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Hintergrund der Erfindung
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegenden Erfindung bezieht sich auf fotoelektrische Sensoren
und insbesondere auf einen fotoelektrischen Sensor mit koaxialer
zurückgeführter Reflexion.
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2. Stand der Technik
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Ein
fotoelektrischer Sensor vom Reflexionstyp, der die Reflexion von
Licht ausnützt, ist als ein fotoelektrischer Sensor bekannt,
der dazu verwendet wird, das Vorhandensein eines Objektes festzustellen.
Die fotoelektrischen Sensoren vom Reflexionstyp umfassen einen sogenannten
fotoelektrischen Sensor mit zurückgeführter Reflexion.
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Der
fotoelektrische Sensor des Typs mit zurückgeführter
Reflexion umfasst allgemein einen Lichtprojektor/-emfpänger,
die ein lichtemittierendes Element und ein lichtempfangendens Element
mit einbeziehen. Wenn solch ein Sensor verwendet wird, wird eine
zurückführende Reflexionsplatte zum Reflektieren
des Lichtes, das von dem Lichtprojektor/-empfänger emittiert
wird, und zum Zurückführen des Lichtes zu dem
Lichtprojektor/-empfänger derart angeordnet, dass es dem
Lichtprojektor/-empfänger gegenüberliegt. Wenn
ein Objekt in einem optischen Pfad des Lichtes, das von dem lichtemittierenden Element
emittiert wird, nicht vorhanden ist, wird das Licht durch die zurückführende
Reflexionsplatte reflektiert und fällt auf das lichtempfangende
Element. Wenn ein Objekt in dem optischen Pfad vorhanden ist, fällt
andererseits das Licht, das von dem lichtemittierenden Element emittiert
wird, nicht auf das lichtempfangende Element, weil das Licht durch
das Objekt abgeschirmt wird. Mit anderen Worten unterscheidet sich
die Menge des von dem lichtempfangenden Element empfangenen Lichtes
abhängig davon, ob das Objekt in dem optischen Pfad vorhanden ist
oder nicht, und folglich stellt der Sensor vom Typ mit zurückgeführter
Reflexion das Vorhandensein des Objektes beruhend auf einem Unterschied
in der empfangenen Lichtmenge fest.
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Der
fotoelektrische Sensor vom Typ mit zurückgeführter
Reflexion umfasst einen fotoelektrischen Sensor vom Doppellinsentyp
und einen fotoelektrischen Sensor vom Koaxialtyp. In dem Fall des Typs
mit Doppellinse sind der Lichtprojektionspfad und ein Lichtempfangspfad
physisch getrennt. In dem Fall des Koaxialtyps sind der Lichtprojektionspfad
und der Lichtempfangspfad nahezu überlagert und solche
optischen Pfade werden durch ein optisches Element (Polarisationsstrahlenteiler,
Halbspiegel etc.) getrennt.
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Der
fotoelektrische Sensor vom Doppellinsentyp mit zurückgeführter
Reflexion ist z. B. in der
japanischen
ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nummer
10-255611 (Patentdokument 1) offenbart. Gemäß diesem
Dokument umfasst der fotoelektrische Sensor eine Lichtprojektionslinse
und eine Lichtempfangslinse. Die Lichtprojektionslinse ist nur in
einem Bereich angeordnet, dass eine Möglichkeit besteht,
dass der Lichtstrahl, der die Lichtprojektionslinse durchläuft,
auf die Lichtempfangslinse trifft, nachdem er durch einen Reflektor
reflektiert wurde. Die Lichtempfangslinse ist nur in einem Bereich
angeordnet, dass eine Möglichkeit besteht, dass der aus
einem Lichtprojektionsabschnitt ausgetretene Lichtstrahl auf die
Lichtempfangslinse trifft, nachdem er durch den Reflektor reflektiert
wurde.
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Der
fotoelektrische Sensor vom Koaxialtyp mit zurückgeführter
Reflexion ist z. B. in der
japanischen
ungeprüften Patentveröffentlichung mit der Nummer
10-255612 (Patentdokument 2) offenbart. Gemäß der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung mit der Nummer 10-255612 ist
ein Schlitz zur Begrenzung des Lichtprojektionsbereiches an einem
Lichtprojektionselement vorgesehen, um die Nutzeffizienz des Lichtes,
das von der Platte mit zurückführender Reflexion
reflektiert wurde, zu verbessern und eine Fehlfunktion aufgrund
der Brechung an einem transparenten Objekt zu verhindern. Der Lichtprojektionsstrahl
wird auf die Platte mit zurückführender Reflexion über
einen Mittenabschnitt der Linse ausgestrahlt. Das Verhältnis
des Lichtes, das an dem Lichtempfangselement nicht empfangen wird,
zu dem Licht, das durch die Platte mit zurückführender Reflexion
reflektiert wird, wird dadurch vermindert und folglich wird die
Nutzeffizienz des Lichtes verbessert.
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Überblick
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In
dem Fall des fotoelektrischen Sensors des Typs mit koaxial zurückgeführter
Reflexion sind der Lichtprojektionspfad und der Lichtempfangspfad
physisch nicht getrennt. Folglich kann ein Anteil des Lichtes, das
von dem Lichtprojektionselement emittiert wird, als Streulicht in
das Lichtempfangselement eintreten. Das Streulicht sollte unterbunden
werden, weil das Streulicht die Leistung des Sensors beeinflusst.
Jedoch ist das Problem des Streulichtes nicht spezifisch in den
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichungen mit den Nummern 10-255611 und
10-255612 beschrieben.
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Die
vorliegende Erfindung ist gemacht worden, die oben beschriebenen
Probleme zu lösen und zielt darauf ab, einen fotoelektrischen
Sensor vom Typ mit koaxial zurückgeführter Reflexion
zu schaffen, der fähig ist, die Nachweisleistung zu verbessern.
