JP2015158389A - 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で、且つ、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、投光部、レンズ、光路分離部、光路調整部、受光部、第１遮光部、及び第２遮光部を備える。光路分離部は、投光部とレンズとの間の検出光の光路上に設けられて、検出光の光路と、検出光が外部で反射されて戻ってきた光である戻り光の光路とを分離する。光路調整部は戻り光の光路の向きを所定の向きに変更する。光路調整部は、所定の向きに変更された戻り光を受光部へ向けて集光させる第２屈折部を含む。第１遮光部は戻り光以外の散乱光が光路調整部に入射することを抑止する。第１遮光部は光路分離部と光路調整部との間に設けられる。第１遮光部は戻り光を通過させるための第１開口を含む。第２遮光部は、第１開口から第２屈折部に直接向かう光の光路上に設けられる。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電センサに関する。

従来の光電センサの１つとして、特許文献１に記載された回帰反射型光電センサがある。当該光電センサは、検出光を発する発光素子と、検出光を検知領域に集光するレンズと、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受光素子とを有する。当該光電センサでは、発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を防ぐスリットが受光素子の直上に設けられている。その結果、光電センサの検出精度を向上している。

特開２０１３−２５４６６１号公報

しかし、特許文献１に係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、投光部及び受光部の少なくとも一方をリード部品として基板から離隔して配置し、リード部品を基板に電気的に接続するか、投光部が配置される基板と受光部が配置される基板を直交して配置した上で双方の基板を電気的に接続することとなるため、製造工程が複雑化する。そのため、製造コストも増大する。しかしながら、特許文献１には、迷光が受光素子に入射することを防止しつつ、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。

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、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で、且つ、検出精度に優れた光電センサを提供することである。

本発明の第１の態様における光電センサは、投光部と、レンズと、光路分離部と、光路調整部と、受光部と、第１遮光部と、第２遮光部とを備える。投光部は、検出光を発する。レンズは、投光部から出射された検出光を検知領域に集光する。光路分離部は、投光部とレンズとの間の検出光の光路上に設けられて、検出光の光路と、検出光が外部で反射されて戻ってきた光である戻り光の光路とを分離する。光路調整部は、戻り光の光路の向きを所定の向きに変更する。光路調整部は、第１屈折部と反射部と第２屈折部とを含む。第１屈折部は、光路分離部からの戻り光を平行光に変換する。反射部は、第１屈折部からの平行光を所定の向きに反射する。第２屈折部は、反射部からの平行光を受光部へ向けて集光させる。受光部は、光路調整部からの戻り光を受ける。第１遮光部は、戻り光以外の散乱光が光路調整部に入射することを抑止する。第１遮光部は、光路分離部と光路調整部との間に設けられる。第１遮光部は、戻り光を通過させるための第１開口を含む。第２遮光部は、第１開口から第２屈折部に直接向かう光の光路上に設けられる。

レンズの光軸と光路分離部とのなす角は、４５度より大きいとよい。

第１屈折部及び第２屈折部はレンズの機能を有するとよい。第１屈折部の第１光軸と第２屈折部の第２光軸とのなす第１角は、９０度未満であるとよい。

第１角に基づく反射部に対する入射角は、光路調整部の材質の屈折率から規定される、反射部において第２の平行光が全反射するための臨界角より大きいとよい。

投光部と受光部とは、平面状の基板に配置されるとよい。

レンズの光軸と第２光軸とは平行であるとよい。

当該光電センサは、投光部と光路分離部との間に設けられる絞りをさらに備えるとよい。第１開口は、光路分離部に対して絞りと対称な位置に設けられるとよい。

絞りは、第１部分絞りと第２部分絞りを含むとよい。第１部分絞りは、第２部分絞りより投光部から遠い位置に設けられる。第１部分絞りは、第２開口を含むとよい。第２部分絞りは、第３開口を含むとよい。第２開口の大きさは、第３開口の大きさより小さい。第１開口は、光路調整部に近づくほど、開口の径が大きくなる円錐台状の形状を有するとよい。

光路調整部は、主要部と、第１取付部と、第２取付部とを含むとよい。主要部は、第１光軸と第２光軸とを含む平面に対して垂直な向きから見たときに三角形状の形状を有する。主要部は、第１屈折部と第２屈折部と反射部とを含む。第１取付部及び第２取付部は、光路調整部の向きを固定する。第１取付部及び第２取付部は、三角形の頂点のうち、第２遮光部に最も近い頂点を除く２つの頂点から、２つの頂点により形成された辺に沿って主要部の外側に向かって伸びるとよい。

当該光電センサは、第１光学機器支持部材をさらに備えるとよい。光路調整部は、第１平面に対して垂直な向きに突出する突出部をさらに含むとよい。第１光学機器支持部材は、突出部が差し込まれる貫通孔を含むとよい。貫通孔の内壁によって、突出部が固定されるとよい。

主要部と第１取付部と第２取付部と突出部とは一体的に形成されるとよい。

第１光学機器支持部材は、基部と、第１挟着部と、第２挟着部とを含むとよい。基部は、主要部を受ける。第１挟着部は、第１取付部を挟着する。第２挟着部は、第２取付部を挟着する。第１挟着部は、第１楔部と、第１受部とを含むとよい。第１楔部は、第１取付部を押圧する。第１受部は、第１取付部を受ける。第２挟着部は、第２楔部と、第２受部とを含むとよい。第２楔部は、第２取付部を押圧する。第２受部は、第２取付部を受ける。第１楔部は、第１柱状部と、第１錐台部とを含むとよい。第１柱状部は、柱状であって、基部から基部に対して垂直な方向に伸びる。第１錐台部は、錐台状であって、基部から第１柱状部が伸びる方向に向かって第１柱状部から伸びる。第２楔部は、第２柱状部と、第２錐台部とを含むとよい。第２柱状部は、柱状であって、基部から基部に対して垂直な方向に伸びる。第２錐台部は、錐台状であって、基部から第２柱状部が伸びる方向に向かって第１柱状部から伸びる。

