JP2011039029A

JP2011039029A - 光学感応装置

Info

Publication number: JP2011039029A
Application number: JP2010028787A
Authority: JP
Inventors: Chung Ping Feng; 仲平馮
Original assignee: Edison Opto Corp
Current assignee: Edison Opto Corp
Priority date: 2009-08-12
Filing date: 2010-02-12
Publication date: 2011-02-24
Also published as: TW201105922A

Abstract

【課題】測定対象物の微小な移動加速度または傾斜角度を測定することができ、測定の感度が高くなる光学感応装置を提供する。
【解決手段】内部に黒体条件空間を有するケースと、黒体条件空間に光ビームを投射する少なくとも一つの発光子と、ケースに設けられ、黒体条件空間に隣接する少なくとも一つの光学感応子と、黒体条件空間に移動可能に設けられ、少なくとも一つの端部を有し、端部がケースと接触し、少なくとも一つの溝が設けられる遮蔽子と、を備える光学感応装置において、黒体条件空間において、遮蔽子が少なくとも一つの遮蔽区域に移動するときには、光学感応子が遮蔽子に遮蔽され、なお、遮蔽子が遮蔽区域から離れたときには、光学感応子が光ビームを感応して感応信号を発する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、光学感応装置に関し、特に、高感度を有する光学感応装置に関するものである。

日常生活において、品物の傾斜角度または変位を把握するために、各種類のセンサーが利用され、なお、これらのセンサーは、水平変位、鉛直変位、又は傾斜角度を測定することが一般である。実際には、これらのセンサーは、光学感応技術、音波感応技術、又は電気感応技術などを利用する。光学感応技術は、感応速度が速いため、高感度の測定に適用することがどんどん多くなる。

以下、２種類の従来の代表的な光学感応装置を例にして説明する。図１乃至図３を参照する。図１は第１の従来実施例の光学感応装置の第１ケースから第２ケースを分離した状態の斜視図であり、図２は図１の第１ケースに第２ケースを組合せた状態のＡ-Ａ線の断面図であり、図３は第１の従来実施例の光学感応装置の発光子、遮蔽子、遮蔽区域および光学感応子の相対位置を示す模式図である。

図１及び図２に示すように、第１の従来実施例の光学感応装置１は、ケース１０を含み、ケース１０は、第１ケース１１と、第２ケース１２と、を組合せて構成される。また、光学感応装置１は、更に、一つの発光子１３と、２セットの光学感応子１４、１４ａと、一つの遮蔽子１５と、を含む。

第１ケース１１と、第２ケース１２を組合せると、その内部に黒体条件空間ＢＢＳ０が形成され、すなわち、ケース１０の内部にＢＢＳ０が形成される。本明細書での黒体条件空間というのは、外部の光線の干渉を受けない封止空間である。光学感応子１４、１４ａは、ケース１０の第１ケース１１内の底部に設けられる。遮蔽子１５は、黒体条件空間ＢＢＳ０に移動可能に設けられ、円柱形状を呈し、前記円柱形状が第１半径Ｒ０を有する。また、遮蔽子１５は、ケース１０の第１ケース１１と接触する端面１５１と、ケース１０の第２ケース１２と接触する端面１５２と、を有する。端面１５１と第１ケース１１の接触面積ＣＡ０はπ・Ｒ０²である。

光学感応装置１によって測定対象物（図示せず）の傾斜角度または変位を測定するときには、測定対象物に光学感応装置１を設けて、発光子１３により黒体条件空間ＢＢＳ０に光ビームＬＢ０を投射する。黒体条件空間ＢＢＳ０において、光ビームＬＢ０は、第１ケース１１、第２ケース１２又は遮蔽子１５を経由する多数回の反射により、黒体条件空間ＢＢＳ０が光ビームＬＢ０に明るくされる。

図３に示すように、測定対象物が第１方向Ｄ０に沿って移動し、又は上昇するときには、遮蔽子１５が慣性力または重力に作用され、慣性力または重力の第１ケース１１の所在平面に沿う分量が遮蔽子１５の端面１５１と第１ケース１１の摩擦力よりも大きい場合には、遮蔽子１５が第１方向Ｄ０の逆方向である第２方向Ｄ０´に沿って移動する。

