JP2006135057A

JP2006135057A - Optical sensor

Info

Publication number: JP2006135057A
Application number: JP2004322044A
Authority: JP
Inventors: Takeo Kunimi; 武伯国見
Original assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Current assignee: Tabuchi Electric Co Ltd
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-25

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an optical sensor 20 which is high in light emission efficiency and light receiving efficiency. <P>SOLUTION: The optical sensor 20 is provided with a reflection surface 18a formed on a recessed paraboloid. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光学式センサに関する。 The present invention relates to an optical sensor.

光学式センサは、発光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光素子および受光ダイオード（ＰＤ）のような受光素子を有し、発光素子から放射された光を受光素子により受光する。受光素子の受光の有無により被検出体を検出する。従来の光学式センサでは、発光素子から放射される光による投光範囲が狭く、ピンポイントで投光されることから受光範囲も狭くなり、発光効率および受光効率が高い光学式センサを実現することができなかった。 The optical sensor has a light emitting element such as a light emitting diode (LED) and a light receiving element such as a light receiving diode (PD), and the light emitted from the light emitting element is received by the light receiving element. The detected object is detected based on whether or not the light receiving element receives light. In the conventional optical sensor, the light projection range by the light emitted from the light emitting element is narrow, and since the light is projected pinpoint, the light receiving range is also narrowed, and an optical sensor with high light emission efficiency and light reception efficiency is realized. I could not.

発光効率および受光効率が高い光学式センサを提供することを目的とする。 An object is to provide an optical sensor having high light emission efficiency and light reception efficiency.

凹状の放物面に形成された反射面を有する光学式センサ。 An optical sensor having a reflective surface formed on a concave parabolic surface.

以下、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
はじめに、本発明にかかる光学式センサの基本的な構成について説明する。図１は、本発明の第１実施形態にかかる光学式センサ２０の縦断面図である。光学式センサ２０は、図１に示すような発光素子（ＬＥＤ）１１を有する発光装置２１と受光素子（ＰＤ）１２を有する受光装置２２とを備えている。発光装置２１は、ポリカーボネート樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂やガラス繊維入りポリカーボネート樹脂に代表される耐熱性樹脂で構成されたケース１８の内面に、アルミニウムもしくは銀の蒸着またはメッキによりコーティング層が形成されており、そのコーティング層の表面が、凹状の放物面からなる反射面１８ａとなっている。このケース１８の凹部空間に発光素子１１が配置されている。ケース１８には、その底面と両側面に固定されたほぼＵ字形の相対向する一対の金属製リードフレーム１５ａ，１５ｂが設けられている。発光素子１１は、一方のリードフレーム１５ａの下面に導電性接着剤を用いて電気的に接続されて、反射面１８ａに対向しており、他方のリードフレーム１５ｂへは金線１６を介して電気的に接続されている。発光素子１１は、反射面１８ａの放物面の軸心Ｏ１上にある焦点に位置している。このように用意されたケース１８の凹部に透明エポキシ樹脂４０をポッティング充填し、その後加熱硬化させる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the basic configuration of the optical sensor according to the present invention will be described. FIG. 1 is a longitudinal sectional view of an optical sensor 20 according to the first embodiment of the present invention. The optical sensor 20 includes a light emitting device 21 having a light emitting element (LED) 11 and a light receiving device 22 having a light receiving element (PD) 12 as shown in FIG. The light emitting device 21 has a coating layer formed on the inner surface of a case 18 made of a heat resistant resin typified by polycarbonate resin, polyether ether ketone resin or polycarbonate resin containing glass fiber by vapor deposition or plating of aluminum or silver. The surface of the coating layer is a reflecting surface 18a made of a concave paraboloid. The light emitting element 11 is disposed in the recessed space of the case 18. The case 18 is provided with a pair of substantially metal U-shaped lead frames 15a and 15b fixed to the bottom surface and both side surfaces thereof. The light emitting element 11 is electrically connected to the lower surface of one lead frame 15a using a conductive adhesive and faces the reflecting surface 18a, and the other lead frame 15b is electrically connected via a gold wire 16. Connected. The light emitting element 11 is located at a focal point on the axis O1 of the paraboloid of the reflecting surface 18a. The concave portion of the case 18 thus prepared is potted and filled with the transparent epoxy resin 40, and then cured by heating.

受光装置２２も発光装置２１と同様な構造であり、一方のリードフレーム１５ａの下面に受光素子１２が固定されている。受光素子１２は、反射面１８ａの軸心Ｏ２上の焦点に位置している。発光装置２１と受光装置２２はハウジング２４に収容されて単一の光学式センサ２０となっている。光学式センサ２０は、配線基板２５上に装着されている。受光装置２１が光を受光する場合に被検出体３０が存在し、受光しない場合は被検出体３０が存在しないことを示す。 The light receiving device 22 has the same structure as the light emitting device 21, and the light receiving element 12 is fixed to the lower surface of one lead frame 15a. The light receiving element 12 is located at the focal point on the axis O2 of the reflecting surface 18a. The light emitting device 21 and the light receiving device 22 are accommodated in a housing 24 to form a single optical sensor 20. The optical sensor 20 is mounted on the wiring board 25. When the light receiving device 21 receives light, the detected object 30 is present, and when no light is received, the detected object 30 is not present.