第１挟着部は、第１誘導部を含むとよい。第１誘導部は、第１楔部及び第１受部の側方、且つ、光路調整部が装着される第１光学機器支持部材の領域の外部に、第１楔部及び第１受部に向かうにつれ、基部に向かって傾斜する。第２挟着部は、第２誘導部を含むとよい。第２誘導部は、第２楔部及び第２受部の側方、且つ、光路調整部が装着される第１光学機器支持部材の領域の外部に、第２楔部及び第２受部に向かうにつれ、基部に向かって傾斜する。

第１光学機器支持部材は、壁部と、第３楔部とを含むとよい。壁部は、貫通孔の内壁に設けられ、突出部を受ける。第３楔部は、貫通孔の内壁に設けられ、壁部から貫通孔の内方に向かって突出し、突出部を押圧する。

当該光電センサは、第２光学機器支持部材をさらに備えるとよい。第２光学機器支持部材は、第１光学機器支持部材に取り付けられ、前記基部の反対側から前記光路調整部を押さえる。

第１の態様に係る光電センサは、戻り光の光路の向きを所定の向きに変更する光路調整部を備える。これにより、投光部あるいは受光部の配置の自由度を高めることができる。さらに、当該光電センサは、戻り光以外の散乱光が光路調整部に入射することを抑止する第１遮光部と、第１遮光部の第１開口から光路調整部の第２屈折部に直接向かう光を遮断する第２遮光部とを備える。これにより、発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抑止され、検出精度が向上する。

光電センサの全体構成図である。 センサヘッドを投受光部分側から見た外観斜視図である。 センサヘッドの内部構成図である。 絞り付近の拡大図である。 光路調整部の形状を表す図である。 光路調整部が第１光学機器支持部材に取り付けられた状態を表す図である。 光路調整部が第１光学機器支持部材から取り外された状態を表す図である。 図７に示された部材を矢印ＶＩＩＩ方向から斜めに見下ろしたときの状態を表す図である。 図７に示された部材を矢印ＩＸ方向から斜めに見下ろしたときの状態を表す図である。 図７に示された部材にさらに第２光学機器支持部材が取り付けられた状態を表す図である。 図１０における切断面線ＸＩ−ＸＩから見た断面図である。

以下において、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、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。

図１は、光電センサ1の全体構成図である。光電センサ１は、センサヘッド２と、ケーブル３と、回帰反射板５とを備える。

センサヘッド２は、平行光である検出光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から出射された検出光Ａは回帰反射板５で反射して戻り光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。センサヘッド２は、ケーブル３を介して駆動電圧が供給される。センサヘッド２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。センサヘッド２は、当該電気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機能も有している。

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。検出光Ａは回帰反射板５の内部で反射し、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。

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が検出光Ａの光路上の検知領域７に位置しない場合、センサヘッド２から出た検出光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が検知領域７に位置する場合には、センサヘッド２からの検出光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が検知領域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。センサヘッド２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検知領域７における測定対象物体６の有無を検出する。

光電センサ１は、投光路と受光路とがセンサヘッドの２の内部で光学素子により分離される同軸回帰反射型光電センサである。一方、回帰反射型光電センサには、投光路と受光路とを物理的に分離した２眼式のものもある。２眼式の回帰反射型光電センサの場合、そのセンサヘッドと回帰反射板との間隔が短くなると、回帰反射板で反射した光のうちの一部しか受光素子に入射しなくなることが起こりうる。一方、同軸回帰反射型の光電センサは、このような問題を回避することができるので、受光量の低下を回避できる。したがって、同軸回帰反射型の光電センサは、２眼式回帰反射型の光電センサよりも検出性能を高めることができる。

図２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２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、その投光部から発せられる検出光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の内部には、ケース１０の開口部に対応する箇所に設けられたレンズ２４（図３参照）を備える。検出光Ａはこの平面から出射され、戻り光Ｂはその平面に入射する。

図３は、センサヘッド２の内部構成図である。図３では、説明の便宜上、センサヘッド２の一部の部品の表示を省略している。また、図３は、説明の便宜上、全ての部品の断面形状を示している。センサヘッド２は、発光ダイオード２０、フォトダイオード２６、基板２５、絞り１９、ハーフミラー２３、レンズ２４、光路調整部４０、及び、第１光学機器支持部材３０を含む。第１光学機器支持部材３０は、絞り１９、ハーフミラー２３、レンズ２４、及び光路調整部４０などの各種光学機器を支持する。第１光学機器支持部材３０は、ケース１０内部のガイドレール（図示せず）によって位置が固定される。第１光学機器支持部材３０は、第１開口３１、第１遮光部３２、第１挟着部３４、第２挟着部３５、貫通孔３６、第２開口３７、及び、第２遮光部３８を含む。

発光ダイオード２０は、検出光Ａを発する投光部として設けられている。図２及び図３中では、発光ダイオード２０からの検出光Ａ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２０は、検出光Ａを発する発光ダイオードチップ２１と、発光ダイオードチップ２１を封止する透光性樹脂層２２とを含む。

