光素子32に入射しないようにするためには、リブの斜面(ここでは斜面12c、12c−2)が下面12aに対して略20度以上傾いていればよい。なお、線12e、12e−2が発光素子31の略中心より−x側にずれているため、角度θ2、θ2−2はそれぞれ角度θ1、θ1−2より大きくなる。そのため、斜面12c、12c−2が下面12aに対して略20度以上傾けば、斜面12d、12d−2についても、下面12aに対して略20度以上傾くこととなる。
ただし、遮光板12の強度を維持するという観点から、図4に示すように、斜面(ここでは斜面12c)が下面12aに対して略25度以上傾くことが望ましい。
また、本実施の形態では、平面視において遮光板12の大きさがケース本体11の大きさと略同一であったが、遮光板12の大きさはこれに限られない。遮光板12が光透過部11bを覆うことができるのであれば、平面視において、遮光板12の大きさはケース本体11の大きさより小さくてもよい。ただし、外乱光による影響を防ぐためには、遮光板12をできるだけ大きくすることが望ましい。
また、本実施の形態では、ケース本体11及び遮光板12の−y側に連結板部13を設けたが、連結板部13の位置及び形状はこれに限られない。例えば、ケースの形状が、正面(−y方向)からみて略コの字形状となるように連結板部13が形成されてもよい。ケース10を略コの字形状とすることで、部品点数を増やすことなく、小型かつ単純な形状のまま、ケース本体11に対向して遮光板12を設けることができる。
<第2の実施の形態>
本発明の第1の実施の形態では、y方向に沿って見たときの形状が略三角形のリブ12bを有したが、発光素子31から出射された光を反射させるリブの形状はこれに限られない。
以下、本発明の第2の実施の形態にかかる反射型センサ2について説明する。なお、第1の実施の形態と同一の部分については、同一の符号を付し、説明を省略する。
図7は、反射型センサ2の一例を示す正面図である。反射型センサ2は、主として、ケース10Aと、コネクタ20(図示省略)と、発光素子31と、受光素子32(図示省略)と、レンズ33(図示省略)と、遮光部材34(図示省略)と、基板35と、を備える。
ケース10Aは、ケース10と同様、横(x方向)からみて略コの字形状(略U字形状)の部品であり、主として、ケース本体11と、遮光板12Aと、連結板部13と、取付部14Aと、を有する。
遮光板12Aは、遮光板12と同様、光透過部11bを覆うように上面11aと略平行に設けられた略板状の部品である。遮光板12Aの下面12fには、y方向に沿ったリブ12gが形成される。
リブ12gは、斜面12hと、斜面12hと交差する斜面12iと、を有する。斜面12hは、下面12fに対して略20度以上傾いている。本実施の形態では、下面12fと斜面12hとのなす角度θ3は、略45度である。
発光素子31の略中心を通り、yz平面と略平行な面(上面11aと略直交し、かつ、y方向に沿った面)は、斜面12hと交差する位置に設けられる。言い換えると、斜面12hと斜面12iとが交わる線12j(リブ12gの最も突出した所)と、発光素子31の略中心とはx方向の位置が異なる。
上面11aと遮光板12との間(隙間S)に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光はリブ12gで反射する。線12jと発光素子31の略中心とのx方向の位置が異なるため、光A1は、斜面12hで反射する。斜面12hで反射した光A1’’は、ケース本体11の外側(ここでは+x側)へ向かって進む。
発光素子31から出射される光は、広がりを有する。光A3は下面12fで反射し、光A4は斜面12iで反射する。このように、上面11aと遮光板12Aとの間に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光は、リブ12g及び下面12fで反射してレンズ33が設けられていない位置へ導かれるため、受光素子32で受光されない。
本実施の形態によれば、光透過部11bを覆うように上面11aと略平行に設けられた遮光板12Aを有するため、外乱光による影響を防ぐことができる。また、上面11aと遮光板12Aとの間に対象物Wが存在しないときは、発光素子31から出射された光がリブ12gで反射するため、対象物Wの検出時以外には受光素子32に光が入射しないようにすることができる。
なお、本実施の形態では、リブ12gが斜面12h、12iを有したが、斜面12iは必須ではない。斜面12iのかわりに、リブ12gが下面12fと略平行な面を有してもよい。
以上、この発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。また、本発明は、反射型センサのみでなく、コネクタが設けられた基板を有する様々な電子部品に適用することができる。例えば、基板にコネクタやLED等の発光部を設けた表示灯にも、本発明を適用することができる。
また、「略」とは、厳密に同一である場合のみでなく、同一性を失わない程度の誤差や変形を含む概念である。例えば、「略直方体形状」とは、厳密に直方体形状の場合には限られず、例えば直方体形状と同一視できる場合を含む概念である。また、例えば、単に直交、平行、一致等と表現する場合において、厳密に直交、平行、一致等の場合のみでなく、略平行、略直交、略一致等の場合を含むものとする。
また、「近傍」とは、基準となる位置の近くのある範囲(任意に定めることができる)の領域を含むことを意味する。例えば、端近傍という場合に、端の近くのある範囲の領域であって、端を含んでもいても含んでいなくてもよいことを示す概念である。
1、1A、1B、2 :反射型センサ
10、10A :ケース
11 :ケース本体
11a :上面
11b :光透過部
11c :孔
12、12−1、12−2、12A:遮光板
12a :下面
12b、12b−1、12b−2 :リブ
12c、12c−1、12c−2、12d、12d−1、12d−2:斜面
12e、12e−1、12e−2 :線
12f :下面
12g :リブ
12h、12i :斜面
13 :連結板部
14、14A :取付部
14a :取付孔
20 :コネクタ
31 :発光素子
32 :受光素子
33 :レンズ
33a :レンズ本体
33b :保持部
33c :遮光部
34 :遮光部材
35 :基板

Claims (3)

  1. 発光素子と、
    前記発光素子から出射され、対象物で反射した光を受光する受光素子と、
    前記発光素子及び前記受光素子が内部に設けられ、前記発光素子から照射された光及び前記受光素子へ入射する光が通過する光透過部が第1の面に形成された直方体形状のケース本体と、前記光透過部を覆うように前記第1の面と平行に設けられる遮光板と、を有するケースと、
    を備え、
    前記第1の面と前記遮光板との間には、前記対象物が通過する隙間を有し、
    前記発光素子及び前記受光素子は、前記第1の面と平行な第1の方向に沿って前記ケース本体の内部に設けられ、
    前記遮光板には、前記第1の面と対向する第2の面に、前記第1の方向に沿ったリブが前記第1の面に向けて突出するように形成され、
    前記リブは、前記第1の方向に沿った方向からみたときに、前記第2の面とのなす角度が20度以上である第1斜面を有し、
    前記発光素子は、前記発光素子の中心を通る面であって、前記第1の面と直交し、かつ、前記第1の方向に沿った面が、前記第1斜面と交差する位置に設けられる
    ことを特徴とする反射型センサ。
  2. 請求項1に記載の反射型センサであって、
    前記リブは、前記第1斜面と、前記第1斜面と交差する第2斜面と、を有し、前記第1の方向に沿った方向からみたときの形状が三角形であり、
    前記第2斜面は、前記第2の面に対して20度以上傾いている
    ことを特徴とする反射型センサ。
  3. 請求項1又は2に記載の反射型センサであって、
    前記ケースは、前記ケース本体と前記遮光板とを連結する前記遮光板の厚さより厚い板状の連結板部を有し、
    前記ケースは、前記第1の面と平行な方向からみたときの形状がコの字形状である
    ことを特徴とする反射型センサ。
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