JP2010177106A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】導光筒を形成する内壁面に反射することで発生する反射光の光量をより低減することができる光電センサを提供する。
【解決手段】本体ケースには、導光筒２０ｄを形成する内壁面２０ｂに反射されることで発生する反射光の光量を減衰させるための光量減衰部材２０が設けられている。光量減衰部材２０における開口部２０ｃには、光軸Ｌｈ方向に沿う方向に延びる多重反射面２５が全周に亘って形成されるとともに、光量減衰部材２０における中央部には遮光壁２２が形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、光電センサに関する。

一般に、光電素子が備えられた投光器及び受光器が互いに対向して配置されるとともに、投光器と受光器との間に侵入して遮光する物体を検出する光電センサが知られている。さらには、光電素子による光軸が複数平行して配置してなる多光軸光電センサが知られている。

光電素子を保持する本体ケースの前端には、レンズが配置されるとともに、例えば投光器であれば、投光素子（光電素子）から出射した光は、本体ケース内に形成される導光筒（導光部材）を通過し、レンズを介して平行光になる。受光器であれば、投光素子からの光がレンズによって収束されるとともに導光筒を通過し、受光素子（光電素子）に受光される。

ところで、例えば投光器から出射される光は、導光筒を通過する際、導光筒を形成する内壁面によって反射され、正規の光軸とは別の光軸（副光軸）として反射した反射光が本体ケースの外部へ出射されてしまうことがある。このような副光軸の光は、通常は受光器に受光されることはないが、例えば、投光器と受光器との間に反射率の高い物体（例えば、光沢を有する物体）が存在する場合、導光筒の内壁面で反射した反射光が反射体によってさらに反射され、その結果、受光器の導光筒内に反射光が入射して受光素子に達することがある。したがって、投光器から受光器に直接入射する光が遮光されても、副光軸の光によって反射光が受光器に入射し、物体が検出されないという誤作動が生じる可能性がある。

このため、指向角は所定角度以下となるように仕様で規定されている。特に多光軸光電センサ（所謂ライトカーテンと呼ばれるものや、単光軸光電センサを直列接続し多光軸化したもの）においては、生産ラインに設置されている加工機械、工作機械の周りの危険領域に作業者が不用意に立ち入らないように、作業者の機械への近接を検出する安全装置のためのセンサとして用いられる場合がある。このような用途に用いられる場合には、指向角の特性も所定角度（例えば、±２°〜２．５°）以内にするように規定されている。

このような多光軸光電センサにおいては、本体ケースの外部へ反射光が出射されると、反射光が出射された導光筒と対応する投光素子と対向する受光素子とは別の受光素子へ反射光が入射してしまい、本来、遮光されているにも拘らず物体が検出されないという誤作動が生じる可能性があった。

そこで、特許文献１に記載の光電センサにおいては、本体ケース（素子ホルダ）の導光筒における光軸方向の中間部分に遮光壁が一つ設けられている。この遮光壁によって、反射光を遮光するとともに、反射光の光量を減衰するようにしている。

特開２００４−１７７９３４号公報

しかしながら、特許文献１の光電センサは、遮光壁によって反射光を遮光することで反射光の光量を減衰するようにしているが、反射光は遮光壁によって１回しか反射していないため、遮光壁による反射光の光量の減衰は十分ではなく、上記のような誤作動の原因となる反射光の光量が低減しきれていない虞がある。よって、遮光壁によって遮光された反射光が本体ケースの外部へ出射された場合に、上記のような誤作動が生じる虞がある。すなわち、このような光電センサにおいては、導光筒の内壁面に反射することで発生する反射光の光量をさらに減衰できるよう、さらなる改善の余地を残すものとなっていた。