フォトダイオード２６は、戻り光Ｂを受ける受光部として設けられている。図２及び図３中では、回帰反射板５（図１を参照）に反射され、フォトダイオード２６に向かう戻り光Ｂ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２６は、基材２７と、基材２７の主表面に実装され、戻り光Ｂを受光するフォトダイオードチップ２８と、基材２７の主表面上でフォトダイオードチップ２８を封止する透光性樹脂層２９と、を含む。

発光ダイオード２０と、フォトダイオード２６とは、ともに表面実装部品として形成され、基板２５の同一の主面に実装される。好ましくは、基板２５は平板状に形成されている。つまり、発光ダイオード２０と、フォトダイオード２６とは、平面状の基板に配置される。

絞り１９は、発光ダイオード２０から発せられた検出光Ａの広がりを制限し、検知領域７内のスポット径の大きさを制限する。絞り１９は、発光ダイオード２０とハーフミラー２３との間に設けられている。より具体的には、絞り１９は、発光ダイオード２０に近接して配置されている。

図４は、絞り１９付近の拡大図である。図４を参照すると、絞り１９は、第１部分絞り１７と第２部分絞り１８とを含む。第１部分絞り１７は、第２部分絞り１８より発光ダイオード２０から遠い位置に設けられる。第１部分絞り１７は、第４開口１７ａを含む。第２部分絞り１８は、第５開口１８ａを含む。第４開口１７ａ及び第５開口１８ａは、好ましくは円形状であるがそれに限られない。第４開口１７ａの径は、第５開口１８ａの径より小さい。すなわち、第４開口１７ａの大きさは、第５開口１８ａの大きさより小さい。第４開口１７ａ及び第５開口１８ａの形状が円形状である場合、その開口中心は発光ダイオード２０からハーフミラー２３に向けて進行する検出光Ａの光軸と一致する。

第１開口３１は、絞り１９よりも大きい開口である。第１開口３１は、絞り１９に隣接して設けられる。第１開口３１は、光路調整部４０に近づくほど、開口の径が大きくなる略円錐台状の形状を有する。第１開口３１の開口中心を結ぶ軸線は発光ダイオード２０からハーフミラー２３に向けて進行する検出光Ａの光軸と一致する。さらに、第１開口３１の開口中心を結ぶ軸線は、後述するレンズ２４の光軸１０１と一致する。発光ダイオード２０から発せられた検出光Ａは、絞り１９と第１開口３１とを通過し、ハーフミラー２３に到達する。

ハーフミラー２３は、検出光Ａと通過光Ｂのそれぞれ一部を透過し、一部を反射する。ハーフミラー２３は、発光ダイオード２０とレンズ２４との間の検出光Ａの光路上に設けられる。ハーフミラー２３は、検出光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。

レンズ２４は、発光ダイオード２０から出射された検出光Ａを検知領域７に集光する。レンズ２４は、レンズ２４の光軸となる中心軸１０１を有する。なお、レンズ２４は、発光ダイオード２０の少なくとも一点から発せられた光をレンズ２４の光軸１０１と平行な方向に屈折させてもよい。本実施形態では、レンズ２４は、検出光Ａの進行方向に向かって膨らむ凸形状を有している。発光ダイオード２０は、レンズ２４と距離を隔てて向かい合っている。発光ダイオード２０とレンズ２４とは、対向して配置されている。

発光ダイオード２０からの検出光Ａは、絞り１９、第１開口３１、ハーフミラー２３、及びレンズ２４を介して検知領域７に向けて出射される。回帰反射板５で反射された戻り光Ｂは、レンズ２４に入射し、ハーフミラー２３に向けて出射する。レンズ２４から出射された戻り光Ｂは、ハーフミラー２３によって反射される。

ここで、レンズ２４の光軸とハーフミラー２３とのなす角αは、４５度よりも少し大きな角度であるため、レンズ２４の光軸を通り、ハーフミラー２３へ入射する戻り光Ｂの光路と、当該光路上の戻り光Ｂがハーフミラー２３によって反射される戻り光Ｂの光路とのなす角βは、９０度より少し小さな角度である。

ハーフミラー２３と光路調整部４０との間には、第１遮光部３２が設けられる。第１遮光部３２は、ハーフミラー２３によって反射される戻り光Ｂを通過させるための第３開口３３を含む。つまり、ハーフミラー２３によって反射される戻り光Ｂは、図中の破線で示したように、第１遮光部３２に形成された第３開口３３を通過し、光路調整部４０に到達する。発光ダイオード２０から発せられた光の一部がレンズ２４から出射されず、光電センサ１内部で散乱されることにより生じる迷光が通過しうる開口は、第１遮光部３２において第３開口３３以外にない。したがって、第１遮光部３２は、ハーフミラー２３によって反射される戻り光Ｂ以外の散乱光（迷光）が光路調整部４０に入射することを抑止する。なお、上述する角度βは、９０度より少し小さな角度となるように、角度αが設定されている。したがって、角度βが９０度とするのに比べて、レンズ２４から反射されて戻ってくる迷光が第３開口を通過しにくくなるので、第３開口３３を通過する迷光の量をさらに少なくすることができる。

