JP4177996B2 - 多光軸光電センサの投光ユニット及び受光ユニット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、多光軸光電センサの投光ユニット及び受光ユニットに関し、特に、投光素子或いは受光素子を備えた基板とレンズ部材との組付け構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
この種の多光軸光電センサは、例えば一列状に配された複数の投光素子を備えた投光ユニットと、やはり一列状に配されて前記各投光素子のそれぞれと対をなして光軸を形成する複数の受光素子を備えた受光ユニットとを所定の検出領域を挟むように対向配置してなる。検出領域内に物体が存在すると、所定の投光素子からそれと対をなす受光素子に向う光が遮光され、当該受光素子での受光量レベルが変化する。この変化を検知することで検出領域内の物体検出が可能になるのである。
【0003】
従来の多光軸光電センサにおいて、例えば投光ユニット1は、図6に示すように、本体ケースに、前記複数の投光素子2が所定間隔で配列された基板3と、各投光素子2からの光を通過させる複数の導光貫通孔4aが形成された導光ブロック4と、各導光貫通孔4aに対応するように配される複数のレンズ部分5aが形成されたレンズ部材5とを備えて構成されている。より詳しくは、導光ブロック4は本体ケースに一体的に設けられ、そこに突設された1対の突起ピン4b,4bを、基板3側に形成された取付け孔3a,3a内にそれぞれ嵌入することで、導光ブロック4に対して基板3が位置決めされつつ固定される。一方、レンズ部材5は導光ブロック4に形成された凹所4c内に嵌め込まれる。これにより、投光ユニットは、図7に示すように全体として一体的に組み付けられる構造となっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、検出領域内において正確で安定した物体検出を行うには、各光軸間において、投光素子から出射されそれと対をなす正規の受光素子に至る光の光量を一律にさせる必要がある。つまり、各投光素子と各投光レンズ部分のそれぞれが所定の位置関係になるように基板とレンズ部材とを配置させる必要がある。
【0005】
ところが、上述のものでは、基板3とレンズ部材5とは、導光ブロック4を介して組み付けられる構造(図7参照)なので、組付け作業の際に、基板3及び導光ブロック4間と、導光ブロック4及び基板3間とのそれぞれにおいて位置ずれが生じ得る。従って、これらの累積的な位置ずれにより基板3とレンズ部材5との位置ずれが生じ易く、ある投光素子2に対してはレンズ部分5aが正規の位置に配される一方で、他の投光素子2に対してはレンズ部分5aが正規の位置からずれた位置に配されるといった、光軸曲がりが生じてしまう。
【0006】
そうすると、それぞれ投光素子2から出射され対をなす受光素子に至る光の光量が異なってしまい、物体の有無による受光素子での受光量の変動レベルが各光軸間で相違していまい検出感度にバラツキが生じるという問題があった。
また、上記光軸曲がりによりレンズ部分5aから出射される光の進行方向にバラツキが生じることで、投光ユニット1及び受光ユニット間の距離を所定距離以上離して配置すると、投光素子2からの光を受光素子で全く受光できなくなってしまい、検出領域の範囲が制約されてしまうこともある。
【0007】
なお、このような光軸曲がりは受光ユニットにおいても同様に生じ易く、投光ユニット1での光軸曲がりと共に、やはり検出感度のバラツキの要因になり得る。
【0008】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、投光素子或いは受光素子と、レンズ部分との位置ずれを抑制し、正確で安定した検出動作を行うことが可能な多光軸光電センサの投光ユニット及び受光ユニットを提供するところにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1の発明に係る多光軸光電センサの投光ユニットは、複数の受光素子を備えた受光ユニットに対向して配置される多光軸光電センサの投光ユニットであって、複数の受光素子のそれぞれと対をなす複数の投光素子が基板上に配列され、それら各投光素子から出射された光を、その前面に配された投光レンズ部材のレンズ部分を介して対をなす各受光素子側に出射させるよう構成されたものにおいて、投光レンズ部材には、少なくとも1対の係合突起が一体的に形成されると共に、基板には、1対の係合突起のそれぞれに対応して被係合部が形成され、互いに対応する各投光素子及び各レンズ部分のそれぞれの間に設けられ、投光素子から出射されレンズ部分に至る光の光路を包囲するように配される貫通孔を有する導光部材を備え、この導光部材には係合突起が挿通される挿通孔が設けられ、投光レンズ部材と基板と導光部材とは、係合突起を挿通孔に通しつつ被係合部に係合させることにより組み付けられて位置決めがされるところに特徴を有する。
【0010】
請求項2の発明に係る多光軸光電センサの受光ユニットは、複数の投光素子を備えた投光ユニットに対向して配置される多光軸光電センサの受光ユニットであって、複数の投光素子のそれぞれと対をなす複数の受光素子が基板上に配列され、対をなす各投光素子から出射された光を、その前面に配された受光レンズ部材のレンズ部分を介して各受光素子にて受光するように構成されたものにおいて、受光レンズ部材には、少なくとも1対の係合突起が一体的に形成されると共に、基板には、1対の係合突起のそれぞれに対応して被係合部が形成され、互いに対応する各受光素子及び各レンズ部分のそれぞれの間に設けられ、レンズ部分に入光し受光素子に至る光の光路を包囲するように配される貫通孔を有する導光部材を備え、この導光部材には係合突起が挿通される挿通孔が設けられ、受光レンズ部材と基板と導光部材とは、係合突起を挿通孔に通しつつ被係合部に係合させることにより組み付けられて位置決めがされるところに特徴を有する。
【0011】
請求項3の発明は、請求項1に記載の多光軸光電センサの投光ユニットにおいて、投光レンズ部材は、複数の投光素子に対応して配置される複数のレンズ部分を連ねて一体的に形成されているところに特徴を有する。
請求項4の発明は、請求項2に記載の多光軸光電センサの受光ユニットにおいて、受光レンズ部材は、複数の受光素子に対応して配置される複数のレンズ部分を連ねて一体的に形成されているところに特徴を有する。
【0013】
請求項5の発明は、請求項1又は請求項3に記載の多光軸光電センサの投光ユニットにおいて、投光ユニットは、複数台連結可能に構成され、係合突起は、投光レンズ部材のうち、他のユニットとの連結部分に近接した末端レンズ部分より内側の部分に形成されているところに特徴を有する。
請求項6の発明は、請求項2又は請求項4に記載の多光軸光電センサの受光ユニットにおいて、受光ユニットは、複数台連結可能に構成され、係合突起は、受光レンズ部材のうち、他のユニットとの連結部分に近接した末端レンズ部分より内側の部分に形成されているところに特徴を有する。
【0014】
【発明の作用及び効果】
<請求項1及び請求項2の発明>
請求項1及び請求項2の発明の構成によれば、素子(投光素子、受光素子)が配列された基板に形成された被係合部に、レンズ部材に形成された係合突起を係合させつつ、基板とレンズ部材(投光レンズ部材、受光レンズ部材)とを組み付ける構成とした。即ち、基板とレンズ部材とが係合突起及び被係合部を介して直接位置決めされるのである。従って、基板とレンズ部材とが導光ブロック(本体ケース)を介して間接的に位置決めされる従来のものに比べて位置ずれを抑制することができ、光軸の曲がり目(光軸ズレ)等による各光軸間での検出感度のバラツキや正常な物体検出が可能となる投光ユニット及び受光ユニットの離間距離(検出領域)の狭小化を回避することができる。
しかも、請求項1の構成によれば、互いに対応する各投光素子及び各レンズ部分のそれぞれの間に、導光部材に形成された貫通孔を、投光素子から出射されレンズ部分に至る光の光路を包囲するように配する構成とした。また、請求項2の構成によれば、互いに対応する各受光素子及び各レンズ部分のそれぞれの間に、やはり導光部材に形成された貫通孔を、レンズ部分に入光し受光素子に至る光の光路を包囲するように配する構成とした。従って、各貫通孔の径を調整することで、投光ユニットにおいては、各投光素子からの出射光をそれに対応するレンズ部分のみから出射させるよう構成することができ、また、受光ユニットにおいては、各レンズ部分に入光した光をそれに対応する受光素子のみで受光するよう構成することができる。これにより多光軸光電センサ全体としては、例えば対をなさない他の投光素子からの光など、いわゆる外乱光の影響を排し、互いに対をなす正規の投光素子及び受光素子間のみでの投受光動作を行うよう構成することができる。
