CN113272928A

CN113272928A - 光电传感器以及其制造方法

Info

Publication number: CN113272928A
Application number: CN202080008335.1A
Authority: CN
Inventors: 中村润平; 中岛浩贵; 驹井和斉; 及川贵弘
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2020-02-28
Publication date: 2021-08-17
Also published as: EP3933872A1; US11920951B2; WO2020175676A1; EP3933872A4; JPWO2020175676A1; KR20210095179A; JP7111244B2; EP3933872B1; US20220082380A1

Abstract

提供一种既能充分防止脏污，又能牢固地接合框体的光电传感器。光电传感器10中的框体12具有使来自投光部14的光以及朝向受光部16的光的至少一者通过的开口121，且配设有覆盖开口121并且使光透射的罩透镜50，罩透镜50接合于划定开口121的框体12的缘部121a，对于罩透镜50的外表面51，施以有防污涂层61，另一方面，对于罩透镜50的内表面52中的与缘部121a接触的接合部52a，未施以防污涂层61。

Description

光电传感器以及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种光电传感器以及其制造方法。

背景技术

光电传感器例如有时被安装于工厂的生产线或设备等，以利用于检测工件的有无。

所述光电传感器一般将出射光的投光部与接收光的受光部收容于壳体(以下称作框体)的内部。而且，在框体的内部，除了收容构成投光部的投光元件、构成受光部的受光元件以外，还收容有基板，所述基板搭载有构成信号处理部的电子零件等。框体具有用于使从投光部发出的检测光以及受光部所接收的返回光通过的光学开口，在所述开口，有时会配设作为光学零件的罩或罩一体型的透镜。所述罩透镜作为供检测光通过的投光透镜以及供反射光通过的受光透镜、或者这些透镜的保护发挥功能。下述专利文献1中记载了将此种罩透镜配置在投光

元件或受光元件的前表面侧的示例。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2007-305673号公报

发明内容

发明所要解决的问题

在光电传感器被安装于工厂的生产线或设备等的情况下，配置在投光元件或受光元件的前表面侧的罩透镜例如会被清洗水、加工油或粉尘等弄脏，其结果，有可能造成透射过罩透镜的光量下降而导致基于光电传感器的检测性能下降。

所述专利文献1中记载了：在罩透镜的表面涂覆热交联性或光交联性的树脂组合物，但存在下述问题，即，作为因前述的清洗水、加工油或粉尘等造成的脏污对策，并不具有充分的功能。为了解决此种问题，例如有对罩透镜施以防污涂层的想法。但是，在实施通过激光熔接来使罩透镜与框体的界面在高温下熔化而熔接的接合方法时，由于构成所述防污涂层的材料的熔点高，因此存在防污涂层材无法充分熔化而难以与框体接合的问题。而且，在实施使用粘合剂来将罩透镜与

框体的界面予以接合的接合方法时，若在防污涂层露出于表面的状态下进行接合，则与仅有基材的情况相比，由于构成防污涂层材的材料一般包含氟系化合物，因此存在粘合剂对罩透镜与框体的接合性下降的问题。在因加工油或粉尘等造成脏污的环境下使用光电传感器时，理想的是，既能防止罩透镜的脏污，又能将罩透镜接合于框体。

因此，本发明的目的在于提供一种光电传感器，其包括既能充分防止脏污，又能牢固地接合框体的罩透镜。

解决问题的技术手段

本发明的一实施例的光电传感器将发出光的投光部以及接收光的受光部的至少一者收容在框体内，其中，框体具有使来自投光部的光以及朝向受光部的光的至少一者通过的开口，光电传感器配设有罩透镜，所述罩透镜覆盖开口并且使光透射，罩透镜接合于划定开口的框体的缘部，对于罩透镜的外表面，施以有防污涂层，另一方面，对于罩透镜的内表面的与缘部接触的部分，未施以防污涂层。

根据此实施例，对于罩透镜的外表面施以有防污涂层，因此例如即使在因清洗水、加工油或粉尘等造成脏污的环境下使用光电传感器的情况下，也能够充分防止脏污。而且，对于罩透镜的内表面中的、与划定开口的框体的缘部接触的部分，未施以防污涂层，因此能够通过例如激光熔接等来牢固地接合所述部分与框体的缘部。其结果，能够提供一种光电传感器，其包括既能充分防止脏污，又能牢固地接合框体的罩透镜。

