JP2014123455A

JP2014123455A - 光電センサ

Info

Publication number: JP2014123455A
Application number: JP2012278287A
Authority: JP
Inventors: Shinichiro Suzuki; 慎一郎鈴木; Nagayuki Sato; 永幸佐藤; Minoru Tanaka; 実田中; Manabu Mizobuchi; 学溝渕
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2014-07-03
Also published as: CN103887317A

Abstract

【課題】市販の投光用ＬＥＤを用いて、任意の光学特性を容易に得る。
【解決手段】光を発光する投光用ＬＥＤ１０３１を有する投光部１０３と、投光用ＬＥＤ１０３１により発光された光を検出領域に投光する投光レンズ１０４１とを備え、投光部１０３は、投光用ＬＥＤ１０３１及び投光レンズ１０４１との組み合わせにより所望の光学特性を得る小型レンズ１０３２を有する。
【選択図】図１

Description

この発明は、市販の投光用ＬＥＤを用いて任意の光学特性を得る光電センサに関するものである。

従来から、小型の投光用ＬＥＤを樹脂封止するとともに、露出した電極と外部電気基板とを接続することで投光部を構成した光電センサが広く用いられている（例えば特許文献１，２参照）。
ここで、光電センサを製作するに当り、投光用ＬＥＤの光学特性、信頼性及び価格は重要な選定ポイントである。そして、一般には、市販の投光用ＬＥＤを購入し、または、光電センサにあった形状／光学特性に設計した投光用ＬＥＤを開発して、光電センサを製作している。

特開２００７−８８４７２号公報特開２０１０−１１３９３８号公報

市販の投光用ＬＥＤを用いる方法では、安価に部品を入手することが可能である。しかしながら、市販品では光学特性の自由度はなく、製品の光学特性は投光レンズで実現する必要がある。そのため、光学特性の設計自由度が不足するという課題がある。
一方、光電センサに合わせて投光用ＬＥＤを開発する方法では、製品の形状／光学特性はほぼ満足することができる。しかしながら、投光用ＬＥＤの生産ロット数が膨大であり、開発費およびＬＥＤコストがかかるという課題がある。なお、製品の光学特性は、市販の投光用ＬＥＤを用いる場合と同様に、投光用ＬＥＤ及び投光レンズで実現する。

さらに、上記両方法で共通の課題として、投光用ＬＥＤの光学特性はせいぜい数種類であり、それと投光レンズとの組み合わせで製品の光学特性を実現するため、少量生産になりがちな特殊な光学特性を実現するには、非常に高価な製品になってしまうことがある。
また、光電センサの投光部を構成する際に、適切な範囲に光を集光するためのレンズ構造が求められる場合が多い。この際、投光用ＬＥＤの発光チップの位置公差の影響もあり、必ずしも任意の光学特性が得られない場合があるという課題もあった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、市販の投光用ＬＥＤを用いて、任意の光学特性を容易に得ることが可能な光電センサを提供することを目的としている。

この発明に係る光電センサは、光を発光する発光部を有する投光部と、発光部により発光された光を検出領域に投光する投光レンズとを備え、投光部は、発光部及び投光レンズとの組み合わせにより所望の光学特性を得る小型レンズを有するものである。

この発明によれば、上記のように構成したので、市販の投光用ＬＥＤを用いて、任意の光学特性を容易に得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る光電センサの概略構成を示す図である。この発明の実施の形態１における投光部の構成を示す側面図である。この発明の実施の形態１における投光用ＬＥＤの構成を示す図であり、（ａ）上面図であり、（ｂ）側面図である。この発明の実施の形態１における小型レンズの構成を示す図であり、（ａ）上面図であり、（ｂ）側面図である。この発明の実施の形態１における投光用ＬＥＤ、小型レンズ及び投光レンズの組み合わせ例を示す図である。

以下、この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。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る光電センサ１の概略構成を示す図である。
光電センサ１は、図１に示すように、内部電源１０１、信号処理部１０２、投光部１０３、センシング部１０４、受光部１０５及び閾値設定・表示部１０６から構成されている。なお、センシング部１０４は、ケース１０７の所定位置に配置されている。また、内部電源１０１、信号処理部１０２、投光部１０３、受光部１０５及び閾値設定・表示部１０６は、ケース１０７内に収納されたプリント基板１０８上の所定位置に配置されている。