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Kurzum
wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung
ein fotoelektrischer Sensor geschaffen, der umfasst: einen Lichtprojektionsabschnitt
zum Emittieren eines Nachweislichtes; eine Linse zur Umwandlung
des Nachweislichtes von dem Lichtprojektionsabschnitt in paralleles
Licht und zum Ausgeben des parallelen Lichtes auf eine Außenseite als
ein externes Nachweislicht; einen Trennabschnitt zur Trennung eines
optischen Pfades, der in einem optischen Pfad des Nachweislichtes zwischen
dem Lichtprojektionsabschnitt und der Linse angeordnet ist, zur
Trennung eines optischen Pfades des Nachweislichtes und eines optischen
Pfades eines zurückkehrenden Lichtes, das Licht ist, das
zurückkehrt, wenn das externe Nachweislicht auf der Außenseite reflektiert
wird; und einen Lichtempfangsabschnitt zum Empfang des zurückkehrenden
Lichtes von dem Trennabschnitt zur Trennung eines optischen Pfades.
Die Linse umfasst eine gekrümmte Oberfläche, die
eine Einfallsoberfläche des Nachweislichtes und eine Austrittsoberfläche
des zurückkehrenden Lichtes ist, die derart ausgebildet
ist, das Nachweislicht in paralleles Licht umzuwandeln, und eine
Ebene, die auf einer gegenüberliegenden Seite der gekrümmten Oberfläche
als eine Austrittsoberfläche des Nachweislichtes und als
eine Eintrittsoberfläche des zurückkehrenden Lichtes
ausgebildet ist und die eine Normalenrichtung einer Ebene aufweist,
die einen bestimmten Winkel unter Bezug auf eine optische Achsenrichtung
des parallelen Lichtes ausbildet. Der bestimmte Winkel ist als ein
Winkel ausgewählt, dass das Nachweislicht, das durch die
Ebene reflektiert wird, einen Abschnitt erreicht, der nicht durch
den Lichtempfangsabschnitt empfangen wird. Der fotoelektrische Sensor
umfasst weiterhin ein Gehäuse zur Aufnahme des Lichtprojektionsabschnittes,
des Trennabschnittes zur Trennung eines optischen Pfades und des
Lichtempfangsabschnittes, und zur Ausbildung einer flachen Außenoberfläche
auf wenigstens einer Oberfläche. Die äußere
Oberfläche weist eine Öffnung auf, an der die
Linse befestigt ist. Der Lichtprojektionsabschnitt und die Linse
sind derart angeordnet, dass eine Richtung einer optischen Achse
des externen Nachweislichtes, wenn es aus der Linse austritt, senkrecht
zu der äußeren Oberfläche ist.
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Gemäß der
vorliegenden Erfindung kann die Nachweisleistung des fotoelektrischen
Sensors bei dem fotoelektrischen Sensor des Typs mit koaxial zurückgeführter
Reflexion verbessert werden, weil das Eintreten des Streulichtes
im Inneren des Gehäuses, das das Lichtprojektionsele ment
und das Lichtempfangselement aufnimmt, in das Lichtempfangselement
vermindert werden kann.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Ansicht eines Gesamtaufbaus eines fotoelektrischen Sensors
gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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2 ist
eine vergrößerte Ansicht einer Platte 5 mit
zurückführender Reflexion;
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3 ist
eine perspektivische Ansicht einer äußeren Erscheinung
eines Sensorkopfes 2, der in 1 gezeigt
ist, gesehen von einer Seite mit einem Lichtprojektions/-empfangsabschnitt;
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4 ist
ein Blockdiagramm des Sensorkopfes 2, der in 3 gezeigt
ist;
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5 ist
eine Ansicht, die das Problem beschreibt, das auftritt, wenn die
Ebene der Linse senkrecht zu der Achse X1 ist;
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6 ist
eine Ansicht, die ein erstes untersuchtes Beispiel zur Verhinderung
des Streulichtes in dem Sensorkopf zeigt;
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7 ist
eine Ansicht, die ein zweites untersuchtes Beispiel zur Unterdrückung
des Streulichtes des Sensorkopfes zeigt;
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8 ist
eine Ansicht, die einen optischen Pfad der reflektierten Lichtkomponente
des parallelen Lichtes A2, das im Innenraum des Sensorkopfes erzeugt
wurde, gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zeigt;
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9 ist
eine Ansicht, die einen Aufbau eines Sensorkopfes 52 gemäß einer
Variante der vorliegenden Ausführungsform zeigt; und
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10 ist
eine Ansicht, die den Einfluss des Streulichtes auf die Nachweisleistung
des fotoelektrischen Sensors beschreibt.
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Detaillierte Beschreibung
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Hiernach
werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung
im Einzelnen unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben werden. Gleiche
Bezugszeichen bezeichnen gleiche oder entsprechende Abschnitte durchgehend
in den Zeichnungen und deren Beschreibung wird nicht wiederholt
werden.
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1 ist
eine Ansicht des Gesamtaufbaus eines fotoelektrischen Sensors gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Unter Bezug auf 1 umfasst
ein fotoelektrischer Sensor 1 einen Sensorkopf 2,
eine Verstärkereinheit 3, ein Kabel 4 und
eine Platte 5 mit zurückführender Reflexion.
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Der
Sensorkopf 2 emittiert ein Nachweislicht A das paralleles
Licht ist. Die Platte 5 mit zurückführender
Reflexion ist derart angeordnet, das sie dem Sensorkopf 2 zugewandt
ist, sodass das Nachweislicht A, das aus dem Sensorkopf 2 austritt,
durch die Platte 5 mit zurückführender
Reflexion reflektiert wird und ein zurückkehrendes Licht
B darstellt. Das Nachweislicht A ist beispielsweise sichtbares Licht,
aber braucht lediglich Licht zu sein, das durch die Platte 5 mit
zurückführender Reflexion zurückführend
reflektiert wird, und der Wellenlängenbereich ist daher
insbesondere nicht eingeschränkt.
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2 ist
eine erhöhte Ansicht der Platte 5 mit zurückführender
Reflexion. Unter Bezug auf 2 sind zahlreiche
Würfelecken in der Platte 5 mit zurückführender
Reflexion angeordnet.
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Zurückkehrend
zu 1 wird das Nachweislicht A an drei Oberflächen
der Platte 5 mit zurückführender Reflexion
reflektiert und wird letztendlich das zurückkehrende Licht
B. Das zurückkehrende Licht B ist Licht mit der selben
Axialrichtung wie das Nachweislicht A und breitet sich in der entgegengesetzten Richtung
zu der Ausbreitungsrichtung des Nachweislichtes A auf einem Pfad
parallel zu dem Pfad des Nachweislichtes A aus.