所述实施例中，构成防污涂层的材料也可形成为涂层基材与涂覆剂化学交联的一层结构的结构。

所述实施例中，罩透镜的内表面的跟缘部接触的部分与框体也可通过激光熔接而接合。而且，罩透镜的内表面的跟缘部接触的部分与框体也可通过粘合剂而接合。

根据所述实施例，罩透镜的内表面与缘部能够不经由防污涂层而通过激光熔接或粘合剂来接合。由于构成防污涂层的材料一般为氟系化合物，因此能够防止在利用粘合剂进行接合时，接合强度比通过机械方式接合于基材时弱。

所述实施例中，也可在罩透镜的内表面印刷有标记。而且，在罩透镜里外相反地配设于框体的情况下，标记也可被设在罩透镜中的覆盖投光部的位置。

根据此实施例，印刷在罩透镜内表面的标记被设在罩透镜里外相反地配设于框体的情况下，罩透镜中的覆盖投光部的位置，因此能够容易地判别罩透镜被里外相反地配设于框体。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种光电传感器，其包括既能充分防止脏污，又能牢固地接合于框体的罩透镜。

附图说明

[图1]图1是从一方向观察实施方式的光电传感器的立体图。

[图2]图2是从前方侧观察图1所示的光电传感器的正面图。

[图3A]图3A是沿着图2的V-V线的剖面图。

[图3B]图3B是沿着图2的VI-VI线的剖面图。

[图4]图4是用于说明罩透镜里外相反地嵌入开口的状态的图。

[图5]图5是表示受光元件的分光灵敏度特性的一例的图。

[图6]图6是表示受光元件的分光灵敏度特性的另一例的图。

[图7A]图7A是表示一层的涂覆结构的说明图。

[图7B]图7B是表示两层的涂覆结构的说明图。

[图8]图8是表示使罩透镜从内侧嵌入的变形例的剖面图。

具体实施方式

参照附图来说明本发明的实施方式。为了便于说明，关于前后、左右以及上下，是以图1所示的情况为基准。各图中，标注了相同符号的部分具有相同或同样的结构。

如图1所示，光电传感器10包括框体12。在框体12的内部，收容有投光部14以及受光部16。框体12具有用于使从投光部14发出的检测光以及受光部16所接收的返回光通过的开口121，在所述开口121配设有罩透镜50。而且，在框体12的外表面，例如设有示教按钮(teach button)18以及指示器22。以下，以在框体12内收容有投光部14以及受光部16的示例为前提来进行说明，但并不限定于图示的示例，本实施方式中，只要在框体12内收容投光部14以及受光部16的至少一者即可。

即，将投光部14以及受光部16分别收容于各别的框体中的形态也包含在本实施方式的传感器中。

投光部14是对被检测物投射光的部分，具有发光元件以及投光透镜。发光元件例如为激光二极管，其光轴X与前后方向平行。受光部16是接收对被检测物投射的光的反射光的部分，具有受光元件以及受光透镜。受光元件例如是一分为二的光电二极管或位置检测元件。作为求出至被检测物为止的距离的测距的检测原理，例如可使用飞行时间(Time ofFlight，TOF)或三角测距的原理。例如在所述结构中使用三角测距原理的情况下，从发光元件出射的光通过投光透镜而被投射至被检测物，由被检测物予以反射的光通过受光透镜而在受光元件上成像。受光元件输出与所述成像位置相应的两个受光信号，并经由放大器而发送至控制电路。放大器以及控制电路被内置于光电传感器10，在控制电路中，将根据所收到的两个受光信号而运算出的位置信号值与阈值进行比较，以求出至被检测物为止的距离。

示教按钮18是作为对传感器本体的设定进行变更的设定部发挥功能的部分，例如具有接受来自外部的输入操作来设定阈值的功能。此处，所谓阈值，是指用于在光电传感器10中判断被检测物的检测有无或者至被检测物为止的距离的基准值，是用于调整灵敏度的灵敏度参数之一。作为灵敏度参数，除了所述阈值以外，还可列举从投光部14发出的光的功率即投光强度、或由受光部16所接收的光的量的放大率即增益等。例如，在反射率低的透明的被检测物的情况下，设定为高的投光强度。当用户按下示教按钮18时，进行对至少包含阈值的灵敏度参数进行设定的示教处理，至少包含阈值的灵敏度参数被自动地自动设定为某程度的值。作为示教处理，例如有一点示教处理以及两点示教处理，关于其内容，在本申请人过去的专利文献(例如日本专利特开2008-298614号公报)等中已有详述，因此此处省略说明。