内部電源１０１は、接続部１０９を介して接続されたケーブルユニット１１０から供給された電力を信号処理部１０２に供給するものである。
信号処理部１０２は、内部電源１０１から供給された電力により稼動し、光電センサ１内の各部を制御するものである。ここで、信号処理部１０２では、投光部１０３に対して光の投光を指示し、また、受光部１０５により受光された光の受光量を検出する。そして、当該受光量を閾値設定・表示部１０６により設定された閾値と比較することで、検出領域における物体の有無を判定し、その判定結果に応じて閾値設定・表示部１０６に対して表示窓１１１の表示切替えを指示する。

投光部１０３は、信号処理部１０２からの指示に応じて、光を発光してセンシング部１０４側に投光するものである。この投光部１０３の詳細構成については後述する。

センシング部１０４は、検出領域との間で光の投受光を行うものである。このセンシング部１０４は、投光部１０３からの光を検出領域に投光する投光レンズ１０４１と、検出領域に物体が存在する場合に当該物体により反射された光を受光して集光する受光レンズ１０４２とから構成されている。

受光部１０５は、センシング部１０４の受光レンズ１０４２により集光された光を受光するものである。この受光部１０５は、例えばフォトダイオードにより構成される。

閾値設定・表示部１０６は、受光部１０５での受光量に対する閾値を設定するとともに、信号処理部１０２からの指示に応じて、ケース１０７に設けられた表示窓１１１の表示を切替えることで、検出領域における物体の有無を外部に通知するものである。

なお、プリント基板１０８は、プリント基板１０８上に配置された投光部１０３の光軸と、ケース１０７に配置された投光レンズ１０４１の光軸とが合うように、ケース１０７内の所定箇所に位置決めされている。

次に、上記のように構成された投光部１０３の構成について、図２〜４を参照しながら説明する。
図２はこの発明の実施の形態１における投光部１０３の構成を示す図であり、図３は投光用ＬＥＤ１０３１の構成を示す図であり、図４は小型レンズ１０３２の構成を示す図である。

投光部１０３は、図２に示すように、投光用ＬＥＤ（発光部）１０３１及び小型レンズ１０３２から構成されている。
投光用ＬＥＤ１０３１は、信号処理部１０２からの指示に応じて、光を発光するものであり、一般に市販されているＬＥＤである。図３では、一例として表面実装用ＰＬＣＣＬＥＤを示している。
小型レンズ１０３２は、投光用ＬＥＤ１０３１と投光レンズ１０４１との間に設けられ、投光用ＬＥＤ１０３１及び投光レンズ１０４１との組み合わせにより所望の光学特性を得るものである。なお、図４に示す小型レンズ１０３２では、投光用ＬＥＤ１０３１に対して組み付け易くするために、箱型形状に構成されたものを示している。

そして、投光部１０３は、図２に示すように、プリント基板１０８上に配置された投光用ＬＥＤ１０３１の上面に、小型レンズ１０３２を貼り付け固定することで構成される。この際、投光用ＬＥＤ１０３１の発光チップ（図３参照）１０３３の中心位置を計測し、当該発光チップ１０３３の中心に対して、小型レンズ１０３２の中心軸を合わせて組み付けを行う。
ここで一般に、市販の投光用ＬＥＤ１０３１の発光チップ１０３３は、ある公差内（±１００μｍ）でボンディングされているため、その光学特性にはばらつきがある。それに対し、本発明のように投光用ＬＥＤ１０３１の発光チップ１０３３の中心と小型レンズ１０３２の中心軸とを一致させて組み付けることで、光学特性のばらつきを非常に小さくすることができる。

