DE202014009922U1

DE202014009922U1 - Fotoelektrischer Sensor

Info

Publication number: DE202014009922U1
Application number: DE202014009922.7U
Authority: DE
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2014-02-23
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-01-20
Anticipated expiration: 2024-12-17
Also published as: JP2015158389A; JP6323057B2; CN203870251U

Abstract

Fotoelektrischer Sensor, aufweisend: einen Projektor, der Detektionslicht abgibt, ein Objektiv, das das vom Projektor abgestrahlte Detektionslicht in einem Detektionsbereich bündelt, einen Strahlengangteiler, der im Strahlengang des Detektionslichts zwischen dem Projektor und dem Objektiv angeordnet ist und den Strahlengang des Detektionslichts und den Strahlengang von Rücklicht, wobei es sich um extern reflektiertes Detektionslicht handelt, trennt, einen Strahlenganganpassungsabschnitt, der einen ersten Brechungsabschnitt, einen Reflektor und einen zweiten Brechungsabschnitt umfasst und die Ausrichtung des Strahlengangs des Rücklichts in eine bestimmte Richtung ändert, einen optischen Empfänger, der das Rücklicht vom Strahlenganganpassungsabschnitt empfängt, einen ersten Lichtblockierungsabschnitt, der eine erste Öffnung zum Durchlassen vom Rücklicht umfasst und verhindert, dass Streulicht, welches nicht das Rücklicht ist, in den Strahlenganganpassungsabschnitt eingestrahlt wird, und einen zweiten Lichtblockierungsabschnitt, der im Strahlengang von Licht angeordnet ist, das von der ersten Öffnung direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt gerichtet ist, wobei der erste Brechungsabschnitt das Rücklicht vom Strahlengangteiler in paralleles Licht umwandelt, der Reflektor das parallele Licht vom ersten Brechungsabschnitt in die bestimmte Richtung reflektiert, der zweiten Brechungsabschnitt das parallele Licht vom Reflektor zum optischen Empfänger hin bündelt und der erste Lichtblockierungsabschnitt zwischen dem Strahlengangteiler und dem Strahlenganganpassungsabschnitt vorgesehen ist.

Description

1. Technischer Bereich
Die vorliegende Erfindung betrifft einen fotoelektrischen Sensor.
2. Stand der Technik
Als ein Beispiel eines herkömmlichen fotoelektrischen Sensors ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-254661 ein fotoelektrischer Sensor des retroreflektierenden Typs aufgeführt. Der fotoelektrische Sensor weist ein Leuchtelement, das Detektionslicht abstrahlt, ein Objektiv, das das Detektionslicht in einen Detektionsbereich bündelt, einen Halbspiegel, der eine Teilung in einen Strahlengang des Detektionslichts und in Rücklicht von einer Retroreflexionsplatte vornimmt, und ein optische Empfangselement auf, das das Rücklicht vom Halbspiegel empfängt. Bei dem fotoelektrischen Sensor ist unmittelbar über dem optischen Empfangselement ein Schlitz vorgesehen, der verhindert, dass ein Teil des vom Leuchtelement abgestrahlten Lichts als Streulicht in das optische Empfangselement eingestrahlt wird. Auf diese Weise kann die Detektionsgenauigkeit des fotoelektrischen Sensors erhöht werden.
Überblick
Bei dem fotoelektrischen Sensor des retroreflektierenden Typs der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-254661 sind der Projektor und der optische Empfänger jedoch derart angeordnet, dass ihre optischen Achsen rechtwinklig aufeinandertreffen. Indem die Anordnung des Projektors und des optischen Empfängers in dieser Weise eingeschränkt ist, muss wenigstens einer von dem Projektor und dem optischen Empfänger als Leitelement vom Substrat entfernt angeordnet sein, und das Leitelement muss elektrisch mit dem Substrat verbunden, oder das Substrat, auf dem der Projektor angeordnet ist, und das Substrat, auf dem der optische Empfänger angeordnet ist, müssen rechtwinklig aufeinandertreffend angeordnet und die beiden Substrate elektrisch verbunden werden, wodurch der Herstellungsprozess kompliziert wird. Daher nehmen auch die Herstellungskosten zu. Während in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-254661 zwar das Einstrahlen von Streulicht in das optische Empfangselement verhindert wird, wird keine Technik zum Erhöhen des Freiheitsgrads beim Anordnen des Projektors oder des optischen Empfängers aufgezeigt.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das genannte Problem zu lösen und einen fotoelektrischen Sensor bereitzustellen, wobei der Freiheitsgrad beim Anordnen des Projektors oder des optischen Empfängers erhöht werden kann und der zugleich eine ausgezeichnete Detektionsgenauigkeit aufweist.
Ein fotoelektrischer Sensor gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung weist einen Projektor, ein Objektiv, einen Strahlengangteiler, einen Strahlenganganpassungsabschnitt, einen optischen Empfänger, einen ersten Lichtblockierungsabschnitt und einen zweiten Lichtblockierungsabschnitt auf. Der Projektor gibt Detektionslicht ab. Das Objektiv bündelt das vom Projektor abgestrahlte Detektionslicht in einem Detektionsbereich. Der Strahlengangteiler ist im Strahlengang des Detektionslichts zwischen dem Projektor und dem Objektiv angeordnet und trennt den Strahlengang des Detektionslichts und den Strahlengang von Rücklicht, wobei es sich um extern reflektiertes Detektionslicht handelt. Der Strahlenganganpassungsabschnitt ändert die Ausrichtung des Rücklichtstrahlengangs in eine bestimmte Richtung. Der Strahlenganganpassungsabschnitt umfasst einen ersten Brechungsabschnitt und einen Reflektor und einen zweiten Brechungsabschnitt. Der erste Brechungsabschnitt wandelt Rücklicht vom Strahlengangteiler in paralleles Licht um. Der Reflektor reflektiert das parallele Licht vom ersten Brechungsabschnitt in eine bestimmte Richtung. Der zweite Brechungsabschnitt bündelt das parallele Licht vom Reflektor zum optischen Empfänger hin. Der optische Empfänger empfängt das Rücklicht vom Strahlenganganpassungsabschnitt. Der erste Lichtblockierungsabschnitt verhindert, dass anderes Licht als das Rücklicht, also Streulicht, in den Strahlenganganpassungsabschnitt eingestrahlt wird. Der erste Lichtblockierungsabschnitt ist zwischen dem Strahlengangteiler und dem Strahlenganganpassungsabschnitt vorgesehen. Der erste Lichtblockierungsabschnitt umfasst eine erste Öffnung, die Rücklicht durchlässt. Der zweite Lichtblockierungsabschnitt ist im Strahlengang von Licht angeordnet, das von der ersten Öffnung direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt gerichtet ist.
Ein Winkel, der von der optischen Achse des Objektivs und dem Strahlengangteiler gebildet wird, beträgt vorzugsweise mehr als 45 Grad.
Vorzugsweise weisen der erste Brechungsabschnitt und der zweite Brechungsabschnitt eine Objektivfunktion auf. Ein erster Winkel, der von einer ersten optischen Achse des ersten Brechungsabschnitts und einer zweiten optischen Achse des zweiten Brechungsabschnitts gebildet wird, beträgt vorzugsweise weniger als 90 Grad.
Ein auf dem ersten Winkel basierender Einstrahlwinkel des Reflektors ist vorzugsweise größer als ein Grenzwinkel, der vom Brechungsindex des Materials des Strahlenganganpassungsabschnitts bestimmt wird und dazu dient, zweites paralleles Licht am Reflektor vollständig zu reflektieren.
Der Projektor und der optische Empfänger sind vorzugsweise auf einem flachen Substrat angeordnet.
Die optische Achse des Objektivs und die zweite optische Achse sind vorzugsweise parallel.
Vorzugsweise weist der fotoelektrische Sensor außerdem eine Blende auf, die zwischen dem Projektor und dem Strahlengangteiler vorgesehen ist. Die erste Öffnung ist in Bezug auf den Strahlengangteiler an einer Position symmetrisch zur Blende vorgesehen.
Die Blende umfasst vorzugsweise eine erste Teilblende und eine zweite Teilblende. Die erste Teilblende ist weiter als die zweite Teilblende vom Projektor entfernt vorgesehen. Die erste Teilblende umfasst vorzugsweise eine zweite Öffnung. Die zweite Teilblende umfasst vorzugsweise eine dritte Öffnung. Die zweite Öffnung ist kleiner als die dritte Öffnung. Mit zunehmender Nähe zum Strahlenganganpassungsabschnitt wird der Öffnungsdurchmesser der ersten Öffnung vorzugsweise größer und weist eine kegelstumpfartige Form auf.
