JP5251641B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は光電センサに関し、特に同軸回帰反射型光電センサに関する。

物体の有無の検出に用いられる光電センサとして、光の反射を利用した反射型光電センサが知られている。反射型光電センサの中に、回帰反射型光電センサと呼ばれるものがある。

回帰反射型光電センサは、一般に発光素子及び受光素子を内蔵した投受光器を備える。このセンサの使用に際しては、投受光器から発せられた光を反射して投受光器に戻すための回帰反射板が投受光器と対向して配置される。発光素子から出た光の光路上に物体が存在しない場合、その光は回帰反射板で反射して受光素子に入射する。一方、光路上に物体が存在する場合、発光素子から出た光はその物体によって遮られるため受光素子に入射しない。すなわち光路上に物体が存在するか否かによって受光素子の受光量が異なるので、回帰反射型センサは受光量の違いに基づいて物体の有無を検出する。

回帰反射型の光電センサには、２眼式のものと同軸式のものとがある。２眼式の場合、投光路と受光路とが物理的に分離される。一方、同軸式の場合、投光路と受光路が略一致しており、光学素子（偏光ビームスプリッタ、ハーフミラー等）によってこれらの光路が分離される。

２眼式の回帰反射型光電センサは、たとえば特開平１０−２５５６１１号公報（特許文献１）に開示されている。この文献によれば、光電センサは投光レンズおよび受光レンズを備える。投光レンズは、当該投光レンズを透過した光線がリフレクタで反射した後に受光レンズに入射する可能性のある領域のみに設けられている。また、受光レンズは、投光部から出射された光線がリフレクタで反射した後に受光レンズに入射する可能性のある領域のみに設けられている。

一方、同軸式の回帰反射型光電センサは、たとえば特開平１０−２５５６１２号公報（特許文献２）に開示されている。特開平１０−２５５６１２号公報によれば、回帰反射板から反射する光の利用効率を向上させ、かつ透明物体の屈折による誤動作を防止するために、投光範囲を限定するスリットが投光素子に設けられる。投光ビームはレンズの中心部分より回帰反射板に投光される。これによって、回帰反射板で反射される光のうち受光素子に受光されない割合を小さくすることができるので、光の利用効率が改善される。

特開平１０−２５５６１１号公報 特開平１０−２５５６１２号公報

同軸回帰反射型光電センサの場合、投光路と受光路とが物理的に分離されていない。このため投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起こりうる。迷光はセンサの性能に影響を与えるので迷光を防ぐ必要がある。しかしながら特開平１０−２５５６１１号公報および特開平１０−２５５６１２号公報には、このような迷光の問題について具体的に示されていない。

本発明の目的は、検出性能を高めることが可能な同軸回帰反射型の光電センサを提供することである。

本発明は要約すれば、光電センサであって、検出光を発する投光部と、投光部からの検出光を平行光に変換して、平行光を外部への検出光として外部に出射するレンズと、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、外部への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、光路分離部からの戻り光を受ける受光部とを備える。レンズは、検出光の入射面および戻り光の出射面であって、検出光が平行光に変換されるように形成された曲面と、検出光の出射面および戻り光の入射面として曲面と反対側に形成され、かつ、平行光の光線方向に対して面の法線方向が特定角度をなす平面とを含む。特定角度は、平面で反射された検出光が受光部に受光されない位置に到達するような角度に選ばれている。光電センサは、投光部と光路分離部と受光部とを格納し、かつ、少なくとも１つの面に平面状の外表面を含む筐体をさらに備える。外表面は、レンズが装着される開口部を有する。レンズから出射したときの外部への検出光の光線方向が外表面に対して垂直となるように、投光部およびレンズが設けられている。

本発明によれば、同軸回帰反射型の光電センサにおいて、投光素子と受光素子とが格納された筐体の内部での迷光が受光素子に入射するのを低減できるので、光電センサの検出性能を高めることができる。

本発明の実施の形態に係る光電センサの全体構成図である。 回帰反射板５の正面図である。 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３に示したセンサヘッド２のブロック図である。 レンズの平面が軸Ｘ１に垂直である場合の課題を説明する図である。 センサヘッド内の迷光を防止するための第１の検討例を示した図である。 センサヘッド内の迷光を抑制するための第２の検討例を示した図である。 本実施の形態に係るセンサヘッド２の内部で生じる平行光Ａ２の反射光成分の光路を示した図である。 本実施の形態の変形例に従うセンサヘッド５２の構成を示した図である。 光電センサの検出性能に対する迷光の影響を説明する図である。

