JP2013254661A

JP2013254661A - 光電センサ

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Publication number: JP2013254661A
Application number: JP2012130044A
Authority: JP
Inventors: Motoharu Okuno; 基晴奥濃; Shinichiro Komine; 晋一郎小峰
Original assignee: Omron Corp; Omron Tateisi Electronics Co
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2012-06-07
Filing date: 2012-06-07
Publication date: 2013-12-19
Anticipated expiration: 2032-06-07
Also published as: EP2672295B1; EP2672295A2; JP6011040B2; CN103487840B; EP2672295A3; CN103487840A

Abstract

【課題】検出精度に優れた光電センサ、を提供する。
【解決手段】光電センサは、検出光を発する発光ダイオード６１と、検出光が外部で反射されて戻ってきた戻り光を受けるフォトダイオード５１と、発光ダイオード６１からの検出光を外部に出射するとともに、外部からの戻り光が入射する投受光レンズ２１と、投受光レンズ２１と、発光ダイオード６１およびフォトダイオード５１との間の光路上に設けられ、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光路と、投受光レンズ２１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光路とを分離するハーフミラー４１と、投受光レンズ２１と、発光ダイオード６１およびフォトダイオード５１との間の光路上のいずれかの位置に、検出光または戻り光の光軸と重なるように設けられ、検出光または戻り光を部分的に遮る遮光部材３１とを備える。
【選択図】図２

Description

この発明は、一般的には、光電センサに関し、より特定的には、同軸式回帰反射型の光電センサに関する。

従来の光電センサに関して、たとえば、特開２００９−２８９７３９号公報には、検出精度を高めることを目的とした、同軸回帰反射型の光電センサが開示されている（特許文献１）。

特許文献１に開示された光電センサは、検出光を発する発光ダイオードと、検出光を平行光に変換して、その平行光を外部への検出光として外部に投射するレンズと、検出光の光路と回帰反射板からの戻り光とを分離するハーフミラーと、ハーフミラーからの戻り光を受けるフォトダイオードとを有する。レンズは、凸面と、発光ダイオードと凸面の中心部とを結ぶ軸に対して垂直方向より傾けられた平面とを含む。

また、特開２００８−１１２６２９号公報には、ＰＥＴボトルの複屈折性を光の減衰に変換し、検出の安定性を高めるとともに、ＰＥＴボトルからの反射光の問題を回避することを目的とした、回帰反射型光電センサが開示されている（特許文献２）。

特許文献２に開示された回帰反射型光電センサは、円偏光を投光する投光系と、逆円偏光と円偏光とが混在する光が入射された場合に逆円偏光を選択的に受光する受光系とが形成されたセンサ本体と、円偏光を、逆円偏光を含む光に変換して反射する回帰反射部とを有する。センサ本体は、投光素子と、受光素子と、垂直偏光を円偏光に変換し、逆円偏光を垂直偏光に変換する１／４波長板と、偏光フィルタとを含む。偏光フィルタは、回帰反射部から受光素子に至る受光経路上において受光素子と１／４波長板との間に配置され、垂直偏光を選択的に透過させる。

特開２００９−２８９７３９号公報特開２００８−１１２６２９号公報

上述の特許文献に開示されるように、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利用されている。この反射型光電センサには、回帰反射型光電センサと呼ばれるものがある。

一般的に、回帰反射型光電センサは、発光素子および受光素子を内蔵した投受光器を備える。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ため、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。

さらに回帰反射型の光電センサには、２眼式のものと同軸式のものとがある。２眼式の場合、投光路と受光路とが物理的に分離される。一方、同軸式の場合、投光路と受光路とが略一致しており、偏光ビームスプリッタやハーフミラーなどの光学素子によってこれらの光路が分離される。

しかしながら、同軸式回帰反射型の光電センサの場合、投光路と受光路とが物理的に分離されていないため、投光素子から発せられた光の一部が迷光として受光素子に入射することが起こり得る。結果、光電センサの検出精度が低下する懸念が生じる。

