JP2009267126A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】投光部あるいは受光部の配置の自由度を高めることが可能な、同軸回帰反射型の光電センサを提供する。
【解決手段】センサヘッド２は、信号光Ａを発する発光ダイオード１３と、信号光Ａの光路と回帰反射板からの戻り光Ｂの光路とを分離するハーフミラー１６と、ハーフミラー１６からの光路を進む戻り光Ｂを受けるフォトダイオード１４と、ハーフミラー１６からフォトダイオード１４までの戻り光Ｂの光路を形成する光導波路１８と、ケース１０とを備える。ケース１０は、少なくとも、発光ダイオード１３と、フォトダイオード１４と、ハーフミラー１６と、光導波路１８とを格納し、かつ、信号光Ａの出射および戻り光Ｂの入射のための開口部３０を有する。光導波路１８によってハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂを所望の位置に導くことが可能になる。
【選択図】図４

Description

本発明は光電センサに関し、特に同軸回帰反射型光電センサに関する。

物体の有無の検出に用いられる光電センサとして、光の反射を利用した反射型光電センサが知られている。反射型光電センサの中に、回帰反射型光電センサと呼ばれるものがある。

回帰反射型光電センサは、一般に発光素子及び受光素子を内蔵した投受光器を備える。このセンサの使用に際しては、投受光器から発せられた光を反射して投受光器に戻すための回帰反射板が投受光器と対向して配置される。発光素子から出た光の光路上に物体が存在しない場合、その光は回帰反射板で反射して受光素子に入射する。一方、光路上に物体が存在する場合、発光素子から出た光はその物体によって遮られるため受光素子に入射しない。すなわち光路上に物体が存在するか否かによって受光素子の受光量が異なるので、回帰反射型センサは受光量の違いに基づいて物体の有無を検出する。

上記した回帰反射型の光電センサの中には、投光路と受光路が略一致した同軸式と呼ばれるものがある。同軸式の場合には、これらの光路が光学素子（偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー等）によって分離される。同軸式の回帰反射型光電センサは、たとえば特開２００２−２４６６３６号公報（特許文献１）、特開２００４−２８５９８号公報（特許文献２）に開示されている。

特開２００２−２４６６３６号公報（特許文献１）に開示された同軸回帰反射型光電センサ（光電スイッチ）は、発光素子および受光素子を内蔵した投受光器を備える。発光素子から出た光は偏光ビームスプリッタにより直線偏光に変換されて投光され、回帰反射板で反射した後に投受光器に戻る。投受光器に戻った光は偏光ビームスプリッタを経て受光素子に受光される。

特開２００４−２８５９８号公報（特許文献２）に開示された同軸光学系検出器は、投光素子の光軸を横断するように配置されて、検出体からの反射光の進路を受光素子に向かうように偏向させるためのミラーを有する。このミラーには、投光素子から出射される光を通過させるための開口が形成されている。
特開２００２−２４６６３６号公報 特開２００４−２８５９８号公報

上記文献に開示される回帰反射型光電センサでは、投光部と受光部とが、その光軸が直交するように配置されている。このように投光部および受光部の配置が制限されていることによって、投受光器内部に無駄なスペースが生じることが起こりうる。このため上記の配置に従うと投受光器の小型化が困難になると考えられる。しかしながら上記のいずれの文献にも投光部あるいは受光部の配置の自由度を高めるための技術について示されていない。

本発明の目的は、投光部あるいは受光部の配置の自由度を高めることが可能な、同軸回帰反射型の光電センサを提供することである。

本発明は要約すれば、光電センサであって、信号光を発する投光部と、投光部からの信号光を外部信号光として外部に出射する光出射部と、投光部と光出射部との間の信号光の光路上に設けられて、信号光の光路と外部信号光の外部からの戻り光の光路とを分離する光路分離部と、光路分離部からの戻り光を受ける受光部と、投光部から光路分離部までの信号光の光路、および光路分離部から受光部までの戻り光の光路の少なくとも１つの光路を形成する光導波路と、筐体とを備える。筐体は、少なくとも、投光部と、受光部と、光路分離部と、光導波路とを格納し、かつ、光出射部に対応して形成される開口部を有する。