Der Strahlenganganpassungsabschnitt umfasst vorzugsweise einen Hauptabschnitt, einen ersten Anbringungsabschnitt und einen zweiten Anbringungsabschnitt. Der Hauptabschnitt weist eine dreieckige Form auf, wenn er aus einer Richtung vertikal zu einer Fläche betrachtet wird, die die erste optische Achse und die zweite optische Achse enthält. Der Hauptabschnitt umfasst einen ersten Brechungsabschnitt, einen zweiten Brechungsabschnitt und einen Reflektor. Der erste Anbringungsabschnitt und der zweite Anbringungsabschnitt fixieren die Ausrichtung des Strahlenganganpassungsabschnitts. Der erste Anbringungsabschnitt und der zweite Anbringungsabschnitt erstrecken sich vorzugsweise an Kanten, die durch zwei Scheitelpunkte der Dreieckscheitelpunkte, die nicht der dem zweiten Lichtblockierungsabschnitt nächste Scheitelpunkt sind, gebildet werden, in Außenrichtung des Hauptabschnitts.
Vorzugsweise umfasst der fotoelektrische Sensor außerdem einen ersten optischen Geräteträger. Der Strahlenganganpassungsabschnitt umfasst vorzugsweise einen Vorsprung, der vertikal zur ersten Fläche vorspringt. Der erste optische Geräteträger umfasst vorzugsweise eine Durchgangsbohrung, in die der Vorsprung eingesetzt wird. Vorzugsweise wird der Vorsprung durch eine Innenwand der Durchgangsbohrung befestigt.
Vorzugsweise sind der Hauptabschnitt, der erste Anbringungsabschnitt, der zweite Anbringungsabschnitt und der Vorsprung einstückig gebildet.
Vorzugsweise umfasst der erste optische Geräteträger eine Basis, einen ersten Klemmabschnitt und einen zweiten Klemmabschnitt. Die Basis nimmt den Hauptabschnitt auf. Der erste Klemmabschnitt klemmt den ersten Anbringungsabschnitt fest. Der zweite Klemmabschnitt klemmt den zweiten Anbringungsabschnitt fest. Vorzugsweise umfasst der erste Klemmabschnitt einen ersten Keilabschnitt und einen ersten Aufnahmeabschnitt. Der erste Keilabschnitt drückt auf einen ersten Anbringungsabschnitt. Der erste Aufnahmeabschnitt nimmt den ersten Anbringungsabschnitt auf. Vorzugsweise umfasst der zweite Klemmabschnitt einen zweiten Keilabschnitt und einen zweiten Aufnahmeabschnitt. Der zweite Keilabschnitt drückt auf einen zweiten Anbringungsabschnitt. Der zweite Aufnahmeabschnitt nimmt den zweiten Anbringungsabschnitt auf. Vorzugsweise umfasst der erste Keilabschnitt einen ersten pfeilerförmigen Abschnitt und einen ersten Pyramidenstumpfabschnitt. Der erste pfeilerförmige Abschnitt weist die Form eines Pfeilers auf und erstreckt sich von der Basis aus vertikal zu dieser. Der erste Pyramidenstumpfabschnitt weist die Form eines Pyramidenstumpfs auf und erstreckt sich in der Richtung, von der sich der erste pfeilerförmige Abschnitt von der Basis aus erstreckt, vom ersten pfeilerförmigen Abschnitt. Vorzugsweise umfasst der zweite Keilabschnitt einen zweiten pfeilerförmigen Abschnitt und einen zweiten Pyramidenstumpfabschnitt. Der zweite pfeilerförmige Abschnitt weist die Form eines Pfeilers auf und erstreckt sich von der Basis aus vertikal zu dieser. Der zweite Pyramidenstumpfabschnitt weist die Form eines Pyramidenstumpfs auf und erstreckt sich in der Richtung, von der sich der zweite pfeilerförmige Abschnitt von der Basis aus erstreckt, vom ersten pfeilerförmigen Abschnitt.
Der erste Klemmabschnitt umfasst vorzugsweise einen ersten Führungsabschnitt. Der erste Führungsabschnitt ist seitlich vom ersten Keilabschnitt und ersten Aufnahmeabschnitt und außerhalb eines Bereichs des ersten optischen Geräteträgers, an dem der Strahlenganganpassungsabschnitt angebracht ist, mit zunehmender Annäherung an den ersten Keilabschnitt und den ersten Aufnahmeabschnitt zur Basis hin geneigt. Der zweite Klemmabschnitt umfasst vorzugsweise einen zweiten Führungsabschnitt. Der zweite Führungsabschnitt ist seitlich vom zweiten Keilabschnitt und zweiten Aufnahmeabschnitt und außerhalb eines Bereichs des ersten optischen Geräteträgers, an dem der Strahlenganganpassungsabschnitt angebracht ist, mit zunehmender Annäherung an den zweiten Keilabschnitt und den zweiten Aufnahmeabschnitt zur Basis hin geneigt.
Der erste optische Geräteträger umfasst vorzugsweise einen Wandabschnitt und einen dritten Keilabschnitt. Der Wandabschnitt ist an der Innenwand der Durchgangsbohrung vorgesehen und nimmt den Vorsprung auf. Der dritte Keilabschnitt ist an der Innenwand der Durchgangsbohrung vorgesehen, springt vom Wandabschnitt ins Innere der Durchgangsbohrung vor und drückt auf den Vorsprung.
Vorzugsweise umfasst der fotoelektrische Sensor außerdem einen zweiten optischen Geräteträger. Der zweite optische Geräteträger ist am ersten optischen Geräteträger befestigt und drückt von der gegenüberliegenden Seite der Basis aus auf den Strahlenganganpassungsabschnitt.
Der fotoelektrische Sensor des ersten Aspekts weist einen Strahlenganganpassungsabschnitt auf, der die Ausrichtung des Strahlengangs von Rücklicht in eine bestimmte Richtung ändert. Hierdurch kann mehr Anordnungsfreiheit für den Projektor oder den optischen Empfänger erzielt werden.
Außerdem weist der fotoelektrische Sensor einen ersten Lichtblockierungsabschnitt, der ein Einstrahlen von Streulicht, das kein Rücklicht ist, in den Strahlenganganpassungsabschnitt verhindert, und einen zweiten Lichtblockierungsabschnitt auf, der Licht blockiert, das aus der ersten Öffnung des ersten Lichtblockierungsabschnitts direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt des Strahlenganganpassungsabschnitts gerichtet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein Teil des vom Leuchtelement abgestrahlten Lichts als Streulicht in das optische Empfangselement eingestrahlt wird, und die Detektionsgenauigkeit wird erhöht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es zeigen:
1 eine Ansicht der Gesamtkonfigurierung des fotoelektrischen Sensors;
2 eine perspektivische Außenansicht eines Messkopfes von der Seite des Projektors und optischen Empfängers aus betrachtet;
3 eine Ansicht der Innenkonfigurierung des Messkopfes;
4 eine vergrößerte Ansicht der Umgebung einer Blende;
5(a) bis (c) Ansichten, die die Form eines Strahlenganganpassungsabschnitts veranschaulichen;
6 eine Ansicht eines Zustands, in dem der Strahlenganganpassungsabschnitt am ersten optischen Geräteträger angebracht ist;
7 eine Ansicht eines Zustands, in dem der Strahlenganganpassungsabschnitt vom ersten optischen Geräteträger abgenommen ist;
8 eine Ansicht bei Betrachtung der Elemente aus 7 in Richtung des Pfeils VIII von schräg oben;
9 eine Ansicht bei Betrachtung der Elemente aus 7 in Richtung des Pfeils IX von schräg oben;
10 eine Ansicht eines Zustands, in dem der zweite optische Geräteträger an den Elementen aus 7 angebracht ist; und
11 eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI aus 10.
Detaillierte Beschreibung
Im Folgenden sollen unter Bezugnahme auf die Figuren eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben werden. In den Figuren sind dabei gleiche oder einander entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Ansicht der Gesamtkonfigurierung eines fotoelektrischen Sensors 1. Der fotoelektrische Sensor 1 umfasst einen Messkopf 2, ein Kabel 3 und eine Retroreflexionsplatte 5.
Der Messkopf 2 strahlt Detektionslicht A ab, wobei es sich um paralleles Licht handelt. Die Retroreflexionsplatte 5 ist gegenüber dem Messkopf 2 angeordnet und reflektiert das vom Messkopf 2 abgestrahlte Detektionslicht A an der Retroreflexionsplatte 5, wodurch es zu Rücklicht B wird. Bei dem Detektionslicht A handelt es sich beispielsweise um sichtbares Licht, doch liegen bezüglich seiner Wellenlänge keine besonderen Einschränkungen vor, solange es sich um Licht handelt, das von der Retroreflexionsplatte 5 retroreflektiert wird. Der Messkopf 2 wird über das Kabel 3 mit einer Betriebsspannung versorgt. Wenn der Messkopf 2 die Betriebsspannung erhält, strahlt er Detektionslicht A ab und erzeugt außerdem ein elektrisches Signal, das die empfangene Menge an Rücklicht B darstellt. Der Messkopf 2 weist Funktionen auf, mit denen er etwa anhand des elektrischen Signals detektiert, ob ein Detektionsobjekt vorhanden ist, oder ein Signal ausgibt, das die am Messkopf 2 empfangene Lichtmenge darstellt.