黒体条件空間ＢＢＳにおいて、遮蔽子１５が遮蔽区域ＳＲ０に移動したときに、光学感応子１４が遮蔽子１５に遮蔽され、このとき、別の遮蔽区域ＳＲ０´において、光学感応子１４ａが遮蔽子１５に遮蔽されないため、光学感応子１４ａが光ビームＬＢ０を感応して感応信号を発することができる。また、遮蔽子１５が遮蔽区域ＳＲ０から離れたときには、光学感応子１４が遮蔽子１５に遮蔽されなくなり、このとき、光学感応子１４が光ビームＬＢ０を感応して感応信号を発することができる。

図４を参照する。図４は第２の従来実施例の光学感応装置１ａの発光子、遮蔽子、遮蔽区域および光学感応子の相対位置を示す模式図である。第２の従来実施例の光学感応装置１ａは、図４に示すように、第１ケース１１の代わりに第１ケース１１ａが使用され、第２ケース１２の代わりに第２ケース（図示せず）が使用される。第１ケース１１ａと第２ケースを組合せると、その内部に黒体条件空間ＢＢＳａ０が形成される。また、光学感応装置１ａは、更に、一つの発光子１３ａと、２セットの光学感応子１４ｂ、１４ｃと、一つの遮蔽子１５と、を含み、発光子１３ａと光学感応子１４ｂ、１４ｃと遮蔽子１５の相対関係は図４に示した。第２の従来実施例では、各部材の作用原理が第１の従来実施例と同じ、又は近似するため、説明を省略した。

上記の従来の技術では、端面１５１と第１ケース１１の接触面積ＣＡ０がπ・Ｒ０²であるため、遮蔽子１５と第１ケース１１の間により大きい摩擦力が存在する。このような状況では、光学感応子１が設けられた測定対象物の移動加速度または傾斜角度がより小さいときに、上記の慣性力または重力は遮蔽子１５と第１ケース１１の摩擦力を克服できず、遮蔽子１５が第１ケース１１に対して移動することができない。すなわち、光学感応子１は、測定対象物の微小な移動加速度または傾斜角度を測定することができない。

本発明の目的は、遮蔽子とケースの接触面積を減少することにより、遮蔽子とケースの摩擦力を減少し、そうすると、測定対象物の微小な移動加速度または傾斜角度を測定することができ、測定の感度が高くなる光学感応装置を提供することにある。

本発明の光学感応装置によると、内部に黒体条件空間を有するケースと、
前記黒体条件空間に光ビームを投射する少なくとも一つの発光子と、
前記ケースに設けられ、前記黒体条件空間に隣接する少なくとも一つの光学感応子と、
前記黒体条件空間に移動可能に設けられ、少なくとも一つの端部を有し、前記端部が前記ケースと接触し、少なくとも一つの溝が設けられる遮蔽子と、
を備える光学感応装置において、
前記黒体条件空間において、前記遮蔽子が少なくとも一つの遮蔽区域に移動するときには、前記光学感応子が前記遮蔽子に遮蔽され、なお、前記遮蔽子が前記遮蔽区域から離れたときには、前記光学感応子が前記光ビームを感応して感応信号を発することを特徴とする。

本発明の光学感応装置によると、前記黒体条件空間において、前記光ビームは、前記ケースと前記遮蔽子のうちの少なくとも一つに少なくとも一回に反射されて、前記光学感応子に感応されることを特徴とする。

本発明の光学感応装置によると、前記感応信号は強い感応信号であり、且つ前記光学感応子が前記遮蔽子に遮蔽されるときには、前記光学感応子が弱い感応信号を伝送することを特徴とする。

本発明の光学感応装置によると、前記溝は、ピン形状溝でもいいし、テーパー形状溝でもいいし、コップ形状溝でもいいし、曲面形状溝でもよいことを特徴とする。

本発明の光学感応装置によると、前記発光子は、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）でもいいし、ホトトランジスタ（ＰｈｏｔｏＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもいいし、ホトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）でもよいことを特徴とする。

本発明の光学感応装置によれば、遮蔽子のケースと接触する少なくとも一つの端面に少なくとも一つの溝を設け、遮蔽子とケースの接触面積を減少することにより、遮蔽子とケースの摩擦力を減少し、そうすると、測定対象物の微小な移動加速度または傾斜角度を測定することができ、測定の感度が高くなるという効果を有する。

