JP6053304B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

この発明は、検出対象物に反射した検出波を受信して、検出対象物の有無を検知する光電センサに関するものである。

検出波を発する出力部と、検出対象物に反射した検出波を受ける入力部とを用いて、検出対象物の状態を検知する光電センサが知られている。このようなセンサにおいて、出力部と入力部を並べた状態で収容した筐体付近に検出対象物があった場合、死角が生じ、これを検知できないという問題があった（例えば、特許文献１参照）。

ここで、図８に、従来の拡散反射型の光電センサ１の断面図を示す。この光電センサ１は、筐体２の内部に投光素子３と受光素子４とが遮光部材５によって遮光された状態で配置されており、投光素子３がカバー６を介して検出領域Ｃへ発した光の反射光を、カバー６を介して受光素子４が受光する。投光素子３の投光領域Ａと、受光素子４の受光視野Ｂとが交錯する検出領域Ｃでは検出対象物の検知が可能であるが、検出領域Ｃ以外では検出対象物の検知ができない。

そこで、図８の例では、投光素子３の光芒を広げて検出領域Ｃを拡大するために、リードタイプの投光素子３を使用して発光面をカバー６に近づけてある。ただし、この方法ではリードが長くなり耐振性が低くなるデメリットがあった。
その他、広光芒の光学系を実現する方法として、例えばプリント配線板７を投光素子３と受光素子４とで別々に用意し、各素子をプリント配線板７上に実装して耐振性を高めつつ、各素子を広光芒になる位置に最適に配置する方法がある。
しかし、いずれの場合にも、プリント配線板７の設置スペースが大きくなる等、設計の自由度が低くなり、他の機種との部品の共用化の弊害となる。

その他にも、（１）複数個の投光素子３または受光素子４を使用する方法、（２）発光面積の広い投光素子３または受光面積の広い受光素子４を使用する方法、（３）投光素子３の出射口８または受光素子４の入射口９を広くする方法、（４）凹レンズを使用する方法（不図示）等が考えられる。しかし、（１）〜（３）では筐体２が大型化する問題、（１），（２）ではコストがかかる問題、（４）では光量が少なくなりＳＮ（信号対雑音）比が悪化する問題があった。

特開２０１１−１０７０１９号公報

従来の光電センサは以上のように構成されているので、筐体近傍の検出領域を拡大しようとすると上述のような課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構造で、特に筐体近傍における検出領域を拡大することを目的とする。

この発明の請求項１に係る光電センサは、検出領域に向けて光を発する出力部と、出力部に並べて配置され、検出領域で反射した光を受光する入力部と、出力部および入力部の検出領域対向側にそれぞれ配置された反射部材とを備え、反射部材は、出力部または入力部から検出領域に向かう方向に形成された筒状部を有し、筒状部の内壁の全周は反射面で形成され、反射面により出力部の投光領域および入力部の受光視野が拡大されるものである。

この発明の請求項２に係る光電センサは、反射部材が、筒状部から検出領域側に向けて広がる漏斗状部をさらに備えたものである。

この発明の請求項３に係る光電センサは、筒状部の壁面は、平面、テーパ面および曲面のうちのいずれかの形状であるものである。

この発明の請求項４に係る光電センサは、筒状部を角筒形状としたものである。

この発明の請求項５に係る光電センサは、出力部は投光素子を有し、入力部は受光素子を有し、反射部材はプリズムとしたものである。

この発明の請求項１によれば、簡易な構造で投光領域または受光視野を広くして、特に筐体近傍における検出領域を拡大することができる。

この発明の請求項２および請求項４によれば、出力部から投光される光を検出領域側へ有効に導くことができる。または検出領域で反射した光を入力部側へ有効に導くことができる。よって、光の利用効率を高めることが可能となる。

この発明の請求項５によれば、投光素子と受光素子を有する光電センサにプリズムを設けるようにしたので、簡易な構造で投光領域または受光視野を広くして、特に筐体近傍における検出領域を拡大することができる。