第３開口３３は、光路調整部４０に近づくほど、開口の径が大きくなる略円錐台状の形状を有する。この形状は、絞り１９の形状と対応している。第３開口３３の開口中心を結ぶ軸線は、レンズ２４の光軸を通ってハーフミラー２３へ入射し、ハーフミラー２３によって反射される戻り光Ｂの光軸と一致する。さらに、第３開口３３の開口中心を結ぶ軸線は、後述する第１屈折部４２の光軸１０２と一致する。第３開口３３は、ハーフミラー２３に対して、絞り１９と対称な位置に設けられている。つまり、第３開口３３は、ハーフミラー２３の２つの面の中間を通る仮想面に対して、絞り１９とほぼ面対称な位置に設けられている。別の言い方をすれば、レンズ２４の光軸１０１上におけるハーフミラー２３と絞り１９との距離Ｄ１は、後述する第１屈折部４２の光軸１０２上におけるハーフミラー２３と第３開口３３との距離Ｄ２と略等しい。これにより、第３開口３３は、絞り１９によって広がりが制限された検出光Ａによる戻り光Ｂ以外の光をできるだけ通過させない。

光路調整部４０は、第３開口３３を通過した戻り光Ｂを所定の向きに変更する。光路調整部４０は、第１屈折部４２と反射部４３と第２屈折部４４とを含む主要部４１を有している。第１屈折部４２は、ハーフミラー２３からの戻り光Ｂを平行光に変換する。つまり、第１屈折部４２は、第３開口３３を通過した戻り光Ｂを平行光に変換する。反射部４３は、平面状に形成され、第１屈折部４２からの平行光を所定の向きに反射する。第２屈折部４４は、反射部４３からの平行光をフォトダイオード２６へ向けて集光させる。したがって、フォトダイオード２６は、光路調整部４０からの戻り光Ｂを受けることとなる。なお、上述する所定の向きは、好ましくは、レンズ２４の光軸に対して平行な向きである。

第１屈折部４２及び第２屈折部４４は、レンズの機能を有する。第１屈折部４２は、レンズの光軸となる中心軸１０２を有する。第２屈折部４４は、レンズの光軸となる中心軸１０３を有する。第１屈折部４２の光軸１０２と、第２屈折部４４の光軸１０３とのなす角γは、９０度未満である。また、好ましくは、第２屈折部４４の光軸１０３は、レンズ２４の光軸１０１と平行である。

反射部４３は、第１屈折部４２からの平行光を全反射する。このため、角γに基づく反射部４３に対する当該平行光の入射角（γ／２）は、反射部４３で第１屈折部４２からの平行光が全反射するための臨界角θより大きい。臨界角θは、スネルの法則より、光路調整部４０の材質の屈折率と空気の屈折率から規定される。したがって、光路調整部４０の材質がポリカーボネートであるとき、角γは８０度以上であることが好ましい。反射部４３が第１屈折部４２からの平行光を全反射することによって、光路調整部４０は、ハーフミラー２３からの戻り光Ｂを、効率よくフォトダイオード２６に導くことができる。

光路調整部４０は、第１挟着部３４、第２挟着部３５、及び貫通孔３６に圧入され、第１光学機器支持部材３０と、後述する第２光学機器支持部材７０とで挟み込むことによって固定される。光路調整部４０の固定方法の詳細は後述する。

第２屈折部４４とフォトダイオード２６との間であって、フォトダイオードチップ２８に近接して、第２開口３７が形成されている。第２開口３７は、好ましくは円形状であり、その開口中心は、第２屈折部４４の光軸１０３と重なる。第２屈折部４４によって集光された戻り光Ｂは、第２開口３７を通って、フォトダイオード２６に向かう。フォトダイオード２６に照射される戻り光Ｂの領域は、第２開口３７によって規定されている。

第２遮光部３８は、光路調整部４０に近接している。第２遮光部３８は、第２屈折部４４の側方、且つ、第１屈折部４２の側方に設けられる。第２遮光部３８が光路調整部４０の角部４５と接触しないように、第２遮光部３８には、角部４５に対応する窪み３９が設けられている。第２遮光部３８は、第３開口３３から第２屈折部４４に直接向かう光の光路上に設けられる。したがって、第２遮光部３８は、第３開口３３から第２屈折部４４に直接向かう迷光を遮断する。この迷光は、例えば、発光ダイオード２０から出た光のうち、ハーフミラー２３において反射され、第１光学機器支持部材３０によって拡散反射されたことによって、第３開口３３に向かう光である。あるいは、この迷光は、例えば、発光ダイオード２０から出てハーフミラー２３に入射した光のうち、ハーフミラー２３を透過せず、ハーフミラー２３内部で反射を繰り返し、その後、ハーフミラー２３から出て第３開口３３に向かう光である。このような迷光が第２屈折部４４の曲面で鏡面反射すると、迷光の強度が弱まることなく、フォトダイオード２６に入射されることとなる。第２遮光部３８は、このような第２屈折部４４の曲面での迷光の鏡面反射を抑止する。したがって、強度の強い迷光がフォトダイオード２６に入射されることが抑止され、フォトダイオード２６における戻り光Ｂの検出精度が向上する。

つぎに、光路調整部４０の形状の詳細について説明する。図５は、光路調整部４０の形状を表す図である。図５（ａ）は、光路調整部４０の上面図である。図５（ｂ）は、光路調整部４０の正面図である。図５（ｃ）は、光路調整部４０の底面図である。図５（ａ）〜図５（ｃ）では、それぞれ対応するものに同じ符号を付している。光路調整部４０は、上述する主要部４１以外に、第１取付部４６、第２取付部４７、下突出部４８、第１上突出部５０、及び第２上突出部５１を含む。主要部４１、第１取付部４６、第２取付部４７、下突出部４８、第１上突出部５０、及び第２上突出部５１は、樹脂の射出成形により一体的に形成されている。これにより、光路調整部４０を第１光学機器支持部材３０に取り付ける作業が容易となる。