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Der
Sensorkopf 2 empfängt das zurückkehrende
Licht und erzeugt ein elektrisches Signal, das eine Intensität
aufweist, die einer Menge des empfangenen zurückkehrenden
Lichtes B entspricht. Der Sensorkopf 2 ist mit der Verstärkereinheit 3 über
das Kabel 4, das eine Spannungsversorgungsader, eine Signalader
und dergleichen aufnimmt, verbunden und gibt das erzeugte elektrische
Signal zu der Verstärkereinheit 3 über
das Kabel 4 aus.
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Die
Verstärkereinheit 3 führt eine Ansteuerspannung
dem Sensorkopf 2 über das Kabel 4 zu. Der
Sensorkopf 2 empfängt die Ansteuerspannung und
emittiert das Nachweislicht A und erzeugt ebenfalls ein elektrisches
Signal, das die Menge des empfangenen zurückkehrenden Lichtes
B angibt. Die Verstärkereinheit 3 empfängt
ebenfalls ein Signal von dem Sensorkopf 2 über
das Kabel 4. Die Verstärkereinheit 3 stellt
das Vorhandensein des Objektes beruhend auf solch einem Signal fest
oder gibt ein Signal, das die Menge des empfangenen Lichtes an dem Sensorkopf 2 angibt,
aus. Der Sensorkopf 2 und die Verstärkereinheit 3 sind
voneinander gemäß dem in 1 gezeigten
Aufbau getrennt, können aber ineinander integriert sein.
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Der
fotoelektrische Sensor 1 stellt das Vorhandensein des Objektes
beruhend auf der Menge des an dem Sensorkopf 2 empfangenen
Lichtes fest. Wenn ein Messzielobjekt 6 nicht in einem
Bereich 7 in dem optischen Pfad des Nachweislichtes A angeordnet
ist, wird das Nachweislicht A, das von der Sensoreinheit 2 austritt,
durch die Platte 5 mit zurückführender
Reflexion reflektiert und wird das zurückkehrende Licht
B und tritt in den Sensorkopf 2 ein. Wenn das Messzielobjekt 6 in
dem Bereich 7 angeordnet ist, wird das von dem Sensorkopf 2 kommende
Nachweislicht A durch das Messzielobjekt 6 abgeschirmt
und folglich vermindert sich die Menge des zurückkehrenden
Lichtes B, das durch den Sensorkopf 2 empfangen wird. Wenn
die Menge des empfangenen Lichtes an dem Sensorkopf 2 abhängig
davon abweicht, ob das Mess zielobjekt 6 in dem Bereich 7 angeordnet
ist oder nicht, kann das Vorhandensein des Objektes über
die Menge des empfangenen Lichtes festgestellt werden. Die Verstärkereinheit 3 empfängt
das elektrische Signal, das die Menge des empfangenen Lichtes von
der Sensoreinheit 2 angibt und stellt z. B. das Vorhandensein
des Messzielobjektes 6 in dem Bereich 7 durch
Vergleichen der Menge des empfangenen Lichtes mit einem vorbestimmten
Schwellwert fest.
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Der
fotoelektrische Sensor ist ein fotoelektrischer Sensor vom Typ mit
koaxial zurückgeführter Reflexion, bei dem der
Lichtprojektionspfad und der Lichtempfangspfad über ein
optisches Element im Inneren des Sensorkopfes 2 getrennt
werden. Der fotoelektrische Sensor vom Typ mit zurückgeführter
Reflexion umfasst einen fotoelektrischen Sensor vom Typ mit Doppellinse,
bei dem der Lichtprojektionspfad und der Lichtempfangspfad physisch
getrennt sind. In dem Fall des fotoelektrischen Sensors vom Doppellinsentpy
mit zurückgeführter Reflexion, kann nur ein Teil
des Lichtes, das durch die Platte mit zurückführender
Reflexion reflektiert wurde, in das Lichtempfangselement eintreten,
wenn der Abstand zwischen dem Sensorkopf und der Platte mit zurückführender
Reflexion kurz ist. Mit einem fotoelektrischen Sensor des Typs mit
koaxialer zurückgeführter Reflexion kann solch
ein Problem vermieden werden und folglich kann die Verringerung
der empfangenen Lichtmenge vermieden werden. Daher kann der fotoelektrische
Sensor vom Typ mit koaxialer zurückgeführter Reflexion
die Nachweisleistung verbessern gegenüber dem fotoelektrischen
Sensor vom Doppellinsentyp mit zurückgeführter
Reflexion.
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3 ist
eine perspektivische Ansicht der äußeren Erscheinung
des Sensorkopfes 2, der in 1 gezeigt
ist, gesehen von einer Seite des Lichtprojektions/-empfangsabschnittes.
Unter Bezug auf 3 umfasst der Sensorkopf 2 ein
Gehäuse 10, ein Fenster 11 und eine Schutzabdeckung 12.
Das Gehäuse 10 nimmt den Lichtprojektionsabschnitt, den Lichtempfangsabschnitt
und dergleichen auf und beinhaltet ebenfalls eine Öffnung
für das Durchlaufen des Nachweislichtes A, das von dem
Lichtprojektionsabschnitt emittiert wird, und des zurückkehrenden
Lichtes B, das durch den Lichtempfangsabschnitt empfangen wird.
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Das
Fenster 11 ist durch ein lichtdurchlässiges Element
(z. B. transparenter Kunstharz) aufgebaut. Obwohl nicht gezeigt,
ist ein Anzeigelicht, das das Vorhandensein der Spannungsversorgung und/oder
das Vorhandensein des Messzielobjektes in einem aufleuchtenden Zustand
oder einem nicht aufleuchtenden Zustand angibt, in dem Gehäuse 10 vorgesehen.
Das Fenster 11 ist vorgesehen, damit es einem Anwender
ermöglicht wird, den Leuchtzustand und den Nicht-Leuchtzustand
des Anzeigelichtes zu erfassen.