この発明の請求項３によれば、反射面を形成する筒状部の面積または形状を変更することにより、光の出力領域または入力領域を簡易に調節することができる。

この発明の実施の形態１に係る光電センサの構成を示す断面図である。 図１に示す投光素子側プリズムの拡大図を示し、図２（ａ）は縦断面図、図２（ｂ）はＩ−Ｉ線に沿ってプリズムを切断した断面図である。 図１に示す受光素子側プリズムの拡大図である。 図２のＩ−Ｉ線に沿ってプリズムを切断した断面図である。 実施の形態１に係る光電センサのプリズムの変形例を示す図である。 実施の形態１に係る光電センサのプリズムの変形例を示す図である。 実施の形態１に係る光電センサの反射部材の別の例を示す図である。 従来の光電センサの構成を示す断面図である。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係る光電センサ１の構成を示す断面図である。なお、図１において、先立って説明した図８と同一または相当の部分については同一の符号を付す。
以下では、説明の簡便化のため、図１に示す部品配置を例としたとき、投光素子３および受光素子４に対して検出領域Ｃの方向を前、プリント配線板７の方向を後ろ、受光素子４側を上、投光素子３側を下、図１の紙面奥行き方向を左右と称するが、本発明はこのような部品配置に限定されるものではなく、実際の構成に応じてこれらの方向も適宜変更しうることはいうまでも無い。

図１に示すように、本実施の形態１に係る光電センサ１は、投光素子（出力部）３の前方に配置されたプリズム（反射部材）１０と、受光素子（入力部）４の前方に配置されたプリズム（反射部材）１１とを備える。図１の例では、プリズム１０，１１とカバー６を一体に形成しているが、プリズム１０、プリズム１１、カバー６をそれぞれ個別に形成してもよい。

図２（ａ）にプリズム１０の拡大図を示し、図２（ｂ）にＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図を示す。プリズム１０は、投光素子３の近傍に筒状部１０ａが形成され、この筒状部１０ａから検出領域Ｃ側へ向けて広がる漏斗状部１０ｂが形成されている。そして、筒状部１０ａの壁面の全反射を利用して、反射面１０ｃを構成している。図では反射面１０ｃを太線で強調して示す。投光素子３を取り囲む複数の反射面１０ｃのうち、筐体２内部側に位置する反射面１０ｃ−１が狭く、筐体２外部側に位置する反射面１０ｃ−２が広く形成されている。ここで言う筐体２外部側に位置する反射面１０ｃ−２とは、投光素子３と受光素子４とを一直線上に見たときに、投光素子３の手前側に位置する反射面１０ｃのことである。

図１において、投光素子３の発する放射状の光のうち、直接出射口８から出る光を一点鎖線で示し、プリズム１０の反射面１０ｃで反射して出射口８から出る光を破線で示す。また、受光素子４の受光視野Ｂを二点鎖線で示す。
プリズム１０が無い場合、投光素子３の投光領域Ａは一点鎖線で囲まれた領域のみであり、検出領域Ｃでカバーできない領域が広い。これに対して、プリズム１０を投光素子３の前方に設けた場合は、投光がプリズム１０で反射することによって光芒が上側に大きく広がるため、図１に矢印で示すように投光領域Ａが上側に拡大し、検出領域Ｃも検出領域Ｃ＋Ｄへ拡大する。また、投光素子３の光芒は下側にはほとんど広がらないので、検出対象物が存在しない領域への無駄な投光を軽減でき、光を有効に利用できる。

このように、プリズム１０の反射面１０ｃは、投光素子３からの光を出射口８の面積に対して有効に反射して出射できる面積を持ち、投光素子３の光を出射口８に有効に導くことのできる位置に配置されていれば良く、図示例以外の形状であっても構わない。

また、受光素子４の前方にもプリズム１１を設けることにより、二点鎖線で囲まれた受光視野Ｂ（図１に示す）を広げ、検出領域Ｃ＋Ｄをさらに拡大することもできる。図３に、プリズム１１の拡大図を示す。
プリズム１１の、受光素子４を取り囲む複数の反射面１１ｃのうち、筐体２外部側に位置する反射面１１ｃ−１を広く形成することにより、受光素子４の受光視野Ｂが下方向に広がり投光領域Ａとの重複領域を拡大できる。なお、ここで言う筐体２外部側に位置するプリズム１１の反射面１１ｃ−１とは、投光素子３と受光素子４とを一直線上に見たときに、受光素子４の奥側に位置する反射面１１ｃのことである。