主要部４１は、上述するように、第１屈折部４２、反射部４３、第２屈折部４４を含む。主要部４１は、第１屈折部４２の光軸１０２と第２屈折部の光軸１０３とを含む第１平面に対して垂直な向きから見たときに略三角形状の形状を有する。つまり、図３においては、第１平面は、紙面に相当する。したがって、図５（ａ）と図５（ｃ）は、第１平面に対して垂直な向きから光路調整部４０を見た図に相当する。図５（ａ）では、この三角形の３つの頂点をＡ、Ｂ、Ｃと表示している。図５（ｃ）では、３つの頂点をＡ’、Ｂ’、Ｃ’と表示している。なお、頂点Ａ、Ａ’は、図３に示す角部４５に相当する。

第１取付部４６、第２取付部４７は、上述する三角形の頂点のうち、第２遮光部３８に最も近い頂点Ａ（Ａ’）を除く２つの頂点Ｂ、Ｃ（Ｂ’、Ｃ’）により形成された辺に沿って、主要部４１の外側に向かって伸びている。第１取付部４６及び第２取付部４７は、光路調整部４０の向きを固定するために設けられている。図６は、光路調整部４０が第１光学機器支持部材３０に取り付けられた状態を表す図である。図６では、第１光学機器支持部材３０に隠れる主要な光学系の部材を点線で表示している。図６を参照すると、第１取付部４６は、第１挟着部３４によって狭着されている。第２取付部４７は、第２挟着部３５によって狭着されている。第２取付部４７は、後述する第２楔部３５１（図７及び図９参照）と係合するための突起５２を含んでいる。図５から明らかなように、第１取付部４６は第２取付部４７よりも長い。このように、光路調整部４０を固定するための第１取付部４６と第２取付部４７とが主要部４１から離して設けられることによって、光路調整部４０の傾き及び位置きめの誤差を小さくすることができる。

下突出部４８は、主要部４１から第１平面に対して垂直な向きに突出する。すなわち、図５（ｂ）において、下突出部４８は、主要部４１から下方に突出する。下突出部４８は、辺ＢＣの中央（図５（ｃ）では、点Ｐ’に相当）から第１取付部４６の方に少しずれた位置から突出している。図３及び図６に示すように、下突出部４８は、貫通孔３６に差し込まれる。

第１上突出部５０及び第２上突出部５１は、下突出部４８が突出する主要部４１の側面と反対の側面から第１平面に対して垂直な向きに突出する。すなわち、図５（ｂ）において、下突出部４８は、主要部４１から上方に突出する。第１上突出部５０及び第２上突出部５１は、辺ＢＣの中央（図５（ａ）では、点Ｐに相当）位置近傍から突出している。第１上突出部５０は、光路調整部４０が射出成形される際に樹脂の注入口となっていた箇所である。第２上突出部５１は、後述する第２光学機器支持部材７０と当接する。

つぎに、光路調整部４０を取り付けるための部材の詳細について説明する。図７は、光路調整部４０が第１光学機器支持部材３０から取り外された状態を表す図である。図７では、第１光学機器支持部材３０に隠れる主要な光学系の部材を点線で表示している。図８は、図７に示された部材を矢印ＶＩＩＩ方向から斜めに見下ろしたときの状態を表す図である。図９は、図７に示された部材を矢印ＩＸ方向から斜めに見下ろしたときの状態を表す図である。

図７を参照すると、第１光学機器支持部材３０は、主要部４１を受けるための平面状の基部３０ａを含む。図７では、光路調整部４０が第１光学機器支持部材３０と接する領域を領域４００として点線で図示している。したがって、光路調整部４０が第１光学機器支持部材３０に取り付けられる際には、基部３０ａは主要部４１と接する。

図６〜図８を参照すると、第１挟着部３４は、第１楔部３４１、第１受部３４２、及び、第１誘導部３４３を含む。図６に示すように、第１楔部３４１は、第１取付部４６を押圧する。第１受部３４２は、第１取付部４６を受けるための平面である。

図８を参照すると、第１楔部３４１は、第１柱状部３４６と第１錐台部３４７とを含む。第１柱状部３４６は、略三角柱状の部材である。第１柱状部３４６のうち、第１光学機器支持部材３０と当接する角の部分は、丸くなるように形成されている。第１柱状部３４６は、基部３０ａから基部３０ａに対して垂直な方向に伸びる。第１錐台部３４７は、略三角錐台状の部材である。第１錐台部３４７のうち、第１光学機器支持部材３０と当接する角の部分は、丸くなるように形成されている。第１錐台部３４７は、基部３０ａから第１柱状部３４６が伸びる方向に向かって第１柱状部３４６から伸びる。第１楔部３４１が、第１錐台部３４７を有することによって、光路調整部４０の取り付け時に、光路調整部４０が第１受部３４２と接するように誘導される。したがって、光路調整部４０の取り付けが容易となる。また、光路調整部４０が固定される際に第１柱状部３４６及び第１錐台部３４７の先端の一部が潰れることによって、第１柱状部３４６及び第１錐台部３４７が光路調整部４０を第１受部３４２に押し付けるように押圧する。これによって、第１挟着部３４は、光路調整部４０を挟着することができる。