好ましくは、光路分離部は、信号光の光路と戻り光の光路とを分離するための光路分離面を有する。光電センサは、支持部材をさらに備える。支持部材は、光導波路と一体化され、かつ光路分離面に対する信号光の入射角および光路分離面に対する戻り光の出射角が一定となるように光路分離部を支持する。

より好ましくは、光電センサは、筐体内に格納される基板をさらに備える。投光部および受光部は、基板の同一の主表面に搭載される表面実装部品である。

さらに好ましくは、少なくとも１つの光路は、光路分離部から受光部までの戻り光の光路である。

本発明によれば、同軸回帰反射型の光電センサに含まれる投受光器の内部において、投光部あるいは受光部の配置の自由度を高めることが可能になる。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る光電センサの全体構成図である。図１を参照して、光電センサ１は、センサヘッド２と、アンプユニット３と、ケーブル４と、回帰反射板５とを備える。

センサヘッド２は、平行光である信号光Ａを発する。回帰反射板５はセンサヘッド２と対向して配置され、センサヘッド２から出射された信号光Ａは回帰反射板５で反射して戻り光Ｂとなる。なお、信号光Ａはたとえば可視光であるが、回帰反射板５によって回帰反射される光であればよく、その波長領域は特に限定されるものではない。

図２は、回帰反射板５の正面図である。図２を参照して、回帰反射板５には多数のコーナキューブが配置されている。

図１に戻り、信号光Ａは回帰反射板５において反射を繰り返し、最終的には戻り光Ｂとなる。戻り光Ｂは信号光Ａと同じ軸方向の光であり、信号光Ａの光路を信号光Ａの進む向きと逆向きに進む。図示の便宜上、図１では信号光Ａの光軸（右向きの矢印）と戻り光Ｂの光軸（左向きの矢印）とを異なる位置に示す。

センサヘッド２は、戻り光Ｂを受けて、戻り光Ｂの受光量に応じた強度を有する電気信号を生成する。センサヘッド２は、電源ラインや信号ライン等の芯線が一体化されたケーブル４を介してアンプユニット３に接続され、その生成した電気信号を、ケーブル４を介してアンプユニット３に出力する。

アンプユニット３は、ケーブル４を介してセンサヘッド２に駆動電圧を供給する。センサヘッド２は、この駆動電圧を受けて、信号光Ａを発するとともに、戻り光Ｂの受光量を示す電気信号を生成する。さらにアンプユニット３はケーブル４を介してセンサヘッド２からの信号を受ける。アンプユニット３は、その信号に基づいて物体の有無を検出したり、センサヘッド２での受光量を示す信号を出力したりする。図１に示した構成によればセンサヘッド２とアンプユニット３とは互いに分離されているが、これらは一体化されていてもよい。

光電センサ１は、センサヘッド２の受光量に基づいて物体の有無を検出する。測定対象物体６が信号光Ａの光路上の領域７に位置しない場合、センサヘッド２から出た信号光Ａは、回帰反射板５で反射して戻り光Ｂとなりセンサヘッド２に入射する。一方、測定対象物体６が領域７に位置する場合には、センサヘッド２からの信号光Ａが測定対象物体６によって遮られるので、センサヘッド２が受ける戻り光Ｂの光量が減少する。測定対象物体６が領域７に位置するか否かによってセンサヘッド２の受光量が異なるので、その受光量から物体の有無を検出できる。アンプユニット３は、センサヘッド２から受光量を示す電気信号を受けて、たとえば、その受光量を所定の閾値と比較することによって領域７における測定対象物体６の有無を検出する。

図３は、図１に示したセンサヘッド２を、その投受光部分側から見た外観斜視図である。図３を参照して、センサヘッド２は、ケース１０と、窓部１１と、保護カバー１２とを備える。ケース１０は、投光部、受光部等を格納するとともに、投光部から発せられる信号光Ａ、および受光部が受ける戻り光Ｂを通すための開口部を有する。

