JP2016114596A - 光電センサ - Google Patents

Abstract

【課題】センサの発熱部分を集中的に冷却できる光電センサ、特にレーザスキャナの提供。【解決手段】光電センサは、光線を送出するための少なくとも１つの発光ユニット、反射された光線を受光するための少なくとも１つの受光ユニット、及び、反射された光線を評価する少なくとも１つの評価ユニットであって、固定板を用いてセンサのシャフト上にシャフトを中心として回転可能に配置された評価ユニットを備え、少なくとも１つの送気要素が設けられ、送気要素は、センサのシャフトが回転したときにセンサ内部の空気が少なくとも１つの送気要素によりセンサのシャフトに沿って少なくとも１つの評価ユニットへと直接送られるような形状を有している。【選択図】図１

Description

本発明は物体検出用の光電センサに関する。

水平方向に広い角度範囲を有する測定システムが必要となるような距離測定には光電センサ、特にレーザスキャナが非常に適している。レーザスキャナでは、発光ユニットからレーザの形で発射される光線が周期的に監視領域をなぞる。この光が監視領域内の物体に当たって反射され、受光ユニットにより受光される。受光された光はレーザスキャナ内で少なくとも１つの評価ユニットを用いて評価される。

センサの回転シャフト（好ましくは、そこに発光ユニット、受光ユニット及び評価ユニットが取り付けられているもの）の角度位置から物体の角度位置が求められ、更に光伝播時間と光速からレーザスキャナと物体の間の距離が求められる。

前記角度と距離の情報を用いて監視領域内の物体が検出される。

評価ユニットの性能の向上とセンサの小型化により、センサ内では大量の熱が発生するが、受動的な冷却（例えば吸熱パッド）では十分に放熱できないため、センサの稼働温度を許容範囲に保つことが難しい。更に、電子機器自体がセンサ内に可動的に設けられていると、センサの冷却は難しい。

それゆえ、本発明の課題は、センサの発熱部分に集中的に冷却できる光電センサを提供することである。

前記課題は本発明に係る物体検出用の光電センサ、特にレーザスキャナにより解決される。該光電センサは、光線を送出するための少なくとも１つの発光ユニット、反射された光線を受光するための少なくとも１つの受光ユニット、及び、前記反射された光線を評価する少なくとも１つの評価ユニットであって、固定板を用いてセンサのシャフト上に該シャフトを中心として回転可能に配置された評価ユニットを備え、少なくとも１つの送気要素が設けられ、該送気要素は、センサのシャフトが回転したときにセンサ内部の空気が該少なくとも１つの送気要素によりセンサのシャフトに沿って前記少なくとも１つの評価ユニットへと直接送られるような形状を有している。

好ましい実施例では、固定板がセンサのシャフトに垂直に配置され、該固定板の上に前記少なくとも１つの評価ユニットと第１の送気要素が一列に取り付けられ、該第１の送気要素により固定板の方向へ空気が送られる。これにより、センサのうち特に熱の発生する部分及び／又は熱に敏感な部分へ明瞭に冷気を送り、集中的にこれらの部分を冷却することができる。

別の好ましい実施例では、固定板の一方の側に前記少なくとも１つの評価ユニットが取り付けられ、固定板の他方の側に少なくとも１つの第２の送気要素が固定板の少なくとも１つの物質の無い領域の上方に設けられ、該第２の送気要素によって空気が固定板の前記少なくとも１つの物質の無い領域を通り、センサのシャフトに沿って前記少なくとも１つの評価ユニットへと送られるようになっている。

更に、好ましい実施例では、前記第１の送気要素が複数の羽根を有するプロペラ又は羽根車から成る。有利な形態では、数枚の羽根の先端部がセンサのシャフトに垂直な軸を中心として曲がっている。

別の好ましい実施例では、前記第２の送気要素が一方の側に開放された立体的な傾斜路の形状を有し、該形状がセンサのシャフトの回転方向に上り勾配になっている。

別の好ましい実施例では、固定板の前記少なくとも１つの物質の無い領域が固定板内の貫通穴として形成されている。

別の好ましい実施例では、４つの発光ユニット、４つの受光ユニット及びそれらに対応する４つの評価ユニットが設けられ、１つの発光ユニット、１つの受光ユニット及び１つの評価ユニットの一式がそれぞれ１つの光学ユニットとして設けられ、各光学ユニットがそれぞれセンサの一方向に調整されている。