また、上述のように投光用ＬＥＤ１０３１の光学特性にはばらつきがあるため、従来の光電センサを取り付け対象に取り付けネジを介して位置決めする際に、光電センサの光軸方向を微調整する必要がある。それに対し、本発明のように光学特性のばらつきを小さくした投光部１０３を有する光電センサ１を用いることで、この光電センサ１を取り付け対象に取り付けネジを介して位置決めした際に、光電センサ１の光軸方向も同時に決まる。そのため、光電センサ１を設置する作業を非常に短時間に行うことができる。

また、投光用ＬＥＤ１０３１に小型レンズ１０３２を貼り付ける際の接着剤としてＵＶ接着剤を用いる。これにより、短時間での固定が可能となり、作業性が向上する。また、エポキシ樹脂等の接着剤を用いるようにしてもよい。

なお図３では、小型レンズ１０３２として球面レンズを用いた場合を示している。しかしながら、小型レンズ１０３２としては、球面・非球面を問うものではなく、投光用ＬＥＤ１０３１の光学特性を変えることが可能なレンズであればよい。

次に、上記のように構成された投光部１０３（投光用ＬＥＤ１０３１及び小型レンズ１０３２）及び投光レンズ１０４１の組み合わせの一例について、図５を参照しながら説明する。
図５（ａ）では、投光用ＬＥＤ１０３１として赤色ＬＥＤ又は赤外ＬＥＤを用い、小型レンズ１０３２として球面レンズを用い、投光レンズ１０４１として図５（ａ）に示す形状のレンズＡを用いることで、標準的な検出距離（Ｄ＝５０ｃｍ、１００ｃｍ）となるような光学特性を得る場合を示している。
また、図５（ｂ）では、投光用ＬＥＤ１０３１として赤外ＬＥＤを用い、小型レンズ１０３２として球面レンズを用い、投光レンズ１０４１として図５（ｂ）に示す形状のレンズＢを用いることで、広光芒な検出距離（Ｄ＝１０ｃｍ）となるような光学特性を得る場合を示している。
また、図５（ｃ）では、投光用ＬＥＤ１０３１として赤外ＬＥＤを用い、小型レンズ１０３２として球面レンズを用い、投光レンズ１０４１として図５（ｃ）に示す形状のレンズＣを用いることで、広光芒な検出距離（Ｄ＝５ｃｍ）となるような光学特性を得る場合を示している。
このように、投光用ＬＥＤ１０３１、小型レンズ１０３２及び投光レンズ１０４１の組み合わせを変更することで、製品で要求される種々の光学特性を得ることが可能となる。

以上のように、この実施の形態１によれば、市販の投光用ＬＥＤ１０３１及び投光レンズ１０４１との組み合わせにより所望の光学特性を得る小型レンズ１０３２を、投光用ＬＥＤ１０３１に貼り付け固定するように構成したので、市販の投光用ＬＥＤ１０３１を用いて、任意の光学特性を容易に得ることができる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１光電センサ
１０１内部電源
１０２信号処理部
１０３投光部
１０４センシング部
１０５受光部
１０６閾値設定・表示部
１０７ケース
１０８プリント基板
１０９接続部
１１０ケーブルユニット
１１１表示窓
１０３１投光用ＬＥＤ（発光部）
１０３２小型レンズ
１０３３発光チップ
１０４１投光レンズ
１０４２受光レンズ

Claims

光を発光する発光部を有する投光部と、前記発光部により発光された光を検出領域に投光する投光レンズとを備えた光電センサにおいて、
前記投光部は、
前記発光部及び前記投光レンズとの組み合わせにより所望の光学特性を得る小型レンズを有する
ことを特徴とする光電センサ。
前記小型レンズは、自身の中心軸が前記発光部の発光チップの中心に合わせられた
ことを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
所定位置に前記投光レンズが設置されたケースと、
前記ケース内に収納され、所定位置に前記投光部が設置された基板とを備え、
前記基板は、前記投光部の光軸と前記投光レンズの光軸とが合うよう位置決めされた
ことを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
前記小型レンズは球面レンズである
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光電センサ。
前記小型レンズは非球面レンズである
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の光電センサ。
前記小型レンズは、ＵＶ樹脂により前記発光部に貼り付け固定された
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の光電センサ。
前記小型レンズは、エポキシ樹脂により前記発光部に貼り付け固定された
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載の光電センサ。