指示器22根据光电传感器10的电源状况或检测状况而点亮。例如，指示器22具有在电源接通时点亮的电源灯与检测到被检测物时点亮的运行显示灯。电源灯以及运行显示灯分别包含例如发光二极管(Light Emitting Diode，LED)，以互不相同的显示色来点亮。

框体12例如由树脂或金属所形成，具有大致长方体形状。框体12关于构成长方体的六面而具有前表面31、背面32、顶面33、底面34、侧面35以及侧面36。前表面31以及背面32夹着框体12的内部而相向。同样，顶面33以及底面34夹着框体12的内部而相向，而且，侧面35以及侧面36夹着框体12的内部而彼此相向。前表面31以及背面32的上下方向形成为比左右方向长。同样，顶面33以及底面34的前后方向形成为比左右方向长，而且，侧面35以及侧面36的上下方向形成为比前后方向长。顶面33邻接于前表面31，朝与前表面31以及背面32正交的方向延伸。在顶面33，从前表面31侧起依序设有指示器22以及示教按钮18。

在框体12的底面34连接有线缆40。线缆40例如被用于将表示光电传感器10所得出的检测结果的检测信号发送至光电传感器10的外部。

另外，在框体12内，收容有作为光电传感器而通常设置的结构(例如投光元件、受光元件、搭载有驱动投光元件的未图示的投光电路和对受光元件的受光信号进行电气处理的未图示的受光电路的基板等)。前述的线缆40在其内部具有线缆芯线(未图示)，所述线缆芯线穿过框体12内部而连接于配置在框体12内的所述基板。另外，与框体12相关的所述“大致长方体形状”并非是指内角全部为90度的长方体，而是包含至少对此种长方体的一个角进行了倒角的情况。

在框体12，如图1所示，以封闭投受光用的开口121的方式而配设有作为光学零件的罩透镜50(透明亚克力罩透镜)。换言之，光电传感器10在框体12的前表面设有嵌入有罩透镜50的窗。罩透镜50具有覆盖开口121并且使光透射的功能。罩透镜50接合于划定开口121的框体12的缘部121a(参照图2)。

进一步说明罩透镜50的结构。图2是从前方侧观察图1所示的光电传感器10的正面图。图3A是沿着图2的V-V线的剖面图。图3B是沿着图2的VI-VI线的剖面图。

本实施方式中，对于罩透镜50的外表面51(前方侧的面)，施以有防污涂层61。防污涂层61例如使用含有氟系化合物的材料。被用于防污涂层61的材料并不限定于此例，例如使用包含硅系化合物、二氧化硅系化合物或氧化钛系化合物中的至少一种的材料。而且，这些防污涂覆材料与基材化学交联，而呈一层结构(一层的涂覆结构)。以下说明所述一层的涂覆结构以及两层的涂覆结构。

图7A是将形成在罩透镜50表面的涂覆剂设为一层的涂覆结构的示例，图7B是将形成在罩透镜50表面的涂覆剂设为两层的涂覆结构的示例。

在罩透镜50形成涂覆剂的情况下，通常的涂覆剂如图7B所示，成为两层的涂覆结构(涂覆剂610以及涂层基材620)，但此时存在下述问题，即，会产生干涉现象，产生特性的不稳定性、生产偏差。关于所述两层的涂覆结构的情况下产生的问题，一边参照图5以及图6一边进行说明。

图5表示在从罩透镜50至受光元件为止的受光路径中存在实施有一层涂覆的光学薄膜层时的分光灵敏度特性(图表G1)。图6表示对从罩透镜50至受光元件为止的路径设为两层涂覆(1945nm厚的SiO₂涂覆(折射率1.46)与800nm厚的Si₃N₄涂覆(折射率2.05)的邻接的两层的涂覆结构)时的、光电传感器10的受光部16(受光元件)的分光灵敏度特性(图表G2)。图5以及图6的横轴表示光的波长，纵轴表示分光灵敏度。如图5所示，可知的是，使可见光区域透射，而紫外光、红外光的区域被大致截止。如图6的设为两层涂覆结构时的分光灵敏度特性所示，可知的是，因两层涂覆引起的干涉，分光灵敏度特性产生起伏，对于小的波长变化产生大的受光灵敏度的增减。在光电传感器中，多使用单波长的红(约660nm)或红外(约950nm)的LED或激光二极管(Laser Diode，LD)来作为光源，在产生了图6那样的起伏的分光灵敏度特性中，存在会因光电传感器个体间的制造偏差或温度变化而产生大的灵敏度变动的问题。在将防污涂层设为两层涂覆结构的情况下，也存在产生同样的干涉现象，从而产生特性的不稳定性、生产偏差的问题。