以下において、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、本発明の実施の形態に係る光電センサの全体構成図である。図１を参照して、光電センサ１は、センサヘッド２と、アンプユニット３と、ケーブル４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。

図２は、回帰反射板５の正面図である。図２を参照して、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。

図１に戻り、検出光Ａは回帰反射板５の３面で反射し、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。

センサヘッド２は、戻り光Ｂを受けて、戻り光Ｂの受光量に応じた強度を有する電気信号を生成する。センサヘッド２は、電源ラインや信号ライン等が一体化されたケーブル４を介してアンプユニット３に接続され、その生成した電気信号を、ケーブル４を介してアンプユニット３に出力する。

アンプユニット３は、ケーブル４を介してセンサヘッド２に駆動電圧を供給する。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。さらにアンプユニット３はケーブル４を介してセンサヘッド２からの信号を受ける。アンプユニット３は、その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。図１に示した構成によればセンサヘッド２とアンプユニット３とは互いに分離されているが、これらは一体化されていてもよい。

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。アンプユニット３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３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３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２０を備える。レンズ２０はセンサヘッド２の内部側に凸面を有している。またレンズ２０は、センサヘッド２の外部側に平面を有している。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４は、図３に示したセンサヘッド２のブロック図である。図４を参照して、センサヘッド２は、ケース１０と、発光ダイオード１３と、フォトダイオード１４と、ホルダ１５と、ハーフミラー１６と、レンズ２０とを備える。

発光ダイオード１３は、検出光Ａ１を発する発光ダイオードチップ１７を含む投光部である。発光ダイオード１３からの検出光Ａ１は、ホルダ１５の内部を広がりながら進み、ハーフミラー１６を透過してレンズ２０に入射する。なお、便宜上、図４では検出光Ａ１が透光性樹脂層２６の表面から広がるように示しているが、図４に示した検出光Ａ１の広がりは、検出光Ａ１が発光ダイオードチップ１７の発光面から広がりつつ進む場合も含むものとする。以下説明する図においても同様である。

ホルダ１５は、検出光Ａ１および戻り光Ｂを通すためのものである。ホルダ１５には、検出光Ａ１および戻り光Ｂが通る内部光路として、発光ダイオード１３からレンズ２０の方向に孔が形成される。さらに、ホルダ１５は、この孔とつながり、かつ戻り光Ｂが通る孔が内部に形成された内部光路１８を備える。

レンズ２０はケース１０に形成された開口部３０に装着される。レンズ２０はハーフミラー１６に向けられた凸面３１および凸面３１と反対側に形成された平面３２を有する。検出光Ａ１は、空気とレンズ２０との界面である凸面３１を通り平行光Ａ２に変換される。平行光Ａ２はレンズ２０の内部を進み、平面３２からケース１０の外部に外部への検出光Ａ３として出射される。レンズ２０から出射された外部への検出光Ａ３は、回帰反射板５（図１参照）によって反射されて戻り光Ｂとなる。

戻り光Ｂは外部への検出光Ａ３の経路を外部への検出光Ａ３の進む向きと逆向きに進み、平面３２からレンズ２０に入射する。レンズ２０を透過した戻り光Ｂは、凸面３１から出射される。凸面３１から出射した戻り光Ｂは、ハーフミラー１６によって反射されて、図中の破線で示したようにホルダ１５に形成された内部光路１８を通り、フォトダイオード１４に入射する。

ハーフミラー１６は、発光ダイオード１３とレンズ２０との間の検出光Ａ１の光路上に設けられる。ハーフミラー１６は、検出光Ａ１、平行光Ａ２および外部への検出光Ａ３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。

フォトダイオード１４は、レンズ２０によって集められた戻り光Ｂを受光する。フォトダイオード１４は、基材２１と、この基材２１の主表面に実装されたフォトダイオードチップ２２と、基材２１の主表面およびフォトダイオードチップ２２を封止し、かつハーフミラー１６に向けられた受光面２４を有する透光性樹脂層２３とを含む。

レンズ２０から出射され、かつハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂは、透光性樹脂層２３の受光面２４に集められる。内部光路１８の出射端からの光はフォトダイオードチップ２２の受光領域に入射する。受光範囲２５は、受光面２４において、内部光路１８の出射端の直径以下の範囲である。

ケース１０は、センサヘッド２の外郭に相当する。ケース１０は、発光ダイオード１３、フォトダイオード１４、ハーフミラー１６を格納するとともに、開口部３０が設けられた外表面３５を有する。

軸Ｘ１は、発光ダイオード１３およびレンズ２０の凸面３１の中心部によって平行光とされた平行光Ａ２の光軸を示す。

本実施の形態では、レンズ２０の平面３２は、軸Ｘ１に対して垂直方向より傾いている。図４に示すように、軸Ｘ１の延長線と平面３２とのなす角度をθ１とすると角度θ１は９０°と異なる角度である。

なお、外表面３５に垂直な方向を「センサの機械軸方向」と呼ぶことにする。本実施の形態では、軸Ｘ１は、センサの機械軸方向の軸に一致する。

平面３２が軸Ｘ１と直交する場合にはフォトダイオード１４が受ける迷光の光量が多くなる。本実施の形態では、平面３２を軸Ｘ１に対して傾かせる。これによりフォトダイオード１４への迷光の入射を防止できる。なお、平行光Ａ２は軸Ｘ１と平行であるので、平面３２を軸Ｘ１に対して傾かせるということは、平面３２を平行光Ａ２に対して傾かせることと同じ内容である。

図５は、レンズの平面が軸Ｘ１に垂直である場合の課題を説明する図である。図５を参照して、レンズ２０Ａはハーフミラー１６に向けられた凸面３１Ａおよび凸面３１Ａと反対側に形成された平面３２Ａとを有する。なお、図５に示した他の部分の構成は図４の対応する部分の構成と同様である。発光ダイオード１３からの検出光Ａ１は、レンズ２０Ａの凸面３１Ａによって平行光Ａ２とされる。平行光Ａ２の光軸と、軸Ｘ１とは重なり合う。

発光ダイオード１３からの検出光Ａ１は、ハーフミラーを透過して、空気とレンズ２０Ａとの界面である凸面３１Ａを通り屈折することで平行光Ａ２に変換される。平行光Ａ２は、レンズ２０Ａの内部を進み、平面３２Ａに到達する。平行光Ａ２が平面３２Ａに到達すると、その一部は、平面３２Ａで反射して反射光Ｃ１となる。

レンズ２０Ａの内部では、平行光Ａ２は平面３２Ａに対して垂直方向に進み、平面３２Ａにより、その入射方向と反対方向に反射される。この反射によって生じた反射光Ｃ１は、平行光Ａ２の光路を、平行光Ａ２の進む向きと逆向きに進む。つまり反射光Ｃ１は外部への検出光Ａ３と同じ軸方向の光である。したがって反射光Ｃ１は、戻り光Ｂと同じ光路をたどる。レンズ２０Ａから出射した反射光Ｃ１は、ハーフミラー１６で反射し、かつ受光面２４の受光範囲２５内に集められてフォトダイオードチップ２２に入射する。つまり、反射光Ｃ１はフォトダイオードチップ２２に入射する迷光となる。

図５に示した構成では、レンズ２０Ａの平面３２で生じた平行光Ａ２の反射成分（反射光Ｃ１）がほぼすべてフォトダイオード１４に入射すると考えられるので、フォトダイオードチップ２２が受ける迷光の光量が大きくなる。この問題を解決するためには、レンズの平面での平行光の反射により生じる反射光がフォトダイオードに入射しないように、その反射光の光路を考慮する必要がある。このような課題を解決するための本実施の形態の検討例について以下に説明する。

図６は、センサヘッド内の迷光を防止するための第１の検討例を示した図である。図６および図４を参照して、センサヘッド２Ａは、レンズ２０に代えてレンズ２０Ｂを備える点でセンサヘッド２と異なる。なお、センサヘッド２Ａの他の部分の構成はセンサヘッド２と同様である。

レンズ２０Ｂは、ハーフミラー１６に向けられた凸面３１Ｂおよびその反対側に形成された凸面３２Ｂを有する両凸レンズである。なお、凸面３２Ｂはケース１０（外表面３５）からケース１０の外側に突出している。