【0015】
<請求項3及び請求項4の発明>
請求項3及び請求項4の構成によれば、各素子に対応する複数のレンズ部分(投光レンズ部分、受光レンズ部分)を1つのレンズ部材(投光レンズ部材、受光レンズ部材)に一体的に形成したので、このレンズ部材に少なくとも1対の係合突起を設けて、それらを基板の被係合部に係合させれば、全てのレンズ部分を各投光素子に対して一括で位置決めすることができる。従って、例えばレンズ部分を1つずつ備えた複数のレンズ部材の各々に係合突起を設けて基板に対して位置決めを行う構成に比べて組み付け作業が容易になると共に、部品点数の削減や構成部品の構造の簡略化を図ることが可能になる。
【0018】
<請求項5及び請求項6の発明>
多光軸光電センサでは、例えば広い範囲の検出領域において微小物体を検出するために、各光軸間の配置間隔が極めて狭いユニットを複数台連結して使用するものがある。
こうしたものにおいては、前記係合突起を例えばレンズ部材のうち他のユニットとの連結部分に近接した末端レンズ部分より外側部分に突設した構成とすると、その連結部分において、両ユニットの末端レンズ部分間にそれぞれの係合突起が介在することになる。つまり、各ユニットの連結部分での光軸の配置間隔が少なくとも係合突起2つ分だけ開いてしまうことになり、他部分の光軸間のような配置間隔の狭小化が図れないという問題が生じ得る。
【0019】
そこで、請求項5及び請求項6の構成によれば、係合突起を、レンズ部材のうち他のユニットとの連結部分に近接した末端レンズ部分より内側の部分に突設した構成なので、各光軸間に係合突起が連続して介在するのを避けることができ、もって他の部分の光軸間と同様に、光軸ピッチの狭小化を図ることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を、例えば4光軸形の多光軸光電センサの投光ユニット10に適用した一実施形態について図1ないし図5を参照して説明する。なお、説明の都合上、各図において、投光レンズ部材12だけは断面図ではなく側面図で示してある。
【0021】
投光ユニット10は、全体として長尺な角筒状をなし、例えば遮光性部材からなる本体ケース11の一側面には平断面矩形状に陥没した凹所11aが形成されており、その凹所11a内に同じく全体として矩形板状の投光レンズ部材12が嵌め込まれて、いわゆる投光面が形成されている。
投光レンズ部材12は、図1に示すように、投光用の4つのレンズ部分13が前記投光ユニット10の長手方向に沿って所定間隔(本実施形態では例えばd)ずつ隔てて配されると共に全体として一体形成された透光部材である(請求項3の構成に相当)。本体ケース11内部には回路基板14が配設され、その回路基板14上には、前記投光レンズ部材12の各レンズ部分13に対応して4個の投光素子15が半田付けにより固定されている。そして、また、各投光素子15は例えばシリコンやエポキシ系の樹脂15aにより封止されている。このような構成としたのは、投光素子15が回路基板14とワイヤボンディングにより電気的に接続されており、このワイヤボンディングは細く弱いものであるため、これが断線されることを防止するためである。
【0022】
また、本実施形態では、請求項1でいう「導光部材」に相当する構成が設けられている。より詳しくは、本体ケース11のうち投光面側の壁(以下、「投光壁」)には、各投光素子15から出射されそれに対応する各レンズ部分13に至る光の光路の回りをそれぞれ包囲するように配される貫通孔16aを有する複数の導光筒部16が遮光性部材によって一体的に形成されている。これら各導光筒部16は、回路基板14上の各投光素子15側に向けて先端先細り状の外形をなして突設されている。また、各導光筒部16の貫通孔16aは、投光レンズ部材12の各レンズ部分13に対応した大きさの内径をなし前記投光壁に貫通形成された開口部を基端とし、回路基板14上の各投光素子15側へ向うに連れてすり鉢状に径小となっている。
【0023】
さて、本実施形態において、回路基板14と投光レンズ部材12との位置決めを行うための構成について説明する。