第１の従来実施例の光学感応装置の第１ケースから第２ケースを分離した状態の斜視図である。図１の第１ケースに第２ケースを組合せた状態のＡ-Ａ線の断面図である。第１の従来実施例の光学感応装置の発光子、遮蔽子、遮蔽区域および光学感応子の相対位置を示す模式図である。第２の従来実施例の光学感応装置の発光子、遮蔽子、遮蔽区域および光学感応子の相対位置を示す模式図である。本発明の第１実施例の光学感応装置の第１ケースから第２ケースを分離した状態の斜視図である。図５の第１ケースに第２ケースを組合せた状態のＢ-Ｂ線の断面図である。本発明の第１実施例の光学感応装置の発光子、遮蔽子、遮蔽区域および光学感応子の相対位置を示す模式図である。本発明の第２実施例に係る遮蔽子の構造を示す模式図である。本発明の第３実施例に係る遮蔽子の構造を示す模式図である。本発明の第４実施例に係る遮蔽子の構造を示す模式図である。本発明の第５実施例の光学感応装置の第１ケースから第２ケースと遮蔽子を分離した状態の斜視図である。本発明の第５実施例に係る遮蔽子を黒体条件空間に置いた状態の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

まず、図５乃至図７を参照する。図５は本発明の第１実施例の光学感応装置の第１ケースから第２ケースを分離した状態の斜視図であり、図６は図５の第１ケースに第２ケースを組合せた状態のＢ-Ｂ線の断面図であり、図７は本発明の第１実施例の光学感応装置の発光子、遮蔽子、遮蔽区域および光学感応子の相対位置を示す模式図である。図５及び図６に示すように、光学感応装置２は、ケース２０を含み、ケース２０は、第１ケース２１と、第２ケース２２と、を組合せて構成される。光学感応装置２は、更に、発光子２３と、２セットの光学感応子２４、２４ａと、遮蔽子２５と、を含む。第１ケース２１と、第２ケース２２を組合せると、その内部に黒体条件空間ＢＢＳ１が形成され、すなわち、ケース２０の内部にＢＢＳ１が形成される。光学感応子２４、２４ａは、ケース２０の第１ケース２１内の底部に設けられ、黒体条件空間ＢＢＳ１に隣接する。遮蔽子２５は、黒体条件空間ＢＢＳ１に移動可能に設けられ、円柱形状を呈し、前記円柱形状が第１半径Ｒ０を有する。また、遮蔽子１５は、ケース２０の第１ケース２１と接触する端面２５１と、ケース２０の第２ケース２２と接触する端面２５２と、を有する。端面２５１にピン形状溝２５３が設けられ、端面２５２にピン形状溝２５４が設けられる。

本実施例では、ピン形状溝２５３、２５４は特に円柱形状溝を指す。発光子２３は、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）でもいいし、ホトトランジスタ（ＰｈｏｔｏＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもいいし、ホトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）でもよい。且つ光学感応子２４、２４ａは、ホトトランジスタ（ＰｈｏｔｏＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもいいし、ホトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）でもよい。
図５から明らかなように、端面２５１と第１ケース２１の接触区域は、環状を呈し、前記環状区域は、その外径の半分が第１半径Ｒ０であり、その内径の半分が第１半径Ｒ０よりも小さい第２半径Ｒ１である。このように、端面２５１と第１ケース２１の接触面積ＣＡ１はπ・（Ｒ０²-Ｒ１²）である。

光学感応装置２によって測定対象物（図示せず）の傾斜角度または変位を測定するときには、測定対象物に光学感応装置２を設けて、発光子２３により黒体条件空間ＢＢＳ１に光ビームＬＢ１を投射する。黒体条件空間ＢＢＳ１において、光ビームＬＢ１は、第１ケース２１、第２ケース２２又は遮蔽子２５を経由する多数回の反射により、黒体条件空間ＢＢＳ１が光ビームＬＢ１に明るくされる。