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Das
Schutzgehäuse 12 ist an dem Gehäuse 10 befestigt,
um die Öffnung des Gehäuses 10 abzudecken.
Das Schutzgehäuse 12 umfasst eine Linse 20,
die an einem der Öffnung des Gehäuses 10 entsprechenden
Ort angeordnet ist. Die Linse 20 hat eine konvexe Oberfläche
auf der Innenseite des Sensorkopfes 2. Die Linse hat ebenso
eine Ebene auf der Außenseite des Sensorkopfes. Das Nachweislicht
A tritt aus der Ebene aus und das zurückkehrende Licht B
tritt in die Ebene ein.
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4 ist
ein Blockdiagramm des Sensorkopfes 2, der in 3 gezeigt
ist. Unter Bezug auf 4 umfasst der Sensorkopf 2 das
Gehäuse 10, eine lichtemittierende Diode 13,
eine Fotodiode 14, eine Halterung 15, einen Halbspiegel 16 und
die Linse 20.
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Die
lichtemittierende Diode 13 ist ein Lichtprojektionsabschnitt,
die einen lichtemittierenden Diodenchip 17, der ein Nachweislicht
A1 emittiert, beinhaltet. Das Nachweislicht A1 von der lichtemittierenden
Diode 13 breitet sich durch den Innenraum der Halterung 15,
während es streut, aus, durchläuft den Halbspiegel 16 und
tritt in die Linse 20 ein. Das Nachweislicht A1 ist derart
dargestellt, dass es sich zum Zwecke der Dienlichkeit der Beschreibung
von der Oberfläche einer licht durchlässigen Kunstharzschicht 26 in 4 ausbreitet,
aber das Ausbreiten des Nachweislichtes A1, das in 4 gezeigt
ist, umfasst ebenfalls einen Fall, in dem das Nachweislicht A1 fortschreitet,
während es sich von der lichtemittierenden Oberfläche
des lichtemittierenden Diodenchips 17 ausbreitet. Dies
ist der gleiche Fall in den Figuren, die unten beschrieben werden.
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Die
Halterung 15 wird durch das Nachweislicht A1 und das zurückkehrende
Licht B durchlaufen. Die Halterung 15 ist mit einer Öffnung
in einer Richtung von der lichtemittierenden Diode 13 zu
der Linse 10 im Innenraum ausgebildet, die als ein optischer Pfad
dient, den das Nachweislicht A1 und das zurückkehrende
Licht B durchlaufen. Die Halterung 15 umfasst ebenfalls
einen optischen Pfad 18 im Innenraum, der mit der Öffnung
in Verbindung steht und der eine Öffnung aufweist, die
in dem Innenraum gebildet ist, durch die das zurückkehrende
Licht B läuft.
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Die
Linse 20 ist an einer Öffnung 30, die
in dem Gehäuse 10 gebildet ist, befestigt. Die
Linse 20 umfasst eine konvexe Oberfläche 31 die
dem Halbspiegel 16 zugewandt ist, und eine Fläche 32,
die auf der gegenüberliegenden Seite zu der konvexen Oberfläche 31 ausgebildet
ist. Das Nachweislicht A1 durchläuft die konvexe Oberfläche 31,
die eine Grenzfläche zwischen Luft und der Linse 20 ist,
und wird in paralleles Licht A2 umgewandelt. Das parallele Licht
A2 läuft durch den Innenraum der Linse 20 und
tritt aus der Fläche 32 zur Außenseite
des Gehäuses 10 als ein externes Nachweislicht
A3 aus. Das externe Nachweislicht A3, das aus der Linse 20 austritt,
wird durch die Platte 5 mit zurückführender Reflexion
(siehe 1) reflektiert und wird das zurückkehrende
Licht B.
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Das
zurückkehrende Licht B breitet sich auf dem Pfad des externen
Nachweislichtes A3 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Ausbreitungsrichtung
des externen Nachweislichtes A3 aus und tritt in die Linse 20 über
die Ebene 32 ein. Das zurückkehrende Licht B,
das die Linse 20 transmittiert, tritt aus der konvexen
Oberfläche 31 aus. Das zurückkehrende
Licht B, das aus der konvexen Oberfläche 31 austritt,
wird durch den Halbspiegel 16 reflektiert und durchläuft
den im Innenraum liegenden optischen Pfad 18, der in der
Halterung 15 ausgebildet ist, wie es mit einer gestrichelten
Linie in der Figur dargestellt ist, und tritt in die Fotodiode 14 ein.
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Der
Halbspiegel 16 ist auf dem optischen Pfad des Nachweislichtes
A1 zwischen der lichtemittierenden Diode 13 und der Linse 20 angeordnet.
Der Halbspiegel 16 ist ein Abschnitt zur Trennung des optischen
Pfades, das den optischen Pfad (Lichtprojektionspfad) des Nachweislichtes
A1, des parallelen Lichtes A2 und des externen Nachweislichtes A3
und den optischen Pfad (Lichtempfangspfad) des Rückkehrlichtes
B trennt.
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Die
Fotodiode 14 empfängt das zurückkehrende
Licht B, das durch die Linse 20 gesammelt wird. Die Fotodiode 14 umfasst
ein Trägermaterial 21, einen Fotodiodenchip 22,
der auf einer Hauptoberfläche des Trägermaterials 21 montiert
ist, und eine lichtdurchlässige Kunstharzschicht 23,
die die Hauptoberfläche des Trägermaterials 21 und
den Fotodiodenchip 22 versiegelt und die eine Lichtempfangsoberfläche 24,
die dem Halbspiegel 16 zugewandt ist, aufweist.
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Das
zurückkehrende Licht B tritt aus der Linse 20 aus
und wird reflektiert durch den Halbspiegel an der Lichtempfangsoberfläche 24 der
lichtdurchlässigen Kunstharzschicht 23 gesammelt.
Das Licht tritt von einem Austrittsende des internen optischen Pfades 18 in
einen Lichtempfangsbereich des Fotodiodenchips 22 ein.
Ein Lichtempfangsbereich 25 ist ein Bereich kleiner als
oder gleich einem Durchmesser des Austrittsendes des internen optischen
Pfades 18 an der Lichtempfangsoberfläche 24.
