JP2551608B2

JP2551608B2 - 光センサ

Info

Publication number: JP2551608B2
Application number: JP62316688A
Authority: JP
Inventors: 祥明神戸; 孝兵小寺; 正志中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1996-11-06
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JPH01156692A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、検知エリアに物体が入ったことを検出する
光センサに関するものである。

〔背景技術〕

一般に、検知エリアに物体が入ったことを検出するこ
の種の光センサのうち反射型のものは、第５図に示すよ
うに、検知エリアに光を投光する投光手段１と、検知エ
リア内の物体Ｘからの反射光を受光する受光手段２と、
受光手段２出力に基いて物体Ｘの有無を演算判定して物
体検知信号を出力する信号処理手段３とで構成されてお
り、従来、この種の光センサは、第６図に示すように、
投光、受光手段1,2の光学系および投光、受光素子を一
体化した光学ブロック５と、各手段の電子回路部をプリ
ント基板20に実装した電子回路ブロック６と、両ブロッ
ク5,6を収納するダイキャストケース７に設けられる動
作表示部８およびセンサ機能設定部９とで形成されてい
た。ここに、光学ブロック５は、投光用の発光素子10お
よび反射光受光用の受光素子11が実装されたプリント基
板12と、投光レンズ13および受光レンズ14と、Ｏリング
15a,15bと、光学筒16と、レンズ押さえ17と、ゴムカバ
ー18とで形成されており、これらの部品を予め調整組み
立てして光学ブロック５が得られるようになっている。
なお、この調整組み立て時において、両レンズ13,14の
光軸や、両レンズ13および14と発光素子10および受光素
子11との距離も調整固定される。

一方、発光素子10のドライブ回路、受光素子11出力の
変換回路、増幅回路、演算回路、出力回路などよりなる
光センサ本体の電子部品（IC、トランジスタ、抵抗、コ
ンデンサ、感度調整ボリュームVRなど）は、プリント基
板20上に実装されて電子回路ブロック６が形成されてい
る。また、感度調整ボリュームVRの回動軸の溝に係合さ
れる感度設定つまみ21にてセンサ機能設定部９が形成さ
れている。さらにまた、動作表示用の発光ダイオードLD
に対応してダイキャスト製のケース７に穿設された表示
窓に取着される光拡散ブロック22にて動作表示部８が形
成されている。図中、23はケース７の下面開口に覆着さ
れる下カバー、24は電源線、信号出力線などのリード線
である。

ところで、このような従来例にあっては、総合組み立
てにおいて、投光、受光手段1,2を一体化した光学ブロ
ック５と、各手段の電子回路部を実装した電子回路ブロ
ック６と、光拡散ブロック22のような動作表示部８と、
感度設定つまみ21のようなセンサ機能設定部９とをケー
ス７に組み込むようになっているが、光学ブロック５の
発光素子10と電子回路ブロック６のドライブ回路とをシ
ールド線25にて電気的に接続する配線作業、センサ機能
設定部９の感度設定つまみ21と電子回路ブロック６のプ
リント基板20上のボリュームVRとの位置合わせ作業、受
光素子11をプリント基板20の所定位置20aに半田付けす
る作業、光拡散ブロック22のような動作表示部８とプリ
ント基板20上の動作表示用発光ダイオードLDとの位置合
わせ作業などを同時に行いながら組み立てを行わなけれ
ばならないので、部品点数が多くなる上、組み立て作業
が面倒になり、コストが高くなるとともに形状が大きく
なるという問題があった。すなわち、上記従来例にあっ
ては、光学ブロック５と、電子回路ブロック６と、動作
表示部８およびセンサ機能設定部９とを接続する作業
が、電気的、機械的、光学的にそれぞれ行なわれてお
り、接続作業が画一化されていなかったので、部品点数
が多くなるとともに組み立て工数が多くなる上、接続作
業が繁雑になり、小型化および低価格化が容易にできな
いという問題があった。

そこで、上述のような問題を解決するものとして、第
７図乃至第10図に示すように光配線板30を用いた光セン
サがあった。すなわち、動作表示部８、例えば物体の検
知感度を設定するための感度設定部などのセンサ機能設
定部９と、各手段の電子回路部とを光導波路、ミラーな
どを用いて形成される光配線板30にて光接続したもので
ある。