図７に示すように、測定対象物が第１方向Ｄ１に沿って移動し、又は上昇するときには、遮蔽子２５が慣性力または重力に作用され、慣性力または重力の第１ケース２１の所在平面に沿う分量が遮蔽子２５の端面２５１と第１ケース２１の摩擦力よりも大きい場合には、遮蔽子２５が第１方向Ｄ１の逆方向である第２方向Ｄ１´に沿って移動する。

黒体条件空間ＢＢＳ１において、遮蔽子２５が遮蔽区域ＳＲ１に移動したときに、光学感応子２４が遮蔽子２５に遮蔽され、このとき、別の遮蔽区域ＳＲ１´において、光学感応子２４ａが遮蔽子２５に遮蔽されないため、光学感応子２４ａが光ビームＬＢ１を感応して感応信号を発することができる。且つ前記感応信号は強い感応信号であり、すなわち、光学感応子２４ａの光ビームＬＢ１の感応強さが光学感応子２４の光ビームＬＢ１の感応強さよりも強い。また、遮蔽子２５が遮蔽区域ＳＲ１から離れたときには、光学感応子２４が遮蔽子２５に遮蔽されなくなり、このとき、光学感応子２４が光ビームＬＢ１を感応して感応信号を発することができる。

実際には、上記の強い感応信号と弱い感応信号により、測定対象物の変位または傾斜角度を判断することができ、且つ上記の強い感応信号と弱い感応信号によって制御信号を発して、測定対象物または別のシステムをフィードバック制御し、又は一般制御することができる。例えば制御信号により、測定対象物の変位または傾斜角度を制御し、又は別のシステムを制御することができる。

図８を参照する。図８は本発明の第２実施例に係る遮蔽子の構造を示す模式図である。本発明の第２実施例の光学感応装置の遮蔽子２５ａは、端面２５１ａと、端面２５２ａと、を有する。本実施例に係る遮蔽子２５ａと第１実施例に係る遮蔽子２５の相違する点は、端面２５１ａにテーパー形状溝２５３ａが設けられ、端面２５２ａにテーパー形状溝２５４ａが設けられることにある。本実施例でのテーパー形状溝２５３ａ、２５４ａは、特に、円錐形状溝を指す。

図９を参照する。図９は本発明の第３実施例に係る遮蔽子の構造を示す模式図である。本発明の第３実施例の光学感応装置の遮蔽子２５ｂは、端面２５１ｂと、端面２５２ｂと、を有する。本実施例に係る遮蔽子２５ｂと第１実施例に係る遮蔽子２５の相違する点は、端面２５１ｂにコップ形状溝２５３ｂが設けられ、端面２５２ｂにコップ形状溝２５４ｂが設けられることにある。

図１０を参照する。図１０は本発明の第４実施例に係る遮蔽子の構造を示す模式図である。本発明の第４実施例の光学感応装置の遮蔽子２５ｃは、端面２５１ｃと、端面２５２ｃと、を有する。本実施例に係る遮蔽子２５ｃと第１実施例に係る遮蔽子２５の相違する点は、端面２５１ｃに曲面形状溝２５３ｃが設けられ、端面２５２ｃに曲面形状溝２５４ｃが設けられることにある。

図１１及び図１２を参照する。図１１は本発明の第５実施例の光学感応装置の第１ケースから第２ケースと遮蔽子を分離した状態の斜視図であり、図１２は本発明の第５実施例に係る遮蔽子を黒体条件空間に置いた状態の斜視図である。

本実施例の光学感応装置３は、図１１及び図１２に示すように、ケース３０を含み、ケース３０は、第１ケース３１と、第２ケース３２と、を組合せて構成される。光学感応装置３は、更に、発光子３３と、３セットの光学感応子３４、３４ａと、遮蔽子３５と、を含む。光学感応装置３と上記の光学感応装置２の相違する点は、ケース３０が立方形状を呈し、ケース３０の内部にほぼ菱形状を呈する黒体条件空間ＢＢＳ２が設けられる。また、発光子３３と光学感応子３４、３４ａが黒体条件空間ＢＢＳ２の三つのコナーの近傍に設けられる。本実施例では、各部材の作用原理が第１実施例と同じ、又は近似するため、説明を省略した。