窓部１１は、透光性部材（たとえば透明な樹脂）によって形成される。図示しないが、ケース１０の内部には電源供給の有無および／または測定対象物体の有無を、点灯状態および消灯状態で表わす表示灯が設けられる。窓部１１は、その表示灯の点灯状態および消灯状態を外部にユーザに把握させるために設けられる。

保護カバー１２は、ケース１０に装着されて、ケース１０の開口部を覆う。保護カバー１２は、ケース１０の開口部に対応する箇所に光出射部として設けられたレンズ２０を備える。レンズ２０はセンサヘッド２の内部に向けられた凸面を有している。またレンズ２０は、凸面と反対側に形成された平面を有している。信号光Ａはこの平面からセンサ外部に向けて出射され、戻り光Ｂはその平面に入射する。

図４は、図３に示したセンサヘッド２のブロック図である。図４を参照して、センサヘッド２は、ケース１０と、発光ダイオード１３と、フォトダイオード１４と、実装基板１５と、ハーフミラー１６と、ミラー支持部材１７と、光導波路１８と、レンズ２０とを備える。

ケース１０は、発光ダイオード１３と、フォトダイオード１４と、実装基板１５と、ハーフミラー１６と、光導波路１８と、レンズ２０とを格納する。

発光ダイオード１３は、信号光Ａを発する投光部である。発光ダイオード１３は、基材２１と、この基材２１の主表面に実装された光源としての発光ダイオードチップ２２と、基材２１の主表面および発光ダイオードチップ２２を封止した透光性樹脂層２３とを含む半導体パッケージからなる。

フォトダイオード１４は戻り光Ｂを受ける受光部である。フォトダイオード１４は、基材２４と、この基材２４の主表面に実装された受光素子としてのフォトダイオードチップ２５と、基材２４の主表面およびフォトダイオードチップ２５を封止した透光性樹脂層２６とを含む半導体パッケージからなる。

発光ダイオード１３と、フォトダイオード１４とは、ともに表面実装部品として形成され、実装基板１５の同一の主面に実装される。

ハーフミラー１６は、発光ダイオード１３とレンズ２０との間の信号光Ａの光路上に設けられる。ハーフミラー１６は、信号光Ａの光路（投光路）と戻り光Ｂの光路（受光路）とを分離する光路分離部である。上述したように、同軸式の回帰反射型光電センサでは、信号光Ａの光軸の方向と、戻り光Ｂの光軸の方向とが一致する。ハーフミラー１６は、発光ダイオード１３（発光ダイオードチップ２２）から出射される信号光Ａを透過させるとともに、入射した戻り光Ｂを反射する。

ハーフミラー１６は、戻り光Ｂを反射させる反射面１６Ａを有する。この反射面１６Ａが投光路および受光路を分離するための光路分離面に対応する。ミラー支持部材１７は、反射面１６Ａに対する信号光Ａの入射角、および反射面１６Ａに対する戻り光Ｂの出射角が一定（いずれも４５°）となるようにハーフミラー１６を支持する。

光導波路１８は、ミラー支持部材１７と一体的に形成される。光導波路１８は、ハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂを受けるとともに、その受けた戻り光Ｂをフォトダイオード１４に伝達する。光導波路１８は、透明であり、空気よりもその屈折率が高く、自由な形状に加工可能な素材（たとえばアクリル樹脂）により形成される。

この構成によれば、空気と光導波路１８との界面において光を全反射させつつ光を伝播することができる。これにより光導波路１８から戻り光Ｂが漏れるのを防ぐことができるので、光導波路１８によるフォトダイオード１４の受光量の低下を防止できる。

図５は、図４に示したミラー支持部材１７および光導波路１８を示す斜視図である。図５を参照して、ミラー支持部材１７は、底面部３１と、底面部３１に接続された側面部３２，３３とを備える。底面部３１には、光導波路１８の一方端が接続される。光導波路１８の一方端に入射した戻り光は、光導波路１８を伝播して光導波路１８の他方端から出射される。