ここに、各部を光接続する光配線板30は、光導波路31
₁〜31₆、31₁′〜31₄′、31₄″、31₀、31₀′、31₀″と、
ミラー、レンズ、プリズムなどよりなる光入出力部とで
形成され、投光、受光用のレンズL₁,L₂が一体形成され
ている。また、光導波路31₁〜31₆……は、合成樹脂（高
分子材料）の成形、光硬化性樹脂を用いたフォトマスク
露光によるパターニングによって形成されるようになっ
ており、精密樹脂成形技術や、フォトマスク操作を基本
とした集積回路の作製技術を応用して光配線板30を製造
できるので、量産化による低コスト化が容易に行えるこ
とになる。

上述のようにして形成された光配線板30は、電子回路
部のチップ部品が実装されプリント配線されるセラミッ
ク製あるいはエポキシ樹脂製のマウント基板32上にスペ
ーサ32aを介して配設されており、マウント基板32に実
装されている投光用発光素子10、機能設定用発光素子33
a、動作表示用発光素子33b、余裕表示用発光素子33c、
検知エリアからの反射光を受光する受光素子11および機
能設定用受光素子34a〜34dに光接続されている。また、
図示例では、物体Ｘからの反射光をレンズL₂を介して受
光する受光素子11および光導波路31₀,31₁′〜31₃′,3
1₄″から出力される光を受光する受光素子34a〜34dは１
チップ化された集積回路35としてマウント基板32に実装
されている。

ところで、センサ機能設定部９は、発光源たる機能設
定用の発光素子33aからの光を光導波路31₁〜31₄、31₁′
〜31₄′によって多分岐し、多分岐された複数の分岐光
路に跨がったスリット36aを設けるとともに、このスリ
ット36aを介して伝達される各分岐光路の光量を調整す
る伝達光量可変手段37をスリット36a内に設けることに
より形成されており、この光量可変手段37は、ドライバ
挿入溝を具備した操作部37aと、操作部37aから突設され
た軸に偏心して取着された楕円状の遮光片37b,37cとで
形成されている。ここに、操作部37aを回動することに
よってスリット36aを介して伝達される光（図示例で
は、光導波路31₂,31₂′あるいは光導波路31₃,31₃′より
なる分岐光路を介して伝達される光）の遮光片37cある
いは37bによる遮光量（すなわち光路断面積）を調整で
きるようになっている。また、図示例では、スリット36
aを介して伝達させる光を略平行光線とするコリメート
レンズL₁₁〜L₁₄をスリット36aの一側の光導波路31₁〜31
₄の出力端面に設けるとともに、スリット36aの他側の光
導波路31₁′〜31₄′の入力端面に集光レンズL₁₁′〜
L₁₄′を設けて伝達光量の調整をやり易くしている。ま
た、光導波路31₁〜31₄の束ねられた一端部に、発光素子
33aから入力される光は、各光導波路31₁〜31₄に所定割
合で分岐されて伝播し、伝達光量可変手段36によって伝
達光量が調整され受光素子34a〜34dで受光されてセンサ
機能設定が行なわれるようになっている。なお、光導波
路31₀、31₀′、31₀″は、投光用の発光素子10から発せ
られる光の一部を基準光として取り出して受光素子34a
に入力するものであり、実施例では、31₀′,31₀″を介
して伝達される基準光と、光導波路31₁,31₀′を介して
伝達される基準光とを合成して光導波路31₀を介して受
光素子34aに入射させている。この場合、受光素子34aで
は、光導波路31₀′,31₀″を介して伝達される基準光
と、光導波路31₁′を介して伝達されるセンサ機能設定
用の基準光が入射することになるが、両光の入射タイミ
ングを異ならせることにより、両基準光に対して受光素
子34aを共用することによる不都合を解消している。

第10図は、光導波路31₀′を介して伝達される基準光
を反射して光導波路31₀″に入力させる反射部の構成例
を示すもので、同図（ａ）はミラー板M₀を用いたもので
あり、同図（ｂ）はプリズムP₀を用いたものである。

いま、投光手段１の発光素子10から発せられた光は、
投光用レンズL₁にて光ビームが形成されて検知エリアに
投光され、一方、検知エリア内の物体Ｘからの反射光
は、受光手段２の受光用レンズL₂にて集光され受光素子
11に入射するようになっており、信号処理手段３では、
受光素子11出力に基いて物体Ｘが検知エリアに入ったか
どうかを判定して、動作表示部８に判定結果を表示する
ようになっている。ここに、動作表示用、余裕表示用の
発光素子33b,33cから発する光は、光導波路31₅,31₆を介
して動作表示部８の光拡散ブロックに伝達され、光拡散
ブロック22にて各方向に散乱放射されることにより、物
体が検知エリアに入ったこと、あるいは検知エリアの近
傍（余裕範囲）に入ったことが表示されるようになって
いる。また、信号処理手段３における物体検知処理は、
一般的な信号処理によって行なわれており、この物体検
知処理において、投光用の発光素子10の発光量のばらつ
きを補正するために光導波路31₀、31₀′、31₀″を介し
て取り込まれる基準光を用いており、受光素子34a出力
に基いて受光素子11の出力レベルを判定するようにして
いる。