第１誘導部３４３は、第１楔部３４１及び第１受部３４２の側方、且つ、光路調整部４０が装着される第１光学機器支持部材３０の領域４００の外部に、第１楔部３４１及び第１受部３４２に向かうにつれ、基部３０ａに向かって傾斜する。これにより、光路調整部４０の取り付け時に、光路調整部４０が正しい装着位置４００に誘導される。したがって、光路調整部４０の取り付けが容易となる。

図６、図７及び図９を参照すると、第２挟着部３５は、第２楔部３５１、第２受部３５２、及び、第２誘導部３５３を含む。図６に示すように、第２楔部３５１は、第２取付部４７を押圧する。第２受部３５２は、第２取付部４７を受けるための平面である。

図９を参照すると、第２楔部３５１は、第２柱状部３５６と第２錐台部３５７とを含む。第２柱状部３５６は、略三角柱状の部材である。第２柱状部３５６のうち、第１光学機器支持部材３０と当接する角の部分は、丸くなるように形成されている。第２柱状部３５６は、基部３０ａから基部３０ａに対して垂直な方向に伸びる。第２錐台部３５７は、略三角錐台状の部材である。第２錐台部３５７のうち、第１光学機器支持部材３０と当接する角の部分は、丸くなるように形成されている。第２錐台部３５７は、基部３０ａから第２柱状部３５６が伸びる方向に向かって第２柱状部３５６から伸びる。第２楔部３５１が、第２錐台部３５７を有することによって、光路調整部４０の取り付け時に、光路調整部４０が第２受部３５２と接するように誘導される。したがって、光路調整部４０の取り付けが容易となる。また、光路調整部４０が固定される際に第２柱状部３５６及び第２錐台部３５７の先端の一部が潰れることによって、第２柱状部３５６及び第２錐台部３５７が光路調整部４０を第２受部３５２に押し付けるように押圧する。これによって、第１挟着部３４は、光路調整部４０を挟着することができる。

第２誘導部３５３は、第２楔部３５１及び第２受部３５２の側方、且つ、光路調整部４０が装着される第１光学機器支持部材３０の領域４００の外部に、第２楔部３５１及び第２受部３５２に向かうにつれ、基部３０ａに向かって傾斜する。これにより、光路調整部４０の取り付け時に、光路調整部４０が正しい装着位置４００に誘導される。したがって、光路調整部４０の取り付けが容易となる。

図７及び図８を参照すると、第１光学機器支持部材３０は、壁部３６１と第３楔部３６２とをさらに含む。壁部３６１及び第３楔部３６２は、貫通孔３６の内壁に設けられる。壁部３６１は、下突出部４８を受けるための平面である。具体的には、光路調整部４０が貫通孔３６に挿入される際に、壁部３６１は、図５に示す下突出部４８の第１側面５３と当接する。第３楔部３６２は、壁部３６１から貫通孔３６の内方に向かって突出する。第３楔部３６２は、下突出部４８を押圧する。具体的には、第２楔部３５１は、光路調整部４０が貫通孔３６に挿入される際に、第２楔部３５１は、図５に示す下突出部４８の第２側面５４と当接する。光路調整部４０が貫通孔３６に挿入される際に、第２楔部３５１の先端の一部が潰れることによって、光路調整部４０を壁部３６１に押し付けるように第２側面５４を押圧する。以上のように、貫通孔３６の内壁によって、光路調整部４０が固定される。したがって、光路調整部４０は、第１挟着部３４、第２挟着部３５、貫通孔３６の３箇所で固定される。なお、図５に示すように、下突出部４８を貫通孔３６に挿入しやすくするために、第１側面５３、第２側面５４のそれぞれに、テーパー（ｔａｐｅｒ）５３ａ、５４ａが形成されている。

図１０は、図７に示された部材にさらに第２光学機器支持部材７０が取り付けられた状態を表す図である。図１１は、図１０における切断面線ＸＩ−ＸＩから見た断面図である。図１０では、光路調整部４０の外形を点線で図示している。図１０において、第２光学機器支持部材７０に設けられたねじ貫通孔７１は、図７のねじ孔７２に対応する位置に設けられており、孔７１にねじが挿入され、ねじが孔７２に螺入されることによって、第２光学機器支持部材７０は、第１光学機器支持部材３０に取り付けられる。第２光学機器支持部材７０は、第１上突出部５０に対応した孔７５が設けられている。図１１に示されるように、第１上突出部５０は、孔７５に挿入されている。第２光学機器支持部材７０は、孔７５の周辺に段部７３、７４を有している。段部７３、７４が第２上突出部５１と当接することによって、第２光学機器支持部材７０は、光路調整部４０を押さえる。すなわち、図１１に示すように、第２光学機器支持部材７０は、基部３０ａの反対側から光路調整部４０を押さえる。これによって、光路調整部４０は、第１挟着部３４、第２挟着部３５、貫通孔３６から抜けないように固定される。

つぎに、本実施形態に係る光電センサ１の効果について説明する。光電センサ１は、戻り光Ｂの光路の向きを所定の向きに変更する光路調整部４０を備える。これにより、発光ダイオード２０あるいはフォトダイオード２６の配置の自由度を高めることができる。さらに、光電センサ１は、戻り光Ｂ以外の散乱光が光路調整部４０に入射することを抑止する第１遮光部３２と、第１遮光部３２の第３開口３３から光路調整部４０の第２屈折部４４に直接向かう光を遮断する第２遮光部３８とを備える。これにより、発光ダイオード２０から発せられた光の一部が迷光としてフォトダイオード２６に入射することが抑止され、検出精度が向上する。