そこでこの発明の目的は、上記の課題を解決することであり、検出精度に優れた光電センサを提供することである。

この発明に従った光電センサは、検出光を発する投光部と、検出光が外部で反射されて戻ってきた戻り光を受ける受光部と、投光部からの検出光を外部に出射するとともに、外部からの戻り光が入射するレンズと、レンズと投光部および受光部との間の光路上に設けられ、投光部からレンズに向かう検出光の光路と、レンズから受光部に向かう戻り光の光路とを分離する光路分離部と、レンズと投光部および受光部との間の光路上のいずれかの位置に、検出光または戻り光の光軸と重なるように設けられ、検出光または戻り光を部分的に遮る遮光部材とを備える。

このように構成された光電センサによれば、遮光部材によって、投光部から発せられた検出光の一部が迷光として受光部に入射することを防止できる。これにより、センサの検出精度を向上させることができる。

また好ましくは、遮光部材は、レンズと光路分離部との間の光路上に設けられる。このように構成された光電センサによれば、遮光部材が光路分離部と投光部または受光部との間の光路上に設けられる場合と比較して、遮光部材が投光部および受光部からより離れた位置に設けられる。このため、遮光部材を検出光または戻り光の光軸と重なるように設ける際に、高い位置決め精度が求められることを回避できる。

また好ましくは、遮光部材は、レンズの近傍に設けられている。このように構成された光電センサによれば、レンズで反射された検出光が迷光となって受光部に向かうことをより確実に防止できる。

また好ましくは、遮光部材は、光路分離部と距離を設けて配置され、光路分離部からレンズに向かう検出光を反射する反射面を有する。反射面は、光路分離部からレンズに向かう検出光の光軸に対して斜め方向に延在する。

このように構成された光電センサによれば、遮光部材の反射面で反射された検出光が迷光となって受光部に向かうことを防止できる。

また好ましくは、遮光部材による検出光の遮光領域の中心と、レンズの中心軸とが一致するように、遮光部材が配置されている。このように構成された光電センサによれば、遮光部材が光路分離部からレンズに向かう検出光の光軸に対して斜め方向に延在する反射面を有するにもかかわらず、遮光部材によって遮られることなくレンズに入射する検出光の光軸を、レンズの中心軸に一致させることができる。

また好ましくは、遮光部材が、黒色に着色されている。このように構成された光電センサによれば、検出光または戻り光が遮光部材によって反射されて迷光となることを抑制できる。

また好ましくは、光電センサは、レンズと投光部および受光部との間の光路上で光路分離部を支持する支持部材をさらに備える。遮光部材は、支持部材に一体に成形されている。このように構成された光電センサによれば、部品点数の増大を抑えて、光電センサを簡易な構成にできる。

また好ましくは、支持部材には、投光部と向かい合って配置され、投光部から光路分離部に向かう検出光が通過するスリットが形成される。このように構成された光電センサによれば、光電センサをさらに簡易な構成にできる。

また好ましくは、遮光部材は、レンズに一体に成形されている。このように構成された光電センサによれば、部品点数の増大を抑えて、光電センサを簡易な構成にできる。

以上に説明したように、この発明に従えば、検出精度に優れた光電センサを提供することができる。

この発明の実施の形態１における光電センサの全体構成図である。図１中の光電センサのセンサヘッドを示す断面図である。比較例における光電センサにおいて、フォトダイオードに入射する迷光が生じる様子を示す断面図である。図２中のハーフミラーと投受光レンズとの間の検出光の光路を拡大して示す図である。図２中の光電センサのセンサヘッドの内部構造を示す斜視図である。図２中の光電センサのセンサヘッドが有する支持ケースを示す斜視図である。図２中の投受光レンズの変形例を示す側面図である。図２中の遮光部材の第１変形例を示す断面図である。図２中の遮光部材の第２変形例を示す断面図である。図２中の遮光部材の第３変形例を示す断面図である。図２中の遮光部材の第４変形例を示す断面図である。

この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、以下で参照する図面では、同一またはそれに相当する部材には、同じ番号が付されている。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１における光電センサの全体構成図である。図１を参照して、まず光電センサ１０の全体構成について説明すると、光電センサ１０は、センサヘッド１２および回帰反射板１４を有する。

センサヘッド１２は、検出光Ａを発する。回帰反射板１４は、センサヘッド１２と対向して配置されている。センサヘッド１２から出射された検出光Ａは、回帰反射板１４で反射されて戻り光Ｂとなる。なお、検出光Ａは、たとえば、可視光であるが、回帰反射板１４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。