投光素子３および受光素子４の光芒の拡大方向、即ち、検出領域Ｃの拡大方向は、光電センサ１の設計に応じて適宜決定すればよい。例えば、図１および図２の例とは反対に、プリズム１０の、筐体２内部側に位置する反射面１０ｃ−１を広く、筐体２外部側に位置する反射面１０ｃ−２を狭く形成した場合には、投光素子３の光芒が下側に大きく広がり、検出領域Ｃも下方向に拡大する。

図４は、プリズム１０を図２のＩ−Ｉ線に沿って切断した断面図である。プリズム１０の筒状部１０ａは、図４（ａ）〜図４（ｄ）に示すような角筒形状でもよいし、図４（ｅ）に示すような円筒形状でもよい。円筒形状に比べて、角筒形状の方が容易に作成できるメリットがある。図４（ａ）および図４（ｅ）のように筒状部１０ａの４面に反射面１０ｃを形成した場合、投光素子３の光芒は放射状に広がる。図４（ｂ）のように筒状部１０ａの上側（１０ｃ−１）を除く３面に反射面１０ｃ−２〜１０ｃ−４を形成した場合には、光芒が左右および下方向に広がり、図４（ｃ）のように下側１面に反射面１０ｃ−２を形成した場合には光芒が上方向に広がる。また、図４（ｄ）のように左右２面に反射面１０ｃ−３，１０ｃ−４を形成した場合には光芒が左右方向に広がる。
このように、筒状部１０ａのどの面を反射面１０ｃとするかによって、検出領域Ｃを容易に所望の範囲に調節することが可能である。

また、反射面１０ｃの形状を変更することにより、検出領域Ｃを調節してもよい。以下、図５および図６に例を示す。
図５（ａ）に示す変形例では、筒状部１０ａを、投光素子３から検出領域Ｃへ向かうにつれて広がるよう形成して、反射面１０ｃを投光素子３から検出領域Ｃへ向かって広がるテーパ形状にしている。この場合は投光素子３の投光領域Ａが拡大するので、検出領域Ｃも拡大する。反対に、図５（ｂ）のように筒状部１０ａを投光素子３から検出領域Ｃに向くにつれて狭まるよう形成して、反射面１０ｃを投光素子３側から検出領域Ｃ側へ向かって狭まるテーパ形状にしてもよい。この場合、投光素子３の投光領域Ａが狭まるので、検出領域Ｃも狭まる。
このように、投光素子３の光軸に対する反射面１０ｃの傾斜角度を変更することにより、検出領域Ｃを容易に所望の範囲に調節することが可能である。

その他にも、筒状部１０ａを例えば図６（ａ）のように凹面形状の曲面にしたり、図６（ｂ）のように凸面形状の曲面にしたりしてもよい。
また、筒状部１０ａの４面のうちの任意の面の形状のみを、図５または図６に示すように変形してもよい。また、受光素子４前方のプリズム１１も同様に変更することにより、検出領域Ｃの範囲を調節可能である。

なお、上記説明では反射部材としてプリズム１０，１１を用いる例を示したが、これに限定されるものではない。図７に反射部材の別の例を示す。
図７において、樹脂などで構成された反射部材２０は、投光素子３の近傍に筒状部２０ａが形成され、この筒状部２０ａから検出領域側に向けて開口する漏斗状部２０ｂが形成されている。そして、筒状部２０ａの内面に金属ミラーの反射面２０ｃを形成し、鏡面反射を利用して投光素子３の光芒を調節する。この反射部材２０は、筐体２または遮光部材５と一体に構成してもよい。同様に、受光素子４の前方に反射部材２０を設置して、受光素子４の光芒を調節する。