为了解决所述问题，本实施方式中，两层涂覆剂(图7B所示的涂层基材620与涂覆剂610)化学交联，从而由一层涂覆剂61(图7A)构成防污涂层。通过由一层涂覆剂61构成防污涂层，从而如一边参照图5以及图6一边说明的那样，罩透镜50的分光灵敏度特性与两层涂覆剂时相比，波长变动时的偏差降低，变动的斜度趋于稳定。其结果，即使在因光源或涂覆剂的温度特性造成的变动时，也能够给予稳定的光学特性。

但是，若在罩透镜50的内表面52的整个面涂布有防污涂层61，则由于构成所述防污涂层61的材料的熔点高，因此难以通过激光熔接将罩透镜50接合于框体12。而且，若在使防污涂层61露出于框体接合面的状态下进行接合，则与仅有基材的情况(无防污涂层的情况)相比，粘合剂对罩透镜50与框体12的接合性发生恶化。

因此，本实施方式中，对于罩透镜50的内表面52(后方侧的面)中的、至少与划定开口121的框体12的缘部121a接触的接合部(以下，也称作罩透镜50的背面周缘部52a)，不施以防污涂层61。由此，在将罩透镜50接合于框体12时，能够通过激光熔接或粘合剂来将罩透镜50的背面周缘部52a与框体12的缘部121a予以接合。

另外，本实施方式中，只要至少不对背面周缘部52a施以防污涂层61即可，对于罩透镜50的内表面52中的除了背面周缘部52a的部分，既可施以防污涂层61，也可不施以防污涂层61。换言之，在将罩透镜50接合于框体12时，对于罩透镜50中的除了跟框体12接触的部分以外的部分，既可施以防污涂层61，也可不施以防污涂层61。

关于罩透镜基材(罩透镜本体)，其材料并无特别限定，例如使用包含亚克力树脂、聚碳酸酯树脂、聚芳酯树脂或玻璃中的至少一种的材料。

罩透镜50是通过以下的工序来制造。根据所述工序，能够在基材的单侧的面上效率良好地制造防污涂覆。

(1)通过帘涂之类的方法，在基材表面涂布涂覆剂。

(2)通过干燥以及紫外线(Ultraviolet，UV)照射工序，使涂覆剂固化。此时，通过UV照射，氟层析出至涂覆剂的表面，形成防污涂层61的层。

(3)通过丝网印刷等方法，在背面印刷标记70。

(4)通过铣削加工等方法，切出各个罩透镜50。

再接着，通过下述工序将框体12与罩透镜50予以装配，以制造光电传感器10。

(1)将所制造的罩透镜50配设在覆盖框体12的开口121的位置。此时，罩透镜50的背面周缘部52a与框体12的缘部121a成为接触的状态。

(2)将罩透镜50的背面周缘部52a与框体12的缘部121a通过激光熔接进行加工，或者涂布粘合剂并使其固化，从而将罩透镜50接合至框体12。

在罩透镜50的内表面52，印刷有标记70。标记70被设在罩透镜50里外相反地嵌入至框体12的情况下，如图4所示，罩透镜50中的覆盖投光部14的位置。通过像这样在罩透镜50上印刷标记70，从而在将罩透镜50嵌入至框体12的开口121的情况下(即，将罩透镜50的内表面52的缘接合于框体12中的开口121的周缘的情况下)，能够判别罩透镜50是否为里外相反，从而能够防止误将罩透镜50里外相反地配设于框体12。

另外，理想的是，印刷在罩透镜50的内表面52的标记70被设在不跨越例如图4所示的罩透镜50的中央轴AX(通过罩透镜50的左右方向中央且沿上下方向延伸的轴)的位置。但是，并不限定于此种位置，如前所述，只要是在罩透镜50被里外相反地嵌入至框体12的情况下，标记70覆盖投光部14的位置，则也可设在跨越前述的中央轴AX的位置，此位置并无特别限定。而且，本实施方式中的标记70只要