さらに、レンズ２４の光軸とハーフミラー２３とのなす角αは、４５度よりも大きい。または、第１屈折部４２の光軸１０２と、第２屈折部４４の光軸１０３とのなす角γは、９０度未満である。これにより、レンズ２４から反射されて戻ってくる迷光が第３開口を通過しにくくなるため、第３開口３３を通過する迷光の量をさらに少なくすることができる。

角γに基づく反射部４３に対する当該平行光の入射角（γ／２）は、反射部４３で第１屈折部４２からの平行光が全反射するための臨界角θより大きい。これにより、光路調整部４０は、ハーフミラー２３からの戻り光Ｂを、効率よくフォトダイオード２６に導くことができる。

発光ダイオード２０と、フォトダイオード２６とは、平面状の基板に配置される。これにより、センサヘッド２を小型化することができる。また、発光ダイオード２０またはフォトダイオード２６の配線を短くすることができるので、製造工数の削減、製造コストの低減を行うことができる。

第２屈折部４４の光軸１０３は、レンズ２４の光軸１０１と平行である。これにより、発光ダイオード２０及びフォトダイオード２６の少なくとも一方を傾けて配置する必要がないため、基板上の実装が容易である。

第３開口３３は、ハーフミラー２３に対して、絞り１９と対称な位置に設けられている。これにより、第３開口３３は、絞り１９によって広がりが制限された検出光Ａによる戻り光Ｂ以外の光をできるだけ通過させない。よって、第３開口３３を通過する迷光の量をさらに少なくすることができる。

絞り１９は、第１部分絞り１７と第２部分絞り１８とを含む。第１部分絞り１７は、第２部分絞り１８より発光ダイオード２０から遠い位置に設けられる。第１部分絞り１７の第４開口１７ａの大きさは、第２部分絞り１８の第５開口１８ａの大きさより小さい。さらに、第３開口３３は、光路調整部４０に近づくほど、開口の径が大きくなる略円錐台状の形状を有する。この形状は、絞り１９の形状と対応している。これにより、第３開口３３は、絞り１９によって広がりが制限された検出光Ａによる戻り光Ｂ以外の光をさらにできるだけ通過させない。よって、第３開口３３を通過する迷光の量をさらに少なくすることができる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上述の実施形態では、第１部分絞り１７の開口の形状と第２部分絞り１８の開口の形状とが同じで開口の大きさのみが異なる場合を例示しているが、第１部分絞り１７の開口の形状と第２部分絞り１８の開口の形状とが異なる形状であってもよい。また、発光ダイオード２０の位置から見て、第２部分絞り１８の開口の全体が第１部分絞り１７の開口から見える形状でなくてもよい。つまり、発光ダイオード２０の位置から見て、第２部分絞り１８の開口の一部が第１部分絞り１７の開口の外にあってもよい。

絞り１９は、開口の大きさが連続的に変化するものであってもよい。

光電センサ１は、絞り１９と発光ダイオード２０との間には、検出光Ａを絞り１９に向けて集光する集光手段をさらに備えてもよい。この集光手段は、例えば、レンズ、反射鏡などがある。これによって、絞り１９を通過する検出光Ａの強度を高くすることができるので、発光ダイオード２０から発する光の利用効率を高めることができる。

本発明によれば、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で、且つ、検出精度に優れた光電センサを提供することができる。

１ 光電センサ
７ 検知領域
１７ 第１部分絞り
１７ａ 第４開口（請求項では第２開口）
１８ 第２部分絞り
１８ａ 第５開口（請求項では第３開口）
１９ 絞り
２０ 発光ダイオード（投光部）
２３ ハーフミラー（光路分離部）
２４ レンズ
２５ 基板
２６ フォトダイオード（受光部）
３０ 第１光学機器支持部材
３０ａ 基部
３２ 第１遮光部
３３ 第３開口（請求項では第１開口）
３４ 第１挟着部
３４１ 第１楔部
３４２ 第１受部
３４３ 第１誘導部
３４６ 第１柱状部
３４７ 第１錐台部
３５ 第２挟着部
３５１ 第２楔部
３５２ 第２受部
３５３ 第２誘導部
３５６ 第２柱状部
３５７ 第２錐台部
３６ 貫通孔
３６１ 壁部
３６２ 第３楔部
４０ 光路調整部
４１ 主要部
４２ 第１屈折部
４３ 反射部
４４ 第２屈折部
４６ 第１取付部
４７ 第２取付部
４８ 下突出部
７０ 第２光学機器支持部材
１０１ レンズの光軸
１０２ 第１屈折部の光軸（第１光軸）
１０３ 第２屈折部の光軸（第２光軸）
Ａ 検出光
Ｂ 戻り光

Claims (15)

1. 検出光を発する投光部と、
   前記投光部から出射された前記検出光を検知領域に集光するレンズと、
   前記投光部と前記レンズとの間の前記検出光の光路上に設けられて、前記検出光の光路と、前記検出光が外部で反射されて戻ってきた光である戻り光の光路とを分離する光路分離部と、
   第１屈折部と反射部と第２屈折部とを含み、前記戻り光の光路の向きを所定の向きに変更する光路調整部と、
   前記光路調整部からの前記戻り光を受ける受光部と、
   前記戻り光を通過させるための第１開口を含み、前記戻り光以外の散乱光が前記光路調整部に入射することを抑止する第１遮光部と、
   前記第１開口から前記第２屈折部に直接向かう光の光路上に設けられる第２遮光部と、
   を備え、
   前記第１屈折部は、前記光路分離部からの前記戻り光を平行光に変換し、
   前記反射部は、前記第１屈折部からの前記平行光を前記所定の向きに反射し、
   前記第２屈折部は、前記反射部からの前記平行光を前記受光部へ向けて集光させ、
   前記第１遮光部は、前記光路分離部と前記光路調整部との間に設けられる、
   光電センサ。
   