以上より、実施の形態１によれば、光電センサ１は、検出領域Ｃに向けて光を放射状に発する投光素子３と、投光素子３に並べて配置されて検出領域Ｃで反射した光を検知する受光素子４と、投光素子３および受光素子４の検出領域Ｃ対向側に光を反射する反射面１０ｃが形成されたプリズム１０，１１とを備えるように構成した。このため、簡易な構造で、筐体２の近傍における検出領域Ｃを検出領域Ｃ＋Ｄに拡大することができる。従って、広光芒にするために、リードタイプの投光素子３を出射口８近くに設置したりプリント配線板７を複数設置したりする必要がないため、基板設計の制約が少なくなり、他の機種との部品の共用化ができるようになる。また、広光芒にするために、複数個の投光素子３および受光素子４を使用したり、発光面積の広い投光素子３および受光面積の広い受光素子４を使用したり、出射口８および入射口９を広げたりする必要がないため、これらの方法を用いた場合と同様の効果を、筐体２を大型化することなく低コストで得ることができる。さらに、凹レンズを使用しないので良好なＳＮ比を得ることが可能となる。

また、実施の形態１によれば、プリズム１０，１１の反射面１０ｃ，１１ｃを、投光素子３と受光素子４を一直線上に見たときに投光素子３より手前側（反射面１０ｃ−２）、および受光素子４より奥側（反射面１１ｃ−１）の少なくとも一方に形成するようにしたので、投光素子３の投光を検出領域Ｃ側へ有効に導くことができる。または、検出領域Ｃで反射した光を受光素子４側へ有効に導くことができる。よって、光の利用効率を高めることが可能となる。
あるいは、プリズム１０，１１の反射面１０ｃ，１１ｃを、投光素子３と受光素子４が並ぶ仮想平面の表側（反射面１０ｃ−３，１１ｃ−３）、および裏側（反射面１０ｃ−４，１１ｃ−４）の少なくとも一方に形成してもよい。この場合にも、投光素子３の投光または検出領域Ｃで反射した光を有効に導くことができ、光の利用効率を高めることが可能となる。

また、実施の形態１によれば、プリズム１０，１１は、投光素子３または受光素子４の近傍に形成された筒状部１０ａ，１１ａと、筒状部１０ａ，１１ａから検出領域Ｃ側に向けて広がる漏斗状部１０ｂ，１１ｂとを有し、この筒状部１０ａ，１１ａの壁面に反射面１０ｃ，１１ｃを形成するようにした。このため、筒状部１０ａ，１１ａの壁面の大きさ、反射面１０ｃ，１１ｃを形成する面を変更して、投光領域Ａまたは受光視野Ｂを簡易に調節できる。よって、検出領域Ｃの範囲を容易に調節できる。
あるいは、筒状部１０ａ，１１ａの壁面を平面、テーパ面または曲面にすることでも、投光領域Ａまたは受光視野Ｂを容易に調節でき、検出領域Ｃの範囲を容易に調節できる。

なお、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上述した実施の形態の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。
上記説明では反射部材を拡散反射型の光電センサに適用した例を示したが、リフレクタ型など他の光電センサに適用してもよい。

１ 光電センサ
２ 筐体
３ 投光素子（出力部）
４ 受光素子（入力部）
５ 遮光部材
６ カバー
７ プリント配線板
８ 出射口
９ 入射口
１０ プリズム（反射部材）
１０ａ，１１ａ，２０ａ 筒状部
１０ｂ，１１ｂ，２０ｂ 漏斗状部
１０ｃ，１１ｃ，２０ｃ 反射面
１１ プリズム（反射部材）
２０ 反射部材
Ａ 投光領域
Ｂ 受光視野
Ｃ，Ｄ 検出領域

Claims (5)

1. 検出領域に向けて光を発する出力部と、
   前記出力部に並べて配置され、前記検出領域で反射した前記光を受光する入力部と、
   前記出力部および前記入力部の前記検出領域対向側にそれぞれ配置された反射部材とを備え、
   前記反射部材は、前記出力部または前記入力部から前記検出領域に向かう方向に形成された筒状部を有し、前記筒状部の内壁の全周は反射面で形成され、前記反射面により前記出力部の投光領域および前記入力部の受光視野が拡大されることを特徴とする光電センサ。
2. 前記反射部材は、前記筒状部から前記検出領域側に向けて広がる漏斗状部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載の光電センサ。
3. 前記筒状部の前記壁面は、平面、テーパ面および曲面のうちのいずれかの形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電センサ。
4. 前記筒状部は角筒形状であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電センサ。
5. 前記出力部は投光素子を有し、
   前記入力部は受光素子を有し、
   前記反射部材はプリズムとしたことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の光電センサ。

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