図６に示した構成によれば、ハーフミラー１６に向けられた凸面３１Ｂと反対側に曲面が形成されている。その曲面（凸面３２Ｂ）を平行光Ａ２が反射した場合、平行光Ａ２の入射方向と同じ方向に平行光Ａ２が反射される可能性が小さくなるので、反射光Ｃ１が平行光Ａ２の光路をたどってフォトダイオード１４に入射する可能性が小さくなる。このためフォトダイオード１４に入射する迷光を小さくすることができると考えられる。

しかしながら、凸面３２Ｂがケース１０（外表面３５）から突出しているので、センサヘッド２Ａの使用時に凸面３２Ｂに傷がつく可能性がある。凸面３２Ｂの傷により、たとえばレンズ２０Ｂから出射される外部への検出光Ａ３が散乱や減衰することが考えられる。この場合、戻り光の光量が減少することによって、センサの検出性能の低下が生じ得る。したがって、凸面３２Ｂに傷が生じないように図６に示した構成を変更することが考えられる。

図７は、センサヘッド内の迷光を抑制するための第２の検討例を示した図である。図７および図６を参照して、センサヘッド２Ｂは、開口部３０に設けられるレンズ保護カバー２０Ｃをさらに備える点において、センサヘッド２Ａと異なる。なおセンサヘッド２Ｂの他の部分については、センサヘッド２Ａの対応する部分の構成と同様である。

レンズ保護カバー２０Ｃは、発光ダイオード１３と凸面３１Ｂの中心部によって定まる軸Ｘ１（発光ダイオードチップ１７の発光面内の点と凸面３１Ｂの中心部内の点とを結ぶ軸）に対して垂直な平面３３を有する。レンズ保護カバー２０Ｃを設けることで、レンズ２０Ｂの凸面３２Ｂがケース１０の外部に露出することが回避される。しかし、検出光Ａ１がレンズ２０Ｂを透過して平行光Ａ２となり、この平行光Ａ２の一部が平面３３で反射して反射光Ｃ１が生じる。反射光Ｃ１は平行光Ａ２の光路を平行光Ａ２の進む向きと逆向きに進むので、受光面２４の受光範囲２５内に集められる。したがって、図７に示した構成によれば、図５の構成による問題と同じ問題、すなわちフォトダイオードチップ２２が受ける迷光の光量が大きくなるという問題が発生する。

図８は、本実施の形態に係るセンサヘッド２の内部で生じる平行光Ａ２の反射光成分の光路を示した図である。図８を参照して、レンズ２０に入射した検出光Ａ１は、凸面３１によって平行光Ａ２に変換されて平面３２に達する。平面３２に達した平行光Ａ２の一部は反射して反射光Ｃ１となる。平面３２は軸Ｘ１に対して傾けられているが、平行光Ａ２は軸Ｘ１と平行であるので、平面３２は平行光Ａ２に対して傾いている。よって反射光Ｃ１は平行光Ａ２の進む向きの逆向きとは異なる方向に進み、ハーフミラー１６で反射して内部光路１８の内壁に到達する。すなわち、反射光Ｃ１は、受光範囲２５内に到達しない。

一方、平行光Ａ２は、レンズ２０と空気との界面である平面３２で屈折してレンズ２０から出射され、軸Ｘ１に対して所定の角度θ２の方向に進む外部への検出光Ａ３となる。図４に示したように、外部への検出光Ａ３が回帰反射板で反射されることで生じた戻り光Ｂは、平行光Ａ２の光路と同じ光路をたどる。すなわち戻り光Ｂはレンズ２０の平面３２に到達すると屈折して、レンズ２０の内部を進む。レンズ２０から出射した戻り光Ｂはハーフミラー１６に到達する。ハーフミラー１６で反射した戻り光Ｂはフォトダイオード１４の受光面２４の受光範囲２５に集められる。

このように、戻り光Ｂは受光範囲２５内に入射する一方で、反射光Ｃ１は受光範囲２５に入射しない。したがって、本実施の形態に係る構成によれば、フォトダイオード１４への迷光の入射を抑制することができる。