本発明の目的は、導光筒を形成する内壁面に反射することで発生する反射光の光量をより低減することができる光電センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、光電素子と収束レンズとを備えるとともに、前記光電素子及び前記収束レンズを保持する本体ケースが設けられ、前記光電素子と前記収束レンズとの間に導光筒を有する光電センサであって、前記導光筒を形成する内壁面に反射されることで発生する反射光の光量を減衰させるための光量減衰手段を備え、前記光量減衰手段は、前記導光筒の内壁面における少なくとも前記収束レンズ側に位置する部位において、光軸方向に沿う方向に反射面が延びるとともに、光軸を中心とする周方向に亘って前記反射面が繰り返されてなる凹凸形状の多重反射面を有することを要旨とする。

この発明によれば、光量減衰手段が導光筒の内壁面の光軸を中心とする周方向に亘って形成される多重反射面を有することで、反射光が多重反射面に入射することにより複数回反射される。よって、遮光壁による１回だけの反射での反射光における光量の減衰量と比較して、反射光の光量をより低減させることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記多重反射面は、ローレット加工によって形成されていることを要旨とする。
ローレット加工によれば、多重反射面を導光筒の内壁面の全周に亘って一度に形成することができる。よって、多重反射面を一つずつ切削して加工する場合と比べて手間がかからず、作業が容易となる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記光量減衰手段として前記光電素子から出射又は前記光電素子に入射する光の一部を遮光する遮光壁を、前記導光筒の内壁面にさらに備えることを要旨とする。

この発明によれば、光量減衰手段として多重反射面に加えて遮光壁を備えることで、反射光は、遮光壁による１回の反射及び多重反射面による複数回の反射がなされることになるため、さらに反射光の光量を低減させることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、前記遮光壁は、前記導光筒における前記光電素子と前記収束レンズとの中央位置に形成されていることを要旨とする。

反射光は導光筒における光電素子と収束レンズとの中央位置での内壁面に反射して発生する場合が多く、遮光壁を導光筒における中央位置に形成することで、導光筒における中央位置での内壁面に向かう光を遮光させることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記導光筒の内壁面において、光軸方向に延びる方向全面に前記多重反射面が形成されていることを要旨とする。

この発明によれば、導光筒の内壁面における全面に多重反射面が形成されていることで、導光筒の内壁面に反射される反射光が導光筒の内壁面におけるどの位置で反射したとしても、反射光が多重反射面に入射することになり、反射光は多重反射面によって複数回反射される。よって、反射光の光量を確実に低減することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記光電素子による光軸が複数平行して配置してなる多光軸光電センサであることを要旨とする。

多光軸光電センサにおいては、本体ケースの外部へ反射光が出射されると、反射光が出射された光電素子と対向する光電素子とは別の光電素子へ反射光が入射してしまい、本来、物体によって遮光されているにも拘らず物体が検出されないという誤作動が生じる可能性がある。しかし、この発明によれば、光量減衰手段における多重反射面によって、反射光が多重反射面に入射することにより複数回反射されるため、反射光の光量を低減させることができ、上記のような誤作動の発生を抑制することができる。

また、多光軸光電センサにおいては、生産ラインに設置されている加工機械、工作機械の周りの危険領域に作業者が不用意に立ち入らないように、作業者の機械への近接を検出する安全装置のためのセンサとして用いられる場合がある。このような用途に用いられる場合には、指向角の特性も所定角度（例えば、±２°〜２．５°）以内にするように規定されている。このような規定をもつ多光軸光電センサにおいても本発明を適用することで、光電素子から出射される光又は光電素子に入射する光のうち、所定角度よりも大きい角度で出射又は入射される光の光量を低減することができ、安全性が確保された多光軸光電センサを提供することができる。

さらに、多光軸光電センサにおいては、各光電素子からそれぞれ副光軸による光が外部へ出射又は光電素子に入射されている場合、各副光軸による光がどのように外部へ出射又は光電素子に入射されているかを把握することが困難であるという問題がある。しかしながら、本発明によれば、光電素子から出射される光又は光電素子に入射する光のうち、所定角度よりも大きい角度で出射又は入射される光の光量を低減することができ、上記問題を解消することができる。