ところで、センサ機能設定部９は、光導波路31₁〜3
1₄,31₁′,31₄′にて分岐された分岐光路中にスリット36
aを設け、スリット36a内に設けた伝達光量可変手段37に
より、光導波路31₂,31₂′および光導波路31₃,31₃′にて
形成される各分岐光路を介して伝達される光量を適当に
調整することにより、受光素子34b,34cに入射する光を
調整し、センサ機能（例えば物体Ｘの検知感度）の設定
を行なうようになっている。この場合、操作部37aを回
動することによって遮光片37b,37cにて２つの分岐光路
の伝達光量を任意の関係をもって変化させることができ
るので、複数（図示例では２つ）のセンサ機能の各パラ
メータを同時に設定でき、センサ機能の設定が簡便に行
なえるようになっている。例えば、受光量と測距量（光
学的に物体Ｘまでの距離を測定した値）とを用いて物体
Ｘが検知エリア内に入ったかどうかを判定する場合に
は、２つのセンサ機能のパラメータをそれぞれ設定する
必要があるが、図示例では、操作部37aを適当に回動操
作するだけで、２種のセンサ機能のパラメータが同時に
設定でき、センサ機能の設定が容易に行なえることにな
る。ここに、光導波路31₁,31₁′を介して伝達される光
は、機能設定時の基準光であり、この基準光を受光した
受光素子34a出力に基いて受光素子34b,34c出力のレベル
を判定することにより、機能設定用発光素子33aの発光
量のばらつきを補正できるようになっている。

第11図乃至第13図はプリズムP₁を用いて分岐光路を形
成したものであり、発光源の光が一端面から入射し他端
面が同一面に配置された複数の第１光導波路31₁〜31
₄と、該同一面に一端面が配置され他端面から出力され
る光を受光素子34a〜34dに入射させる複数の第２光導波
路31₁′〜31₄′と、同一面に配置された第１、第２光導
波路31₁〜31₄、31₁′〜31₄′端面に適宜距離をもって対
向して配置され第１光導波路31₁〜31₄から出力される光
を屈折あるいは反射させて対応する第２光導波路31₁′
〜31₄′に入射させる反射手段40とで複数の分岐光路を
形成し、同一面に配置された第１、第２光導波路31₁〜3
1₄、31₁′〜31₄′端面と反射手段40の光入出力面との間
にスリット36aを形成したものである。ここに、図示例
にあっては、反射手段40としてプリズムP₁を用い、各光
導波路31₁〜31₃から出力される光を２回反射（90゜反
射）させて対応する各光導波路31₁′〜31₃′に入射させ
るようにしている。また、伝達光量可変手段37は、適当
な形状の絞り孔41aを有する絞り板41と、周辺に多数の
細孔43が密度を徐々に変化させて穿設された回転円板42
とで形成されており、回転円板42に突設されたつまみ42
aを回動することによって絞り孔41aに臨む細孔43の数が
変化させ、伝達される光量を変化させることができるよ
うになっている。

しかしながら、上述のような従来例にあっては、電子
回路部と、動作表示部８と、センサ機能設定部９とを、
光導波路、ミラーなどを用いて形成される光配線板30に
て光接続することにより、部品点数を少なくして組み立
て作業を簡略化することができ、小型化および低価格化
が容易にできるとともに、複数のセンサ機能の設定を簡
単な構成で容易に行なうことができるようになっている
が、分岐光路を伝播する光の相互干渉によって誤動作が
発生する場合があるという問題があった。例えば、第14
図（ａ）に示すように、レンズL₁₁′に収差が存在する
場合には、レンズL₁₁′にて集光された光が対応する光
導波路31₁′に結合せず、隣の光導波路31₂′に直接入射
したり、第14図（ｂ）に示すように、クラッド内を伝播
した光が隣の光導波路31₂′に入射する場合があった。
また、第15図に示すように、光導波路31₁′〜31₄′を形
成するコアあるいはクラッドの屈折率のゆらぎ、境界面
不良、導波路の曲がりなどによって伝播する光が漏れ、
隣の光導波路31₁′〜31₄′に結合する場合があった。こ
のような場合には、伝達光量可変手段37によるセンサ機
能の調整が所定のカーブで行えなくなって、誤動作が発
生するという問題があった。すなわち、スリット36aを
介して伝達される光の遮蔽がリニアに行なわれるように
伝達光量可変手段37を形成している場合において、光導
波路31₁′から出力される基準光を受光する受光素子34a
出力Iaと、光導波路31₂から出力される機能設定光を受
光する受光素子34b出力Ibの比Ib/Iaは、光導波路3
1₁′、31₄′を含む隣接した分岐光路間に光漏れによる
相互干渉がなければリニアに変化する。しかしながら、
隣接する分岐光路間に光漏れによる相互干渉があると、
Ib/Iaがリニアに変化せず、機能設定が正確に行なわれ
なくなって誤動作が生じることになる。

