JP6904750B2 - 光電センサ - Google Patents

Description

本発明は光電センサに関し、より詳しくは、光ファイバのような光伝搬部材を通じてコントローラに光連結された投受光部を備えた分離型の光電センサに関する。

特許文献１は、光伝搬部材つまり光ファイバの先端部で動作状態を確認できる反射型の光電センサを開示している。この光電センサは、投光用光ファイバの端に光結合された検出用投光素子（LED）と、受光用光ファイバの端に光結合された受光素子（フォトダイオード）とを有する分離型の光電センサである。投光用光ファイバの周囲には、複数の動作表示用光ファイバが配置されている。そして、この複数の動作表示用光ファイバの端に光結合された第１の動作表示用LEDを更に有し、同様に、受光用光ファイバの周囲には、複数の動作表示用光ファイバの端に光結合された第２の動作表示用LEDを更に有している。

通常の動作の時には、投光素子（LED）からの検出光が投光用光ファイバにより投光される。物体により、この光が反射されると、この反射光が受光用光ファイバを通じて受光素子に検知される。

受光が安定しているときには、つまり、しきい値レベルよりも高いしきい値レベルを有する比較回路によって、安定して物体を検出している状態では、第１、第２の動作表示用LEDが例えば緑色に点灯され、この状態を光ファイバの先端で確認することができる。また、物体を検知した時にも、その検知を光ファイバの先端で確認することができる。

特許文献２は、分離型光電センサの本体つまりコントローラは、動作表示灯及び安定動作表示灯を備えていることを前提として、生産ラインに光電センサを設置する際の光学系の位置合わせ、つまり投光用光ファイバと受光用光ファイバとの相対的な位置決め、つまり光軸合わせを簡便化することを目的とした光電センサを提案している。

この投受光用の光ファイバの相対的な位置決めは、コントローラの動作表示灯及び安定動作表示灯を確認しながら行われる。したがって、投受光用の光ファイバの相対的な位置決め作業つまり光軸合わせの作業がコントローラから遠く離れた場所で行われる場合には、投受光用の光ファイバの相対的な位置決めが実質的に困難になる。この問題を解消するために、コントローラにおいて、投光用LEDの隣に表示用LEDを並置することを提案している。これによれば、投光用LEDと光結合した光ファイバを使って表示用LEDの光を当該光ファイバの先端まで誘導することができる。

特許文献３は、単一の検出ヘッドとコントローラとを有し、コントローラと検出ヘッドとを光ファイバで連結した分離型光電センサを開示している。この光電センサは、揮発性の液体を貯留したタンク周りの漏液の検出に適用される。検出ヘッドは検出面を有し、この検出面に向けて投光する。漏液によって検出面が濡れると、光は検出面を突き抜けてしまい、これを受光することができなくなる。このため受光量が減る。これによりタンクの液漏れを検出することができる。検出ヘッド内において、検出面に向けて光を誘導するその途中で光の一部を上方に分岐させる光分岐部を有し、この分岐した光を検出ヘッドの上方から視認可能にする表示部を有する。

コントローラは、投光素子として赤色光源と黄色光源とを有し、これらは互いに直交する関係で配置され、そしてハーフミラーが介装されている。例えば、通常の動作時には赤色光源を使用し、漏液を検出したときには赤色光源から黄色光源に切り替える。これにより、正常時には表示部を通じて赤色を視認し、漏液時には表示部を通じて黄色を視認することができる。変形例として、正常時には赤色と黄色の２つの光源を一緒に点灯して表示部を通じてオレンジ色を視認させるようにしてもよい。更に変形例として、センサの取付不良、電気回路の故障、受光素子の劣化、光ファイバの折損などの異常を検出したとき、この異常検出動作時に投光素子としての発光態様を変化させることを提案している。

実用新案出願公開平１−７７２３４号公報 特開平６−８５６４４号公報 特開２００２−７１５５３号公報

図２５は、分離型光電センサにおける投光部と受光部との間の相対的な位置決め、つまり投光ヘッド１００と受光ヘッド２００との光軸合わせを説明する図である。t0ないしt6は時間の経過を示す。投光ヘッド１００と受光ヘッド２００とを動かしながら両者の相対的な位置決めを行う。この図２５の例では、t3のとき、光軸合わせが上手く行ったときであり、受光量が最大値となっている。

受光量の最大値からＸ％（例えば１０％）の範囲を光軸が合った受光量として設定し、そして受光量の最大値からＸ％低い受光量をしきい値として設定する。このしきい値よりも受光量が多い領域では、光軸が合致したときの受光量となる。そして、次に光軸調整するとき、つまり投光ヘッド１００と受光ヘッド２００との相対的な位置決めを行うときには、当該しきい値を用いて光軸調整が行われる。