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Das
Gehäuse 10 entspricht einer äußeren Kontur
des Sensorkopfes 2. Das Gehäuse 10 nimmt die
lichtemittierende Diode 13, die Fotodiode 14 und den
Halbspiegel 16 auf und weist eine äußere
Oberfläche 35, in der die Öffnung 30 gebildet
ist, auf. Eine Achse X1 gibt die optische Achse des parallelen Lichtes
A2, das als ein paralleles Licht durch die lichtemittierende Diode 13 eingestellt
wird, und einen Mittenabschnitt der konvexen Oberfläche 31 der
Linse 20 an.
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In
der vorliegenden Ausführungsform ist die Ebene 32 der
Linse 20 gegenüber einer senkrechten Richtung
unter Bezug auf die Achse X1 geneigt. Wie in 4 gezeigt,
annehmend einen Winkel, der durch eine erweiterte Linie der Achse
X1 und die Ebene 32 ausgebildet ist, als θ1, ist
der Winkel θ1 ein von 90° unterschiedlicher Winkel.
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Die
Richtung senkrecht zu der Außenoberfläche 35 wird „vorrichtungsaxiale
Richtung des Sensors” genannt. In der vorliegenden Ausführungsform überlagert
sich die Achse X1 mit der Achse in der vorrichtungsaxialen Richtung
des Sensors.
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Die
Menge des Streulichtes, das durch die Fotodiode 14 empfangen
wird, erhöht sich, wenn die Ebene 32 senkrecht
zu der Achse X1 ist. In der vorliegenden Ausführungsform
ist die Ebene 32 unter Bezug auf die Achse X1 geneigt.
Das Eintreten des Streulichtes in die Fotodiode 14 wird
hierdurch verhindert. Weil das parallele Licht A2 parallel zu der Achse
X1 ist, ist das Neigen der Ebene 32 unter Bezug auf die
Achse X1 gleichzusetzen mit dem Neigen der Ebene 32 unter
Bezug auf das parallele Licht A2.
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5 ist
eine Ansicht, die das Problem beschreibt, das auftritt, wenn die
Ebene der Linse senkrecht zu der Achse X1 ist. Unter Bezug auf 5 umfasst
eine Linse 20A eine konvexe Oberfläche 31A, die
dem Halbspiegel 16 zugewandt ist, und eine Ebene 32A,
die auf der gegenüberliegenden Seite der konvexen Oberfläche 31A ausgebildet
ist. Der Aufbau anderer Abschnitte, die in 5 gezeigt
sind, ist mit dem Aufbau der entsprechenden Abschnitte aus 4 gleich.
Das Nachweislicht A1 von der lichtemittierenden Diode 13 wird
in paralleles Licht A2 durch die konvexe Oberfläche 31 der
Linse 20A umgewandelt. Die optische Achse des parallelen
Lichtes A2 und die Achse X1 überlagern einander.
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Das
Nachweislicht A1 von der lichtemittierenden Diode 13 durchläuft
den Halbspiegel und wird in paralleles Licht A2 umgewandelt, indem
es gebrochen wird, wenn es die konvexe Oberfläche 31A,
die die Grenzfläche zwischen Luft und der Linse 20A ist, durchläuft.
Das parallele Licht A2 läuft durch den Innenraum der Linse 20A und
erreicht die Ebene 32A. Wenn das parallele Licht A2 die
Ebene 32 erreicht, wird ein Teil des parallelen Lichtes
A2 durch die Ebene 32A reflektiert und wird reflektiertes
Licht C1.
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Im
Innenraum der Linse 20A breitet sich das parallele Licht
A2 in der senkrechten Richtung unter Bezug auf die Ebene 32A aus
und wird in einer Richtung entgegengesetzt zu der Einfallsrichtung
durch die Ebene 32A reflektiert. Das reflektierte Licht
C1, das durch solch eine Reflexion erzeugt wird, breitet sich auf
dem optischen Pfad des parallelen Lichtes A2 in der Richtung entgegengesetzt
zu der Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichtes A2 aus. Mit anderen
Worten ist das reflektierte Licht C1 das Licht gleicher axialer
Richtung wie das externe Nachweislicht A3. Daher folgt das reflektierte
Licht C1 dem gleichen optischen Pfad wie das Rückkehrlicht
B. Das reflektierte Licht C1, das aus der Linse 20A austritt,
wird durch den Halbspiegel 16 reflektiert und in dem Lichtempfangsbereich 25 der
Lichtempfangsoberfläche 24 gesammelt und tritt
darauffolgend in den Fotodiodenchip 22 ein. Mit anderen
Worten wird das reflektierte Licht C1 das Streulicht, das in den
Fotodiodenchip 22 eintritt.
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Bei
dem Aufbau, der in 5 gezeigt ist, wird angenommen,
dass fast die gesamte reflektierte Komponente (reflektiertes Licht
C1) des parallelen Lichtes A2, das an der Ebene 32 der
Linse 20A erzeugt wird, in die Fotodiode 14 eintritt
und folglich wird die Menge an Streulicht, das durch den Fotodiodenchip 22 empfangen
wird, groß. Um solch ein Problem zu lösen, muss
der optische Pfad des reflektierten Lichtes derart berücksichtigt
werden, dass das reflektierte Licht, das durch die Reflexion des
parallelen Lichtes an der Ebene der Linse erzeugt wird, nicht in die
Fotodiode eintritt. Das nachgeprüfte Beispiel der vorliegenden
Ausführungsform zur Lösung des obigen Problems
wird unten beschrieben werden.
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6 ist
eine Ansicht, die ein erstes nachgeprüftes Beispiel zur
Unterbindung des Streulichtes in dem Sensorkopf zeigt. Unter Bezug
auf 6 und 4 unterscheidet sich der Sensorkopf 2A von
dem Sensorkopf 2 dadurch, dass er eine Linse 20B anstatt
der Linse 20 beinhaltet. Der Aufbau der anderen Abschnitte
des Sensorkopfes 2A ist gleich mit dem Sensorkopf 2.