An der Retroreflexionsplatte 5 ist eine Vielzahl von Winkelreflektoren angeordnet. Das Detektionslicht A wird im Inneren der Retroreflexionsplatte 5 reflektiert und wird so schließlich zu Rücklicht B. Das Rücklicht B verläuft auf derselben Achse wie das Detektionslicht A und pflanzt sich auf einem Weg parallel zum Weg des Detektionslichts A in entgegengesetzter Richtung zum Detektionslicht A fort.
Der fotoelektrische Sensor 1 detektiert anhand der vom Messkopf 2 empfangenen Lichtmenge, ob ein Detektionsobjekt vorhanden ist. Wenn kein Messobjekt 6 im Detektionsbereich 7 im Strahlengang des Detektionslichts A vorhanden ist, wird das aus dem Messkopf 2 getretene Detektionslicht A von der Retroreflexionsplatte 5 reflektiert und als Rücklicht B wieder in den Messkopf 2 eingestrahlt. Wenn dagegen ein Messobjekt 6 im Detektionsbereich 7 vorhanden ist, wird das Detektionslicht A vom Messkopf 2 durch das Messobjekt 6 blockiert, so dass die vom Messkopf 2 empfangene Menge an Rücklicht B abnimmt. Abhängig davon, ob ein Messobjekt 6 im Detektionsbereich 7 vorhanden ist oder nicht, verändert sich die Lichtempfangsmenge am Messkopf 2, und anhand dieser Lichtempfangsmenge kann das Objekt detektiert werden. Der Messkopf 2 empfängt beispielsweise ein elektrisches Signal, das die am Messkopf 2 empfangene Lichtmenge darstellt, und vergleicht diese Lichtempfangsmenge mit einem bestimmten Schwellenwert, um zu detektieren, ob ein Messobjekt 6 im Detektionsbereich 7 vorhanden ist.
Der fotoelektrische Sensor 1 ist ein fotoelektrischer Sensor des koaxial retroreflektierenden Typs, wobei der Projektionsstrahlengang und der Empfangsstrahlengang im Inneren des Messkopfes 2 durch ein optisches Element getrennt werden. Als fotoelektrischer Sensor des retroreflektierenden Typs existiert auch ein stereoskopischer Typ, wobei der Projektionsstrahlengang und der Empfangsstrahlengang physisch getrennt werden. Wenn bei einem stereoskopischen fotoelektrischen Sensor des retroreflektierenden Typs der Abstand zwischen Messkopf und Retroreflexionsplatte gering ist, kommt es vor, dass nur ein Teil des von der Retroreflexionsplatte reflektierten Lichts in das optische Empfangselement eingestrahlt wird. Bei einem fotoelektrischen Sensor des koaxial retroreflektierenden Typs dagegen kann dieses Problem vermieden werden, und eine Abnahme der Lichtempfangsmenge kann vermieden werden. Mit einem fotoelektrischen Sensor des koaxial retroreflektierenden Typs kann also im Vergleich zu einem stereoskopischen fotoelektrischen Sensor des retroreflektierenden Typs die Detektionsgenauigkeit verbessert werden.
2 zeigt eine perspektivische Außenansicht des Messkopfes 2 aus 1 von der Seite des Projektors und optischen Empfängers aus betrachtet. Bezug nehmend auf 2 weist der Messkopf 2 ein Gehäuse 10, ein Fenster 11 und eine Schutzabdeckung 12 auf. Das Gehäuse 10 weist einen Öffnungsabschnitt auf, der den Projektor, den optischen Empfänger und dergleichen aufnimmt und das vom Projektor abgestrahlte Detektionslicht A sowie das vom optischen Empfänger empfangene Rücklicht B durchlässt.
Das Fenster 11 ist aus einem lichtdurchlässigen Material (beispielsweise transparentem Harz) gebildet. Obgleich nicht dargestellt, ist im Inneren des Gehäuses 10 eine Anzeigeleuchte vorgesehen, die durch ihren Leucht- bzw. Ausschaltzustand anzeigt, ob eine Stromversorgung vorliegt und/oder ob ein Messobjekt vorhanden ist. Das Fenster 11 dient dazu, dass der Benutzer den Leucht- bzw. Ausschaltzustand der Anzeigeleuchte erkennen kann.
Eine Schutzabdeckung 12 ist am Gehäuse 10 angebracht und deckt den Öffnungsabschnitt des Gehäuses 10 ab. Im Inneren der Schutzabdeckung 12 ist an einer Stelle, die mit dem Öffnungsabschnitt des Gehäuses 10 übereinstimmt, ein Objektiv 24 (siehe 3) angeordnet. Das Detektionslicht A wird von dessen Fläche abgestrahlt, und das Rücklicht B strahlt auf seine Fläche ein.
3 zeigt eine Ansicht der Innenkonfigurierung des Messkopfes 2. In 3 wird der Einfachheit halber auf die Darstellung einiger Teile des Messkopfes 2 verzichtet. Außerdem zeigt 3 der Einfachheit halber alle Teile in Schnittansicht. Der Messkopf 2 umfasst eine Leuchtdiode 20, eine Fotodiode 26, ein Substrat 25, eine Blende 19, einen Halbspiegel 23, das Objektiv 24, einen Strahlenganganpassungsabschnitt 40 und einen ersten optischen Geräteträger 30. Der erste optische Geräteträger 30 trägt verschiedene optische Geräte wie die Blende 19, den Halbspiegel 23, das Objektiv 24 und den Strahlenganganpassungsabschnitt 40. Der erste optische Geräteträger 30 ist durch eine Führungsschiene (nicht dargestellt) im Inneren des Gehäuses 10 in seiner Position fixiert. Der erste optische Geräteträger 30 umfasst eine erste Öffnung 31, einen ersten Lichtblockierungsabschnitt 32, einen ersten Klemmabschnitt 34, einen zweiten Klemmabschnitt 35, eine Durchgangsbohrung 36, eine zweite Öffnung 37 und einen zweiten Lichtblockierungsabschnitt 38.
Die Leuchtdiode 20 ist als Projektor zum Abstrahlen von Detektionslicht A vorgesehen. In 2 und 3 ist der Weg des von der Leuchtdiode 20 abgestrahlten Detektionslichts A als durchgezogener Pfeil gezeigt.
Die Leuchtdiode 20 umfasst einen Leuchtdiodenchip 21 zum Abstrahlen von Detektionslicht A und eine lichtdurchlässige Harzschicht 22 zum Abdichten des Leuchtdiodenchips 21.
Die Fotodiode 26 ist als optischer Empfänger zum Empfangen von Rücklicht B vorgesehen. In 2 und 3 ist der Weg des Rücklichts B, das von der Retroreflexionsplatte 5 (siehe 1) zur Fotodiode 26 reflektiert wird, als punktierter Pfeil gezeigt. Die Fotodiode 26 umfasst ein Basiselement 27, einen Fotodiodenchip 28, der auf der Hauptoberfläche des Basiselements 27 montiert ist und Rücklicht B empfängt, und eine lichtdurchlässige Harzschicht 29 zum Abdichten des Fotodiodenchips 28 auf der Hauptoberfläche des Basiselements 27.
Die Leuchtdiode 20 und die Fotodiode 26 sind beide als Oberflächenmontageelemente gebildet und sind auf derselben Hauptfläche des Substrats 25 montiert. Vorzugsweise ist das Substrat 25 plattenförmig gebildet. Das heißt, die Leuchtdiode 20 und die Fotodiode 26 sind auf einem flachen Substrat angeordnet.
Die Blende 19 schränkt die Ausbreitung des von der Leuchtdiode 20 abgestrahlten Detektionslichts A ein und reguliert eine Punktgröße im Detektionsbereich 7. Die Blende 19 ist zwischen der Leuchtdiode 20 und dem Halbspiegel 23 angeordnet. Genauer ist die Blende 19 benachbart zur Leuchtdiode 20 angeordnet.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Umgebung der Blende 19. Bezug nehmend auf 4 umfasst die Blende 19 eine erste Teilblende 17 und eine zweite Teilblende 18. Die ersten Teilblende 17 ist weiter von der Leuchtdiode 20 entfernt vorgesehen als die zweite Teilblende 18. Die erste Teilblende 17 umfasst eine vierte Öffnung 17a. Die zweite Teilblende 18 umfasst eine fünfte Öffnung 18a. Die vierte Öffnung 17a und die fünfte Öffnung 18a sind vorzugsweise rund, doch liegt in dieser Hinsicht keine Einschränkung vor. Der Durchmesser der vierten Öffnung 17a ist kleiner als der Durchmesser der fünften Öffnung 18a. Das heißt, die vierte Öffnung 17a ist kleiner als die fünfte Öffnung 18a.