側面部３２，３３のいずれか一方または両方の形状は直角二等辺三角形であり、その斜辺によってハーフミラー１６が支持される。側面部３２，３３の斜辺（直角二等辺三角形の斜辺）と底面部３１とのなす角度は４５°であり、戻り光Ｂは、ハーフミラー１６の反射面１６Ａ（図４参照）に対して４５°の角度で入射する。これにより、ハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂは、底面部３１（光導波路１８の一方端の位置）に対して垂直に入射する。

このように、本実施の形態ではハーフミラー１６がミラー支持部材１７によって支持され、かつミラー支持部材１７と光導波路１８とが一体化される。これによって、ハーフミラー１６で反射した戻り光を、光導波路１８に確実に入射させることが可能になる。

仮に光導波路１８の位置が変わらずに、戻り光Ｂの光軸に対するハーフミラー１６（反射面１６Ａ）の傾きの角度が変動した場合、戻り光Ｂの反射方向が変わることによって戻り光Ｂが光導波路１８に入射しないことが起こりうる。また、ハーフミラー１６の傾きの角度が変動せずに、ハーフミラー１６に対する光導波路１８の相対的な位置が、設計上の位置からずれた場合にも、戻り光Ｂが光導波路１８に入射しないことが起こりうる。

したがって、ハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂを光導波路１８に確実に入射させるためには、ハーフミラー１６での戻り光Ｂの反射角の変動、および、戻り光Ｂの反射方向に設けられた光導波路１８の位置ずれの両方を回避する必要がある。本実施の形態では、ミラー支持部材１７がハーフミラー１６を支持することで、戻り光Ｂの光軸に対するハーフミラー１６（反射面１６Ａ）の傾きの変動を回避できる。さらに、ミラー支持部材１７と光導波路１８とが一体化されるので、ハーフミラー１６に対する光導波路１８の位置ずれを回避できる。よって、本実施の形態によれば、ハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂを光導波路１８に確実に入射させることが可能になる。

これによりフォトダイオード１４の受光量の低下を防ぐことができるので、図１に示した領域７における測定対象物体６の有無に応じて、フォトダイオード１４の受光量の変化が大きくなる。フォトダイオード１４の受光量の変化を大きくすることで、測定対象物体６の有無を精度よく検出できる。

また、光導波路とミラー支持部材とを一体化させることで部品点数を削減することができるので、光電センサの製造工数およびコストを削減することができる。通常では、光導波路に他の部材を接触させることができないのでミラーを支持できない。本実施の形態では、光導波路は支持構造を有しているので、このような問題を解決できる。

なおケース１０の内部でミラー支持部材１７を固定するための方法は、特に限定されるものではない。図示しないが、たとえば信号光Ａの光路および戻り光Ｂの光路を妨げないように形成された固定部材をケース１０およびミラー支持部材に取り付けることによってミラー支持部材１７を固定することができる。

図４に戻り、レンズ２０は、ケース１０に形成された開口部３０に装着される。レンズ２０は信号光Ａを平行光に変換するとともに、平行光である戻り光Ｂを集光する。すなわち、開口部３０は、信号光Ａの出射および前記戻り光Ｂの入射のためにケース１０に形成される。

発光ダイオード１３からの信号光Ａは広がりながら進み、ハーフミラー１６を透過してレンズ２０に入射する。レンズ２０によって平行光に変換された信号光Ａはレンズ２０から外部信号光として出射される。レンズ２０から出射された信号光Ａ（すなわち外部信号光）は、回帰反射板５（図１参照）によって反射されて戻り光Ｂとなる。戻り光Ｂは信号光Ａの光路を信号光Ａの進む向きと逆向きに進み、レンズ２０に入射する。レンズ２０を透過した戻り光Ｂは、ハーフミラー１６によって反射され、図中の破線で示したように、光導波路１８に向けて進む。

戻り光Ｂはレンズ２０によって集められた状態で光導波路１８に入射する。光導波路１８を伝播した戻り光Ｂは、光導波路１８から出射して、フォトダイオードチップ２５に入射する。