投光レンズ部材12には、係合突起に相当する1対の位置決めピン17,17が両端に位置するレンズ部分(以下、「末端レンズ部分13a,13a」)とそれらより内側に位置して隣接するレンズ部分13との間にそれぞれ一体的に設けられている。一方、回路基板14には、それら1対の位置決めピン17,17に対応して1対の位置決め孔18,18が貫通形成されている。そして、これらの組み付けについては、図2に示すように、両位置決めピン17,17を、それらに対応して本体ケース11の投光壁に突設された1対の角筒部(円筒部などその他の筒状体でもよい))19,19の各挿通孔19a,19aに通しつつ、投光レンズ部材12を本体ケース11の凹所11a内に嵌め込む。それと共に、前記位置決め孔18,18内に各位置決めピン17,17の先端側を嵌入しつつ回路基板14を本体ケース11内に装着することで、図2に示すように、回路基板14と投光レンズ部材12との位置決めがされた状態で投光ユニット10が組み付けられることになる。
【0024】
そして、例えば投光ユニット10の両端に、複数台連結して使用できるようにするための雄コネクタ20及び雌コネクタ21がそれぞれ装着され、それらから導出された各リード部20a,21aが回路基板14の図示しない所定のパターンに電気的に接続される(図2及び図4参照)。これによりコネクタ20,21及びパターンを介して順次送られる駆動信号に基づいて例えば各投光素子15が所定のタイミングで順次投光動作を行うことになる。
【0025】
なお、図2に示すように、前記各角筒部19,19はいずれも同一高さに形成され、前記位置決め孔18,18内に位置決めピン17,17を嵌入した際に、各角筒部19,19の先端部が回路基板14に当接するよう構成されている。従って、組み付け作業の際、角筒部19,19の先端部との当接によりこれ以上奥側に動かない位置まで回路基板14を押し込むことで、投光レンズ部材12に対して回路基板14が略平行状態に配置されたことを確認することができる。これにより回路基板14と投光レンズ部材12との取付時における位置ずれを防止することができる。なお、本実施形態では、本体ケースのうち前記投光壁と隣合う両側壁の内壁面(両側壁のうちいずれか一方の内壁面でも良い)の所定の箇所には、角筒部19,19に当接した位置にある回路基板14の周縁部に当接する段差面11aが形成されており、これにより回路基板14と投光レンズ部材12との取付時における位置ずれをより確実に防止できる構成となっている。
【0026】
また、前記位置決めピン17,17のうち先端側の外周面には、その外径の大きさを回路基板14の位置決め孔18,18の内径よりやや大きくする第1径大部17aが周方向に沿って間欠的に形成されている。これにより、回路基板14と投光レンズ部材12との間のガタ付きを抑制し、より確実に位置決め固定することができる。
【0027】
更に、位置決めピン17,17のうち基端側の外周面には、その外径を基端に向うに連れてテーパ状に大きくする第2径大部17bがやはり周方向に沿って間欠的に形成されている。そして、位置決めピン17,17の最基端側の外径は、前記角筒部19,19の挿通孔19a,19aの内径と略同一に設計されており、その挿通孔19a,19a内に位置決めピン17,17の基端部分まで押し込むことで、投光レンズ部材12及び回路基板14を本体ケース11に対してガタ付くことなく位置決め固定することができる。
【0028】
このように本実施形態では、回路基板14と投光レンズ部材12とを、位置決めピン17,17及び位置決め孔18,18を介して直接位置決めする構成とした。従って、回路基板14と投光レンズ部材12とが導光ブロック(本体ケース11)を介して間接的に位置決めされる従来のものに比べて位置ずれを抑制することができ、光軸の曲がり目(光軸ズレ)等による各光軸間での検出感度のバラツキや検出領域の狭小化を回避することができる。
【0029】
また、投光レンズ部材12は、4つのレンズ部分13を連ねて一体形成した構成としたので、この投光レンズ部材12に位置決めピン17,17を1対設けさえすれば、それらを回路基板14の位置決め孔18,18に嵌入することで全レンズ部分13を各投光素子15に対して一括で位置決めすることができる。従って、例えばレンズ部分13を1つずつ備えた複数の投光レンズ部材12の各々に位置決めピン17,17を設けて回路基板14に対して位置決めを行う構成のものに比べて組み付け作業が容易になると共に、部品点数の削減や構成部品の構造の簡略化を図ることができる。