角度θ２は、特に限定されるものではなく、たとえばセンサヘッド２の設置条件あるいは使用条件等に基づいて適切に定めることができる。この角度θ２を設定するための方法としては、レンズ２０の凸面３１における検出光Ａ１の入射範囲を調整する方法、軸Ｘ１に対する平面３２の傾き（角度θ１）を調整する方法などが考えられる。上記の方法のうちいずれか１つのみを用いてもよいし、または複数の方法を組み合わせて用いてもよい。

軸Ｘ１の方向は、外部への検出光Ａ３の光軸が外表面３５に垂直であり、より好ましくは開口部３０の中心を通る軸と一致するように定めることが好ましい。このように軸Ｘ１の方向を予め定めておくことにより、たとえばセンサヘッド２の製造時において、外部への検出光Ａ３の出射方向の調整を容易に行なうことができる。

図９は、本実施の形態の変形例に従うセンサヘッド５２の構成を示した図である。図９を参照して、軸Ｘ１は、センサの機械軸に対して、０°よりも大きい所定の角度θをなしている。これによってレンズ２０から出た外部への検出光Ａ３の光軸がセンサの機械軸と一致する。この構成によれば、迷光がフォトダイオードに入射するのを防ぐことができるだけでなく、ユーザの操作性を高めることができる。なお、図４および図８に示した構成と同様に、軸Ｘ１の延長線と平面３２とのなす角度θ１は９０°と異なる角度である。

ユーザの操作性とは、たとえば外部への検出光Ａ３の光軸を回帰反射板５に向ける調整である。外部への検出光Ａ３の光軸方向がセンサの機械軸方向と一致しているので、その機械軸方向に回帰反射板５が位置するようにケース１０の向きを調整すれば、外部への検出光Ａ３の光軸方向に回帰反射板５が位置するようになる。ユーザはセンサヘッド２から出射される外部への検出光Ａ３の光軸の方向を容易に調整できるので、ユーザの操作性を高めることが可能になる。

図４および図８を参照しつつ本実施の形態に係るセンサヘッド２を総括的に説明すると、センサヘッド２は、検出光Ａ１を発する発光ダイオード１３と、検出光Ａ１を平行光Ａ２に変換して、その平行光Ａ２を外部への検出光Ａ３として外部に投射するレンズ２０と、検出光Ａ１の光路と回帰反射板５からの戻り光Ｂの光路とを分離するハーフミラー１６と、ハーフミラー１６からの戻り光Ｂを受けるフォトダイオード１４とを備える。レンズ２０は、検出光Ａ１の入射面および戻り光Ｂの出射面であって、検出光Ａ１が平行光Ａ２に変換されるように形成された凸面３１と、平行光Ａ２の出射面および戻り光Ｂの入射面として凸面３１と反対側に形成され、かつ、平行光Ａ２または発光ダイオード１３に含まれる発光ダイオードチップ１７と凸面３１の主点（つまりレンズ曲面の頂点部分）とを結ぶ軸Ｘ１に対して垂直方向より傾けられた平面３２とを含む。なお、本実施の形態によれば平行光Ａ２が軸Ｘ１と平行になるので、「平行光Ａ２または軸Ｘ１に対して垂直方向より傾けられた」と説明したが、「平行光Ａ２に対して垂直方向より傾けられた」と「軸Ｘ１に対して垂直方向より傾けられた」とは実質的に同じ内容である。

平面３２は、平行光Ａ２の光線方向に対して、その法線方向が特定角度をなす平面である。特定角度は、平面３２で反射された検出光Ａ１、すなわち反射光Ｃ１がフォトダイオード１４に受光されない位置に到達するような角度に選ばれている。センサヘッド２は、発光ダイオード１３とハーフミラー１６とフォトダイオード１４とを格納し、かつ、少なくとも１つの面に平面状の外表面を含むケース１０をさらに備える。ケース１０の外表面は、レンズ２０が装着される開口部３０を有する。

さらに図９を参照して、本発明の１つの実施形態によれば、レンズ２０から出射したときの外部への検出光Ａ３の光線方向が、ケース１０の外表面に対して垂直となるように、発光ダイオード１３およびレンズ２０が設けられている。

平面３２での平行光Ａ２の反射光Ｃ１は、戻り光Ｂと異なる光路を通ることでフォトダイオード１４の受光面２４の受光範囲２５の外側に集められるため、フォトダイオードチップ２２に入射するのを回避できる。これによって、フォトダイオードに迷光である反射光Ｃ１が入射するのを防止できるので光電センサの検出性能を高めることができる。