本実施の形態によれば、光導波路１８によって、センサヘッド２内の所望の位置にハーフミラー１６で反射された戻り光Ｂを導くことが可能になるので、フォトダイオード１４の位置、あるいは受光面の向きといった、フォトダイオード１４の配置の自由度を高めることができる。フォトダイオード１４の配置の自由度を高めることによって、発光ダイオード１３が搭載された実装基板１５の主面にフォトダイオード１４を搭載できる。このため、後に詳しく説明するようにセンサヘッド２の省スペース化（信号光Ａおよび戻り光Ｂの光軸方向の長さの短縮）が可能になる。以下、本実施の形態の検討例を示しながら、センサヘッド２が、このような小型化に適した構成を有する理由を説明する。

図６は、本実施の形態に係るセンサヘッドの第１の検討例のブロック図である。図６および図４を参照して、第１の検討例に従うセンサヘッド２Ａと本実施の形態に係るセンサヘッド２との主要な相違点は次の通りである。センサヘッド２Ａは、光導波路１８が設けられていない点でセンサヘッド２と異なる。さらに、センサヘッド２Ａは、発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４に代えて、発光ダイオード１３Ａおよびフォトダイオード１４Ａをそれぞれ備える点でセンサヘッド２と異なる。

発光ダイオード１３Ａおよびフォトダイオード１４Ａは、それぞれリード端子３７，３８を有するリード部品である。リード端子３７，３８は、実装基板１５に設けられた貫通孔に通されて、半田３９により実装基板１５上の銅箔パターン（図示せず）と電気的かつ機械的に接続されることにより固定される。

信号光Ａを発する投光部と戻り光Ｂを受ける受光部とが１つの実装基板に実装されているという点で、センサヘッド２Ａとセンサヘッド２とは共通する。しかし、センサヘッド２Ａには光導波路１８が設けられていないため、フォトダイオード１４Ａはハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂを直接的に受ける必要がある。図６に示した構成によれば、フォトダイオード１４Ａの受光面がハーフミラー１６の反射面１６Ａに向かうように、リード端子３８が９０°の角度で折れ曲がっている。

図６に示した構成によれば、投光部および受光部にリード部品が用いられているために以下の課題が生じうる。まず、リード端子により、センサヘッド２Ａのサイズ（信号光Ａの光軸方向の長さ）が大きくなる。また、センサヘッド２Ａの製造時に、リード端子３７，３８を半田付けする必要があるとともにリード端子３８を折り曲げる必要があるので、製造作業が複雑化する。

さらに、発光ダイオードチップならびにその周辺回路（発光ダイオードチップの駆動回路等）を集積化したり、フォトダイオードチップならびにその周辺回路（フォトダイオードチップからの信号を処理する回路）を集積化したりすることへの対応が困難である。投光部および／または受光部の集積化に伴って端子の数が増えるため、リード部品の場合には、投光部および／または受光部の集積化にともなってそのサイズが大型化することが予想される。したがって、リード部品の場合、センサヘッドの大型化を防ぎつつ、投光部および／または受光部を集積化することが容易ではない。

これらの点から、センサヘッドの小型化のためには、投光部および受光部としてリード部品よりも表面実装部品のほうが好ましいと考えられる。表面実装部品は、長いリードを有さず、かつ薄型のパッケージを有しているのでセンサヘッド内部の省スペース化を実現できると考えられる。また、表面実装部品は上述した集積化への対応を比較的容易に実現できる。集積化された投光部（および受光部）を用いることで実装基板１５の主面の面積を小さくすることができるので、この点からもセンサヘッド内部の省スペース化を実現できると考えられる。

ただし、図６に示されるリード部品を表面実装部品に単純に置き換えたとしても、センサヘッドの大幅な小型化への対応は容易ではない。その理由について図７および図８を参照しながら説明する。