【0030】
更に、各投光レンズから出射されそれに対応する各レンズ部分13に至る光の光路の回りをそれぞれ包囲するように配される貫通孔16aを有する導光筒部16によって、各投光素子15からの出射光をそれに対応するレンズ部分13のみから出射させるよう構成することができる。
【0031】
また、図5には、本実施形態に係る2台の投光ユニット10が雄雌コネクタ20,21を介して連結された状態が示されている。ここで、前記1対の位置決めピン17,17を、例えば末端レンズ部分13a,13aより外側部分にそれぞれ設けた構成とすると、投光ユニット10間の各連結部分(雄雌コネクタ20,21接続箇所)に、両位置決めピン17,17が位置することになる。つまり、これら末端レンズ部分13a,13a間の配置間隔は両位置決めピン17,17の設置スペース分だけ空いてしまうことになり、他のレンズ部分13,13(又は末端レンズ部分13aとレンズ部分13)間の配置間隔に合わせて狭くすることができなくなる場合がある。
【0032】
ところが、本実施形態では、同図に示すように、これらの位置決めピン17,17は、上述したように末端レンズ部分13a,13aとそれらより内側に位置して隣接するレンズ部分13との間に設けた構成とした。これにより、複数台連結した使用する場合であっても、全てのレンズ部分13,13間において一律の設置間隔dに構成することができ、全体として光軸ピッチの狭小化を図ることができる。
【0033】
<他の実施形態>
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下に説明するような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれ、さらに、下記以外にも要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することができる。
(1)上記実施形態では、本体ケース11に導光筒部16を設けた構成を説明したが、これに限らず、導光筒部16を設けず、各投光素子15から出射され投光レンズ部材12のレンズ部分13に至る光の光路を遮らないように単に本体ケース11に開口部を貫通形成した構成としても良い。
【0034】
(2)上記実施形態では、本発明を、投光ユニット10に適用した例を説明したが、受光ユニットに適用した構成(請求項2,4,6の構成に相当)であっても同様の効果を得ることができる。
【0035】
(3)上記実施形態では、係合突起としての位置決めピン17と、被係合部としての位置決め孔18とを備えた構成としたが、係合させることで投光レンズ部材12と回路基板14とを位置決め可能なものであれば、必ずしもピンとそれが嵌入される孔とで構成したものに限られない。例えば、回路基板14の周縁部うち少なくとも2箇所に凹み部を切り欠き形成し、その凹み部内に投光レンズ部材12側に設けた突起片をそれぞれ嵌入させることで位置決めを行う構成であっても良い。
【0036】
(4)また、位置決めピン17及び位置決め孔18は1対ずつでなくてもそれ以上の数設けて良い。より多く設ければそれ分だけ回路基板14と投光レンズ部材12とを安定した状態で位置決め固定することができる。
【0037】
(5)上記実施形態では、投光レンズ部材12と回路基板14との間の幅方向における位置決めは、本体ケース11に設けた角筒部19,19等によって行う構成としたが、これに限らず、本発明の係合突起に、前記被係合部との係合状態において、基板を、投光レンズ部材(受光レンズ部材)に対して所定間隔だけ離間させた位置で係止する係止部を設けた構成であっても良い。
上記実施形態を基に具体的に説明すると、図6に示すように、位置決めピン17,17の外周面に形成された第2径大部17b(上記「係止部」に相当)の先端が配置された回路基板14に当接する位置まで延設されており、かつ、当該先端部で形成される外径が回路基板14の位置決め孔18より大きくなっている。従って、回路基板14は、この第2径大部17b先端の段差部17cにて投光レンズ部材12に対して所定間隔だけ離間した位置で係止される。これにより、例えば上記実施形態のような導光筒部16がない構成であっても、投光レンズ部材12と回路基板14との間の幅方向における位置決めを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係る多光軸光電センサの投光ユニットの分解時の断面図