図１０は、光電センサの検出性能に対する迷光の影響を説明する図である。図１０を参照して、本実施の形態に係る光電センサ１は、フォトダイオード１４が受けた戻り光の光量が閾値より小さい場合、測定対象物体６の存在を検出する。フォトダイオード１４が受ける迷光の２倍の受光量を、測定対象物体６の存在を検出するための閾値とする。なお、図１０に示した閾値は一例であってこれに限定されるものではない。

さらに、センサの余裕度を、フォトダイオードのトータルの受光量（検出信号成分である戻り光の受光量、および迷光成分の受光量の和）に対する閾値の比とする。余裕度がｘ（ｘは任意の数値とする）であるとは、フォトダイオードのトータルの受光量が１／ｘまで低下するまで物体の有無を検出できることを意味する。

発光ダイオード等の発光素子は、動作時間が長くなるにつれて発光素子の発光量が減少する。このような発光量の減少、また、レンズ面やレンズ保護カバーの汚れなどのセンサ設置後の環境的な変化によって、フォトダイオードにより受光される検出信号成分（戻り光）の光量が減少する。このような場合でも、余裕度が高ければ、検出動作の長期安定性を確保できる。したがって発光量の低下やセンサ設置後の環境変化に起因する検出性能の低下を防ぐことができる。また、余裕度が高いほど検出距離を長くすることができる。つまり余裕度が大きいほどセンサの検出性能は優れている。

たとえば、フォトダイオードでの迷光成分の受光量が２の場合、閾値を示す受光量は４となる。検出信号成分の受光量が１０であるとすると、光電センサの余裕度は３（＝１２／４）となる。一方、フォトダイオードでの迷光成分の受光量が２から１に低減すると、閾値を示す受光量は２となる。検出信号成分の受光量を１０とするとセンサの余裕度は５．５（＝１１／２）となる。迷光成分を低減することで、信号成分の大きさが同じであってもセンサの余裕度を高めることができる。すなわち、センサの検出性能を高めることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 光電センサ、２，２Ａ〜２Ｃ，５２ センサヘッド、３ アンプユニット、４ ケーブル、５ 回帰反射板、６ 測定対象物体、１０ ケース、１１ 窓部、１２ 保護カバー、１３ 発光ダイオード、１４ フォトダイオード、１５ ホルダ、１６ ハーフミラー、１７ 発光ダイオードチップ、１８ 内部光路、２０，２０Ａ，２０Ｂ レンズ、２０Ｃ レンズ保護カバー、２１ 基材、２２ フォトダイオードチップ、２３，２６ 透光性樹脂層、２４ 受光面、２５ 受光範囲、３０ 開口部、３１，３１Ａ，３１Ｂ 凸面、３２，３２Ａ，３２Ｂ，３３ 平面、３５ 外表面、Ａ１ 検出光、Ａ２ 平行光、Ａ３ 外部への検出光、Ｃ１ 反射光、Ｂ 戻り光、Ｘ１ 軸、θ１，θ２，θ 角度。

Claims (1)

1. 検出光を発する投光部と、
   前記投光部からの前記検出光を平行光に変換して、前記平行光を外部への検出光として外部に出射するレンズと、
   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、前記外部への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、
   前記光路分離部からの前記戻り光を受ける受光部とを備え、
   前記レンズは、
   前記検出光の入射面および前記戻り光の出射面であって、前記検出光が前記平行光に変換されるように形成された曲面と、
   前記検出光の出射面および前記戻り光の入射面として前記曲面と反対側に形成され、かつ、前記平行光の光線方向に対して面の法線方向が特定角度をなす平面とを含み、
   前記特定角度は、前記平面で反射された前記検出光が前記受光部に受光されない位置に到達するような角度に選ばれており、
   前記投光部と前記光路分離部と前記受光部とを格納し、かつ、平面状の外表面を含む筐体をさらに備え、
   前記外表面は、前記レンズが装着される開口部を有し、
   前記レンズから出射したときの前記外部への検出光の光線方向が、前記外表面に対して垂直となるように、前記投光部および前記レンズが設けられている、光電センサ。

Images