また、多光軸光電センサにおいては、全ての光電素子を同時に出射させるのではなく、例えば、４つおきに光電素子を出射させるというように、予め決められた所定の数の光電素子のみを同時に出射させる構成のものがある。この場合、同時に出射させることで、出射した光電素子それぞれ副光軸による光が外部へ出射され、一気に外部へ多数の副光軸による光が出射されてしまうという問題がある。しかしながら、本発明によれば、光電素子から出射される光のうち、所定角度よりも大きい角度で出射される光の光量を低減することができ、上記問題を解消することができる。

この発明によれば、導光筒を形成する内壁面に反射することで発生する反射光の光量をより低減することができる。

本実施形態における多光軸光電センサを示す斜視図。 図１におけるＡ−Ａ線縦断面図。 投光器を一部破断して示す分解斜視図。 （ａ）は光量減衰部材を示す縦断面図、（ｂ）は図４（ａ）におけるＢ−Ｂ線断面図。 比較のための投光器を示す縦断面図。 光の指向角と光量との関係を示すグラフ。 比較のための光量減衰部材を示す縦断面図。 別の実施形態における多重反射面を示す光量減衰部材の断面図。

以下、本発明を多光軸光電センサに具体化した一実施形態を図１〜図７にしたがって説明する。
図１に示すように、多光軸光電センサ１０は、投光器１１と受光器１２とが互いに対向するように配置されるとともに、投光器１１と受光器１２との間に侵入して遮光する物体を検出するものである。なお、投光器１１には光電素子としての投光素子１１ａ、また受光器１２には光電素子としての受光素子１２ａが一直線上に複数配列されているが、投光器１１と受光器１２とは略同一構成であるため、以下の説明において、投光器１１のみ説明をし、受光器１２についての詳細な説明を省略する。

図２に示すように、投光器１１は、投光素子１１ａと合成樹脂材料製の収束レンズとしての投光レンズ１３とを備えるとともに、投光素子１１ａ及び投光レンズ１３は、投光器１１に備えられる本体ケース１４によって保持されている。投光レンズ１３は、投光素子１１ａから出射した光を収束させて受光器１２に向かって出射させる。本体ケース１４は、射出成形による合成樹脂材料（プラスチック）からなるとともに、本体ケース１４には、断面円形の収容凹部１５が形成されている。収容凹部１５は、図２における左右方向に延設され、収容凹部１５の一端は開口されるとともに、他端は縮径され中央部には小径孔１５ａが形成されている。

また、本体ケース１４において、収容凹部１５が形成される位置よりもさらに他端側（図２における左側）には、投光素子１１ａを保持する保持凹部１６が形成されている。保持凹部１６と収容凹部１５とは、小径孔１５ａを介して連通されている。投光素子１１ａは保持凹部１６に嵌合されるとともに、この状態において、投光素子１１ａから光を小径孔１５ａを介して収容凹部１５側に出射可能となっている。

収容凹部１５内には、略円筒状であるとともに射出成形による合成樹脂材料（プラスチック）からなる光量減衰部材２０が収容されている。また、光量減衰部材２０が収容凹部１５内に収容された状態において、収容凹部１５の開口側（一端側）には投光レンズ１３が収容凹部１５の開口に嵌合されている。図３に示すように、光量減衰部材２０は、収容凹部１５の開口側から挿入されることで収容凹部１５内に収容されるとともに、続いて投光レンズ１３が収容凹部１５の開口に嵌合されることで保持されるようになっている。

次に、光量減衰部材２０について説明する。
図４（ａ）に示すように、光量減衰部材２０の一端は開口されるとともに、他端は縮径され中央部には小径孔２０ａが形成されている。光量減衰部材２０が収容凹部１５内に収容された状態において、小径孔２０ａは、小径孔１５ａと重合するようになっており、光量減衰部材２０内と保持凹部１６とは、小径孔１５ａ，２０ａを介して連通している。また、光量減衰部材２０が収容凹部１５内に収容された状態において、光量減衰部材２０の開口側は投光レンズ１３側となっている。光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおいて、光量減衰部材２０の開口部２０ｃには、光軸Ｌｈ方向に沿う方向に延びる反射面２１が形成されている。