Wenn die vierte Öffnung 17a und die fünfte Öffnung 18a rund sind, stimmt der Mittelpunkt der Öffnung mit der optischen Achse des Detektionslichts A von der Leuchtdiode 20 zum Halbspiegel 23 überein.
Die erste Öffnung 31 ist eine Öffnung, die größer als die Blende 19 ist. Die erste Öffnung 31 ist benachbart zur Blende 19 vorgesehen. Mit zunehmender Nähe zum Strahlenganganpassungsabschnitt 40 wird der Öffnungsdurchmesser der ersten Öffnung 31 größer und weist eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form auf. Eine Axiallinie durch den Öffnungsmittelpunkt der ersten Öffnung 31 stimmt mit der optischen Achse des Detektionslichts A von der Leuchtdiode 20 zum Halbspiegel 23 überein. Die Axiallinie durch den Öffnungsmittelpunkt der ersten Öffnung 31 stimmt außerdem mit einer optischen Achse 101 des im Folgenden beschriebenen ersten Objektivs 24 überein. Das von der Leuchtdiode 20 abgestrahlte Detektionslicht A tritt durch die Blende 19 und die erste Öffnung 31, und erreicht den Halbspiegel 23.
Der Halbspiegel 23 lässt einen Teil des Detektionslichts A und des Durchlasslichts B durch, während er den anderen Teil reflektiert.
Der Halbspiegel 23 ist zwischen der Leuchtdiode 20 und dem Objektiv 24 im Strahlengang des Detektionslichts A angeordnet. Der Halbspiegel 23 ist ein Strahlengangteiler, der den Strahlengang des Detektionslichts A (Projektionsstrahlengang) und den Strahlengang des Rücklichts B (Empfangsstrahlengang) voneinander trennt.
Das Objektiv 24 bündelt das von der Leuchtdiode 20 abgestrahlte Detektionslicht A im Detektionsbereich 7.
Das Objektiv 24 weist eine Mittelachse 101 auf, die die optische Achse des Objektivs 24 ist. Außerdem kann das Objektiv 24 Licht, das von wenigstens einem Punkt der Leuchtdiode 20 abgestrahlt wird, in eine Richtung parallel zur optischen Achse 101 des Objektivs 24 brechen. In der Ausführungsform weist das Objektiv 24 eine in Bewegungsrichtung des Detektionslichts A aufgewölbte Form auf. Die Leuchtdiode 20 ist dem Objektiv 24 unter Einhaltung eines Abstands zugewandt. Die Leuchtdiode 20 und das Objektiv 24 sind gegenüber voneinander angeordnet.
Das Detektionslicht A von der Leuchtdiode 20 wird über die Blende 19 die erste Öffnung 31, den Halbspiegel 23 und das Objektiv 24 zum Detektionsbereich 7 hin abgestrahlt. Das an der Retroreflexionsplatte 5 reflektierte Rücklicht B wird in das Objektiv 24 eingestrahlt und zum Halbspiegel 23 hin abgestrahlt. Das vom Objektiv 24 abgestrahlte Rücklicht B wird vom Halbspiegel 23 reflektiert.
Da hier ein Winkel α, den die optische Achse des Objektivs 24 und der Halbspiegel 23 bilden, geringfügig größer als 45 Grad ist, ist ein Winkel β, den der Strahlengang des Rücklichts B, das durch die optische Achse des Objektivs 24 in den Halbspiegel 23 eingestrahlt wird, und der Strahlengang des Rücklichts B, das im Strahlengang vom Halbspiegel 23 reflektiert wird, bilden, geringfügig kleiner als 90 Grad.
Zwischen dem Halbspiegel 23 und dem Strahlenganganpassungsabschnitt 40 ist ein erster Lichtblockierungsabschnitt 32 vorgesehen. Der erste Lichtblockierungsabschnitt 32 umfasst eine dritte Öffnung 33, die vom Halbspiegel 23 reflektiertes Rücklicht B durchlässt. Vom Halbspiegel 23 reflektiertes Rücklicht B tritt also, wie in der Zeichnung anhand der gestrichelten Linie gezeigt, durch die im ersten Lichtblockierungsabschnitt 32 gebildete dritte Öffnung 33 und erreicht den Strahlenganganpassungsabschnitt 40. Eine Öffnung, durch die Streulicht treten kann, das entsteht, wenn ein Teil des von der Leuchtdiode 20 abgegebenen Lichts nicht vom Objektiv 24 abgestrahlt, sondern im Inneren des fotoelektrischen Sensors 1 gestreut wird, gibt es mit Ausnahme der dritten Öffnung 33 am ersten Lichtblockierungsabschnitt 32 nicht. Somit verhindert der ersten Lichtblockierungsabschnitt 32, dass vom Halbspiegel 23 reflektiertes Streulicht, das kein Rücklicht B ist, in den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 eingestrahlt wird. Zudem ist ein Winkel α derart eingestellt, dass der Winkel β geringfügig kleiner als 90 Grad ist. Verglichen mit einer Einstellung des Winkels β auf 90 Grad kann das vom Objektiv 24 reflektierte und zurückkehrende Streulicht deshalb weniger leicht durch die dritte Öffnung gelangen, wodurch die Menge an Streulicht, das durch die dritte Öffnung 33 tritt, weiter verringert werden kann.
Mit zunehmender Nähe zum Strahlenganganpassungsabschnitt 40 wird der Öffnungsdurchmesser der dritten Öffnung 33 größer und weist eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form auf. Diese Form entspricht der Form der Blende 19. Eine Axiallinie durch den Öffnungsmittelpunkt der dritten Öffnung 33 stimmt mit der optischen Achse von Rücklicht B überein, das an der optischen Achse des Objektivs 24 auf den Halbspiegel 23 eingestrahlt und vom Halbspiegel 23 reflektiert wird. Die Axiallinie durch den Öffnungsmittelpunkt der dritten Öffnung 33 stimmt außerdem mit einer optischen Achse 102 eines im Folgenden beschriebenen ersten Brechungsabschnitts 42 überein. Die dritte Öffnung 33 ist in Bezug auf den Halbspiegel 23 an einer Position symmetrisch zur Blende 19 vorgesehen. Das heißt, die dritte Öffnung 33 ist in Bezug auf eine gedachte Ebene, die zwischen den zwei Flächen des Halbspiegels 23 verläuft, an einer Position etwa symmetrisch zur Blende 19 angeordnet. Mit anderen Worten, eine Entfernung D1 zwischen dem Halbspiegel 23 und der Blende 19 auf der optischen Achse 101 des Objektivs 24 und eine Entfernung D2 zwischen dem Halbspiegel 23 und der dritten Öffnung 33 auf der optische Achse 102 des im Folgenden beschriebenen ersten Brechungsabschnitts 42 sind im Wesentlichen gleich. Auf diese Weise lässt die dritte Öffnung 33 kaum Licht mit Ausnahme des Rücklichts B durch, das auf dem Detektionslicht A beruht, dessen Ausbreitung durch die Blende 19 eingeschränkt wurde.
Der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 ändert die Richtung des durch die dritte Öffnung 33 getretenen Rücklichts B in eine bestimmte Richtung. Der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 weist einen Hauptabschnitt 41 mit erstem Brechungsabschnitt 42 und einem Reflektor 43 und einem zweiten Brechungsabschnitt 44 auf. Der erste Brechungsabschnitt 42 wandelt das Rücklicht B vom Halbspiegel 23 in paralleles Licht um. Das heißt, der erste Brechungsabschnitt 42 wandelt das durch die dritte Öffnung 33 getretene Rücklicht B in paralleles Licht um. Der Reflektor 43 ist flach gebildet und reflektiert das parallele Licht vom ersten Brechungsabschnitt 42 in eine bestimmte Richtung. Der zweite Brechungsabschnitt 44 bündelt das parallele Licht vom Reflektor 43 zur Fotodiode 26 hin. Auf diese Weise empfängt die Fotodiode 26 das Rücklicht B vom Strahlenganganpassungsabschnitt 40. Bei der bestimmten Richtung handelt es sich dabei vorzugsweise um eine Richtung parallel zur optischen Achse des Objektivs 24.
Der erste Brechungsabschnitt 42 und der zweite Brechungsabschnitt 44 weisen eine Objektivfunktion auf. Der erste Brechungsabschnitt 42 weist eine Mittelachse 102 auf, die die optische Achse des Objektivs ist. Der zweite Brechungsabschnitt 44 weist eine Mittelachse 103 auf, die die optische Achse des Objektivs ist. Ein Winkel γ, der von der optischen Achse 102 des ersten Brechungsabschnitts 42 und der optischen Achse 103 des zweiten Brechungsabschnitts 44 gebildet wird, ist kleiner als 90 Grad. Vorzugsweise ist außerdem die optische Achse 103 des zweiten Brechungsabschnitts 44 parallel zur optischen Achse 101 des Objektivs 24.