回帰反射板１４には、多数のコーナキューブが配置されている。検出光Ａは、回帰反射板１４の３面で反射し、最終的には戻り光Ｂとなる。戻り光Ｂは、検出光Ａと同じ軸方向の光であり、検出光Ａの経路と平行な経路を検出光Ａの進む向きと逆向きに進む。

センサヘッド１２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１２は、電源ラインや信号ライン等が一体化されたケーブル１３を介してアンプユニット１５に接続され、その生成した電気信号を、ケーブル１３を介してアンプユニット１５に出力する。

なお、図１中に示す光電センサでは、センサヘッド１２とアンプユニット１５とが互いに分離して設けられているが、センサヘッド１２にアンプが内蔵されてもよい。

アンプユニット１５は、ケーブル１３を介してセンサヘッド１２に駆動電圧を供給する。センサヘッド１２は、この駆動電圧を受けて、検出光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１５は、ケーブル１３を介してセンサヘッド１２からの信号を受ける。アンプユニット１５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１２での受光量を示す信号を出力したりする。

光電センサ１０は、センサヘッド１２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１８が検出光Ａの光路上の領域１６に位置しない場合、センサヘッド１２から出た検出光Ａは、回帰反射板１４で反射されて戻り光Ｂとなりセンサヘッド１２に入射する。一方、測定対象物体１８が領域１６に位置する場合には、センサヘッド１２からの検出光Ａが測定対象物体１８によって遮られるため、センサヘッド１２が受ける戻り光Ｂの光量が減少する。

このように光電センサ１０においては、測定対象物体１８が領域１６に位置するか否かによってセンサヘッド１２の受光量が異なるため、その受光量に基づいて物体の有無を検出する。アンプユニット１５は、センサヘッド１２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１６における測定対象物体１８の有無を検出する。

本実施の形態における光電センサ１０は、投光路と受光路とが、センサヘッド１２の内部に設けられた光学素子によって分離される同軸式回帰反射型の光電センサである。続いて、光電センサ１０のより具体的な構造について説明する。

図２は、図１中の光電センサのセンサヘッドを示す断面図である。図２を参照して、光電センサ１０のセンサヘッド１２は、発光ダイオード６１およびフォトダイオード５１と、投受光レンズ２１と、ハーフミラー４１と、ケース２０と、ホルダー１９とを有する。

ケース２０は、センサヘッド１２の外観をなす筐体である。ホルダー１９は、ケース２０内に収容されている。発光ダイオード６１、フォトダイオード５１、投受光レンズ２１およびハーフミラー４１は、ホルダー１９内に収容されている。

発光ダイオード６１は、検出光を発する投光部として設けられている。図２中では、発光ダイオード６１からの検出光の経路が実線の矢印によって示されている。発光ダイオード６１は、検出光を発する発光ダイオードチップ６２と、発光ダイオードチップ６２を封止する透光性樹脂層６４とを含む。

フォトダイオード５１は、戻り光を受光する受光部として設けられている。図２中では、回帰反射板１４（図１を参照）に反射され、フォトダイオード５１に向かう戻り光の経路が点線の矢印によって示されている。フォトダイオード５１は、基材５３と、基材５３の主表面に実装され、戻り光を受光するフォトダイオードチップ５２と、基材５３の主表面上でフォトダイオードチップ５２を封止する透光性樹脂層５４とを含む。

投受光レンズ２１は、レンズの光軸となる中心軸１０２を有する。投受光レンズ２１は、レンズ面２２と、レンズ面２２の裏側に配置されるレンズ面２３とを有する。本実施の形態では、レンズ面２２およびレンズ面２３はともに、凸面である。発光ダイオード６１からの検出光は、レンズ面２２を通じて投受光レンズ２１に入射し、レンズ面２３を通じて投受光レンズ２１から出射する。回帰反射板１４で反射された戻り光は、レンズ面２３を通じて投受光レンズ２１に入射し、レンズ面２２を通じて投受光レンズ２１から出射する。中心軸１０２が貫く位置におけるレンズ面２２およびレンズ面２３の接平面は、中心軸１０２に直交する平面となる。

フォトダイオード５１は、投受光レンズ２１と距離を隔てて向かい合っている。フォトダイオード５１と投受光レンズ２１とは、対向して配置されている。レンズ面２２は、フォトダイオード５１に面している。