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Die
Linse 20B ist eine bikonvexe Linse, die eine konvexe Oberfläche 31B,
die dem Halbspiegel 16 zugewandt ist, und eine konvexe
Oberfläche 32B, die auf der gegenüberliegenden
Seite gebildet ist, aufweist. Die konvexe Oberfläche 32B steht
zur Außenseite des Gehäuses 10 von dem
Gehäuse 10 (äußere Oberfläche 35)
vor.
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Gemäß dem
in 6 gezeigten Aufbau ist eine gekrümmte
Oberfläche, die auf der gegenüberliegenden Seite
der konvexen Oberfläche 31B, die dem Halbspiegel 16 zugewandt
ist, gebildet. Wenn die gekrümmte Oberfläche (konvexe
Oberfläche 32B) das parallele Licht A2 reflektiert,
wird die Wahrscheinlichkeit klein, dass das parallele Licht A2 in
der gleichen Richtung wie die Einfallsrichtung des parallelen Lichtes
A2 reflektiert wird, und folglich wird die Wahrscheinlichkeit klein,
dass das reflektierte Licht C1 in die Fotodiode 14, dem
optischen Pfad des parallelen Lichtes A2 folgend, eintritt. Folglich
wird angenommen, dass das Streulicht, das in die Fotodiode 14 eintritt,
reduziert werden kann.
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Jedoch
besteht die Möglichkeit, weil die konvexe Oberfläche 32B von
dem Gehäuse 10 (äußere Oberfläche 35)
vorsteht, die Möglichkeit, dass die konvexe Oberfläche 32B zerkratzt
wird, wenn der Sensorkopf 2A verwendet wird. Es wird angenommen,
dass das Verkratzen der konvexen Oberfläche 32B beispielsweise
verursacht, dass das externe Nachweislicht A3, das aus der Linse 20B austritt, streut
oder abgeschwächt wird. In diesem Fall kann sich die Nachweisleistung
des Sensors verringern, weil sich die Menge des zurückkehrenden
Lichtes reduziert. Daher wird berücksichtigt, den in 6 gezeigten
Aufbau dahingehend zu ändern, das die konvexe Oberfläche 32B nicht
verkratzt wird.
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7 ist
eine Ansicht, die ein zweites nachgeprüftes Beispiel zur
Unterdrückung des Streulichtes des Sensorkopfes zeigt.
Unter Bezug auf 7 und 6 unterscheidet
sich der Sensorkopf 2B von dem Sensorkopf 2A dadurch,
dass er weiterhin eine Linsenschutzabdeckung 20C, die an
der Öffnung 30 vorgesehen ist, umfasst. Andere
Abschnitte des Sensorkopfes 2B sind mit dem Aufbau der
entsprechenden Abschnitte des Sensorkopfes 2A gleich.
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Die
Linsenschutzabdeckung 20C weist eine Ebene 33 senkrecht
zu der Achse X1 (die Achse, die einen Punkt der lichtemittierenden
Oberfläche des lichtemittierenden Diodenchipes 17 und
einen Punkt in einem Mittenabschnitt der konvexen Oberfläche 31B verbindet),
die durch die lichtemittierende Diode 13 und den Mittenabschnitt
der konvexen Oberfläche 31B definiert ist, auf.
Es wird verhindert, dass die konvexe Oberfläche 32B der
Linse 20B zur Außenseite des Gehäuses 10 freiliegt,
indem die Linsenschutzabdeckung 20 vorgesehen wird. Jedoch durchläuft
das Nachweislicht A1 die Linse 20B und wird das parallele
Licht A2, und etwas des parallelen Lichtes A2 wird durch die Ebene 33 reflektiert
und wird das reflektierte Licht C1. Das reflektierte Licht C1 wird
in dem Lichtempfangsbereich 25 der Lichtempfangsoberfläche 24 gesammelt,
weil das reflektierte Licht C1 sich über den optischen
Pfad des parallelen Lichtes A2 in der Richtung entgegensetzt zu der
Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichtes A2 ausbreitet. Daher
tritt gemäß dem Aufbau, der in 7 gezeigt
ist, das gleiche Problem auf, wie das Problem, das bei dem Aufbau
aus 5, d. h. das Problem, dass die Menge des Streulichtes,
das durch den Fotodiodenchip 22 empfangen wird, groß wird, auf.
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8 ist
eine Ansicht, die einen optischen Pfad der reflektierten Lichtkomponente
des parallelen Lichtes A2, das in dem Innenraum des Sensorkopfes 2 erzeugt
wird, gemäß der vorliegenden Ausführungsform
zeigt. Unter Bezug auf 8 wird das Nachweislicht A1,
das in die Linse 20 eintritt, in paralleles Licht A2 durch
die konvexe Oberfläche 31 umgewandelt und erreicht
die Ebene 32. Ein Teil des parallelen Lichtes A2, das die
Ebene 32 erreicht, wird reflektiert und wird zu dem reflektierten
Licht C1. Die Ebene 32 ist unter Bezug auf die Achse X1
geneigt, aber weil das parallele Licht A2 parallel zu der Achse X1
ist, ist die Ebene 32 unter Bezug auf das parallele Licht
A2 geneigt. Daher breitet sich das reflektierte Licht C1 in einer
Richtung, die unterschiedlich von der Richtung entgegengesetzt zu
der Ausbreitungsrichtung des parallelen Lichtes A2 ist, aus und
wird durch den Halbspiegel 16 reflektiert und erreicht
die Innenwand des im Innenraum liegenden optischen Pfades 18.
In anderen Worten erreicht das reflektierte Licht C1 nicht den Lichtempfangsbereich 25.
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Das
parallele Licht A2 wird an der Ebene 32 gebrochen, die
die Grenzfläche der Linse 20 und der Luft ist,
und tritt aus der Linse 20 aus und wird zu dem externen
Nachweislicht A3, das sich in einer Richtung unter einem vorbestimmten
Winkel θ2 unter Bezug auf die Achse X1 ausbreitet. Wie
in 4 gezeigt, folgt das zurückkehrende Licht
B, das erzeugt wird, wenn das externe Nachweislicht A3 durch die Platte
mit zurückführender Reflexion reflektiert wird, dem
gleichen optischen Pfad wie dem optischen Pfad des parallelen Lichtes
A2. Mit anderen Worten wird das zurückkehrende Licht B
gebrochen, wenn es die Ebene 32 der Linse 20 erreicht
und breitet sich durch den Innenraum der Linse 20 aus.