図７は、本実施の形態に係るセンサヘッドの第２の検討例を示す外形図である。図８は、図７に示したセンサヘッドのブロック図である。図７および図８を参照して、第２の検討例に従うセンサヘッド２Ｂは、その主面同士が直交するように配置された実装基板１５，４１を備える。実装基板１５の主面には銅箔パターン４２が形成され、実装基板４１の主面にも同様の銅箔パターンが形成される。

実装基板１５，４１の主面同士を直交させたときに、これらの銅箔パターンは物理的に接触し合う。各主面の銅箔パターンを半田４３によって接続することで、実装基板１５，４１が固定される。実装基板１５の主面には発光ダイオード１３が実装され、実装基板４１の主面にはフォトダイオード１４が実装される。図６および図８を比較すると、センサヘッド２Ｂは、センサヘッド２Ａに含まれるリード部品を表面実装部品に置き換えたものとみなすことができる。

投光部および受光部に表面実装部品を用いることによって、センサヘッド２Ｂのサイズを図６に示したセンサヘッド２Ａのサイズより小さくすることは可能になると考えられる。しかし、センサヘッド２Ｂは、直交する２つの基板を有している。

作業性を考慮すると、２つの基板を直交させ、かつ、それらを半田により固定するためには、２つの基板のサイズをある程度大きくする必要があると考えられるので、センサヘッドの大幅な小型化は容易ではない。なお、２つの基板を直交した状態で固定するために、基板の接続手段にコネクタを用いることも考えられる。しかしコネクタ自体のサイズを考慮すると、そのコネクタを実装した基板のサイズもある程度大きい必要があると考えられるので、センサヘッドの大幅な小型化は容易ではないと考えられる。

したがって、図７および図８に示した構成からは、センサヘッドの小型化および作業性の点からは、発光ダイオードおよびフォトダイオードが、表面実装部品であり、かつ同一の基板に実装されることが好ましいと考えられる。

図９は、本実施の形態に係るセンサヘッドの第３の検討例の概略構成を示すブロック図である。図９および図５を参照して、センサヘッド２Ｃは、光導波路１８に代えて凹面鏡４５を備える点においてセンサヘッド２と異なる。なおセンサヘッド２Ｃの他の部分の構成はセンサヘッド２の対応する部分の構成と同様である。すなわち、発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４は実装基板１５の同一の主面に搭載された表面実装部品である。

レンズ２０に入射した戻り光Ｂ（平行ビーム）はレンズ２０によって屈折し、かつハーフミラー１６によって反射される。ハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂは、点Ｐに集められ、その後、広がりながら凹面鏡４５に達する。凹面鏡４５は広がりながら進む戻り光Ｂをフォトダイオード１４の受光面（凹面鏡４５に向けられた透光性樹脂層２６の表面）に集める。

図９に示した構成によれば、発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４は実装基板１５の同一の主面に搭載されているので、図８に示したセンサヘッド２Ｂのサイズよりもセンサヘッドのサイズを小型化することは可能になると考えられる。ただし、広がりながら進む戻り光を凹面鏡４５で反射させるために、凹面鏡の反射面を大きくしなければならないと考えられる。凹面鏡４５の反射面の面積が大きくなると凹面鏡４５自体が大きくなるので、センサヘッドの小型化が困難になると考えられる。すなわち、図９に示した構成によれば、小さな領域での光学的な制御は非常に困難なため、この制御を実現しようとするとセンサヘッドが大型になる。また、凹面鏡４５などの光学部材を追加することで光電センサのコストが増す。

これに対し、本実施の形態によれば、センサヘッド２は、ハーフミラー１６からフォトダイオード１４までの戻り光Ｂの経路（光路）を形成する光導波路１８を有する。戻り光Ｂは光導波路１８の内部に閉じ込められてフォトダイオード１４の受光面に集められる。本実施の形態によれば、凹面鏡４５のように高精度な光学部品あるいは、表面に薄膜が蒸着された高価な光学部品を用いることなくフォトダイオード１４の受光面に戻り光Ｂを導くことができる。さらに、本実施の形態によれば大型の光学部品（上記の凹面鏡など）を信号光Ａの光路上あるいは戻り光Ｂの光路上に設けることなくフォトダイオード１４の受光面に戻り光Ｂを導くことができるので、センサヘッドに用いられる光学系を小型化できる。これによりセンサヘッドそのものを小型化できる。