特許文献２でも明記している通り、投光ヘッド１００、受光ヘッド２００とコントローラとが離れている場合、コントローラの表示を確認できないため、投光ヘッド１００と受光ヘッド２００との光軸調整が難しいという問題を有している。

図２５を再び参照して、光軸が合ったとき、例えばt3のときに例えば受光ヘッド２００が光ると、この光を目視することで光軸が合ったことを知ることができる。図２５に、受光ヘッド２００が光っている様子を星印で図示してある。すなわち、光軸調整の際に、コントローラの表示をいちいち確認しなくてもよい。換言すれば、コントローラの他に、受光ヘッド２００を光らせることにより、この受光ヘッド２００も実質的な表示手段を備えることになる。同じことは投光ヘッド１００についても言える。例えば、投光ヘッド１００と受光ヘッド２００が共に光ることにより、投光ヘッド１００と受光ヘッド２００の対を目視で確認できる。このことは、複数の対の投光ヘッド１００と受光ヘッド２００とを並べて設置するときに、とても効果的である。

このことを実現するために、特許文献１に開示の光電センサは、投光素子（LED）の端に光結合された投光用光ファイバの周囲に複数の動作表示用光ファイバを配置し、そして、この複数の動作表示用光ファイバの端に光結合された第１の動作表示用LEDを更に有し、同様に、受光素子（フォトダイオード）の端に光結合された受光用光ファイバの周囲に複数の動作表示用光ファイバを配置し、そして、この複数の動作表示用光ファイバの端に光結合された第２の動作表示用LEDを更に有している。

特許文献２に開示の光電センサは、コントローラにおいて、投光用LEDの隣に表示用LEDを並置し、投光用LEDと光結合した光ファイバを使って表示用LEDの光を当該光ファイバの先端まで誘導することを提案している。

本発明の目的は、コントローラに光伝搬部材を通じて連結された投光部及び受光部を有する分離型の光電センサを前提として、コントローラに内蔵された表示発光源を有し、該表示発光源によって受光部を光らせる機構を備えた光電センサの大型化を招くことなく、そして、受光性能を低下させることなく受光部を十分な光量で光らせることのできる光電センサを提供することにある。

上記の技術的課題は、本発明によれば、
検出光を検出領域に向けて投光する発光素子と、
前記検出領域からの検出光を受光する受光素子と、
前記発光素子に光結合される投光用光伝搬部材が接続される投光用接続部と、
前記受光素子に光結合される受光用光伝搬部材が接続される受光用接続部と、
前記受光素子で生成された受光信号としきい値とを比較して比較結果を示す検出信号を生成する信号生成部と、
前記受光用接続部に光結合され且つ可視光を発する第１の表示用発光素子と、
前記受光用接続部と前記受光素子との間に位置し、かつ、前記第１の表示用発光素子の発した可視光が前記受光用接続部に入光するにあたり通過し、前記発光素子の発した検出光が前記受光用接続部を介して前記受光素子に入光するにあたり通過する透光部材と、
前記第１の表示用発光素子が発する可視光が前記受光素子に入光する、その光の量を低減する低減手段と、を有する光電センサを提供することにより達成される。

ここに、投光用接続部は、実施例では典型的には素子ホルダ３６８内の第１の挿入穴３７６で構成され，受光用接続部は、実施例では典型的には素子ホルダ３６８内の第２の挿入穴３７８で構成される。投光用光伝搬部材及び受光用光伝搬部材は共に、典型的には光ファイバで構成される。本発明によれば実装基板を用意し、この実装基板に、受光素子及び第１表示用発光素子を受光用光伝搬部材（受光用光ファイバ）と光結合を保つことができる状態で配置することで、受光素子や第１表示用発光素子を受光用光ファイバに接近した状態で位置決めすることが可能となる。これにより、受光素子の受光性能を維持しつつ第１表示用発光素子による光を効果的に受光用光ファイバに供給することができる。

