JP3778085B2 - Reflective photoelectric sensor - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光を前方に射出して検出対象で反射した光を受光する反射型光電センサに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
図3に従来の反射型光電センサの構成図を示す。図3において、従来の反射型光電センサは、投光レンズ1と、この投光レンズ1を介して前方に光を射出する投光素子2と、受光レンズ3と、この受光レンズ3を介して前方から入来する光を受光する受光素子4と、これらの各部品を保持するセンサボディ(筐体)6PAとを備えている。
【0003】
投光素子2および受光素子4は図示しない基板に実装され、これら投光素子2および受光素子4と投光レンズ1および受光レンズ3は、図3に示すようにセンサボディ6PAによって幾何学的に位置決めされる。
【0004】
投光素子2は、電流を流すと発光するLEDまたはレーザダイオードなどである。受光素子4は、受光面における入射光の位置の移動に応じて出力が変化するPSD(位置検出素子)または2分割PD(フォトダイオード)などである。
【0005】
このような構成の反射型光電センサでは、投光素子2が赤外線などの光を射出すると、その光は、投光レンズ1で集光された後、前方に検出対象があればその検出対象で反射する。そして反射した光が受光レンズ3で集光された後に受光素子4で受光されたとすると、受光された光は電気的信号に変換されて反射型光電センサの出力信号として用いられる。
【0006】
ところで、この種の反射型光電センサでは、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとの離間距離、より具体的には、投光レンズ1と受光レンズ3との離間距離BL1、並びに投光素子2と受光素子4との離間距離BLD1が短いと、遠方の検出対象に対する検出分解能が悪くなるという問題がある。
【0007】
図4に図3の構成では遠方の検出対象に対する検出分解能が悪くなる様子を示す。図4の検出対象DOは図3のそれよりも遠い位置(L2>L1)にあり、反射型光電センサ自体は図3のそれと同じものである。
【0008】
図3に示すように、検出対象が図4のそれよりも近い位置にある場合、検出対象DOが位置P3から位置P4にまたは位置P4から位置P3に移動したとき、その移動距離ΔLに対応する受光素子4の受光面上での変位長はΔL1となる。
【0009】
これに対し、図4に示すように、検出対象が図3のそれよりも遠い位置にある場合、検出対象DOが位置P1から位置P2にまたは位置P2から位置P1に、図3の場合と同じ距離だけ移動したとき、その移動距離ΔLに対応する受光素子4の受光面上での変位長はΔL2となり、このΔL2は明らかにΔL1よりも短くなる。つまり、検出対象が遠い位置にあるほど、同じ距離だけ移動したとしても、受光素子4上の変位が幾何学的に小さくなるので、検出素子4から出力される信号変化も小さくなり、センサ感度が悪くなるのである(例えばL1≪L2のとき、ΔL1≫ΔL2となり、ΔL2≒0となる)。この場合、ΔL2を受光素子4にて電気信号に変換することが難しくなる。
【0010】
図5に図3,図4のものよりも遠方の検出対象に対する検出分解能を良くした反射型光電センサの構成図を示す。図5の反射型光電センサは、投光レンズ1と、投光素子2と、受光レンズ3と、受光素子4とを図3,4の反射型光電センサと同様に備えているほか、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとを、図3,4よりも離して保持するセンサボディ6PBを備えている。つまり、図5の反射型光電センサでは、投光レンズ1と受光レンズ3との離間距離BL2は図3,4のBL1よりも長く、投光素子2と受光素子4との離間距離BLD2は図3,4のBLD1よりも長くなっている。
【0011】
このように離間距離BL2,BLD2をより長く設定することにより、遠方の検出対象に対する検出分解能を良くすることができる。例えば、図5に示すように、図4と同様に検出対象DOが位置P1から位置P2にまたは位置P2から位置P1に移動したとすると、その移動距離ΔLに対応する受光素子4の受光面上での変位長はΔL3となり、このΔL3は明らかに図4のΔL2よりも長くなるので、検出素子4から出力される信号変化がより大きくなり、センサ感度が良くなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図5の反射型光電センサでは、前方に検出不能範囲(不感帯ともいう)が生じるという課題がある。
【0013】
図6に図5の反射型光電センサにおける不感帯の説明図を示す。離間距離BL2,BLD2を長めに設定すると、図6に示すように、前方に位置する検出対象が所定距離D外の遠距離範囲にある場合、その遠距離範囲にある検出対象で投光素子2から射出された光が受光素子4の受光範囲内に反射するが、前方に位置する検出対象が所定距離D内にある場合、その所定距離D内にある検出対象で投光素子2から射出された光が受光素子4の受光範囲外に反射する。図6の例では、所定距離Dの遠端に検出対象が位置するとき、その検出対象で反射した光が受光素子4の受光範囲の外縁に入光することになるので、所定距離D内に検出対象が位置すれば、その検出対象で反射した光はもはや受光素子4の受光範囲に入光することができなくなるから、所定距離D内が不感帯の範囲となる。そして、この不感帯の範囲は、離間距離BL2,BLD2をより長く設定するほどより拡大する。
【0014】
この課題を解決するべく、従来では、図3の構成の反射型光電センサと図5の構成の反射型光電センサとを併用する場合がある。しかし、異なる種類の反射型光電センサを2個使用する構成では、設置スペースの確保およびコスト高が新たな課題となる。