反射面２１は、光量減衰部材２０の開口部２０ｃに形成される断面視略三角形状の凹部であるとともに、開口部２０ｃにおける光軸Ｌｈを中心とする周方向に亘って連続して形成され、開口部２０ｃは反射面２１が繰り返されてなる凹凸形状の多重反射面２５となっている。詳しくは、図４（ｂ）に示すように、開口部２０ｃの全周には、谷部２１ａと山部２１ｂとが連続して形成されている。また、多重反射面２５が形成される部位の内面は、開口側から他端側に向かうにつれて縮径するテーパ面となっている。

多重反射面２５は、多重反射面２５の金型を光量減衰部材２０の開口から挿入することで内壁面２０ｂに凹凸を成形する所謂、ローレット加工が施されてなる。そのため、金型は、当該金型を光量減衰部材２０内に挿入する際に、光量減衰部材２０に対して進退方向に移動しやすくするために、挿入方向に向かうにつれて縮径する形状となっている。

また、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部には、光量減衰部材２０の内径方向へ突出する遮光壁２２が形成されている。ここで、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部とは、投光素子１１ａと投光レンズ１３との中央位置に相当する。また、遮光壁２２の中央部には円形状の孔２２ａが形成されている。また、本実施形態の遮光壁２２は、投光素子１１ａから出射される光の一部を遮光する機能を有する。ここで、投光素子１１ａから出射される光の一部とは、内壁面２０ｂに反射して遮光壁２２に入射する光、及び内壁面２０ｂに反射せずに直接遮光壁２２に入射する光のことをいう。

図２に示すように、本体ケース１４に投光素子１１ａ、光量減衰部材２０及び投光レンズ１３が保持された状態において、投光素子１１ａから光が出射されると、小径孔１５ａ，２０ａを介して、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂによって形成される導光筒２０ｄ（導光部材）を通過する。そして、導光筒２０ｄを通過した光は、投光レンズ１３を介して平行光（図２において光軸をＬｈで示す）になる。そして、図１に示すように、投光素子１１ａからの光が受光器１２に備えられた受光レンズ１７によって収束されるとともに導光筒２０ｄを通過し、受光素子１２ａに受光される。

図５には、比較のための投光器を示す。投光器５１は、本体ケース１４の収容凹部１５に光量減衰部材２０が収容されておらず、収容凹部１５の内壁面１５ｂによって導光筒１５ｄが形成されている。例えば投光素子１１ａから出射される光が所定角度（指向角）よりも大きい角度で出射される光は、図５において破線で示すように、導光筒１５ｄ内を通過するとともに内壁面１５ｂによって反射され、反射した反射光が本体ケース１４の外部へ出射されてしまうことがある。ここで、「所定角度」とは、投光素子１１ａから出射する光が、内壁面１５ｂに反射されずに受光素子１２ａに入射することができる角度のことをいう。

本実施形態における投光器１１によれば、例えば、図４（ａ）において破線で示すように、投光素子１１ａから出射される光のうち、出射された光の角度が所定角度（指向角）よりも大きい光が内壁面２０ｂによって反射されたとしても、反射した反射光は、遮光壁２２によって１回反射される。さらに、遮光壁２２によって反射された反射光は、多重反射面２５に入射されることにより複数回反射される。つまり、多重反射面２５に入射した反射光は、図４（ｂ）において破線Ｌ１で示すように反射されるとともに、破線Ｌ２で示すように再度反射する。この反射を複数回繰り返した後、反射光は投光レンズ１３を介して本体ケース１４の外部へ出射される。