Der Reflektor 43 reflektiert das gesamte parallele Licht vom ersten Brechungsabschnitt 42. Ein auf einem Winkel γ beruhender Einstrahlwinkel (γ/2) des parallelen Lichts am Reflektor 43 ist daher größer als ein Grenzwinkel θ zum Reflektieren des gesamten parallelen Lichts vom ersten Brechungsabschnitt 42 am Reflektor 43. Gemäß dem Snelliusschen Brechungsgesetz wird der Grenzwinkel θ vom Brechungsindex des Materials des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 und vom Brechungsindex der Luft bestimmt. Wenn also das Material des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 Polycarbonat ist, beträgt der Winkel γ vorzugswiese 80 Grad oder mehr. Indem der Reflektor 43 das parallele Licht vom ersten Brechungsabschnitt 42 vollständig reflektiert, kann der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 das Rücklicht B vom Halbspiegel 23 mit hoher Effizienz zur Fotodiode 26 lenken.
Der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 ist durch Einpressen in den ersten Klemmabschnitt 34, den zweiten Klemmabschnitt 35 und die Durchgangsbohrung 36 eingepresst und durch Einklemmen zwischen dem ersten optischen Geräteträger 30 und einem nachfolgend beschriebenen zweiten optischen Geräteträger 70 befestigt. Ein Verfahren zum Befestigen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 soll nachfolgend ausführlich beschrieben werden.
Zwischen dem zweiten Brechungsabschnitt 44 und der Fotodiode 26 und benachbart zum Fotodiodenchip 28 ist eine zweite Öffnung 37 gebildet. Die zweite Öffnung 37 ist vorzugsweise rund, und ihr Öffnungsmittelpunkt stimmt mit der optischen Achse 103 des zweiten Brechungsabschnitts 44 überein. Vom zweiten Brechungsabschnitt 44 gebündeltes Rücklicht B fällt durch die zweite Öffnung 37 in Richtung der Fotodiode 26. Der Bereich des von der Fotodiode 26 abgestrahlten Rücklichts B wird von der zweiten Öffnung 37 reguliert.
Ein zweiter Lichtblockierungsabschnitt 38 ist benachbart zum Strahlenganganpassungsabschnitt 40 angeordnet. Der zweite Lichtblockierungsabschnitt 38 ist seitlich vom zweiten Brechungsabschnitt 44 und seitlich vom ersten Brechungsabschnitt 42 vorgesehen. Damit der zweite Lichtblockierungsabschnitt 38 nicht in Kontakt mit einem Winkelabschnitt 45 des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 gelangt, ist am zweiten Lichtblockierungsabschnitt 38 eine Vertiefung 39 vorgesehen, die mit dem Winkelabschnitt 45 übereinstimmt. Der zweite Lichtblockierungsabschnitt 38 ist im Strahlengang von Licht angeordnet, das von der dritten Öffnung 33 direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt 44 gerichtet ist. Der zweite Lichtblockierungsabschnitt 38 blockiert also aus der dritten Öffnung 33 direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt 44 gerichtetes Streulicht. Bei dem Streulicht handelt es sich beispielsweise um von der Leuchtdiode 20 abgestrahltes Licht, das am Halbspiegel 23 reflektiert und durch streuende Reflexion am ersten optischen Geräteträger 30 streuend auf die dritte Öffnung 33 gerichtet wird. Bei dem Streulicht kann es sich beispielsweise auch um von der Leuchtdiode 20 in den Halbspiegel 23 eingestrahltes Licht handeln, das nicht durch den Halbspiegel 23 tritt und im Inneren des Halbspiegels 23 erneut reflektiert und anschließend vom Halbspiegel 23 auf die dritte Öffnung 33 gerichtet wird. Wenn dieses Streulicht an der Krümmungsfläche des zweiten Brechungsabschnitts 44 spiegelnd reflektiert wird, wird das Streulicht ohne Abschwächung in die Fotodiode 26 eingestrahlt. Der zweite Lichtblockierungsabschnitt 38 verhindert eine solche spiegelnde Reflexion des Streulichts an der Krümmungsfläche des zweiten Brechungsabschnitts 44. Damit wird verhindert, dass starkes Streulicht in die Fotodiode 26 eingestrahlt wird, und die Detektionsgenauigkeit des Rücklichts B an der Fotodiode 26 wird verbessert.
Als nächstes soll die Form des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 ausführlich beschrieben werden. 5 zeigt Ansichten, die die Form des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 veranschaulichen. 5(a) ist eine Draufsicht auf den Strahlenganganpassungsabschnitt 40. 5(b) ist eine Vorderansicht des Strahlenganganpassungsabschnitts 40. 5(c) ist eine Ansicht des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 von unten. In 5(a) bis (c) sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 umfasst außer dem Hauptabschnitt 41 einen ersten Anbringungsabschnitt 46, einen zweiten Anbringungsabschnitt 47, einen unteren Vorsprung 48, einen ersten oberen Vorsprung 50 und einen zweiten oberen Vorsprung 51. Der Hauptabschnitt 41, der erste Anbringungsabschnitt 46, der zweite Anbringungsabschnitt 47, der untere Vorsprung 48, der erste obere Vorsprung 50 und der zweite obere Vorsprung 51 sind durch Spritzgießen einstückig aus Harz gebildet. Auf diese Weise wird das Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 am ersten optischen Geräteträger 30 erleichtert.
Der Hauptabschnitt 41 umfasst, wie oben erwähnt, den ersten Brechungsabschnitt 42, den Reflektor 43 und den zweiten Brechungsabschnitt 44. Der Hauptabschnitt 41 weist eine im Wesentlichen dreieckige Form auf, wenn er aus einer Richtung vertikal zur ersten Fläche betrachtet wird, die die optische Achse 102 des ersten Brechungsabschnitts 42 und die optische Achse 103 des zweiten Brechungsabschnitts umfasst. Die erste Fläche entspricht also in 3 der Bodenfläche. Somit sind 5(a) und (c) Ansichten des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 bei Betrachtung aus einer Richtung vertikal zur ersten Fläche. In 5(a) sind die drei Scheitelpunkte des Dreiecks mit A, B, C bezeichnet. In 5(c) sind die drei Scheitelpunkte des Dreiecks mit A', B', C' bezeichnet. Die Scheitelpunkte A, A' entsprechen dem Winkelabschnitt 45 aus 3.
Der erste Anbringungsabschnitt 46 und der zweite Anbringungsabschnitt 47 erstrecken sich an Kanten, die durch zwei Scheitelpunkte der Dreieckscheitelpunkte, die nicht der dem zweiten Lichtblockierungsabschnitt 38 nächste Scheitelpunkt A (A') sind, gebildet werden, in Außenrichtung des Hauptabschnitts 41. Der erste Anbringungsabschnitt 46 und der zweite Anbringungsabschnitt 47 dienen dazu, die Ausrichtung des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 zu fixieren. 6 zeigt eine Ansicht eines Zustands, in dem der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 am ersten optischen Geräteträger 30 angebracht ist. In 6 sind wichtige optische Elemente, die vom ersten optischen Geräteträger 30 verdeckt werden, punktiert dargestellt. Bezug nehmend auf 6 wird der erste Anbringungsabschnitt 46 vom ersten Klemmabschnitt 34 festgeklemmt. Der zweiten Anbringungsabschnitt 47 wird vom zweiten Klemmabschnitt 35 festgeklemmt. Der zweite Anbringungsabschnitt 47 umfasst einen Vorsprung 52 zum Einrasten mit einem nachfolgend beschriebenen zweiten Keilabschnitt 351 (siehe 7 und 9). Wie in 5 zu erkennen ist, ist der erste Anbringungsabschnitt 46 länger als der zweite Anbringungsabschnitt 47. Indem auf diese Weise der erste Anbringungsabschnitt 46 und der zweite Anbringungsabschnitt 47 zum Befestigen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 entfernt vom Hauptabschnitt 41 angeordnet sind, kann der Fehler bei der Neigung und der Positionierung des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 verringert werden.
Der untere Vorsprung 48 springt in Bezug auf die erste Fläche vertikal vom Hauptabschnitt 41 vor. Das heißt, in 5(b) ragt der untere Vorsprung 48 vom Hauptabschnitt 41 nach unten. Der untere Vorsprung 48 springt an einer Position vor, die von der Mitte der Kanten BC (entspricht in 5(c) dem Punkt P') geringfügig zum ersten Anbringungsabschnitt 46 hin versetzt ist. Wie in 3 und 6 gezeigt, ist der untere Vorsprung 48 in die Durchgangsbohrung 36 eingesetzt.