【0015】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、別の反射型光電センサと併用することなく、遠距離範囲にある検出対象に対する検出分解能を上げることができるとともに、不感帯の範囲を縮小することができる反射型光電センサを提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項1記載の発明は、投光レンズと、この投光レンズを介して前方に光を射出する遠距離用投光素子と、受光レンズと、この受光レンズを介して前方から入来する光を受光する受光素子とを備え、前方に位置する検出対象が所定距離外の遠距離範囲にある場合、その遠距離範囲にある検出対象で前記遠距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲内に反射するとともに、前方に位置する検出対象が前記所定距離内にある場合、その所定距離内にある検出対象で前記遠距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲外に反射するように、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと前記受光レンズおよび受光素子の組みとが離間して設けられる反射型光電センサであって、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みを一組、前記受光レンズおよび受光素子の組みを二組備え、それぞれ前方に光を射出する2個の近距離用投光素子をさらに備え、前記受光レンズおよび受光素子の各組みの間に前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みを配置するとともに、前記所定距離内の近距離範囲にある検出対象で前記近距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲内に反射するように、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと一方の組みの受光レンズおよび受光素子との間に一方の近距離用投光素子を配置し、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと他方の組みの受光レンズおよび受光素子との間に他方の近距離用投光素子を配置してなることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明に係る実施形態について説明する前に、本発明に関連した参考例について説明する。
(参考例)
図1は本発明に関連した参考例の反射型光電センサの構成図であり、この図を用いて参考例について説明する。
【0021】
参考例の反射型光電センサは、図1に示すように、投光レンズ1と、LEDまたはレーザダイオードなどによりなり投光レンズ1を介して前方に光を射出する遠距離用の投光素子2と、受光レンズ3と、PSDまたは2分割PDなどによりなり受光レンズ3を介して前方から入来する光を受光する受光素子4と、レンズ一体型形状のLEDまたはチップLED(図では砲弾形状のLED)によりなり前方に光を射出する近距離用の投光素子5と、これらの各部品を保持するセンサボディ6とを備えている。
【0022】
このセンサボディ6は、前方に位置する検出対象が所定距離D外の遠距離範囲RLDにある場合、遠距離範囲RLDにある検出対象で投光素子2から射出された光が受光素子4の受光範囲内に反射するとともに、前方に位置する検出対象が所定距離D内にある場合、所定距離D内にある検出対象で投光素子2から射出された光が受光素子4の受光範囲外(図では受光範囲外上方)に反射するように、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとを離間して保持している。図1の例では、図5の従来の反射型光電センサと同様に、投光レンズ1と受光レンズ3との離間距離はBL2に設定され、投光素子2と受光素子4との離間距離はBLD2に設定されている。
【0023】
また、センサボディ6は、所定距離D内の近距離範囲RSD(図1の例では近端側を除くDの一部)にある検出対象で投光素子5から射出された光が受光素子4の受光範囲内に反射するように、投光素子5を、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとの間に配置して保持している。
【0024】
上記構成の反射型光電センサによれば、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとを任意に適当な距離だけ離間することにより、検出対象が遠距離範囲RLDで前後方向に移動した場合におけるその移動距離に対応する受光素子4の受光面上での変位長を、任意に設定することができる。図1の例では、図5の反射型光電センサと同様に、離間距離BL2,BLD2に設定されているので、遠距離範囲RLDにおいて、検出対象DOが位置P1から位置P2にまたは位置P2から位置P1に、図5の場合と同じ距離だけ移動したとすれば、その移動距離ΔLに対応する受光素子4の受光面上での変位長は、図5と同様にΔL3となる。
【0025】
この場合、図5の従来構成例では、図6で説明したように不感帯の範囲Dが生じることになるが、参考例では、投光素子5を設け、この投光素子5から射出された光が所定距離D内の近距離範囲RSDにある検出対象で受光素子4の受光範囲内に向けて反射するようにしたので、近距離範囲RSDの分だけ不感帯の範囲Dを縮小することができる。図1の例では、不感帯の範囲Dのほとんどが近距離範囲RSDでカバーされている。
【0026】
以上、参考例によれば、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとを任意に適当な距離だけ離すことにより、遠距離範囲にある検出対象に対する検出分解能を上げることができる。
【0027】
近距離範囲RSDにある検出対象で投光素子5から射出された光が受光素子4の受光範囲内に反射するように、投光素子5が、投光レンズ1および投光素子2の組みと受光レンズ3および受光素子4の組みとの間に配置されるので、不感帯の範囲Dを縮小することができる。この場合、従来の反射型光電センサと比較した場合、投光素子5を1個追加するだけであるから、安価であるほか、別の反射型光電センサと併用することなく、寸法を大きくすることなく不感帯の範囲Dを縮小することができる。
【0028】
さらに、近距離用の投光素子5が砲弾形状のLEDまたはチップLEDによりなるので、近距離用の投光素子と投光レンズとを使用する構成と比べ、小型化およびコスト低減が可能となる。また、一般的な部品であるので、入手が容易である。
【0029】
(実施形態)
図2は本発明に係る実施形態の反射型光電センサの構成図であり、この図を用いて実施形態について説明する。
【0030】