以下に、本発明の好ましい実施例を詳しく説明する。この詳細な説明により、本発明の作用効果、他の目的が明らかになるであろう。

実施例の光電センサの機能ブロック図である。 光電スイッチの調整機能を実現する構成のブロック図である。 分離型の光電スイッチの複数のコントローラを横並びに配列した状態を示す斜視図である。 図３に示す複数の分離型光電スイッチの互いに並んで配置したコントローラの平面図である。 投光ヘッドと受光ヘッドとの間に検出領域が生成されることを説明するための図である。 第１実施例に含まれる投光部、受光部及びこれらに関連した構造を説明するためのコントローラの縦断面斜視図である。 第１実施例に含まれる投光部、受光部及びこれらに関連した構造を説明するためのコントローラの縦断面図である。 図６、図７に関連して投光側光ファイバを受け入れる穴と投光側空間との関係を説明するための図である。 図６、図７に関連して受光側光ファイバを受け入れる穴と受光側空間との関係を説明するための図である。 第２実施例に含まれる受光部材及び投光部材の構造を説明するための図である。 第３実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第４実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第５実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第６実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第７実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第８実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第９実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第１０実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第１１実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第１２実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 第１３実施例に含まれる受光部材を説明するための図である。 図２１に対応した平面図である。 図１４は、投光ヘッドの検出光と表示発光素子の表示光（可視光）とを区別可能にするために発光タイミングを異ならせる例を説明するための図である。 投光ヘッドの検出光と表示発光素子の表示光（可視光）とを区別可能にするために発光周波数的に分離する方法を説明するための図である。 投光ヘッドと受光ヘッドとの光軸調整を説明するための図である。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の好ましい実施例として、透過型の光電センサに基づいて説明するが、本発明はこれに限定されず、反射型の光電センサにも好適に適用可能である。

図１〜図５は実施例の分離型光電センサに関し、より詳しくは透過型の光電センサに関する図である。すなわち、図示の透過型光電センサ１は、投光ヘッド１００及び受光ヘッド２００(図５)が接続されるコントローラ３００（図３）を有する分離型の光電センサである。すなわち、透過型光電センサ１は、投光ヘッド１００と受光ヘッド２００とコントローラ３００とが物理的に分離しており、投光ヘッド１００と受光ヘッド２００は、光伝搬部材である光ファイバFb（図３）を介してコントローラ３００に接続される。

図１は、コントローラ３００のブロック図である。この図１を参照して、コントローラ３００の基本構成を説明する。

光電センサ１の基本構成：
光電センサ１は、コントローラ３００（図３）と、このコントローラ３００に、典型的な光伝搬部材である光ファイバFbで接続された投光ヘッド１００（図５）と、コントローラ３００に、典型的な光伝搬部材である光ファイバFbで接続された受光ヘッド２００（図５）とを含んでいる。

図１を参照して、コントローラ３００は投光部１０２と受光部２０２とを備えている。投光部１０２は所定のパルス光を投光ヘッド１００に出力する。投光部１０２の発光素子１０４は、投光電源制御回路３０２から供給される発振パルスによって駆動されて、パルス光を発する。受光部２０２が受光した光は受光素子２０４で光電変換され、受光素子増幅回路２０６、コントローラ３００の増幅回路３０４、Ａ／Ｄ変換器３０６を経て制御部３０８に送られる。これによって、パルス光に同期した検波が施され、検波信号は更に直流信号等に変換された後、インタフェース部を構成するＩ／Ｏ回路３６０から、検出結果を表わすＯＮ／ＯＦＦ信号として出力される。

コントローラ３００は投光部１０２として投光用の発光素子１０４及びこの発光素子１０４を駆動するための投光回路１０６を備える。発光素子１０４の典型例はLEDである。投光回路１０６は、投光ＡＰＣ回路１０８と、モニタＰＤ等のモニタ用受光素子１１０を備える。投光ＡＰＣ回路１０８は発光素子１０４の出力、つまり発光量が所定値となるよう制御する。

投光部１０２のモニタ用受光素子１１０はモニタ信号増幅回路１１４に接続されており、モニタラインを介してＬEＤ発光量モニタ回路３１２に受光量を送出する。LED発光量モニタ回路３１２は、Ａ／Ｄ変換器３１４を介してデジタル信号に変換した受光量信号を制御部３０８に供給する。制御部３０８は、モニタ用受光素子１１０が検出した発光量に基づいて、発光量が所定値となるように投光電源制御回路３０２を制御し、投光ＡＰＣ回路１０８の電流量を調整して発光素子１０４を駆動するフィードバック制御を行う。

コントローラ３００は受光素子２０４を駆動するための受光回路２０８を備える受光素子２０４は受光素子増幅回路２０６に接続されており、前述したように、受光素子２０４で受光した受光量は受光素子増幅回路２０６で増幅されて、増幅回路３０４に送出される。コントローラ増幅回路３０４で増幅されたアナログ信号は、Ａ／Ｄ変換器３０６を介してデジタル信号に変換され、制御部３０８に入力される。これにより受光素子（フォトダイオードＰＤ）２０４の受光量を検出し、そして所定のしきい値に基づいて検出の判定を行い、その比較結果を示す検出信号を生成して、最終的にＩ／Ｏ回路３６０から判定結果を出力する。