発光装置２１は、発光素子１１から放射された光を後方にある反射面１８ａで反射し、平行光として前方へ放射する。受光装置２１は、被検出体３０から反射された光を反射面１８ａで反射して集光し、受光素子１２で受光する。 The light emitting device 21 reflects the light radiated from the light emitting element 11 by the reflecting surface 18a at the rear, and radiates it forward as parallel light. The light receiving device 21 reflects and collects the light reflected from the detection target 30 by the reflecting surface 18 a and receives the light by the light receiving element 12.

このような発光装置２１および受光装置２２からなる光学式センサ２０は、従来のピンポイント型光学式センサと比べて、幅の広い平行光を利用するから、投光および受光範囲（被検出体３０の検出範囲）が向上し、発光効率および受光効率が高くなる。 The optical sensor 20 including the light emitting device 21 and the light receiving device 22 uses a wide parallel light as compared with the conventional pinpoint type optical sensor. Detection range), and light emission efficiency and light reception efficiency are increased.

図２は、本発明の第２実施形態にかかる光学式センサ２０の縦断面図である。発光素子１１を軸心Ｏ１から偏心した位置でリードフレーム１５ａに固定し、同様に、受光素子１２も軸心Ｏ２から偏心した位置でリードフレーム１５ａに固定している。これにより、発光装置２１Ａからの光をケース１８の光軸Ｏ１に対して傾斜して投光し、被検出体３０に反射させてその反射光を受光装置２２Ｂにケース１８の軸心Ｏ２に対して斜めに入光させる。このように、凹状の放物面に形成された反射面１８ａの光軸Ｏ１，Ｏ２に対して斜めに投光・受光する光学式センサ２０によれば、小さな被検出体３０に対応することができる。すなわち、光学式センサ２０から被検出体３０までの距離に合わせて、被検出体３０の検出範囲、つまり、被検出体３０が焦点位置となる範囲を狭くすることができ、精度良く検知することができる。 FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the optical sensor 20 according to the second embodiment of the present invention. The light emitting element 11 is fixed to the lead frame 15a at a position eccentric from the axis O1, and similarly, the light receiving element 12 is also fixed to the lead frame 15a at a position eccentric from the axis O2. Thereby, the light from the light emitting device 21A is projected with an inclination with respect to the optical axis O1 of the case 18, reflected by the detection target 30, and the reflected light is reflected on the light receiving device 22B with respect to the axis O2 of the case 18. Make the light incident diagonally. As described above, according to the optical sensor 20 that projects and receives light obliquely with respect to the optical axes O1 and O2 of the reflecting surface 18a formed on the concave paraboloid, it can correspond to a small object 30 to be detected. it can. That is, according to the distance from the optical sensor 20 to the detected object 30, the detection range of the detected object 30, that is, the range where the detected object 30 becomes the focal position can be narrowed, and the detection can be performed with high accuracy. Can do.

斜め光を利用する従来の光学式センサでは、反射面を使用しないで、発光素子および受光素子をハウジングに斜めに取り付けて、発光素子から光を放射し、被検出体から反射した光を受光素子で直接受光するようにしていたため、適切な投光・受光角度となるように発光素子および受光素子の位置を調整することが困難であり、光学式センサの製造が難しかった。 In a conventional optical sensor using oblique light, a light emitting element and a light receiving element are attached to the housing obliquely without using a reflecting surface, and light emitted from the light emitting element and reflected from the detection target are received by the light receiving element. Therefore, it is difficult to adjust the positions of the light emitting element and the light receiving element so that the appropriate light projecting / receiving angle is obtained, and it is difficult to manufacture the optical sensor.

これに対し、本実施形態の光学式センサ２０によれば、反射面１８ａに対する発光素子１１および受光素子１２の位置を変更するだけで被検出体３０に対する投光・受光角度を調整することができるため、製造が容易である。 On the other hand, according to the optical sensor 20 of the present embodiment, it is possible to adjust the light projection / light reception angle with respect to the detection target 30 only by changing the positions of the light emitting element 11 and the light receiving element 12 with respect to the reflecting surface 18a. Therefore, manufacture is easy.