実施形態の反射型光電センサは、図2に示すように、投光素子5を2個、投光レンズ1および遠距離用の投光素子2の組みを一組、そして受光レンズ3および受光素子4の組みを二組備えるとともに、これらの各組みの間に投光レンズ1および投光素子2の組みを配置し、この投光レンズ1および投光素子2の組みと一方の組みの受光レンズ3および受光素子4との間に一方の投光素子5を配置し、そして投光レンズ1および投光素子2の組みと他方の組みの受光レンズ3および受光素子4との間に他方の投光素子5を配置して保持するセンサボディ6Aを備えている。
【0031】
このような構成の反射型光電センサでも、一方の組みの受光レンズ3および受光素子4と、投光レンズ1および投光素子2の組みと、これらの間に設けられる投光素子5とが参考例の反射型光電センサと同様に機能し、他方の組みの受光レンズ3および受光素子4と、投光レンズ1および投光素子2の組みと、これらの間に設けられる投光素子5とが参考例の反射型光電センサと同様に機能するから、参考例と同様に、別の反射型光電センサと併用することなく、遠距離範囲にある検出対象に対する検出分解能を上げることができるとともに、不感帯の範囲を縮小することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、請求項1記載の発明は、投光レンズと、この投光レンズを介して前方に光を射出する遠距離用投光素子と、受光レンズと、この受光レンズを介して前方から入来する光を受光する受光素子とを備え、前方に位置する検出対象が所定距離外の遠距離範囲にある場合、その遠距離範囲にある検出対象で前記遠距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲内に反射するとともに、前方に位置する検出対象が前記所定距離内にある場合、その所定距離内にある検出対象で前記遠距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲外に反射するように、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと前記受光レンズおよび受光素子の組みとが離間して設けられる反射型光電センサであって、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みを一組、前記受光レンズおよび受光素子の組みを二組備え、それぞれ前方に光を射出する2個の近距離用投光素子をさらに備え、前記受光レンズおよび受光素子の各組みの間に前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みを配置するとともに、前記所定距離内の近距離範囲にある検出対象で前記近距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲内に反射するように、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと一方の組みの受光レンズおよび受光素子との間に一方の近距離用投光素子を配置し、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと他方の組みの受光レンズおよび受光素子との間に他方の近距離用投光素子を配置してなるので、別の反射型光電センサと併用することなく、投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと受光レンズおよび受光素子の組みとを任意に適当な距離だけ離すことにより、遠距離範囲にある検出対象に対する検出分解能を上げることができ、近距離範囲にある検出対象で近距離用投光素子から射出された光が受光素子の受光範囲内に反射するように、近距離用投光素子を、投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと受光レンズおよび受光素子の組みとの間に配置することにより、不感帯の範囲を縮小することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に関連した参考例の反射型光電センサの構成図である。
【図2】 本発明に係る実施形態の反射型光電センサの構成図である。
【図3】 従来の反射型光電センサの構成図である。
【図4】 図3の構成では遠方の検出対象に対する検出分解能が悪くなる様子を示す図である。
【図5】 図3,図4のものよりも遠方の検出対象に対する検出分解能を良くした反射型光電センサの構成図である。
【図6】 図5の反射型光電センサにおける不感帯の説明図である。
【符号の説明】
1 投光レンズ
2 投光素子
3 受光レンズ
4 受光素子
5 投光素子
6,6A センサボディ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a reflective photoelectric sensor that emits light forward and receives light reflected by a detection target.
[0002]
[Prior art]
FIG. 3 shows a configuration diagram of a conventional reflective photoelectric sensor. In FIG. 3, the conventional reflective photoelectric sensor includes a
[0003]
The
[0004]
The
[0005]
In the reflection type photoelectric sensor having such a configuration, when the
[0006]
By the way, in this type of reflective photoelectric sensor, the distance between the combination of the
[0007]
FIG. 4 shows a state in which the detection resolution for a far detection target is deteriorated in the configuration of FIG. The detection target DO in FIG. 4 is at a position farther than that in FIG. 3 (L2> L1), and the reflective photoelectric sensor itself is the same as that in FIG.