別の好ましい実施例では、固定板が傾斜路状の第２の送気要素を４つ有し、これらが固定板の４つの物質の無い領域の上方にそれぞれ配置されることにより、各評価ユニットにそれぞれ１つの傾斜路状の第２の送気要素が割り当てられている。

本発明の好ましい構成及び発展形態並びに更なる利点は、従属請求項、後続の記述及びに図面から読み取ることができる。

以下、本発明について、実施例に基づき、添付の図面を参照しながら詳しく説明する。

本発明に係るセンサの好ましい実施例の概略立体図。 本発明に係るセンサの別の好ましい実施例の概略立体図。 本発明の送気要素の概略立体図。 本発明の第１の送気要素の概略立体図。 本発明の第１の送気要素の概略側面図。

図１は本発明に係るセンサＳの好ましい実施例の概略立体図である。

本発明に係るセンサＳはモータＭ及びシャフトＷから成る駆動部を備えている。シャフトＷには固定板Ｂが取り付けられている。固定板ＢはシャフトＷの一端に該シャフトＷと垂直に配置されているため、センサＳの稼働中にモータＭがシャフトＷを駆動すると、該シャフトＷが固定板ＢをシャフトＷの回転軸を中心として回転させる。

好ましい形態として、固定板Ｂはプリント回路基板として構成されているため、電子部品を固定板Ｂの表面に取り付けることができる。

より良く理解できるように、図１では実装済みのプリント回路基板が描かれている。このプリント回路基板は固定板Ｂに取り付けられているため、固定板Ｂと共にシャフトＷの回転軸を中心として回転する。なお、本発明において実装済みプリント回路基板の数は１つに限定されない。

プリント回路基板上には発光ユニット１と受光ユニット２が設けられているため、これら発光ユニット１と受光ユニット２も同様にシャフトＷの回転軸を中心として回転する。

シャフトＷが回転する際、発光ユニット１は監視領域へ光線を発射し、受光ユニット２は物体の表面で反射された光線を受光する。

実装済みプリント回路基板上に設けられた評価ユニット３が受光された光線を評価し、監視領域内の物体を検出する。

このとき、評価ユニット３はその性能ゆえにセンサＳ内で相当な熱源となり、適切に冷却しなければセンサＳの稼働の信頼性を損なってしまう。

本発明では少なくとも１つの送気要素Ｌ１が設けられる。

図１に描かれた本発明に係るセンサＳの実施例では、第１の送気要素Ｌ１がセンサＳのシャフトＷの固定板とは反対側にある一端に配置されているため、発光ユニット１、受光ユニット２及び評価ユニット３を備える実装済みプリント回路基板は固定板Ｂと第１の送気要素Ｌ１の間にある。つまり、固定板Ｂ（特に評価ユニット３）と第１の送気要素Ｌ１はセンサＳのシャフトＷに沿って一列に取り付けられている。

第１の送気要素Ｌ１は、センサＳのシャフトＷが回転したときにセンサ（Ｓ）内の空気が該第１の送気要素Ｌ１によりセンサＳのシャフトＷに沿って直接評価ユニット３へ送られるような形状を有している。このとき空気は固定板Ｂの方向へ送られ、固定板Ｂに形成された少なくとも１つの物質の無い領域４を通って抜ける。

固定板Ｂのうち物質の無い領域は、固定板Ｂ内の貫通穴という好ましい形態で形成されている。

好ましい形態として、第１の送気要素Ｌ１は複数の羽根Ｆ１、Ｆ２（好ましくは８枚）を有するプロペラ又は羽根車から成る。また、有利な構成として、数枚の羽根Ｆ１の先端部はセンサＳのシャフトＷに垂直な軸を中心として曲がっている。これにより、空気が集中的に評価ユニット３の方向へ送られる。

図１ａに示した本発明に係るセンサＳの別の好ましい実施例では、実装済みのプリント回路基板とは反対側の固定板Ｂの面に、少なくとも１つの第２の送気要素Ｌ２が、固定板Ｂの物質の無い領域４の上方に設けられている。第２の送気要素Ｌ２は、一方の側に開放された立体的な傾斜路の形状を有し、該形状はセンサＳのシャフトＷの回転方向に上り勾配となっている。つまり、第２の送気要素Ｌ２は片流れ屋根に似た形をしている。

傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２の開放された側を通ってセンサＳ内部の空気が実装済みプリント回路基板（とりわけ評価ユニット３）の方へ送られるため、評価ユニット３を集中的に冷却することができる。

図２に概略的に示したように、第１及び第２の送気要素Ｌ１、Ｌ２の好ましい配置は、センサＳのシャフトＷの回転中に該シャフトＷに沿った明瞭且つ方向性のある気流を生じさせる。評価ユニット３はこの気流のなかに配置されている。

本発明に係るセンサＳの図示せぬ配置では、４つの発光ユニット、４つの受光ユニット及びそれらに対応する４つの評価ユニットが設けられる。１つの発光ユニット、１つの受光ユニット及び１つの評価ユニットの一式がそれぞれセンサＳの１つの光学ユニットＯＥを構成し、該センサＳの各光学ユニットＯＥがそれぞれセンサＳの一方向に調整されている。

各光学ユニットＯＥがそれぞれ固定板Ｂの上に第１及び第２の送気要素Ｌ１、Ｌ２の間に配置されているため、各光学ユニットＯＥがそれぞれの気流にさらされる。特に、固定板Ｂには該固定板Ｂの４つの物質の無い領域４をそれぞれ覆う４つの傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２が設けられているため、各光学ユニットＯＥ乃至は各評価ユニット３に１つの傾斜状の第２の送気要素Ｌ２が割り当てられている。

傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２はセンサＳの光学ユニットＯＥの調整方向に対して向きを９０度ずらして固定板Ｂの上に配置されているため、傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２はそれぞれセンサＳの２つの光学ユニットＯＥの調整方向の間にある。

更に、第１の送気要素Ｌ１は８枚の羽根Ｆ１、Ｆ２を有しており、そのうち４枚の羽根Ｆ２はそれぞれセンサＳの光学ユニットＯＥに平行に向けられ、４枚の羽根Ｆ１はそれぞれ傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２に対向して配置されている。

このうち、センサＳの光学ユニットＯＥに平行に配置された羽根Ｆ２は音叉に似た形状を有しているため、気流に大きな影響を与えない。傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２に対向して配置された羽根Ｆ１は、センサＳのシャフトＷに垂直な軸を中心として曲がった先端部を有しているため、空気を傾斜路状の第２の送気要素Ｌ２の方向へ、センサＳのシャフトＷに沿って送ることができる。

すなわち、第１の送気要素Ｌ１の音叉状の羽根Ｆ２は気流にあまり影響を与えないため、発光ユニット１及び受光ユニット２は悪影響を受けない。第１の送気要素Ｌ１の曲がった先端部を持つ羽根Ｆ１はセンサＳの熱源（つまり評価ユニット３）に向けて空気を送るため、センサＳの熱源が集中的に冷却される。

図３及び３ａはプロペラの形をした本発明の第１の送気要素Ｌ１の好ましい実施例を示している。

プロペラ状の第１の送気要素Ｌ１は８枚の羽根Ｆ１、Ｆ２を有しており、そのうち４枚の羽根Ｆ１は第１の送気要素Ｌ１の主平面ＨＥに対して斜めに曲げられた先端部を有し、４枚の羽根Ｆ２は主平面に含まれる音叉に似た形状を有している。

曲がった先端部を持つ羽根Ｆ１と音叉状の羽根Ｆ２は第１の送気要素Ｌ１の円形の本体Ｋに交互に配置されているため、センサＳのシャフトＷに第１の送気要素Ｌ１を取り付ける際、音叉状の羽根Ｆ２をセンサＳの光学ユニットＯＥに平行に且つその直下に揃えることができる。その際、曲がった先端部を持つ羽根Ｆ１は自動的にセンサＳの光学ユニットＯＥの間に配置される。

羽根Ｆ１の曲がった先端部は、該先端部を円形の本体Ｋに接続している羽根Ｆ１の軸部よりも幅が広い。これにより十分な量の空気が確実に評価ユニット３の方へ送られる。

本発明によれば、センサＳ内部の空気を該センサＳのシャフトＷに沿って該センサＳの外周部まで迂回させることにより、評価ユニット３を集中的に冷却する効果に加えて、センサＳの外側の領域を集中的に暖めて曇りや結露、着氷等を防止する効果も得られる。