Der erste obere Vorsprung 50 und der zweite obere Vorsprung 51 springen von einer Seitenfläche gegenüber der Seitenfläche des Hauptabschnitts 41, an der der untere Vorsprung 48 vorspringt, in Bezug auf die erste Fläche vertikal vor. Das heißt, in 5(b) ragt der untere Vorsprung 48 vom Hauptabschnitt 41 nach oben. Der erste obere Vorsprung 50 und der zweite obere Vorsprung 51 springen in der Nähe einer Position in der Mitte der Kanten BC (entspricht in 5(a) dem Punkt P) vor. Der erste obere Vorsprung 50 ist die Stelle des Harzangusses zum Zeitpunkt des Spritzgießens des Strahlenganganpassungsabschnitts 40. Der zweite obere Vorsprung 51 liegt an dem nachfolgend beschriebenen zweiten optischen Geräteträger 70 an.
Als nächstes sollen die Elemente zum Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 ausführlich beschrieben werden. 7 ist eine Ansicht eines Zustands, in dem der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 vom ersten optischen Geräteträger 30 abgenommen ist. In 7 sind wichtige optische Elemente, die vom ersten optischen Geräteträger 30 verdeckt werden, punktiert dargestellt. 8 ist eine Ansicht bei Betrachtung der Elemente aus 7 in Richtung des Pfeils VIII von schräg oben. 9 ist eine Ansicht bei Betrachtung der Elemente aus 7 in Richtung des Pfeils IX von schräg oben.
Bezug nehmend auf 7 umfasst der erste optische Geräteträger 30 eine flache Basis 30a zum Aufnehmen des Hauptabschnitts 41. In 7 ist ein Kontaktbereich zwischen dem Strahlenganganpassungsabschnitt 40 und dem ersten optischen Geräteträger 30 als Bereich 400 mit einer punktierten Linie dargestellt. Wenn der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 am ersten optischen Geräteträger 30 angebracht wird, gelangt also die Basis 30a in Kontakt mit dem Hauptabschnitt 41.
Bezug nehmend auf 6 bis 8 umfasst der erste Klemmabschnitt 34 einen ersten Keilabschnitt 341, einen ersten Aufnahmeabschnitt 342 und einen ersten Führungsabschnitt 343. Wie in 6 gezeigt, drückt der erste Keilabschnitt 341 auf den ersten Anbringungsabschnitt 46. Der erste Aufnahmeabschnitt 342 ist eine Fläche zum Aufnehmen des ersten Anbringungsabschnitts 46.
Bezug nehmend auf 8 umfasst der erste Keilabschnitt 341 einen ersten pfeilerförmigen Abschnitt 346 und einen ersten Pyramidenstumpfabschnitt 347. Der erste pfeilerförmige Abschnitt 346 ist ein im Wesentlichen dreieckiges pfeilerförmiges Element. Der Eckabschnitt, an dem der erste optische Geräteträger 30 in Kontakt mit dem ersten pfeilerförmigen Abschnitt 346 steht, ist rundlich gebildet. Der erste pfeilerförmige Abschnitt 346 erstreckt sich von der Basis 30a in einer zur Basis 30a vertikalen Richtung. Der erste Pyramidenstumpfabschnitt 347 ist ein im Wesentlichen dreieckiges pyramidenstumpfförmiges Element. Der Eckabschnitt, an dem der erste optische Geräteträger 30 in Kontakt mit dem ersten Pyramidenstumpfabschnitt 347 steht, ist rundlich gebildet. Der erste Pyramidenstumpfabschnitt 347 erstreckt sich in einer Erstreckungsrichtung des ersten pfeilerförmigen Abschnitts 346 von der Basis 30a vom ersten pfeilerförmigen Abschnitt 346. Da der ersten Keilabschnitt 341 den ersten Pyramidenstumpfabschnitt 347 aufweist, wird der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 beim Anbringen derart geführt, dass der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 in Kontakt mit dem ersten Aufnahmeabschnitt 342 gelangt. Dies vereinfacht das Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40. Indem beim Befestigen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 ferner ein Teil des vorderen Endes des ersten pfeilerförmigen Abschnitts 346 und des ersten Pyramidenstumpfabschnitts 347 zerquetscht wird, werden der erste pfeilerförmige Abschnitt 346 und der erste Pyramidenstumpfabschnitt 347 derart verpresst, dass sie den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 an den ersten Aufnahmeabschnitt 342 drücken. Auf diese Weise klemmt der erste Klemmabschnitt 34 den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 ein.
Der erste Führungsabschnitt 343 ist seitlich vom ersten Keilabschnitt 341 und ersten Aufnahmeabschnitt 342 und außerhalb des Bereichs 400 des ersten optischen Geräteträgers 30, an dem der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 angebracht ist, mit zunehmender Annäherung an den ersten Keilabschnitt 341 und den ersten Aufnahmeabschnitt 342 zur Basis 30a hin geneigt. Auf diese Weise wird der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 beim Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 an die richtige Anbringungsposition 400 geführt. Dies vereinfacht das Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40.
Bezug nehmend auf 6, 7 und 9 umfasst der zweite Klemmabschnitt 35 einen zweiten Keilabschnitt 351, einen zweiten Aufnahmeabschnitt 352 und einen zweiten Führungsabschnitt 353. Wie in 6 gezeigt, drückt der zweite Keilabschnitt 351 auf den zweiten Anbringungsabschnitt 47. Der zweite Aufnahmeabschnitt 352 ist eine Fläche zum Aufnehmen des zweiten Anbringungsabschnitts 47.
Bezug nehmend auf 9 umfasst der zweite Keilabschnitt 351 einen zweiten pfeilerförmigen Abschnitt 356 und einen zweiten Pyramidenstumpfabschnitt 357. Der zweite pfeilerförmige Abschnitt 356 ist ein im Wesentlichen dreieckiges pfeilerförmiges Element. Der Eckabschnitt, an dem der erste optische Geräteträger 30 in Kontakt mit dem zweiten pfeilerförmigen Abschnitt 356 steht, ist rundlich gebildet. Der zweite pfeilerförmige Abschnitt 356 erstreckt sich von der Basis 30a in einer zur Basis 30a vertikalen Richtung. Der zweite Pyramidenstumpfabschnitt 357 ist ein im Wesentlichen dreieckiges pyramidenstumpfförmiges Element. Der Eckabschnitt, an dem der erste optische Geräteträger 30 in Kontakt mit dem zweiten Pyramidenstumpfabschnitt 357 steht, ist rundlich gebildet. Der zweite Pyramidenstumpfabschnitt 357 erstreckt sich in einer Erstreckungsrichtung des zweiten pfeilerförmigen Abschnitts 356 von der Basis 30a vom zweiten pfeilerförmigen Abschnitt 356. Da der zweiten Keilabschnitt 351 den zweiten Pyramidenstumpfabschnitt 357 aufweist, wird der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 beim Anbringen derart geführt, dass der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 in Kontakt mit dem zweiten Aufnahmeabschnitt 352 gelangt. Dies vereinfacht das Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40. Indem beim Befestigen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 ferner ein Teil des vorderen Endes des zweiten pfeilerförmigen Abschnitts 356 und des zweiten Pyramidenstumpfabschnitts 357 zerquetscht wird, werden der zweite pfeilerförmige Abschnitt 356 und der zweite Pyramidenstumpfabschnitt 357 derart verpresst, dass sie den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 an den zweiten Aufnahmeabschnitt 352 drücken. Auf diese Weise klemmt der erste Klemmabschnitt 34 den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 ein.
Der zweite Führungsabschnitt 353 ist seitlich vom zweiten Keilabschnitt 351 und zweiten Aufnahmeabschnitt 352 und außerhalb des Bereichs 400 des ersten optischen Geräteträgers 30, an dem der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 angebracht ist, mit zunehmender Annäherung an den zweiten Keilabschnitt 351 und den zweiten Aufnahmeabschnitt 352 zur Basis 30a hin geneigt. Auf diese Weise wird der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 beim Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 an die richtige Anbringungsposition 400 geführt. Dies vereinfacht das Anbringen des Strahlenganganpassungsabschnitts 40.
Bezug nehmend auf 7 und 8 umfasst der erste optische Geräteträger 30 ferner einen Wandabschnitt 361 und einen dritten Keilabschnitt 362. Der Wandabschnitt 361 und der dritte Keilabschnitt 362 sind an der Innenwand der Durchgangsbohrung 36 vorgesehen.