〔発明の目的〕

本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その
目的とするところは、部品点数を少なくして組み立て作
業を簡略化することができるとともに、小型化および低
価格化が容易にでき、しかも、並設された光導波路に伝
搬される光の相互干渉による誤動作を防止することがで
きる光センサを提供することにある。

〔発明の開示〕

（構成）本発明は、検知エリアに光を投光する投光手段と、投
光手段からの直接光あるいは検知エリア内の物体からの
反射光を受光する受光手段と、受光手段出力に基づいて
物体の有無を演算判定して物体検知信号を出力する信号
処理手段と、少なくとも物体検知信号に基づいて判定結
果を表示するための表示用発光手段と、センサ機能設定
用の設定用発光手段と、設定用発光手段からの光を受光
する設定用受光手段とを備え、表示用発光手段の発する
光により判定結果が表示される動作表示部と、上記設定
用発光手段からの光を変調して設定用受光手段に受光さ
せることによって検知感度のようなセンサ機能の設定を
行うセンサ機能設定部とを光導波路、ミラーなどを用い
て形成される光配線板にて上記各手段を構成する電子回
路部に光接続して成る光センサにおいて、光配線板内に
並設された光導波路間に、深さ寸法が光導波路の深さ寸
法に略等しい溝から成る光遮断路を設けたものであり、
部品点数を少なくして組み立て作業を簡略化することが
できるとともに、小型化および低価格化が容易にでき、
しかも、並設された光導波路に伝搬される光の相互干渉
による誤動作を防止することができる光センサを提供す
るものである。

（実施例）第１図および第２図は本発明一実施例を示すものであ
るが、本実施例の基本的な構成は第８図に示した従来例
の構成と共通するので、共通する部分については同一の
符号を付して一部図示は省略してある。本実施例は、検
知エリアに光を投光する投光手段１と、投光手段１から
の直接光あるいは検知エリア内の物体からの反射光を受
光する受光手段２と、受光手段２出力に基づいて物体の
有無を演算判定して物体検知信号を出力する信号処理手
段３と、少なくとも物体検知信号に基づいて判定結果を
表示するための動作表示用発光素子33bと、センサ機能
設定用の機能設定用発光素子33aと、機能設定用発光素
子33aからの光を受光する機能設定用受光素子34a〜34d
とを備え、動作表示用発光素子33bの発する光により判
定結果が表示される動作表示部８と、上記電子回路部の
機能設定用発光素子33aからの光を変調して機能設定用
受光素子34a〜34dに受光させることによって物体の検知
感度のようなセンサ機能の設定を行うセンサ機能設定部
９とを光導波路、ミラーなどを用いて形成される光配線
板30にて上記各手段を構成する電子回路部に光接続し、
発光源からの光を光導波路31₁〜31₄、31₁′〜31₄′……
によって多分岐し、多分岐された複数の分岐光路が跨が
ったスリット36aを設けるとともに、該スリット36aを介
して伝達される各分岐光路の光量を調整する伝達光量可
変手段37をスリット36a内に設けることによりセンサ機
能設定部９を形成した光センサにおいて、光配線板30の
並設された光導波路31₁′〜31₄′間に該光導波路31₁′
〜31₄′とほぼ同等の深さを有する溝よりなる光遮蔽路4
5を設けたものである。なお、実施例では、光導波路3
1₁′〜31₄′間にのみ光遮蔽路45を設けているが、他の
光導波路31₁〜31₄……間にも同様のダミー光導波路を必
要に応じて設けても良い。また、光漏れによる相互干渉
を確実に防ぐには、光遮断路45を各光導波路31₁′〜3
1₄′の全長あるいはそれ以上に亘って設ける必要がある
が、光漏れを軽減する場合には、光漏れが生じやすい要
所にのみ光遮蔽路45を設ければ良い。第３図および第４
図は、光遮蔽路45を設けることによって分岐光路を伝播
する光の相互干渉を防止できる様子を示すもので、レン
ズL₁₁′の収差により隣の光導波路31₂′に結合する光OP
₁と、光導波路31₁′から漏れて隣の光導波路31₂′に結
合する光OP₂とを考える。いま、レンズL₁₁′の収差によ
る光OP₁は、溝よりなる光遮蔽路45に入射するが、溝側
面が粗面であれば第３図（ａ）に示すように溝側面で乱
反射されて散乱し、隣の光導波路31₂′に結合される光
は殆どなくなって相互干渉が防止できる。一方、溝側面
が鏡面である場合には、第３図（ｂ）に示すように、溝
側面と光導波路31₁′のコア間で反射伝搬する光OP
_1aと、光遮蔽路45を通過して隣の光導波路31₂′へ結合
する光OP_1bとがあるが、反射伝搬する光OP_1aの方が多く
なるので、相互干渉は大幅に減少することになる。な
お、光遮蔽路45内を反射伝搬して減衰する光もあるの
で、相互干渉はより一層少なくなる。第４図は、光導波
路31₁′から漏れた光OP₂が隣の光導波路31₂′に結合す
る様子を示すもので、上記光OP₁の場合と同様の原理で
光遮蔽路45を設けたことによる相互干渉の改善効果があ
る。