具有判别罩透镜50里外相反地嵌入至框体12的功能，则并不限定于印刷在内表面52，而能够采用各种实施例。

(实施方式的变形例)

以上说明的实施方式中，是将罩透镜50从框体12的外侧朝向内侧嵌入，但也可如图8所示，从框体12的内侧朝向外侧嵌入罩透镜50。此时，只要在罩透镜12的外表面51形成未涂布防污涂层61的区域51a，在所述区域51a中将罩透镜50与框体12通过激光熔接或粘合剂来予以接合即可。

涂布有防污涂层61的区域51b形成为与开口121相同或比开口121稍大。由于罩透镜50形成为比框体12的开口121大，因此未涂布防污涂层61的区域51a是以围绕涂布有防污涂层61的区域51b的方式而形成。区域51a与前述的背面周缘部52a同样，是与框体12的缘部121a接触的接合部的另一例。

以上说明的实施方式是为了便于理解本发明，并非用于限定地解释本发明。实施方式所包括的各元件及其配置、材料、条件、形状以及尺寸等并不限定于例示而能够适当变更。而且，能够将不同的实施方式中所示的结构彼此局部地替换或组合。

(附注)

1、一种光电传感器10，将发出光的投光部14以及接收光的受光部16的至少一者收容在框体12内，其中

框体12具有使来自投光部14的光以及朝向受光部16的光的至少一者通过的开口121，

配设有罩透镜50，所述罩透镜50覆盖开口121并且使光透射，

罩透镜50接合于划定开口121的框体12的缘部121a，

对于罩透镜50的外表面51，施以有防污涂层61，另一方面，对于罩透镜50的内表面52的与缘部121a接触的部分，未施以防污涂层61。

符号的说明

10：光电传感器

12：框体

14：投光部

16：受光部

50：罩透镜

61：防污涂层

70：标记

121：开口

121a：缘部。

Claims

1.一种光电传感器，将发出光的投光部以及接收光的受光部的至少一者收容在框体内，所述光电传感器的特征在于，

所述框体具有使来自所述投光部的光以及朝向所述受光部的光的至少一者通过的开口，

所述光电传感器配设有罩透镜，所述罩透镜覆盖所述开口并且使所述光透射，

所述罩透镜接合于划定所述开口的所述框体的缘部，

对于所述罩透镜的外表面，施以有防污涂层，另一方面，对于所述罩透镜的内表面的与所述缘部接触的部分，未施以所述防污涂层。

2.根据权利要求1所述的光电传感器，其特征在于，

构成所述防污涂层的材料形成为涂层基材与防污涂层材料化学交联的一层结构的结构。

3.根据权利要求1或2所述的光电传感器，其特征在于，

所述罩透镜的内表面的跟所述缘部接触的部分与所述框体通过激光熔接而接合。

4.根据权利要求1或2所述的光电传感器，其特征在于，

所述罩透镜的内表面的跟所述缘部接触的部分与所述框体通过粘合剂而接合。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电传感器，其特征在于，

在所述罩透镜的内表面或外表面的其中任一者，印刷有表示所述罩透镜里外相反地配设于所述框体的标记。

6.根据权利要求5所述的光电传感器，其特征在于，

在所述罩透镜里外相反地配设于所述框体的情况下，所述标记被设在所述罩透镜中的覆盖所述投光部的位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的光电传感器，其特征在于，

构成所述防污涂层的材料是选自由氟系化合物、硅系化合物、二氧化硅系化合物以及氧化钛系化合物所组成的群组中的一种以上的化合物。

8.一种光电传感器，将发出光的投光部以及接收光的受光部的至少一者收容在框体内，所述光电传感器的特征在于，

所述罩透镜接合于划定所述开口的所述框体的缘部，

所述罩透镜的外表面的一部分施以有防污涂层，另一方面，另一部分接触至所述缘部并且未施以所述防污涂层。

9.一种光电传感器的制造方法，其特征在于，所述光电传感器以使从收容于所述框体内的投光部发射的光以及受光部所接收的来自外部的光的至少一者通过的方式于框体配设开口，且以罩透镜来覆盖所述开口，所述光电传感器的制造方法包括下述步骤：

对所述罩透镜的外表面以及内表面施以防污涂层；

在所述罩透镜的一部分生成未施以防污涂层的区域；

以覆盖所述开口的方式来配设所述罩透镜；以及

在所述罩透镜的未施以防污涂层的所述区域，将所述罩透镜与所述框体予以接合。