Der Wandabschnitt 361 ist eine Fläche zum Aufnehmen des unteren Vorsprungs 48. Konkret gelangt der Wandabschnitt 361, wenn der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 in die Durchgangsbohrung 36 eingeführt wird, an eine erste Seitenfläche 53 des unteren Vorsprungs 48 in Anlage, wie in 5 gezeigt. Der dritte Keilabschnitt 362 springt vom Wandabschnitt 361 in Innenrichtung der Durchgangsbohrung 36 vor. Der dritte Keilabschnitt 362 drückt auf den unteren Vorsprung 48. Konkret gelangt der zweite Keilabschnitt 351, wenn der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 in die Durchgangsbohrung 36 eingeführt wird, an eine zweite Seitenfläche 54 des unteren Vorsprungs 48 in Anlage, wie in 5 gezeigt. Wenn der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 in die Durchgangsbohrung 36 eingeführt wird, wird ein Teil des vorderen Endes des zweiten Keilabschnitts 351 zerquetscht, so dass er auf die zweite Seitenfläche 54 drückt, derart, dass der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 an den Wandabschnitt 361 gedrückt wird. Auf diese Weise wird der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 durch die Innenwand der Durchgangsbohrung 36 befestigt. Somit ist der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 an drei Stellen befestigt, nämlich am ersten Klemmabschnitt 34, am zweiten Klemmabschnitt 35 und an der Durchgangsbohrung 36. Damit sich der untere Vorsprung 48 leicht in die Durchgangsbohrung 36 einführen lässt, sind die erste Seitenfläche 53 und die zweite Seitenfläche 54 jeweils mit einer Verjüngung 53a, 54a gebildet, wie in 5 gezeigt.
10 zeigt eine Ansicht eines Zustands, in dem der zweite optische Geräteträger 70 an den Elementen aus 7 angebracht ist. 11 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie XI-XI aus 10. In 10 ist die äußere Form des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 durch eine punktierte Linie dargestellt. In 10 ist eine Schraubdurchgangsbohrung 71 im zweiten optischen Geräteträger 70 an einer Position vorgesehen, die mit derjenigen einer Schraubbohrung 72 aus 7 übereinstimmt, und indem in die Bohrung 71 eine Schraube eingeführt und die Schraube in die Bohrung 72 geschraubt wird, wird der zweite optische Geräteträger 70 am ersten optischen Geräteträger 30 angebracht. Am zweiten optischen Geräteträger 70 ist eine Bohrung 75 vorgesehen, die mit dem ersten oberen Vorsprung 50 übereinstimmt. Wie in 11 gezeigt, ist der erste obere Vorsprung 50 in die Bohrung 75 eingeführt. Der zweiten optischen Geräteträger 70 weist am Umfang der Bohrung 75 Stufen 73, 74 auf. Indem die Stufen 73, 74 am zweiten obere Vorsprung 51 in Anlage gelangen, drückt der zweite optische Geräteträger 70 den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 an. Das heißt, wie 11 gezeigt, der zweite optische Geräteträger 70 drückt den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 von der gegenüberliegenden Seite der Basis 30a aus an. Auf diese Weise ist der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 derart befestigt, dass er sich nicht aus dem ersten Klemmabschnitt 34, dem zweiten Klemmabschnitt 35 und der Durchgangsbohrung 36 lösen kann.
Als nächstes soll Wirkung des fotoelektrischen Sensors 1 der Ausführungsform beschrieben werden. Der fotoelektrische Sensor 1 weist einen Strahlenganganpassungsabschnitt 40 auf, der die Ausrichtung des Strahlengangs von Rücklicht B in eine bestimmte Richtung ändert. Hierdurch kann mehr Anordnungsfreiheit für die Leuchtdiode 20 oder die Fotodiode 26 erzielt werden. Außerdem weist der fotoelektrische Sensor 1 einen ersten Lichtblockierungsabschnitt 32, der ein Einstrahlen von Streulicht, das kein Rücklicht B ist, in den Strahlenganganpassungsabschnitt 40 verhindert, und einen zweiten Lichtblockierungsabschnitt 38 auf, der Licht blockiert, das aus der dritten Öffnung 33 des ersten Lichtblockierungsabschnitts 32 direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt 44 des Strahlenganganpassungsabschnitts 40 gerichtet ist. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass ein Teil des von der Leuchtdiode 20 abgestrahlten Lichts als Streulicht in die Fotodiode 26 eingestrahlt wird, und die Detektionsgenauigkeit wird erhöht.
Außerdem ist ein Winkel α, der von der optischen Achse des Objektivs 24 und vom Halbspiegel 23 gebildet wird, größer als 45 Grad.
Ferner ist ein Winkel γ, der von der optischen Achse 102 des ersten Brechungsabschnitts 42 und der optischen Achse 103 des zweiten Brechungsabschnitts 44 gebildet wird, kleiner als 90 Grad. Auf diese Weise kann das vom Objektiv 24 reflektierte und zurückkehrende Streulicht weniger leicht durch die dritte Öffnung gelangen, wodurch die Menge an Streulicht, das durch die dritte Öffnung 33 tritt, weiter verringert werden kann.
Ein auf einem Winkel γ beruhender Einstrahlwinkel (γ/2) des parallelen Lichts am Reflektor 43 ist größer als ein Grenzwinkel θ zum Reflektieren des gesamten parallelen Lichts vom ersten Brechungsabschnitt 42 am Reflektor 43. Daher kann der Strahlenganganpassungsabschnitt 40 das Rücklicht B vom Halbspiegel 23 auf effiziente Weise zur Fotodiode 26 lenken.
Die Leuchtdiode 20 und die Fotodiode 26 sind auf einem flachen Substrat angeordnet. Auf diese Weise kann der Messkopf 2 kompakter gebildet werden. Außerdem kann die Verdrahtung von Leuchtdiode 20 oder Fotodiode 26 verkürzt werden, wodurch sich die Zahl der Herstellungsschritte verringern lässt und Herstellungskosten reduziert werden können.
Die optische Achse 103 des zweiten Brechungsabschnitts 44 ist parallel zur optischen Achse 101 des Objektivs 24. Da es auf diese Weise nicht notwendig ist, dass wenigstens eine von der Leuchtdiode 20 und Fotodiode 26 geneigt angeordnet wird, wird die Montage auf dem Substrat vereinfacht.
Die dritte Öffnung 33 ist in Bezug auf den Halbspiegel 23 an einer Position symmetrisch zur Blende 19 vorgesehen. Auf diese Weise lässt die dritte Öffnung 33 kaum Licht mit Ausnahme des Rücklichts B durch, das auf dem Detektionslicht A beruht, dessen Ausbreitung durch die Blende 19 eingeschränkt wurde. Daher kann die durch die dritte Öffnung 33 tretende Menge an Streulicht noch weiter reduziert werden.
Die Blende 19 umfasst eine erste Teilblende 17 und eine zweite Teilblende 18. Die erste Teilblende 17 ist weiter von der Leuchtdiode 20 entfernt vorgesehen als die zweite Teilblende 18. Die vierte Öffnung 17a der ersten Teilblende 17 ist kleiner als die fünfte Öffnung 18a der zweiten Teilblende 18. Mit zunehmender Nähe zum Strahlenganganpassungsabschnitt 40 wird außerdem der Öffnungsdurchmesser der dritten Öffnung 33 größer und weist eine im Wesentlichen kegelstumpfartige Form auf. Diese Form entspricht der Form der Blende 19. Auf diese Weise lässt die dritte Öffnung 33 noch weniger Licht mit Ausnahme des Rücklichts B durch, das auf dem Detektionslicht A beruht, dessen Ausbreitung durch die Blende 19 eingeschränkt wurde. Daher kann die durch die dritte Öffnung 33 tretende Menge an Streulicht noch weiter reduziert werden.
Die vorstehende Beschreibung erfolgte anhand einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, doch versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Änderungen daran möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
In der beschriebenen Ausführungsform sind die Form der Öffnung der ersten Teilblende 17 und die Form der Öffnung der zweiten Teilblende 18 gleich, während nur die Größe der Öffnung unterschiedlich ist, doch können die Form der Öffnung der ersten Teilblende 17 und die Form der Öffnung der zweiten Teilblende 18 auch unterschiedlich sein. Auch ist es aus der Perspektive der Leuchtdiode 20 nicht erforderlich, dass die gesamte Öffnung der zweiten Teilblende 18 durch die Öffnung der ersten Teilblende 17 hindurch sichtbar ist. Auch ist es aus der Perspektive der Leuchtdiode 20 ist es also auch möglich, dass nur ein Teil der Öffnung der zweiten Teilblende 18 außerhalb der Öffnung der ersten Teilblende 17 liegt.
Die Größe der Öffnung der Blende 19 kann sich auch kontinuierlich verändern.