[0008]
As shown in FIG. 3, when the detection target is at a position closer to that of FIG. 4, when the detection target DO moves from the position P3 to the position P4 or from the position P4 to the position P3, it corresponds to the movement distance ΔL. The displacement length on the light receiving surface of the light receiving
[0009]
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the detection target is at a position farther than that of FIG. 3, the detection target DO is from position P1 to position P2 or from position P2 to position P1, as in FIG. When moved by the distance, the displacement length on the light receiving surface of the light receiving
[0010]
FIG. 5 shows a configuration diagram of a reflective photoelectric sensor in which the detection resolution for a detection object farther than that of FIGS. 3 and 4 is improved. The reflective photoelectric sensor in FIG. 5 includes a
[0011]
By setting the separation distances BL2 and BLD2 longer as described above, it is possible to improve the detection resolution for a far detection target. For example, as shown in FIG. 5, if the detection object DO moves from the position P1 to the position P2 or from the position P2 to the position P1 as in FIG. 4, on the light receiving surface of the light receiving
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
However, the reflective photoelectric sensor of FIG. 5 has a problem that an undetectable range (also referred to as a dead zone) is generated in the front.
[0013]
FIG. 6 is an explanatory diagram of the dead zone in the reflective photoelectric sensor of FIG. When the separation distances BL2 and BLD2 are set longer, as shown in FIG. 6, when the detection target located in the front is in a long distance range outside the predetermined distance D, the
[0014]
In order to solve this problem, conventionally, the reflective photoelectric sensor having the configuration of FIG. 3 and the reflective photoelectric sensor having the configuration of FIG. 5 may be used in combination. However, in a configuration in which two different types of reflective photoelectric sensors are used, securing installation space and high costs are new issues.
[0015]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and can increase the detection resolution for a detection target in a long-distance range and reduce the range of the dead zone without using it in combination with another reflective photoelectric sensor. It is an object of the present invention to provide a reflective photoelectric sensor that can be used.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Before describing embodiments according to the present invention, reference examples related to the present invention will be described.