１…発光ユニット
２…受光ユニット
３…評価ユニット
４…物質の無い領域
Ｂ…固定板
Ｆ１、Ｆ２…羽根
ＨＥ…主平面
Ｋ…円形の本体
Ｌ１…第１の送気要素
Ｌ２…第２の送気要素
Ｍ…モータ
ＯＥ…光学ユニット
Ｓ…光電センサ
Ｗ…シャフト

Claims (9)

1. 物体検出用の光電センサ（Ｓ）、特にレーザスキャナであって、
   光線を送出するための少なくとも１つの発光ユニット（１）、
   反射された光線を受光するための少なくとも１つの受光ユニット（２）、及び、
   前記反射された光線を評価する少なくとも１つの評価ユニット（３）であって、固定板（Ｂ）を用いてセンサ（Ｓ）のシャフト（Ｗ）上に該シャフト（Ｗ）を中心として回転可能に配置された評価ユニット（３）を備え、少なくとも１つの送気要素（Ｌ１、Ｌ２）が設けられ、該送気要素（Ｌ１、Ｌ２）は、センサ（Ｓ）のシャフト（Ｗ）が回転したときにセンサ（Ｓ）内部の空気が該少なくとも１つの送気要素（Ｌ１、Ｌ２）によりセンサ（Ｓ）のシャフト（Ｗ）に沿って前記少なくとも１つの評価ユニット（３）へと直接送られるような形状を有していることを特徴とする光電センサ（Ｓ）。
2. 前記固定板（Ｂ）が前記センサのシャフト（Ｗ）に垂直に配置され、該固定板（Ｂ）の上に前記少なくとも１つの評価ユニット（３）と第１の送気要素（Ｌ１）が一列に取り付けられ、該第１の送気要素（Ｌ１）により前記固定板（Ｂ）の方向へ空気が送られることを特徴とする請求項１に記載の光電センサ（Ｓ）。
3. 前記固定板（Ｂ）の一方の側に前記少なくとも１つの評価ユニット（３）が取り付けられ、前記固定板（Ｂ）の他方の側に少なくとも１つの第２の送気要素（Ｌ２）が該固定板（Ｂ）の少なくとも１つの物質の無い領域（４）の上方に設けられ、該第２の送気要素（Ｌ２）によって空気が前記固定板（Ｂ）の前記少なくとも１つの物質の無い領域（４）を通り、センサ（Ｓ）のシャフト（Ｗ）に沿って前記少なくとも１つの評価ユニット（３）へと送られることを特徴とする請求項１又は２に記載の光電センサ（Ｓ）。
4. 前記第１の送気要素（Ｌ１）が複数の羽根（Ｆ１、Ｆ２）を有するプロペラ又は羽根車から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電センサ（Ｓ）。
5. 数枚の羽根（Ｆ）の先端部がセンサ（Ｓ）のシャフト（Ｗ）に垂直な軸を中心として曲がっていることを特徴とする請求項４に記載の光電センサ（Ｓ）。
6. 前記第２の送気要素（Ｌ２）が一方の側に開放された立体的な傾斜路の形状を有し、該形状がセンサ（Ｓ）のシャフト（Ｗ）の回転方向に上り勾配になっていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電センサ（Ｓ）。
7. 前記固定板（Ｂ）の前記少なくとも１つの物質の無い領域（４）が該固定板（Ｂ）内の貫通穴として形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電センサ（Ｓ）。
8. ４つの発光ユニット（１）、４つの受光ユニット（２）及びそれらに対応する４つの評価ユニット（３）が設けられ、１つの発光ユニット（１）、１つの受光ユニット（２）及び１つの評価ユニット（３）の一式がそれぞれ１つの光学ユニットと（ＯＥ）して設けられ、各光学ユニット（ＯＥ）がそれぞれセンサ（Ｓ）の一方向に調整されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の光電センサ（Ｓ）。
9. 前記固定板（Ｂ）が傾斜路状の第２の送気要素（Ｌ２）を４つ有し、これらが該固定板（Ｂ）の４つの物質の無い領域（４）の上方にそれぞれ配置されることにより、各評価ユニット（３）にそれぞれ１つの傾斜路状の第２の送気要素（Ｌ２）が割り当てられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の光電センサ（Ｓ）。

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