発光ダイオード６１は、投受光レンズ２１の中心軸１０２の延長線に直交する直線上に配置されている。中心軸１０２の軸方向において、発光ダイオード６１は、投受光レンズ２１とフォトダイオード５１との間に配置されている。

ハーフミラー４１は、発光ダイオード６１と投受光レンズ２１との間の検出光の光路（投光路）上であって、投受光レンズ２１とフォトダイオード５１との間の戻り光の光路（受光路）上に配置されている。ハーフミラー４１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光路と、投受光レンズ２１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光路とを分離する光路分離部として設けられている。

ハーフミラー４１は、ミラー面４２と、ミラー面４２の裏側に配置されるミラー面４３とを有する。ハーフミラー４１は、ミラー面４２およびミラー面４３が投受光レンズ２１の中心軸１０２に対して斜め方向に延在するように傾斜して設けられている。発光ダイオード６１および投受光レンズ２１は、ミラー面４２およびミラー面４３のうちミラー面４２の側に配置され、フォトダイオード５１は、ミラー面４２およびミラー面４３のうちミラー面４３の側に配置されている。

発光ダイオード６１からの検出光は、ハーフミラー４１のミラー面４２により反射されてその光軸を略９０°変更され、投受光レンズ２１に向けて進行する。投受光レンズ２１から出射された戻り光は、検出光とは逆方向に進行してハーフミラー４１に向けて進行する。戻り光は、ミラー面４２およびミラー面４３を順に通過してハーフミラー４１を透過する。この際、ハーフミラー４１が有する厚みによって、戻り光の光軸は、ハーフミラー４１を透過する前後で一定量だけ平行移動（図２中では、右側から左側に移動）する。ハーフミラー４１を透過した戻り光は、フォトダイオード５１に向けて進行する。

本実施の形態では、発光ダイオード６１から出射し、ハーフミラー４１に向かう検出光の光軸と、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸１０１とが、直交する。また、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸１０１と、投受光レンズ２１の中心軸１０２と、投受光レンズ２１から出射し、ハーフミラー４１に向かう戻り光の光軸とが、同一直線上に配置される。また、投受光レンズ２１から出射し、ハーフミラー４１に向かう戻り光の光軸と、ハーフミラー４１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光軸とが、平行となる。

ハーフミラー４１と発光ダイオード６１との間であって、発光ダイオードチップ６２の直上の位置には、スリット７２が形成されている。スリット７２は、円形状の開口部として設けられており、その開口中心は、発光ダイオード６１からハーフミラー４１に向けて進行する検出光の光軸と重なる。発光ダイオード６１からの検出光は、スリット７２を通ってハーフミラー４１に向かう。

ハーフミラー４１とフォトダイオード５１との間であって、フォトダイオードチップ５２の直上の位置には、スリット８２が形成されている。スリット８２は、円形状の開口部として設けられており、その開口中心は、ハーフミラー４１からフォトダイオード５１に向けて進行する戻り光の光軸と重なる。ハーフミラー４１を透過した戻り光は、スリット８２を通ってフォトダイオード５１に向かう。フォトダイオード５１に照射される戻り光の領域は、スリット８２によって規定されている。

本実施の形態における光電センサ１０のセンサヘッド１２は、ケース２０の内部で検出光または戻り光の部分的に遮る遮光部材３１をさらに有する。遮光部材３１は、検出光および戻り光の進行を遮ることが可能な部材から形成されている。好ましくは、遮光部材３１は、黒色に着色されている。遮光部材３１は、投受光レンズ２１と発光ダイオード６１との間の検出光の光路上および投受光レンズ２１とフォトダイオード５１との間の戻り光の光路上のいずれかの位置であって、検出光または戻り光の光軸と重なるように設けられている。

本実施の形態では、遮光部材３１が、投受光レンズ２１と発光ダイオード６１との間の検出光の光路上に設けられている。遮光部材３１は、投受光レンズ２１とハーフミラー４１との間の検出光の光路上に設けられている。

遮光部材３１は、投受光レンズ２１の近傍に設けられている。遮光部材３１は、投受光レンズ２１とハーフミラー４１との間の検出光の光路上であって、ハーフミラー４１よりも投受光レンズ２１に近い位置に設けられている。遮光部材３１は、投受光レンズ２１（レンズ面２２）に接触して設けられている。遮光部材３１は、投受光レンズ２１とは別部品として設けられている。