なお、光遮蔽路45を形成する溝の断面形状は、実施例
に限定されるものではなく、Ｖ字型、Ｕ字型であっても
良い。また、溝側面を粗面加工すれば相互干渉をより一
層減少させることができる。

〔発明の効果〕

本発明は上述のように、検知エリアに光を投光する投
光手段と、投光手段からの直接光あるいは検知エリア内
の物体からの反射光を受光する受光手段と、受光手段出
力に基づいて物体の有無を演算判定して物体検知信号を
出力する信号処理手段と、少なくとも物体検知信号に基
づいて判定結果を表示するための表示用発光手段と、セ
ンサ機能設定用の設定用発光手段と、設定用発光手段か
らの光を受光する設定用受光手段とを備え、表示用発光
手段の発する光により判定結果が表示される動作表示部
と、上記設定用発光手段からの光を変調して設定用受光
手段に受光させることによって検知感度のようなセンサ
機能の設定を行うセンサ機能設定部とを光導波路、ミラ
ーなどを用いて形成される光配線板にて上記各手段を構
成する電子回路部に光接続して成る光センサにおいて、
光配線板内に並設された光導波路間に、深さ寸法が光導
波路の深さ寸法に略等しい溝から成る光遮断路を設けた
ものであり、部品点数を少なくして組み立て作業を簡略
化することができるとともに、小型化および低価格化が
容易にでき、しかも、並設された光導波路に伝搬される
光の相互干渉による誤動作を防止することができるとい
う効果がある。さらに、光遮断路により成るので、光配
線板に容易に光遮断路を形成することができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の要部上面図、第２図は同上の
要部断面図、第３図および第４図は同上の動作説明図、
第５図は従来例の概略構成図、第６図は同上の分解斜視
図、第７図は他の従来例の概略構成を示す分解斜視図、
第８図は同上の要部上面図、第９図は同上の要部断面
図、第10図は同上の要部上面図、第11図はさらに他の従
来例の要部上面図、第12図は同上の要部上面図、第13図
は同上の要部正面図、第14図および第15図は同上の動作
説明図である。８は動作表示部、９はセンサ機能設定部、30は光配線
板、31₁〜31₄、31₁〜31₄……は光導波路、45は光遮蔽路
である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】検知エリアに光を投光する投光手段と、投
光手段からの直接光あるいは検知エリア内の物体からの
反射光を受光する受光手段と、受光手段出力に基づいて
物体の有無を演算判定して物体検知信号を出力する信号
処理手段と、少なくとも物体検知信号に基づいて判定結
果を表示するための表示用発光手段と、センサ機能設定
用の設定用発光手段と、設定用発光手段からの光を受光
する設定用受光手段とを備え、表示用発光手段の発する
光により判定結果が表示される動作表示部と、上記設定
用発光手段からの光を変調して設定用受光手段に受光さ
せることによって検知感度のようなセンサ機能の設定を
行うセンサ機能設定部とを光導波路、ミラーなどを用い
て形成される光配線板にて上記各手段を構成する電子回
路部に光接続して成る光センサにおいて、光配線板内に
並設された光導波路間に、深さ寸法が光導波路の深さ寸
法に略等しい溝から成る光遮断路を設けたことを特徴と
する光センサ。