Der fotoelektrische Sensor 1 kann zwischen der Blende 19 und der Leuchtdiode 20 außerdem eine Lichtbündelungsvorrichtung aufweisen, die Detektionslicht A zur Blende 19 hin bündelt. Als eine solche Lichtbündelungsvorrichtung existieren beispielsweise ein Objektiv, ein Reflexionsspiegel oder dergleichen. Da auf diese Weise die Stärke des durch die Blende 19 tretenden Detektionslichts A erhöht werden kann, kann die Ausnutzung des von der Leuchtdiode 20 abgestrahlten Lichts gesteigert werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein fotoelektrischer Sensor bereitgestellt werden, wobei der Freiheitsgrad beim Anordnen des Projektors oder des optischen Empfängers erhöht werden kann und der zugleich eine ausgezeichnete Detektionsgenauigkeit aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2013-254661 [0002, 0003, 0003]

Claims

Fotoelektrischer Sensor, aufweisend: einen Projektor, der Detektionslicht abgibt, ein Objektiv, das das vom Projektor abgestrahlte Detektionslicht in einem Detektionsbereich bündelt, einen Strahlengangteiler, der im Strahlengang des Detektionslichts zwischen dem Projektor und dem Objektiv angeordnet ist und den Strahlengang des Detektionslichts und den Strahlengang von Rücklicht, wobei es sich um extern reflektiertes Detektionslicht handelt, trennt, einen Strahlenganganpassungsabschnitt, der einen ersten Brechungsabschnitt, einen Reflektor und einen zweiten Brechungsabschnitt umfasst und die Ausrichtung des Strahlengangs des Rücklichts in eine bestimmte Richtung ändert, einen optischen Empfänger, der das Rücklicht vom Strahlenganganpassungsabschnitt empfängt, einen ersten Lichtblockierungsabschnitt, der eine erste Öffnung zum Durchlassen vom Rücklicht umfasst und verhindert, dass Streulicht, welches nicht das Rücklicht ist, in den Strahlenganganpassungsabschnitt eingestrahlt wird, und einen zweiten Lichtblockierungsabschnitt, der im Strahlengang von Licht angeordnet ist, das von der ersten Öffnung direkt auf den zweiten Brechungsabschnitt gerichtet ist, wobei der erste Brechungsabschnitt das Rücklicht vom Strahlengangteiler in paralleles Licht umwandelt, der Reflektor das parallele Licht vom ersten Brechungsabschnitt in die bestimmte Richtung reflektiert, der zweiten Brechungsabschnitt das parallele Licht vom Reflektor zum optischen Empfänger hin bündelt und der erste Lichtblockierungsabschnitt zwischen dem Strahlengangteiler und dem Strahlenganganpassungsabschnitt vorgesehen ist.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 1, wobei ein Winkel, den die optische Achse des Objektivs und der Strahlengangteiler bilden, größer als 45 Grad ist.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Brechungsabschnitt und der zweite Brechungsabschnitt eine Objektivfunktion aufweisen und ein erster Winkel, der von einer ersten optischen Achse des ersten Brechungsabschnitts und einer zweiten optischen Achse des zweiten Brechungsabschnitts gebildet wird, weniger als 90 Grad beträgt.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 3, wobei ein auf dem ersten Winkel basierender Einstrahlwinkel des Reflektors größer als ein Grenzwinkel ist, der vom Brechungsindex des Materials des Strahlenganganpassungsabschnitts bestimmt wird und dazu dient, das parallele Licht am Reflektor vollständig zu reflektieren.
Fotoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Projektor und der optische Empfänger auf einem flachen Substrat angeordnet sind.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 5, wobei die optische Achse des Objektivs und die zweite optische Achse parallel sind.
Fotoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend eine Blende, die zwischen dem Projektor und dem Strahlengangteiler vorgesehen ist, wobei die erste Öffnung in Bezug auf den Strahlengangteiler an einer Position symmetrisch zur Blende vorgesehen ist.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 7, wobei die Blende eine erste Teilblende und eine zweite Teilblende umfasst, wobei die erste Teilblende weiter als die zweite Teilblende vom Projektor entfernt vorgesehen ist, die erste Teilblende eine zweite Öffnung umfasst, die zweite Teilblende eine dritte Öffnung umfasst, die zweite Öffnung kleiner als die dritte Öffnung ist, und die erste Öffnung mit zunehmender Nähe zum Strahlenganganpassungsabschnitt einen größeren Öffnungsdurchmesser aufweist und eine kegelstumpfartige Form aufweist.
Fotoelektrischer Sensor nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei der Strahlenganganpassungsabschnitt einen Hauptabschnitt, der eine dreieckige Form aufweist, wenn er aus einer Richtung vertikal zu einer ersten Fläche betrachtet wird, die die erste optische Achse und die zweite optische Achse enthält, und einen ersten Anbringungsabschnitt und einen zweiten Anbringungsabschnitt zum Fixieren der Ausrichtung des Strahlenganganpassungsabschnitts umfasst, wobei der Hauptabschnitt den ersten Brechungsabschnitt, den zweiten Brechungsabschnitt und den Reflektor umfasst, wobei der erste Anbringungsabschnitt und der zweite Anbringungsabschnitt sich an Kanten, die durch zwei Scheitelpunkte der Dreieckscheitelpunkte, die nicht der dem zweiten Lichtblockierungsabschnitt nächste Scheitelpunkt sind, gebildet sind, in Außenrichtung des Hauptabschnitts erstrecken.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 9, ferner aufweisend einen ersten optischen Geräteträger, wobei der Strahlenganganpassungsabschnitt ferner einen Vorsprung umfasst, der vertikal zur ersten Fläche vorspringt, wobei der erste optische Geräteträger eine Durchgangsbohrung umfasst, in die der Vorsprung eingesetzt ist, wobei der Vorsprung durch eine Innenwand der Durchgangsbohrung befestigt ist.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 10, wobei der Hauptabschnitt, der erste Anbringungsabschnitt, der zweite Anbringungsabschnitt und der Vorsprung einstückig gebildet sind.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 10 oder 11, wobei der erste optische Geräteträger eine Basis zum Aufnehmen des Hauptabschnitts, einen ersten Klemmabschnitt zum Festklemmen des ersten Anbringungsabschnitts und einen zweiten Klemmabschnitt zum Festklemmen des zweiten Anbringungsabschnitts umfasst, wobei der erste Klemmabschnitt einen ersten Keilabschnitt, der auf den ersten Anbringungsabschnitt drückt, und einen ersten Aufnahmeabschnitt, der den ersten Anbringungsabschnitt aufnimmt, umfasst, wobei der zweite Klemmabschnitt einen zweiten Keilabschnitt, der auf den zweiten Anbringungsabschnitt drückt, und einen zweiten Aufnahmeabschnitt, der den zweiten Anbringungsabschnitt aufnimmt, umfasst, wobei der erste Keilabschnitt einen ersten pfeilerförmigen Abschnitt, der sich von der Basis in einer Richtung vertikal zur Basis erstreckt, und einen ersten Pyramidenstumpfabschnitt umfasst, der sich in der Richtung, von der sich der erste pfeilerförmige Abschnitt von der Basis aus erstreckt, vom ersten pfeilerförmigen Abschnitt erstreckt, wobei der zweite Keilabschnitt einen zweiten pfeilerförmigen Abschnitt, der sich von der Basis in einer Richtung vertikal zur Basis erstreckt, und einen zweiten Pyramidenstumpfabschnitt umfasst, der sich in der Richtung, von der sich der zweite pfeilerförmige Abschnitt von der Basis aus erstreckt, vom zweiten pfeilerförmigen Abschnitt erstreckt.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 12, wobei der erste Klemmabschnitt einen ersten Führungsabschnitt umfasst, der seitlich vom ersten Keilabschnitt und ersten Aufnahmeabschnitt und außerhalb eines Bereichs des ersten optischen Geräteträgers, an dem der Strahlenganganpassungsabschnitt angebracht ist, mit zunehmender Annäherung an den ersten Keilabschnitt und den ersten Aufnahmeabschnitt zur Basis hin geneigt ist, wobei der zweite Klemmabschnitt einen zweiten Führungsabschnitt umfasst, der seitlich vom zweiten Keilabschnitt und zweiten Aufnahmeabschnitt und außerhalb eines Bereichs des ersten optischen Geräteträgers, an dem der Strahlenganganpassungsabschnitt angebracht ist, mit zunehmender Annäherung an den zweiten Keilabschnitt und den zweiten Aufnahmeabschnitt zur Basis hin geneigt ist.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 13, wobei der erste optische Geräteträger einen Wandabschnitt, der an der Innenwand der Durchgangsbohrung vorgesehen ist und den Vorsprung aufnimmt, und einen dritten Keilabschnitt umfasst, der an der Innenwand der Durchgangsbohrung vorgesehen ist, vom Wandabschnitt ins Innere der Durchgangsbohrung vorspringt und auf den Vorsprung drückt.
Fotoelektrischer Sensor nach Anspruch 14, ferner aufweisend einen zweiten optischen Geräteträger, der am ersten optischen Geräteträger angebracht ist und von der gegenüberliegenden Seite der Basis aus den Strahlenganganpassungsabschnitt andrückt.