本発明の第１実施例では、端面２５１と第１ケース２１の接触面積ＣＡ１は、従来の技術によるもののπ・Ｒ０²よりも小さいπ・（Ｒ０²-Ｒ１²）であるため、遮蔽子と第１ケースの摩擦力が減少する。そうすると、測定対象物の変位または傾斜角度がより微小であっても、遮蔽子２５が第１ケース２１に対して移動することができる。すなわち、本発明の光学感応装置２によれば、測定対象物の微小な移動加速度または傾斜角度を測定することができ、測定の感度が高くなる。

また、端面２５１と第１ケース２１の接触面積ＣＡ１（π・（Ｒ０²-Ｒ１²））は、遮蔽子２５と第１ケース２１の摩擦力の大きさを決めるため、第１半径Ｒ０が一定である場合には、第２半径Ｒ１を調整することにより、接触面積ＣＡ１を変更することができ、そうすると、本発明の光学感応装置２の変位または傾斜角度の変化に対する感度を調整することができる。

このように、本発明が、特定の例を参照して説明したが、それらの例は、説明のためだけのものであり、本発明を限定するものではなく、この分野に通常の知識を有する者には、本発明の要旨および特許請求の範囲を逸脱することなく、ここで開示された実施例に変更、追加、または、削除を施してもよいことがわかる。

本発明は、光学感応装置に適用することができる。

１〜１ｃ光学感応装置
２光学感応装置
３光学感応装置
１０ケース
１１〜１１ｃ第１ケース
１２第２ケース
１３〜１３ｃ発光子
１４〜１４ｈ光学感応子
１５遮蔽子
２０ケース
２１第１ケース
２２第２ケース
２３発光子
２４，２４ａ光学感応子
２５〜２５ｃ遮蔽子
３０ケース
３１第１ケース
３２第２ケース
３３発光子
３４，３４ａ光学感応子
３５遮蔽子
１５１，１５２端面
２５１〜２５１ｃ，２５２〜２５２ｃ端面
２５３，２５４ピン形状溝
２５３ａ，２５４ａテーパー形状溝
２５３ｂ，２５４ｂコップ形状溝
２５３ｃ，２５４ｃ曲面形状溝
ＢＢＳ０，ＢＢＳａ０黒体条件空間
ＢＢＳ１，ＢＢＳ２黒体条件空間
ＣＡ０，ＣＡ１接触面積
ＬＢ０，ＬＢ１光ビーム
Ｒ０第１半径
Ｒ１第２半径
ＳＲ０，ＳＲ０´ 遮蔽区域
ＳＲ１，ＳＲ１´ 遮蔽区域

Claims

内部に黒体条件空間を有するケースと、
前記黒体条件空間に光ビームを投射する少なくとも一つの発光子と、
前記ケースに設けられ、前記黒体条件空間に隣接する少なくとも一つの光学感応子と、前記黒体条件空間に移動可能に設けられ、少なくとも一つの端部を有し、前記端部が前記ケースと接触し、少なくとも一つの溝が設けられる遮蔽子と、
を備える光学感応装置において、
前記黒体条件空間において、前記遮蔽子が少なくとも一つの遮蔽区域に移動するときには、前記光学感応子が前記遮蔽子に遮蔽され、なお、前記遮蔽子が前記遮蔽区域から離れたときには、前記光学感応子が前記光ビームを感応して感応信号を発することを特徴とする光学感応装置。
前記黒体条件空間において、前記光ビームは、前記ケースと前記遮蔽子のうちの少なくとも一つに少なくとも一回に反射されて、前記光学感応子に感応されることを特徴とする、請求項１に記載の光学感応装置。
前記感応信号は強い感応信号であり、且つ前記光学感応子が前記遮蔽子に遮蔽されるときには、前記光学感応子が弱い感応信号を伝送することを特徴とする、請求項１に記載の光学感応装置。
前記溝は、ピン形状溝でもいいし、テーパー形状溝でもいいし、コップ形状溝でもいいし、曲面形状溝でもよいことを特徴とする、請求項１に記載の光学感応装置。
前記発光子は、発光ダイオード（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ，ＬＥＤ）でもいいし、ホトトランジスタ（ＰｈｏｔｏＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）でもいいし、ホトダイオード（ＰｈｏｔｏＤｉｏｄｅ）でもよいことを特徴とする、請求項１に記載の光学感応装置。