制御部３０８には、各種設定値などを記憶するための記憶部３２６、コントローラ３００側の情報を表示するための表示回路３２８、設定値調整を受け付けるためのユーザインタフェースである操作部３６２（図２）を接続したスイッチ入力回路３３０、外部との入出力を行うＩ／Ｏ回路３６０などが接続されており、これら回路はコントローラ電源回路３３２によって駆動される。

なお，制御部３０８は，例えば，CPU, FPGA，ASICなどのICから構成される。各種回路（１０８、１１４、２０６、２１４、３０２、３０４、３０６、３１２、３１４、３２０、３２８、３３０、３３２、３６０）は，それぞれがICから構成されていてもよいし，各種回路で1つのICで構成されていてもよいし，制御部と各種回路とが1つのICで構成されていてもよい。

次に、光電センサ１の調整機能を実現する構成を図２に示すブロック図に基づいて説明する。コントローラ３００は、前述した各種制御を行うための制御部３０８及び設定値などを記憶するための記憶部３２６と、しきい値や検出値、目標値などを表示するための表示部３３４と、各種操作や設定を行うための操作部３６２と、表示部３３４における表示モードを切り替えるための表示切替部３５８と、検出結果を出力するための出力部３６０と、受光部２０２で受光した受光量のアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ変換器３０６とを備える。また制御部３０８は、表示用変換率調整部３３６と、しきい値調整部３３８と、判定部３４０と、検出値を保持する検出値保持部３４２と、しきい値を保持するしきい値保持部３４４とを含む。さらに記憶部３２６は、しきい値記憶部３４６と、表示用基準目標値記憶部３４８と、表示用基準検出値記憶部３５０と、表示用変換率記憶部３５２が含まれる。制御部３０８はＣＰＵ等のマイクロプロセッサで構成されている。コントローラ３００の操作部３６２は、表示用基準目標値設定部３５４と、基準検出値取得部３５６とを含む。

図１、図５を参照して、光電センサ１は、投光部１０２で発した検出光を光ファイバFbを介して投光ヘッド１００に供給する。投光ヘッド１００は検出領域に向けて光を出射する。検出領域からの光を受光ヘッド２００を介して受け取り、この光は光ファイバFbを介して受光部２０２に供給される。受光部２０２で受光した受光量を検出値として判定部３４０（図２）がしきい値と比較し、その判定結果を出力部３６０より出力する。具体的には、判定部３４０（図２）は、入力された検出値のデジタル値をしきい値と比較して、その結果を検出対象物の有無を示す二値信号として出力部３６０から外部機器へ出力する。

図３はコントローラ３００を斜め上方から見た斜視図であり、図３には、ＤＩＮレール２に４つのコントローラ３００を互いに隣り合わせに設置した例が図示されており、そのうちの１台のコントローラ３００が上蓋４を開いた状態で図示されている。

ＤＩＮレール２に隣接して設置された複数のコントローラ３００は、その１つが親機であり、他が子機である。例えば親機の投光が終わると、親機から第１の子機に投光開始の信号が供給され、第１の子機の投光が実行される。この第１の子機の投光が終わると、第１の子機から第２の子機に投光開始の信号が供給され、第２の子機の投光が実行される。以下、第３、第４の子機の投光が順次開始される。

図４は光電センサ１の平面図である。図３及び図４を参照して、表示部３３４は、横並びに配置した２つの４桁７セグメントディスプレイＤ１、Ｄ２で構成され、この２つの４桁７セグメントディスプレイＤ１、Ｄ２を使って検出値（受光量）やしきい値等が表示される。表示部３３４を液晶ディスプレイなどの平面ディスプレイで構成してもよい。

ディスプレイＤ１、Ｄ２に隣接して、スイング式のアップダウンボタン６、モードボタン８、セットボタン１０、プリセットボタン１２等が配設されている。

図２に戻って、コントローラ３００は表示切替部３５８を有し、この表示切替部３５８は上記のモードボタン（Ｍボタン）８やプリセットボタン１２で構成される。モードボタン８やプリセットボタン１２を操作することにより、検出値(受光量)及びしきい値をそのまま表示する無変換表示モードと、表示用変換率又は表示用変換式で変換した表示用検出値(表示用受光量)及び表示用しきい値を表示する変換表示モードとを切り替えることができる。