Das zurückkehrende Licht B, das aus der Linse 20 austritt,
erreicht den Halbspiegel 16. Das zurückkehrende
Licht B, das durch den Halbspiegel 16 reflektiert wird,
wird an dem lichtempfangenden Bereich 25 der Lichtempfangsoberfläche 24 der
Fotodiode 14 gesammelt.
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Folglich
tritt das zurückkehrende Licht B in den Lichtempfangsbereich 25 ein,
obwohl das reflektierte Licht C1 nicht in den Lichtempfangsbereich 25 eintritt.
Daher kann das Eintreten des Streulichtes in die Fotodiode 14 gemäß dem
Aufbau der vorliegenden Ausführungsform unterdrückt
werden.
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Der
Winkel θ2 ist nicht insbesondere eingeschränkt
und kann geeignet definiert werden, beispielsweise beruhend auf
dem Installationszustand, dem Verwendungszustand oder dergleichen
des Sensorkopfes 2. Ein Verfahren zur Einstellung des Winkels θ2
umfasst ein Verfahren zur Anpassung des Einfallsbereiches des Nachweislichtes
A1 auf die konvexe Oberfläche 31 der Linse 20,
ein Verfahren zur Einstellung der Neigung (Winkel θ1) der
Ebene 32 unter Bezug auf die Achse X1 und dergleichen.
Es kann eines der Verfahren oder eine Vielzahl der Verfahren in
Kombination verwendet werden.
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Die
Richtung der Achse X1 ist vorzugsweise derart definiert, dass die
optische Achse des externen Nachweislichtes A3 senkrecht zu der
Außenoberfläche 35 ist, und ist insbesondere
vorzugsweise definiert, so dass sie mit der Achse, die durch die
Mitte der Öffnung 30 läuft, zusammenfällt.
Wenn der Sensorkopf 2 hergestellt wird, kann z. B. die
Richtung des externen Nachweislichtes A3 leicht angepasst werden,
indem die Richtung der Achse X1 im Voraus definiert wird.
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9 ist
eine Ansicht, die einen Aufbau eines Sensorkopfes 52 gemäß einer
Abänderung der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
Unter Bezug auf 9 bildet die Achse X1 einen
vorbestimmten Winkel θ, der größer als
0° ist, unter Bezug auf die Vorrichtungsachse des Sensors
aus. Die optische Achse des externen Nachweislichtes A3, das aus
der Linse 20 austritt, fällt folglich mit der
Vorrichtungsachse des Sensors zusammen. Gemäß solch
einem Aufbau wird verhindert, dass das Streulicht in die Fotodiode
eintritt, und darüber hinaus kann die Bedienbarkeit durch
einen Anwender verbessert werden. Ähnlich zu den Konfigurationen,
die in 4 und 8 gezeigt sind, ist der Winkel θ1,
der durch die erweiterte Linie der Achse X1 und die Ebene 32 ausgebildet
wird, ein Winkel, der unterschiedlich von 90° ist.
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Die
Bedienbarkeit durch einen Anwender ist z. B. die Anpassung der Ausrichtung
der optischen Achse des externen Nachweislichtes A3 in Richtung der
Platte 5 mit zurückführender Reflexion.
Weil die Richtung der optischen Achse des externen Nachweislichtes
A3 mit der vorrichtungsaxialen Richtung des Sensors zusammenfällt,
kann die Platte 5 mit zurückführender
Reflexion in der Richtung der optischen Achse des externen Nachweislichtes
A3 angeordnet werden, indem die Richtung des Gehäuses 10 derart
angepasst wird, dass die Platte 5 mit zurückführender
Reflexion in der Vorrichtungsaxialrichtung angeordnet ist. Der Anwender
kann leicht die Richtung der optischen Achse des externen Nachweislichtes
A3, das aus dem Sensorkopf 2 austritt, anpassen, wodurch
die Bedienbarkeit durch den Anwender verbessert werden kann.
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Umfassend
den Sensorkopf 2 gemäß der vorliegenden
Ausführungsform beschreibend, während Bezug auf 4 und 8 genommen
wird, umfasst der Sensorkopf 2 die lichtemittierende Diode 13 zum
Emittieren des Nachweislichtes A1, die Linse 20 zum Umwandeln
des Nachweislichtes A1 in paralleles Licht A2 und zum Ausstrahlen
des parallelen Lichtes A2 nach außen als das externe Nachweislicht A3,
den Halbspiegel 16 zur Trennung des optischen Pfades des
Nachweislichtes A1 und des optischen Pfades des von der Platte 5 mit
zurückführender Reflexion zurückkehrenden
Lichtes B und die Fotodiode 14 zum Emp fangen des von dem
Halbspiegel 16 zurückkehrenden Lichtes B. Die
Linse 20 ist die Einfallsoberfläche des Nachweislichtes
A1 und die Austrittsoberfläche des zurückkehrenden
Lichtes B und umfasst die konvexe Oberfläche 31,
die gebildet ist, um das Nachweislicht A1 in paralleles Licht A2
umzuwandeln, und die Ebene 32, die auf der gegenüberliegenden
Seite der konvexen Oberfläche 31 als die Austrittsoberfläche
des parallelen Lichtes A2 und als die Einfallsoberfläche
des zurückkehrenden Lichtes B ausgebildet ist und die gegenüber
der senkrechten Richtung unter Bezug auf das parallele Licht A2
oder die Achse X1, die den lichtemittierenden Diodenchip 17,
der in der lichtemittierenden Diode 13 enthalten ist, und
den Schwerpunkt der konvexen Oberfläche 31 (d.
h. der Scheitelpunktabschnitt der gekrümmten Oberfläche
der Linse) verbindet, geneigt ist. Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform ist das parallele Licht A2 parallel zu
der Achse X1 und folglich, obwohl beschrieben als „geneigt
gegenüber der senkrechten Richtung unter Bezug auf das
parallele Licht A2 oder die Achse X1”, sind „geneigt
gegenüber der senkrechten Richtung unter Bezug auf das
parallele Licht A2” und „geneigt gegenüber
der senkrechten Richtung unter Bezug auf die Achse X1” im
Wesentlichen gleich.