遮光部材３１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸と重なるように設けられている。遮光部材３１は、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸１０１と重なるように設けられている。遮光部材３１は、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸１０１が遮光部材３１を貫くように設けられている。

遮光部材３１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光を部分的に遮るように設けられている。すなわち、遮光部材３１が設けられた位置で検出光の光軸に直交する平面により切断された場合の検出光の断面積が、同じ平面により切断された場合の遮光部材３１の断面積よりも大きくなる。遮光部材３１により部分的に遮られた検出光は、リング状となって投受光レンズ２１に入射する。

図３は、比較例における光電センサにおいて、フォトダイオードに入射する迷光が生じる様子を示す断面図である。図３を参照して、本比較例では、図２中の本実施の形態における光電センサ１０と比較して、投受光レンズ２１とハーフミラー４１との間の検出光の光路上に遮光部材３１が設けられていない。

発光ダイオード６１から出射され、ハーフミラー４１により反射された検出光は、投受光レンズ２１に入射する。この際、検出光の一部が投受光レンズ２１のレンズ面２２で反射されることによって、反射光が生じる。反射光は、レンズ面２２に対する入射角と等しい反射角を有して投受光レンズ２１から遠ざかる方向に進行するため、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光のうちその光軸１０１上を進行する部分が、投受光レンズ２１により反射されて再び光軸１０１上を進むことになる。本比較例においては、このように光軸１０１上を逆行して進む反射光（図３中の矢印２１２に示す反射光）が、フォトダイオード５１に入射する迷光となる。

図２を参照して、これに対して、本実施の形態における光電センサ１０においては、投受光レンズ２１とハーフミラー４１との間の検出光の光路上であって、その検出光の光軸１０１と重なるように、検出光を部分的に遮る遮光部材３１が設けられている。

このような構成によれば、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光のうちの光軸１０１に重なる部分が、遮光部材３１によってその進行を遮られるため、光軸１０１上を逆行してフォトダイオード５１に向かう反射光が発生することを防止できる。これにより、投受光レンズ２１による反射光がフォトダイオード５１に入射する迷光となることを防止できる。一方、光軸１０１から見て遮光部材３１の外周に当たる位置には、ハーフミラー４１および投受光レンズ２１間の検出光および戻り光の経路が確保されるため、かかる経路を進行する検出光および戻り光によって、測定対象物体の有無を検出することができる。

なお、上記では、投受光レンズ２１のレンズ面２２で反射される反射光について説明したが、反射光は、投受光レンズ２１の内部でレンズ面２３により反射されることによっても生じる。遮光部材３１は、このように投受光レンズ２１の内部で生じた反射光がフォトダイオード５１に進行することも防止する。

遮光部材３１の構造について引き続き説明する。図４は、図２中のハーフミラーと投受光レンズとの間の検出光の光路を拡大して示す図である。

図２および図４を参照して、遮光部材３１は、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸１０１の軸方向に沿った円柱形状を有する。遮光部材３１は、投受光レンズ２１のレンズ面２２から、投受光レンズ２１の中心軸１０２の軸方向に沿って円柱状に延伸する形状を有する。遮光部材３１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸に直交する平面により切断された場合に、円形状の断面を有する。

遮光部材３１は、反射面３２を有する。反射面３２は、ハーフミラー４１と距離を隔てて配置されている。反射面３２は、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光を反射する。

反射面３２は、ハーフミラー４１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸１０１（投受光レンズ２１の中心軸１０２）に対して斜め方向に延在する。反射面３２は、投受光レンズ２１から出射し、ハーフミラー４１を透過してフォトダイオード５１に向かう戻り光の光軸に対して斜め方向に延在する。反射面３２は、検出光の光軸１０１に直交する平面を基準に発光ダイオード６１とは反対側に傾くように形成されている。反射面３２は、鏡面状に仕上げられていることが好ましい。

遮光部材３１によって投受光レンズ２１への進行が遮られた検出光の一部が、反射面３２により反射される場合が想定される。このような場合であっても、反射面３２を検出光の光軸１０１に対して斜め方向に延在する傾斜面とすることにより、反射面３２により反射された検出光は、矢印２０１に示すように、検出光の光軸１０１の軸方向からずれた方向に進行する。これにより、反射面３２により反射された検出光がフォトダイオード５１に向かって迷光となることを防止できる。