図３は、本発明の第３実施形態にかかる光学式センサ２０の縦断面図である。第３実施形態では、第１実施形態と同様な発光装置２１Ｃと受光装置２２Ｄとがケース１８の光軸Ｏ上に対向して配置されており、その間の被検出体３０の存在を検出するようになっている。受光装置２１Ｄが光を受光する場合は被検出体３０の存在がなく、受光しない場合は、光が被検出体３０に遮られているためであり、被検出体３０が存在することを示す。この光学式センサ２０によれば、従来のピンポイント型光学式センサに比べて投光および受光範囲が広くなる。これにより、図３のように投光範囲の一部に被検出体３０が入れば検出することができる。よって、発光効率および受光効率が高くなり、被検出体３０に対する検出性能が向上する。 FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the optical sensor 20 according to the third embodiment of the present invention. In the third embodiment, a light emitting device 21C and a light receiving device 22D similar to those of the first embodiment are arranged on the optical axis O of the case 18 so as to detect the presence of the detection target 30 therebetween. It has become. When the light receiving device 21D receives light, there is no presence of the detected body 30, and when it does not receive light, the light is blocked by the detected body 30, indicating that the detected body 30 is present. According to the optical sensor 20, the light projection and light receiving range is wide as compared with the conventional pinpoint type optical sensor. Thereby, it can detect, if the to-be-detected body 30 enters into a part of light projection range like FIG. Therefore, the light emission efficiency and the light reception efficiency are increased, and the detection performance for the detection target 30 is improved.

図４は、本発明の第４実施形態にかかる光学式センサ２０の水平断面図である。第４実施形態は、第３実施形態と同様に、発光装置２１Ｅと受光装置２２Ｆとがケース１８の光軸Ｏ上に、対向して配置されている。本光学式センサ２０の反射面１８ａの縦断面は図３に示されたのと同一の放物線形状であるが、図４に示す水平断面は直線状であり、発光装置２１Ｅおよび受光装置２２Ｆのケース１８は水平方向Ｈに長く形成されている。被検出体３０は発光装置２１Ｅと受光装置２２Ｆ間の空間を水平方向Ｈに移動する。このように反射面１８ａは水平断面が直線状であるために発光素子１１からの光は水平方向Ｈに拡散するから、投光および受光範囲が広くなるので、発光効率および受光効率が高く、大きな被検出体３０に対応することができる。例えば、工場の生産ラインに応用した場合、従来のピンポイント型光学式センサでは、移動する製品の先端と後端の通過を検出する場合は、製品の流れに沿って複数個配置しなければならなかったが、本実施形態によれば、水平方向Ｈに幅広い範囲が得られるから、１つの光学式センサ２０で先端と後端の通過を検出することができる。また、投光範囲が水平方向Ｈに広いため検出幅が広がり、図４のように範囲の一部に被検出体３０が入れば検出することができるから、上流から流れてくる製品を早いタイミングで検知することができる。 FIG. 4 is a horizontal sectional view of an optical sensor 20 according to the fourth embodiment of the present invention. In the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the light emitting device 21E and the light receiving device 22F are disposed on the optical axis O of the case 18 so as to face each other. The vertical cross section of the reflecting surface 18a of the present optical sensor 20 has the same parabolic shape as shown in FIG. 3, but the horizontal cross section shown in FIG. 4 is linear, and the case of the light emitting device 21E and the light receiving device 22F. 18 is formed long in the horizontal direction H. The detected body 30 moves in the horizontal direction H in the space between the light emitting device 21E and the light receiving device 22F. As described above, since the reflecting surface 18a has a straight horizontal cross section, the light from the light emitting element 11 diffuses in the horizontal direction H. Therefore, the light projecting and light receiving range is widened. This can correspond to the detection object 30. For example, when applied to a production line in a factory, with a conventional pinpoint optical sensor, when detecting the passage of the leading and trailing edges of a moving product, a plurality must be arranged along the product flow. However, according to the present embodiment, since a wide range is obtained in the horizontal direction H, it is possible to detect the passage of the front end and the rear end with one optical sensor 20. Moreover, since the light projection range is wide in the horizontal direction H, the detection width is widened, and detection is possible if the detection target 30 enters a part of the range as shown in FIG. Can be detected.

なお、図４の第４実施形態では、平面視において反射面１８ａを水平（直線状）としたが、放物線状としてもよい。 In addition, in 4th Embodiment of FIG. 4, although the reflective surface 18a was made horizontal (straight shape) in planar view, it is good also as a parabolic shape.

本発明の第１実施形態にかかる光学式センサを示す縦断面図である。It is a longitudinal section showing the optical sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第２実施形態にかかる光学式センサを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the optical sensor concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態にかかる光学式センサを示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the optical sensor concerning 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第４実施形態にかかる光学式センサを示す水平断面図である。It is a horizontal sectional view showing an optical sensor concerning a 4th embodiment of the present invention.

Explanation of symbols

１１発光素子
１２受光素子
１５ａ，１５ｂリードフレーム
１６金線
１８ケース
１８ａ反射面
２０光学式センサ
２１，２１Ａ，Ｃ，Ｅ発光装置
２２，２２Ｂ，Ｄ，Ｆ受光装置
３０被検出体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Light emitting element 12 Light receiving element 15a, 15b Lead frame 16 Gold wire 18 Case 18a Reflecting surface 20 Optical sensor 21, 21A, C, E Light emitting device 22, 22B, D, F Light receiving device 30 To-be-detected body

Claims

An optical sensor having a reflective surface formed on a concave parabolic surface.