( Reference example )
FIG. 1 is a configuration diagram of a reflective photoelectric sensor of a reference example related to the present invention, and the reference example will be described with reference to this figure.
[0021]
As shown in FIG. 1, the reflective photoelectric sensor of the reference example includes a
[0022]
In the
[0023]
Further, the
[0024]
According to the reflection type photoelectric sensor having the above-described configuration, the set of the
[0025]
In this case, in the conventional configuration example of FIG. 5, the dead zone range D occurs as described with reference to FIG. 6, but in the reference example , the
[0026]
As described above, according to the reference example , the combination of the
[0027]
The
[0028]
Furthermore, since the short-distance
[0029]
(Implementation form)
Figure 2 is a block diagram of a reflection type photoelectric sensor implementation form of the present invention, the implementation mode will be described with reference to FIG.
[0030]
Reflective photoelectric sensor implementation embodiment, as shown in FIG. 2, two light emitting
[0031]
Even in the reflection type photoelectric sensor having such a configuration, one set of the
[0032]
【The invention's effect】
As is apparent from the above, the invention described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a reflective photoelectric sensor of a reference example related to the present invention.
2 is a block diagram of a reflection type photoelectric sensor implementation according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a conventional reflective photoelectric sensor.
4 is a diagram illustrating a state in which the detection resolution with respect to a distant detection target deteriorates in the configuration of FIG. 3;
FIG. 5 is a configuration diagram of a reflective photoelectric sensor with improved detection resolution for a detection target farther away than that of FIGS. 3 and 4;
6 is an explanatory diagram of a dead zone in the reflective photoelectric sensor of FIG. 5. FIG.
[Explanation of symbols]
1
Claims (1)
前方に位置する検出対象が所定距離外の遠距離範囲にある場合、その遠距離範囲にある検出対象で前記遠距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲内に反射するとともに、前方に位置する検出対象が前記所定距離内にある場合、その所定距離内にある検出対象で前記遠距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲外に反射するように、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと前記受光レンズおよび受光素子の組みとが離間して設けられる反射型光電センサであって、
前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みを一組、
前記受光レンズおよび受光素子の組みを二組備え、
それぞれ前方に光を射出する2個の近距離用投光素子をさらに備え、
前記受光レンズおよび受光素子の各組みの間に前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みを配置するとともに、
前記所定距離内の近距離範囲にある検出対象で前記近距離用投光素子から射出された光が前記受光素子の受光範囲内に反射するように、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと一方の組みの受光レンズおよび受光素子との間に一方の近距離用投光素子を配置し、前記投光レンズおよび遠距離用投光素子の組みと他方の組みの受光レンズおよび受光素子との間に他方の近距離用投光素子を配置してなることを特徴とする反射型光電センサ。 A light projecting lens; a long distance light projecting element that emits light forward through the light projecting lens; a light receiving lens; and a light receiving element that receives light coming from the front through the light receiving lens. ,
When the detection target located in the front is in a long distance range outside a predetermined distance, the light emitted from the long distance light projecting element on the detection target in the long distance range is reflected in the light reception range of the light receiving element. At the same time, when the detection target located in the front is within the predetermined distance, the light emitted from the long-distance light projecting element is reflected outside the light receiving range of the light receiving element. A reflection type photoelectric sensor in which the set of the light projecting lens and the long distance light projecting element and the set of the light receiving lens and the light receiving element are provided apart from each other,
One set of the light projecting lens and the long distance light projecting element,
Comprising two sets of the light receiving lens and light receiving element;
Further comprising two short-distance light projecting elements that each emit light forward,
While disposing a set of the light projecting lens and a long distance light projecting element between each set of the light receiving lens and the light receiving element,
The light projecting lens and the long distance light projecting element so that the light emitted from the short distance light projecting element on the detection target within the short distance range within the predetermined distance is reflected within the light receiving range of the light receiving element. One short distance light projecting element is disposed between the light receiving lens and the light receiving element of one set, and the light projecting lens and long distance light projecting element and the other light receiving lens and light receiving element are disposed. A reflection type photoelectric sensor , wherein the other short-distance light projecting element is disposed between the elements .
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