図４中の投受光レンズ２１のレンズ面２２上には、遮光部材３１による遮光によって検出光が照射されない遮光領域２６と、投受光レンズ２１の中心軸１０２から見て遮光領域２６の外周上に位置し、検出光が照射される照射領域２７とが示されている。反射面３２を検出光の光軸１０１に対して斜め方向に延在する傾斜面としたことによって、遮光領域２６は、円柱形状を有する遮光部材３１の中心軸１０３の両側で非対称な領域となる。本実施の形態では、遮光部材３１の中心軸１０３を投受光レンズ２１の中心軸１０２に対して微小に芯ずれして配置することによって、遮光部材３１による検出光の遮光領域２６の中心を、投受光レンズ２１の中心軸１０２に一致させる。

なお、本実施の形態では、投受光レンズ２１の反射面３２を検出光の光軸１０１に対して斜め方向に延在する傾斜面としたが、これに限られず、反射面３２を検出光の光軸１０１に直交する平面として設けてもよい。この場合、反射面３２に凹凸形状を形成することによって、検出光が反射面３２により反射されて生じた反射光がフォトダイオード５１に向かうことを抑制できる。

図５は、図２中の光電センサのセンサヘッドの内部構造を示す斜視図である。図６は、図２中の光電センサのセンサヘッドが有する支持ケースを示す斜視図である。

図２、図５および図６を参照して、光電センサ１０のセンサヘッド１２は、支持ケース７１をさらに有する。支持ケース７１は、ケース２０の内部でハーフミラー４１を検出光および戻り光の光路上に支持するための支持部材として設けられている。本実施の形態では、遮光部材３１が、支持ケース７１に一体に成形されるとともに、スリット７２が支持ケース７１に形成されている。

具体的には、支持ケース７１は、その構成部位として、ハーフミラー支持部７６ｐおよびハーフミラー支持部７６ｑ（以下、特に区別しない場合は、ハーフミラー支持部７６という）と、スリット形成部７３と、遮光部材３１とを有する。支持ケース７１は、黒色の樹脂材料（たとえば、ＡＢＳ樹脂）により形成されている。

スリット形成部７３は、平板形状を有する。スリット形成部７３は、発光ダイオード６１と対向して配置されている。スリット形成部７３は、発光ダイオード６１とハーフミラー４１との間に配置されている。スリット形成部７３には、既に説明したスリット７２が貫通孔の形態により設けられている。

ハーフミラー支持部７６は、スリット形成部７３から、発光ダイオード６１より遠ざかる方向に二股状に延出して形成されている。その延出するハーフミラー支持部７６の先端には、ハーフミラー４１が載置される複数の突出部７７が互いに間隔を隔てて形成されている。ハーフミラー支持部７６ｐには、ハーフミラー支持部７６ｑに向けてリブ状に延びるリブ部３４ｐが形成され、ハーフミラー支持部７６ｑには、ハーフミラー支持部７６ｐに向けてリブ状に延びるリブ部３４ｑが形成されている。遮光部材３１は、リブ部３４ｐおよびリブ部３４ｑに支持される形態により、ハーフミラー支持部７６ｐとハーフミラー支持部７６ｑとの間の空間に支持されている。

このような構成によれば、ハーフミラー４１を支持するための支持ケース７１に、遮光部材３１が一体に成形されるとともに、スリット７２が形成されるため、センサヘッド１２の部品点数を抑えて、光電センサ１０の製造コストを削減することができる。なお、このような一体構造に限られず、遮光部材３１は、支持ケース７１とは別に単独で設けられてもよい。

以上に説明した、この発明の実施の形態１における光電センサ１０の構造についてまとめて説明すると、本実施の形態における光電センサ１０は、検出光を発する投光部としての発光ダイオード６１と、検出光が外部で反射されて戻ってきた戻り光を受ける受光部としてのフォトダイオード５１と、発光ダイオード６１からの検出光を外部に出射するとともに、外部からの戻り光が入射するレンズとしての投受光レンズ２１と、投受光レンズ２１と、発光ダイオード６１およびフォトダイオード５１との間の光路上に設けられ、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光路と、投受光レンズ２１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光路とを分離する光路分離部としてのハーフミラー４１と、投受光レンズ２１と、発光ダイオード６１およびフォトダイオード５１との間の光路上のいずれかの位置に、検出光または戻り光の光軸と重なるように設けられ、検出光または戻り光を部分的に遮る遮光部材３１とを備える。