【図2】その組み付け時の断面図
【図3】図2のX−X破断面における投光ユニットの断面図
【図4】図3において、上方側から見た雄コネクタの正面図(A)及び下方側から見た雌コネクタの正面図(B)
【図5】投光ユニット2台連結時の断面図
【図6】変形例における投光ユニットの断面図
【図7】従来の多光軸光電センサの投光ユニットの分解時の断面図
【図8】その組み付け時の断面図
【符号の説明】
10…投光ユニット
11…本体ケース
12…投光レンズ部材
13…レンズ部分
13a…末端レンズ部分
14…回路基板
15…投光素子
16…導光筒部
16a…貫通孔
17…位置決めピン(係合突起)
18…位置決め孔(被係合部)
20,21…コネクタ
d…設置間隔(光軸ピッチ)
Claims (6)
- 複数の受光素子を備えた受光ユニットに対向して配置される多光軸光電センサの投光ユニットであって、
前記複数の受光素子のそれぞれと対をなす複数の投光素子が基板上に配列され、それら各投光素子から出射された光を、その前面に配された投光レンズ部材のレンズ部分を介して対をなす前記各受光素子側に出射させるよう構成されたものにおいて、
前記投光レンズ部材には、少なくとも1対の係合突起が一体的に形成されると共に、前記基板には、前記1対の係合突起のそれぞれに対応して被係合部が形成され、
互いに対応する前記各投光素子及び前記各レンズ部分のそれぞれの間に設けられ、前記投光素子から出射され前記レンズ部分に至る光の光路を包囲するように配される貫通孔を有する導光部材を備え、この導光部材には前記係合突起が挿通される挿通孔が設けられ、
前記投光レンズ部材と前記基板と前記導光部材とは、前記係合突起を前記挿通孔に通しつつ前記被係合部に係合させることにより組み付けられて位置決めがされることを特徴とする多光軸光電センサの投光ユニット。 - 複数の投光素子を備えた投光ユニットに対向して配置される多光軸光電センサの受光ユニットであって、
前記複数の投光素子のそれぞれと対をなす複数の受光素子が基板上に配列され、対をなす前記各投光素子から出射された光を、その前面に配された受光レンズ部材のレンズ部分を介して前記各受光素子にて受光するように構成されたものにおいて、
前記受光レンズ部材には、少なくとも1対の係合突起が一体的に形成されると共に、前記基板には、前記1対の係合突起のそれぞれに対応して被係合部が形成され、
互いに対応する前記各受光素子及び前記各レンズ部分のそれぞれの間に設けられ、前記レンズ部分に入光し前記受光素子に至る光の光路を包囲するように配される貫通孔を有する導光部材を備え、この導光部材には前記係合突起が挿通される挿通孔が設けられ、
前記受光レンズ部材と前記基板と前記導光部材とは、前記係合突起を前記挿通孔に通しつつ前記被係合部に係合させることにより組み付けられて位置決めがされることを特徴とする多光軸光電センサの受光ユニット。 - 前記投光レンズ部材は、前記複数の投光素子に対応して配置される複数のレンズ部分を連ねて一体的に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の多光軸光電センサの投光ユニット。
- 前記受光レンズ部材は、前記複数の受光素子に対応して配置される複数のレンズ部分を連ねて一体的に形成されていることを特徴とする請求項2に記載の多光軸光電センサの受光ユニット。
- 前記投光ユニットは、複数台連結可能に構成され、
前記係合突起は、前記投光レンズ部材のうち、他のユニットとの連結部分に近接した末端レンズ部分より内側の部分に形成されていることを特徴とする請求項1又は請求項3に記載の多光軸光電センサの投光ユニット。 - 前記受光ユニットは、複数台連結可能に構成され、
前記係合突起は、前記受光レンズ部材のうち、他のユニットとの連結部分に近接した末端レンズ部分より内側の部分に形成されていることを特徴とする請求項2又は請求項4に記載の多光軸光電センサの受光ユニット。
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