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Die
Ebene 32 ist eine Ebene, deren Normalenrichtung einen bestimmten
Winkel unter Bezug auf die Richtung der optischen Achse des parallelen Lichtes
A2 ausbildet. Der bestimmte Winkel ist derart ausgewählt,
dass er ein Winkel ist, unter dem das Nachweislicht A1, das durch
die Ebene 32 reflektiert wird, d. h. das reflektierte Licht
C1, den Abschnitt erreicht, der nicht durch die Fotodiode 14 empfangen wird.
Der Sensorkopf 2 umfasst weiterhin das Gehäuse 10 zur
Aufnahme der lichtemittierenden Diode 13, den Halbspiegel 16 und
die Fotodiode 14 und zum Beinhalten einer flachen äußeren
Oberfläche auf wenigstens einer Oberfläche. Die äußere
Oberfläche des Gehäuses 10 umfasst die Öffnung 30,
an der die Linse 20 befestigt ist.
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Darüber
hinaus sind unter Bezug auf 9 gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die lichtemittierende
Diode 13 und die Linse 20 derart angeordnet, dass
die Richtung der optischen Achse des externen Nachweislichtes A3, wenn
es aus der Linse 20 austritt, senkrecht zu der äußeren
Oberfläche des Gehäuses 10 wird.
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Das
an der Ebene 32 reflektierte Licht C1 des parallelen Lichtes
A2 wird außerhalb des Lichtempfangsbereiches 25 der
Lichtempfangsoberfläche 24 der Fotodiode 14 gesammelt,
indem es über den optischen Pfad läuft, der von
dem unterschiedlich ist, über den das zurückkehrende
Licht B läuft und folglich wird es verhindert, dass es
in den Fotodiodenchip 22 eindringt. Es wird folglich verhindert,
dass das reflektierte Licht C1, dass das Streulicht darstellt, in
die Fotodiode eindringt, wodurch die Nachweisleistung des fotoelektrischen
Sensors verbessert werden kann.
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10 ist
eine Ansicht, die die Beeinflussung des Streulichtes auf die Nachweisleistung
des fotoelektrischen Sensors beschreibt. Unter Bezug auf 10 stellt
der fotoelektrische Sensor gemäß der vorliegenden
Ausführungsform das Vorhandensein des Messzielobjektes
fest, wenn die Menge des zurückkehrenden Lichtes, das durch
die Fotodiode 14 empfangen wird, kleiner als ein Schwellwert wird.
Die Menge des empfangenen Lichtes des doppelten Streulichtes, das
die Fotodiode 14 empfängt, wird als Schwellwert
zum Feststellen des Vorhandenseins des Messzielobjektes 6 angenommen.
Der Schwellwert, der in 10 gezeigt
ist, ist lediglich ein Beispiel und nicht darauf beschränkt.
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Der
Spielraum des Sensors ist das Verhältnis des Schwellwertes
unter Bezug auf die gesamte Menge des empfangenen Lichtes der Fotodiode (Summe
der Menge des empfangenen zurückkehrenden Lichtes, das
die Nachweissignalkomponente ist, und die Menge des empfangenen
Lichtes der Streulichtkomponente). Wenn Bezug auf den Spielraum,
der x (x ist ein beliebiger numerischer Wert) ist, genommen wird,
be deutet das, dass das Vorhandensein des Objektes nachgewiesene
werden kann, bis die gesamte Menge des empfangenen Lichtes der Fotodiode
sich auf 1/x vermindert.
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Unter
Bezug auf das lichtemittierende Element, wie z. B. die lichtemittierende
Diode, vermindert sich die Menge des emittierten Lichtes des lichtemittierenden
Elementes, wenn die Betriebszeit länger wird. Aufgrund
solch einer Verminderung der Menge des emittierten Lichtes oder
aufgrund von Änderungen der Umgebung nach der Installation
des Sensors, wie z. B. Flecken auf der Linsenoberfläche und
der Linsenschutzabdeckung, vermindert sich die Lichtmenge des Nachweissignalanteils
(rückkehrendes Licht), das durch die Fotodiode empfangen
wird. In solch einem Fall kann auch die Langzeitstabilität der
Nachweisfunktion sichergestellt werden, wenn der Spielraum groß ist.
Daher kann die Verminderung der Menge des emittierten Lichtes und
die Verminderung der Nachweisleistung, die durch Umgebungsänderungen
nach der Installation des Sensors verursacht wird, verhindert werden.
Die Nachweisentfernung wird größer je größer
der Spielraum ist. Mit anderen Worten wird die Nachweisleistung
des Sensors besser je größer der Spielraum ist.
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Zum
Beispiel, wenn die Menge des empfangenen Lichtes des Streulichtanteiles
an der Fotodiode zwei ist, ist die Menge des empfangenen Lichtes, die
den Schwellwert angibt, 4. Wenn die Menge des empfangenen Lichtes
des Nachweissignalanteils 10 ist, ist der Spielraum des
fotoelektrischen Sensors 3 (= 12/4). Wenn die Menge des empfangenen
Lichtes des Streulichtanteiles an der Fotodiode sich von 2 auf 1
reduziert, wird die Menge des empfangenen Lichtes, die den Schwellwert
angibt, 2. Wenn die Menge des empfangenen Lichtes des Nachweissignalanteils 10 ist,
wird der Spielraum des Sensors 5.5 (= 11/2). Wenn der Streulichtanteil
sich reduziert, kann der Spielraum des Sensors erhöht werden,
selbst wenn die Größe des Signalanteils die gleiche ist.
Mit anderen Worten kann die Nachweisleistung des Sensors verbessert
werden.
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Die
hierin offenbarte Ausführungsform ist in allen Aspekten
darstellend und sollte nicht als einschränkend interpretiert
werden. Der Umfang der Erfindung ist vielmehr durch die Ansprüche
als durch die obige Beschreibung angegeben und alle äquivalenten Änderungen
im Sinne der Ansprüche und innerhalb des Umfanges der Erfindung
sind beabsichtigt, mit umfasst zu sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 10-255611 [0005, 0007]
- - JP 10-255612 [0006, 0006, 0007]