このように構成された、この発明の実施の形態１における光電センサ１０によれば、遮光部材３１によって、発光ダイオード６１で発せられた検出光の一部が迷光としてフォトダイオード５１に入射することを防止できる。これにより、光電センサ１０による測定対象物体の有無の検出精度を向上させることができる。

なお、本実施の形態では、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光路と、投受光レンズ２１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光路とを分離する光路分離部としてハーフミラー４１を用いたが、ハーフミラー４１に替えて、入射した光の一部を反射し、一部を透過させるビームスプリッタが設けられてもよい。

また、図２中の発光ダイオード６１とフォトダイオード５１とを互いに入れ替えて配置して、光電センサを構成してもよい。この場合、発光ダイオード６１からの検出光がハーフミラー４１を透過して投受光レンズ２１に向かい、投受光レンズ２１からの戻り光がハーフミラー４１により反射されてフォトダイオード５１に向かうように、ハーフミラー４１が構成される。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１における光電センサ１０の各種変形例について説明する。

図７は、図２中の投受光レンズの変形例を示す側面図である。図７を参照して、投受光レンズ２１のレンズ面２２およびレンズ面２３は、凸面に限られない。

図７（Ａ）中に示すように、レンズ面２２が凸面であり、レンズ面２３が中心軸１０２に直交する平面であってもよいし、図７（Ｂ）中に示すように、レンズ面２２が中心軸１０２に直交する平面であり、レンズ面２３が凸面であってもよい。また、投受光レンズ２１として、レンズ面がのこぎり状の断面を有するフレネルレンズが用いられてもよい。

図８から図１１は、図２中の遮光部材の変形例を示す断面図である。図８を参照して、本変形例では、図２中の遮光部材３１に替えて、遮光部材８１が設けられている。遮光部材８１は、投受光レンズ２１と発光ダイオード６１との間の検出光の光路上に設けられている。遮光部材８１は、ハーフミラー４１と投受光レンズ２１との間の検出光の光路上に設けられている。

遮光部材８１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸と重なるように設けられている。遮光部材８１は、発光ダイオード６１からハーフミラー４１に向かう検出光の光軸１０６と重なるように設けられている。遮光部材８１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光を部分的に遮るように設けられている。

図２中における実施の形態１と比較した場合に、図８中に示す変形例では、遮光部材８１が発光ダイオードチップ６２により近い位置に設けられている。この場合、遮光部材８１が設けられる位置の検出光の断面積がより小さくなるため、光軸１０６に重なるように遮光部材８１を位置決めする際により高い位置決め精度が求められることになる。このような観点からいえば、遮光部材８１は、ハーフミラー４１と投受光レンズ２１との間の検出光の光路上に設けられることが好ましく、また、投受光レンズ２１の近傍に設けられることがさらに好ましい。

図９を参照して、本変形例では、図２中の遮光部材３１に替えて、遮光部材８２が設けられている。遮光部材８２は、投受光レンズ２１と発光ダイオード６１との間の検出光の光路上に設けられている。遮光部材８２は、ハーフミラー４１のミラー面４２上に設けられている。遮光部材８２は、塗装材を用いてミラー面４２の表面が黒色に着色されることによって構成されている。

遮光部材８２は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の光軸と重なるように設けられている。遮光部材８２は、発光ダイオード６１からハーフミラー４１に向かう検出光の光軸１０６と、ハーフミラー４１のミラー面４２とが交わる位置に設けられている。遮光部材８１は、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光を部分的に遮るように設けられている。

図８および図９中の変形例によれば、発光ダイオード６１からハーフミラー４１に向かう検出光のうちの光軸１０６に重なる部分が、遮光部材３１によってその進行を遮られるため、投受光レンズ２１においてフォトダイオード５１に向かう反射光が発生することを防止できる。これにより、投受光レンズ２１による反射光がフォトダイオード５１に入射する迷光となることを防止できる。