2. 前記レンズの光軸と前記光路分離部とのなす角は、４５度より大きい、請求項１に記載の光電センサ。
   
3. 前記第１屈折部及び前記第２屈折部はレンズの機能を有し、
   前記第１屈折部の第１光軸と前記第２屈折部の第２光軸とのなす第１角は、９０度未満である、
   請求項２に記載の光電センサ。
   
4. 前記第１角に基づく前記反射部に対する入射角は、前記光路調整部の材質の屈折率から規定される、前記反射部で前記平行光が全反射するための臨界角より大きい、請求項３に記載の光電センサ。
   
5. 前記投光部と前記受光部とは、平面状の基板に配置される、
   請求項３に記載の光電センサ。
   
6. 前記レンズの光軸と前記第２光軸とは平行である、
   請求項５に記載の光電センサ。
   
7. 前記投光部と前記光路分離部との間に設けられる絞りをさらに備え、
   前記第１開口は、前記光路分離部に対して前記絞りと対称な位置に設けられる、請求項１から６のいずれかに記載の光電センサ。
   
8. 前記絞りは、第１部分絞りと第２部分絞りを含み、
   前記第１部分絞りは、前記第２部分絞りより前記投光部から遠い位置に設けられ、
   前記第１部分絞りは、第２開口を含み、
   前記第２部分絞りは、第３開口を含み、
   前記第２開口の大きさは、前記第３開口の大きさより小さく、
   前記第１開口は、前記光路調整部に近づくほど、開口の径が大きくなる円錐台状の形状を有する、請求項７に記載の光電センサ。
   
9. 前記光路調整部は、
   前記第１光軸と前記第２光軸とを含む第１平面に対して垂直な向きから見たときに三角形状の形状を有する主要部と、
   前記光路調整部の向きを固定するための第１取付部及び第２取付部と、
   を含み、
   前記主要部は、前記第１屈折部と前記第２屈折部と前記反射部とを含み、
   前記第１取付部及び前記第２取付部は、前記三角形の頂点のうち、前記第２遮光部に最も近い頂点を除く２つの頂点から、前記２つの頂点により形成された辺に沿って前記主要部の外側に向かって伸びる、
   請求項４に記載の光電センサ。
   
10. 第１光学機器支持部材をさらに備え、
    前記光路調整部は、前記第１平面に対して垂直な向きに突出する突出部をさらに含み、
    前記第１光学機器支持部材は、前記突出部が差し込まれる貫通孔を含み、
    前記貫通孔の内壁によって、前記突出部が固定される、
    請求項９に記載の光電センサ。
    
11. 前記主要部と前記第１取付部と前記第２取付部と前記突出部とは一体的に形成される、
    請求項１０記載の光電センサ。
    
12. 前記第１光学機器支持部材は、
    前記主要部を受ける基部と、
    前記第１取付部を挟着する第１挟着部と、
    前記第２取付部を挟着する第２挟着部と、
    を含み、
    前記第１挟着部は、
    前記第１取付部を押圧する第１楔部と、
    前記第１取付部を受ける第１受部と、
    を含み、
    前記第２挟着部は、
    前記第２取付部を押圧する第２楔部と、
    前記第２取付部を受ける第２受部と、
    を含み、
    前記第１楔部は、
    前記基部から前記基部に対して垂直な方向に伸びる、柱状の第１柱状部と、
    前記基部から前記第１柱状部が伸びる方向に向かって前記第１柱状部から伸びる、錐台状の第１錐台部と、
    を含み、
    前記第２楔部は、
    前記基部から前記基部に対して垂直な方向に伸びる、柱状の第２柱状部と、
    前記基部から前記第２柱状部が伸びる方向に向かって前記第２柱状部から伸びる、錐台状の第２錐台部と、
    を含む、請求項１０に記載の光電センサ。
    
13. 前記第１挟着部は、前記第１楔部及び前記第１受部の側方、且つ、前記光路調整部が装着される前記第１光学機器支持部材の領域の外部に、前記第１楔部及び前記第１受部に向かうにつれ、前記基部に向かって傾斜する第１誘導部を含み、
    前記第２挟着部は、前記第２楔部及び前記第２受部の側方、且つ、前記光路調整部が装着される前記第１光学機器支持部材の領域の外部に、前記第２楔部及び前記第２受部に向かうにつれ、前記基部に向かって傾斜する第２誘導部を含む、
    請求項１２に記載の光電センサ。
    
14. 前記第１光学機器支持部材は、
    前記貫通孔の内壁に設けられ、前記突出部を受ける壁部と、
    前記貫通孔の内壁に設けられ、前記壁部から前記貫通孔の内方に向かって突出し、前記突出部を押圧する第３楔部と、を含む、請求項１３に記載の光電センサ。
    
15. 前記第１光学機器支持部材に取り付けられ、前記基部の反対側から前記光路調整部を押さえる第２光学機器支持部材をさらに備える、請求項１４に記載の光電センサ。

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