たとえば、焦点距離の短いレンズをレンズ２０として用いることで、レンズ２０と発光ダイオード１３との間の距離を短くすることを実現できる。なお図４に示した構成では、ハーフミラー１６のサイズが比較的に大きいためにレンズ２０と発光ダイオード１３との間の距離がハーフミラー１６に依存するようにも見えるが、ハーフミラー１６の大きさは、信号光Ａおよび戻り光Ｂが照射されるだけの大きさがあればよいので、そのサイズは小さくてもよい。したがって、レンズ２０の焦点距離を短くすることでセンサヘッド２を信号光Ａの光軸方向に縮小することができる。

以上の説明を総括すると、本実施の形態によれば、センサヘッド２は、信号光Ａを発する発光ダイオード１３と、信号光Ａの光路と回帰反射板５からの戻り光Ｂの光路とを分離するハーフミラー１６と、ハーフミラー１６からの光路を進む戻り光Ｂを受けるフォトダイオード１４と、ハーフミラー１６からフォトダイオード１４までの戻り光Ｂの光路を形成する光導波路１８と、ケース１０とを備える。筐体１０は、少なくとも、発光ダイオード１３と、フォトダイオード１４と、ハーフミラー１６と、光導波路１８とを格納し、かつ、信号光Ａの出射および戻り光Ｂの入射のための開口部３０を有する。

光導波路１８によってハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂを所望の位置に導くことが可能になる。これによって、折れ曲がったリード端子を有するリード部品（図５のフォトダイオード１４に相当）を用いて戻り光を受ける必要がなくなる。また、リード部品に代えて表面実装部品を受光部に用いた場合にも、その受光部を戻り光Ｂの反射方向に配置する必要がないので、投光部と受光部とを同じ基板の同じ主面に搭載できる。これによって、２つの基板を組み合わせる必要がなくなるとともに、大型の光学部品を設ける必要がなくなる。したがって、本実施の形態によれば、センサヘッドの小型化が可能になる。

さらに本実施の形態によれば、発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４は、実装基板１５の同一の主面に搭載される表面実装部品である。表面実装部品は一般に薄型および／または小型の部品であるので、センサヘッド２を小型化することができる。

なお、図４に示した構成では、光導波路１８は、ハーフミラー１６からフォトダイオード１４までの戻り光Ｂの経路を形成するためのものである。しかしながら発光ダイオード１３からハーフミラー１６までの信号光の経路を光導波路１８により形成してもよい。この場合にも、上述した効果と同様の効果を得ることができる。

図１０は、本実施の形態に係るセンサヘッドの変形例を示す図である。図１０を参照して、センサヘッド５２は、発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４の配置が、センサヘッド２における発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４の配置と入れ替わっている点においてセンサヘッド２と異なる。センサヘッド５２の他の部分の構成はセンサヘッド２の対応する部分の構成と同様である。

図１０の構成によれば、発光ダイオード１３からの信号光Ａは、光導波路１８を通り、ハーフミラー１６で反射してレンズ２０に入射する。この信号光Ａはレンズ２０によって平行光に変換されてセンサヘッド５２から出射される。すなわち光導波路１８は、発光ダイオード１３からハーフミラー１６までの信号光Ａの経路を形成する。一方、センサヘッド５２に入射した戻り光Ｂは、レンズ２０によって集光され、かつハーフミラー１６を透過してフォトダイオード１４に入射する。

さらに、光導波路は、発光ダイオード１３およびフォトダイオード１４のいずれか一方にのみに対応して設けられるものと限定されず、これらの両方に対応して設けられていてもよい。