図１０を参照して、本変形例では、図２中の遮光部材３１に替えて、遮光部材８３が設けられている。遮光部材８３は、投受光レンズ２１とフォトダイオード５１との間の戻り光の光路上に設けられている。遮光部材８３は、ハーフミラー４１とフォトダイオード５１との間の戻り光の光路上に設けられている。

遮光部材８３は、投受光レンズ２１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光軸と重なるように設けられている。遮光部材８３は、ハーフミラー４１からフォトダイオード５１に向かう戻り光の光軸１０７と重なるように設けられている。遮光部材８３は、ハーフミラー４１からフォトダイオード５１に向かう戻り光を部分的に遮るように設けられている。

本変形例においては、発光ダイオード６１から投受光レンズ２１に向かう検出光の一部が投受光レンズ２１のレンズ面２２で反射されることによって、反射光が生じる。本実施の形態では、その反射光のうち光軸１０７上を進行する部分が、遮光部材８３によって遮られるため、投受光レンズ２１による反射光がフォトダイオード５１に入射する迷光となることを防止できる。

図１１を参照して、本変形例では、図２中の遮光部材３１に替えて、遮光部材９１が設けられている。遮光部材９１は、投受光レンズ２１に一体に成形されている。遮光部材９１によって検出光の進行を遮ることが可能なように、遮光部材９１の先端部９２が塗装材を用いて黒色に着色されている。

このような変形例によれば、センサヘッド１２の部品点数を抑えて、光電センサ１０の製造コストを削減することができる。

このように構成された、この発明の実施の形態２における光電センサによれば、実施の形態１に記載の効果を同様に奏することができる。

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。

この発明は、主に、同軸式回帰反射型の光電センサに適用される。

１０光電センサ、１２センサヘッド、１３ケーブル、１４回帰反射板、１５アンプユニット、１６領域、１８測定対象物体、２０ケース、２１投受光レンズ、２２，２３レンズ面、２６遮光領域、２７照射領域、３１，８１，８２，８３，９１遮光部材、３２反射面、３４ｐ，３４ｑリブ部、４１ハーフミラー、４２，４３ミラー面、５１フォトダイオード、５２フォトダイオードチップ、５３基材、５４，６４透光性樹脂層、６１発光ダイオード、６２発光ダイオードチップ、７１支持ケース、７２，８２スリット、７３スリット形成部、７６，７６ｐ，７６ｑハーフミラー支持部、７７突出部、９２先端部、１０１，１０６，１０７光軸、１０２，１０３中心軸。

Claims

検出光を発する投光部と、
検出光が外部で反射されて戻ってきた戻り光を受ける受光部と、
前記投光部からの検出光を外部に出射するとともに、外部からの戻り光が入射するレンズと、
前記レンズと前記投光部および前記受光部との間の光路上に設けられ、前記投光部から前記レンズに向かう検出光の光路と、前記レンズから前記受光部に向かう戻り光の光路とを分離する光路分離部と、
前記レンズと前記投光部および前記受光部との間の光路上のいずれかの位置に、検出光または戻り光の光軸と重なるように設けられ、検出光または戻り光を部分的に遮る遮光部材とを備える、光電センサ。
前記遮光部材は、前記レンズと前記光路分離部との間の光路上に設けられる、請求項１に記載の光電センサ。
前記遮光部材は、前記レンズの近傍に設けられている、請求項２に記載の光電センサ。
前記遮光部材は、前記光路分離部と距離を設けて配置され、前記光路分離部から前記レンズに向かう検出光を反射する反射面を有し、
前記反射面は、前記光路分離部から前記レンズに向かう検出光の光軸に対して斜め方向に延在する、請求項２または３に記載の光電センサ。
前記遮光部材による検出光の遮光領域の中心と、前記レンズの中心軸とが一致するように、前記遮光部材が配置されている、請求項４に記載の光電センサ。
前記遮光部材が、黒色に着色されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の光電センサ。
前記レンズと前記投光部および前記受光部との間の光路上で前記光路分離部を支持する支持部材をさらに備え、
前記遮光部材は、前記支持部材に一体に成形されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電センサ。
前記支持部材には、前記投光部と向かい合って配置され、前記投光部から前記光路分離部に向かう検出光が通過するスリットが形成される、請求項７に記載の光電センサ。
前記遮光部材は、前記レンズに一体に成形されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電センサ。