本体ケース１４の外部へ出射された反射光は、遮光壁２２及び多重反射面２５によって複数回反射されているため、反射光の光量は減衰されている。これを図６を用いて詳しく説明する。図６の横軸には光の角度をとり、縦軸には投光素子１１ａから出射される光の光量をとっている。また、図７には、図４（ａ）における光量減衰部材２０において、遮光壁２２を形成せずに多重反射面２５を開口側（一端側）から他端側にかけて、光軸方向に延びる方向全面に形成した光量減衰部材６０を示す。さらに、図６における実線で本実施形態の光量特性を示すとともに、図６における破線で図５における投光器５１の場合の光量特性を示し、さらに、図６における一点鎖線で図７における光量減衰部材６０を備えた投光器の場合の光量特性を示す。図６に示す破線と一点鎖線とを比較すると、図７に示す光量減衰部材６０を備えた投光器は、光量減衰部材６０の全面に多重反射面２５を形成していることから、図５の光量減衰部材２０を備えていない投光器５１と比べて、投光素子１１ａから出射される光のうち所定角度よりも大きい角度で出射される光の光量を低減することができる。また、図６に示す一点鎖線と実線とを比較すると、本実施形態の光量減衰部材２０を備えた投光器１１においては、投光素子１１ａから出射される光のうち所定角度よりも大きい角度で出射される光の光量を、図７に示す光量減衰部材６０を備えた投光器と比べて低減することができる。すなわち、多重反射面２５及び遮光壁２２を備える光量減衰部材２０は、投光素子１１ａから出射される光のうち所定角度よりも大きい角度で出射される光の光量を減衰させるための光量減衰手段として機能する。

また、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部以外で反射して発生した反射光において、遮光壁２２に反射されなかったとしても、多重反射面２５に入射することにより複数回反射されるため、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部以外で反射して発生した反射光の光量を低減させることができる。

上記実施形態では以下の効果を得ることができる。
（１）本体ケース１４の収容凹部１５には光量減衰部材２０が収容され、光量減衰部材２０の開口部２０ｃには多重反射面２５が形成されるとともに、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部には遮光壁２２が形成されている。よって、内壁面２０ｂに反射することで発生する反射光は、遮光壁２２による１回の反射及び多重反射面２５による複数回の反射がなされることになるため、遮光壁２２による１回だけの反射での反射光における光量の減衰量と比較して、反射光の光量を低減させることができる。したがって、多光軸光電センサ１０において、本来、物体によって遮光されているにも拘らず物体が検出されないという誤作動の発生を抑制することができる。

（２）多重反射面２５は、多重反射面２５の金型を光量減衰部材２０の開口から挿入することで光量減衰部材２０の内壁面２０ｂに成形する所謂、ローレット加工が施されてなる。ローレット加工によれば、反射面２１を開口部２０ｃの全周に亘って一度に形成することができる。よって、反射面２１を一つずつ切削していく場合に比べて手間がかからず、作業が容易となる。

（３）遮光壁２２は、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部に形成されている。反射光は導光筒２０ｄにおける中央部に位置する部位の内壁面２０ｂに反射して発生する場合が多く、遮光壁２２を光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部に形成することで、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部に向かう光を遮光させることができる。

（４）光量減衰部材２０の開口部２０ｃには多重反射面２５が形成されている。よって、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部以外で反射して発生した反射光において、遮光壁２２に反射されなかったとしても、多重反射面２５に入射することにより複数回反射されるため、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部以外で反射して発生した反射光の光量を低減させることができる。

（５）光量減衰部材２０は、本体ケース１４とは別の部材からなる。よって、光量減衰部材２０を本体ケース１４とは別の部材として製造することで、多重反射面２５を形成する際に、本体ケース１４に直接多重反射面２５を形成する場合と比較して、容易に製造作業を行うことができる。特に、本体ケース１４に直接遮光壁２２を形成する場合、本体ケース１４自体を加工しなければならず製造工程が煩雑なものとなるため、光量減衰部材２０を本体ケース１４とは別の部材として製造することで、本体ケース１４自体に加工を施すことなく、遮光壁２２を形成することができる。

なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○ 実施形態において、多重反射面２５及び遮光壁２２を備える光量減衰部材２０を本体ケース１４とは別の部品として製造したが、これに限らず、例えば、多重反射面２５及び遮光壁２２を本体ケース１４における収容凹部１５の内壁面１５ｂに直接形成してもよい。

○ 実施形態において、光量減衰部材２０に遮光壁２２を形成しなくてもよい。
○ 実施形態において、遮光壁２２は、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおける中央部以外の位置であって、かつ多重反射面２５が形成されていない位置に形成してもよい。

○ 実施形態において、図７に示すように、光量減衰部材２０の内壁面２０ｂにおいて、多重反射面２５を開口側（一端側）から他端側にかけて、光軸方向に延びる方向全面に形成してもよい。これによれば、内壁面２０ｂに反射される反射光が、内壁面２０ｂにおけるどの位置で反射したとしても、反射光が多重反射面２５に入射することになり、反射光は多重反射面２５によって複数回反射される。よって、反射光の光量を確実に低減することができる。

○ 実施形態において、多重反射面２５はローレット加工によって内壁面２０ｂの全周に亘るように成形したが、反射面２１を一つずつ切削することによって、内壁面２０ｂの全周に亘って成形するようにしてもよい。例えば、反射面２１を一つずつ切削することによって、図８に示すような形状となる多重反射面８０を内壁面２０ｂの全周に亘って成形するようにしてもよい。具体的には、多重反射面８０は、多重反射面８０における山部８０ａが略台形状となるように形成されている。なお、反射面２１の数は図８に示される個数に限られるものではなく、適宜変更してもよい。また、多重反射面８０を射出成形によって成形してもよい。

○ 実施形態において、光量減衰部材２０における小径孔２０ａが形成されている他端側の部位を光量減衰部材２０とは別の部品として成形するとともに、小径孔２０ａが形成された別の部品を光量減衰部材２０の他端側と組付けるようにしてもよい。

○ 本発明の光量減衰部材２０を投光器１１のみ、あるいは受光器１２のみに設けてもよい。
○ 本発明を、単光軸光電センサに適用してもよい。

１０…多光軸光電センサ、１１ａ…光電素子としての投光素子、１２ａ…光電素子としての受光素子、１３…収束レンズとしての投光レンズ、１４…本体ケース、１７…収束レンズとしての受光レンズ、２０…光量減衰手段としての光量減衰部材、２０ｂ…内壁面、２０ｄ…導光筒、２１…反射面、２２…遮光壁、２５，８０…多重反射面、Ｌｈ…光軸。

Claims (6)

1. 光電素子と収束レンズとを備えるとともに、前記光電素子及び前記収束レンズを保持する本体ケースが設けられ、前記光電素子と前記収束レンズとの間に導光筒を有する光電センサであって、
   前記導光筒を形成する内壁面に反射されることで発生する反射光の光量を減衰させるための光量減衰手段を備え、
   前記光量減衰手段は、前記導光筒の内壁面における少なくとも前記収束レンズ側に位置する部位において、光軸方向に沿う方向に反射面が延びるとともに、光軸を中心とする周方向に亘って前記反射面が繰り返されてなる凹凸形状の多重反射面を有することを特徴とする光電センサ。
2. 前記多重反射面は、ローレット加工によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記光量減衰手段として前記光電素子から出射又は前記光電素子に入射する光の一部を遮光する遮光壁を、前記導光筒の内壁面にさらに備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電センサ。
4. 前記遮光壁は、前記導光筒における前記光電素子と前記収束レンズとの中央位置に形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光電センサ。
5. 前記導光筒の内壁面において、光軸方向に延びる方向全面に前記多重反射面が形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電センサ。
6. 前記光電素子による光軸が複数平行して配置してなる多光軸光電センサであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の光電センサ。

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