ただし、発光ダイオードから発せられる光は広がりながら進んでいるために、発光ダイオード１３に対応して光導波路を設ける場合には、その発光ダイオードでの発光サイズよりも大きな径を有する光導波路が必要である。一般的な射出成型によって光導波路を作製しようとした場合には、発光ダイオードの発光サイズよりも光導波路の径が大きくなる。このことは、レンズ系にとっては発光ダイオードの発光サイズが大きくなったことと同義である。そのためレンズにより信号光を平行光に変換した場合の光の広がりが大きくなるので、発光ダイオード１３に対応して光導波路を設ける場合には光学性能が低下する可能性がある。そのような光学性能の低下の例としては、小さな物体の有無を検出しにくくなるということ、あるいは相互干渉、あるいは検出距離の低下などが挙げられる。

これに対し、フォトダイオード１４に対応して光導波路１８を設けた場合には、これらの問題を回避できる。光導波路１８から出射された戻り光が広がりながら進むことで、その一部がフォトダイオードチップの受光面に入射できないことが考えられるが、光電センサ１による検出への影響が生じなければ、フォトダイオードチップの受光面に入射できない光が生じることも許容できると考えられる。よって、光導波路は、フォトダイオード１４のみに対応して設けられていることが好ましい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る光電センサの全体構成図である。 回帰反射板５の正面図である。 図１に示したセンサヘッド２を、その投受光部分側から見た外観斜視図である。 図３に示したセンサヘッド２のブロック図である。 図４に示したミラー支持部材１７および光導波路１８を示す斜視図である。 本実施の形態に係るセンサヘッドの第１の検討例のブロック図である。 本実施の形態に係るセンサヘッドの第２の検討例を示す外形図である。 図７に示したセンサヘッドのブロック図である。 本実施の形態に係るセンサヘッドの第３の検討例の概略構成を示すブロック図である。 本実施の形態に係るセンサヘッドの変形例を示す図である。

符号の説明

１ 光電センサ、２，２Ａ〜２Ｃ，５２ センサヘッド、３ アンプユニット、４ ケーブル、５ 回帰反射板、６ 測定対象物体、７ 領域、１０ ケース、１１ 窓部、１２ 保護カバー、１３，１３Ａ 発光ダイオード、１４，１４Ａ フォトダイオード、１５，４１ 実装基板、１６ ハーフミラー、１６Ａ 反射面、１７ ミラー支持部材、１８ 光導波路、２０ レンズ、２１，２４ 基材、２２ 発光ダイオードチップ、２３，２６ 透光性樹脂層、２５ フォトダイオードチップ、３０ 開口部、３１ 底面部、３２，３３ 側面部、３７，３８ リード端子、３９，４３ 半田、４２ 銅箔パターン、４５ 凹面鏡。

Claims (4)

1. 信号光を発する投光部と、
   前記投光部からの前記信号光を外部信号光として外部に出射する光出射部と、
   前記投光部と前記光出射部との間の前記信号光の光路上に設けられて、前記信号光の光路と、前記外部信号光の前記外部からの戻り光の光路とを分離する光路分離部と、
   前記光路分離部からの前記戻り光を受ける受光部と、
   前記投光部から前記光路分離部までの前記信号光の光路、および前記光路分離部から前記受光部までの前記戻り光の光路の少なくとも１つの光路を形成する光導波路と、
   少なくとも、前記投光部と、前記受光部と、前記光路分離部と、前記光導波路とを格納し、かつ、前記光出射部に対応して形成される開口部を有する筐体とを備える、光電センサ。
2. 前記光路分離部は、
   前記信号光の光路と前記戻り光の光路とを分離するための光路分離面を有し、
   前記光電センサは、
   前記光導波路と一体化され、かつ前記光路分離面に対する前記信号光の入射角および前記光路分離面に対する前記戻り光の出射角が一定となるように前記光路分離部を支持する支持部材をさらに備える、請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記光電センサは、
   前記筐体内に格納される基板をさらに備え、
   前記投光部および前記受光部は、前記基板の同一の主表面に搭載される表面実装部品である、請求項１または２に記載の光電センサ。
4. 前記少なくとも１つの光路は、前記光路分離部から前記受光部までの前記戻り光の光路である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光電センサ。

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