セットボタン１０とアップダウンボタン６とを操作してしきい値を調整することができる。アップダウンボタン６は、また、しきい値その他の数値の変更、選択肢の決定などに使用される。コントローラ３００の表示対象、表示態様、表示示切替え操作、表示モード切替えに関してＪＰ特開２００６−３５１３８０号明細書に詳しく記載されていることから、このＪＰ特開２００６−３５１３８０号明細書を援用することにより、その説明を省略する。

以上、透過型光電センサ１について説明したが、反射型の光電センサの構造も実質的に同じであり、本発明は透過型に限定されず、反射型の光電センサにも適用可能である。本発明は、投光ヘッド１００及び受光ヘッド２００とコントローラ３００とを光伝搬部材である光ファイバFbで接続するファイバ型の光電センサに好適に適用されるのは前述した通りである。

図５を参照して、受光ヘッド２００は、投光ヘッド１００からの光を受ける受光筒２００aを有する。投光ヘッド１００は、検出光を出射する投光筒１００aを有し、検出光を検出領域に向けて投光する。受光ヘッド２００は検出領域からの光を受け取る。投光ヘッド１００と受光ヘッド２００の設定において、その相対的な位置決めは光電センサ１の性能を左右する。位置決めは、投光筒１００aと受光ヘッド２００の受光筒２００aとを対面させ、そして、投光筒１００aの軸線と受光筒２００aの軸線とを整合させることにより行われる。投光ヘッド１００と受光ヘッド２００とを適正に設置することにより、受光ヘッド２００と投光ヘッド１００との間をワークＷが通過することに伴う遮光の有無によってワークＷの「有り」、「無し」を適正に検出することができる。

表示発光機構：
図１を参照して、受光部２０２は、発光源としての表示発光素子２１２を含んでいる。表示発光素子２１２は典型的にはLEDで構成される。例えば、発光素子１０４が赤色LEDで構成されているときには、緑色のLEDで表示発光素子２１２を構成するのがよい。表示発光素子２１２は、表示発光制御回路２１４によって点灯が制御され、この表示発光制御回路２１４は表示発光電源制御回路３２０によって駆動電力の供給を受ける。

受光部２０２で受けた光は，受光素子（PD）２０４、受光増幅回路２０６、コントローラ増幅回路３０４を介して増幅され、A/Dコンバータ３０６でA/D変換される。制御部３０８はその信号をもとに，受光量が図２５を用いて説明したように，受光量に基づき，表示発光素子２１２を制御する。受光量に基づき，(a)表示光（可視光）の色、(b)点滅の回数、(c)点滅周期、(d)表示の強弱の周期、(e)複数の表示色の切り替え周期などによって制御することができる。

コントローラ３００のハード構成（図６〜図９）：
図６を参照して、コントローラ３００は素子ホルダ３６８を有し、この素子ホルダ３６８には、投光部材３７０と、受光部材３７２とが収容されている。投光部材３７０は前述した投光部１０２を実質的に構成する。受光部材３７２は前述した受光部２０２を実質的に構成する。素子ホルダ３６８は、投光ヘッド１００との間の光伝搬部材である光ファイバFbを受け入れる第１挿入穴３７６と、受光ヘッド２００との間の光伝搬部材である光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８とを有している。第１挿入穴３７６は、投光用の光ファイバを接続する投光用接続部を構成する。また、第２挿入穴３７８は、受光用の光ファイバを接続する受光用接続部を構成する。第１、第２の挿入穴３７６、３７８の中に光ファイバFbの先端部が深く嵌入される。

図６と、コントローラ３００の縦断面図である図７とを参照して、投光部材３７０は、発光素子１０４としてLED、モニタＰＤ等のモニタ用受光素子１１０、リフレクタ３８０を含む。モニタ用受光素子１１０は、発光素子１０４の発光量を検出する。そして、検出した発光量が所定値となるように発光素子１０４のフィードバック制御が行われる。

受光部材３７２は、フォトダイオードＰＤで構成される受光素子２０４、表示発光素子としてのLED２１２を含み、表示発光LED２１２は受光素子２０４の上に配置されている。すなわち、受光素子２０４は、その主なる受光面、つまり第２挿入穴３７８（受光用光ファイバFｂ）と対面する受光面を有し、表示発行LED２１２は、この受光素子２０４の主なる受光面の上に配置されている。図７において、参照符号３８２は投光用実装基板を示し、参照符号３８４は受光用実装基板を示す。

図７の参照符号３８６は、第１実施例に含まれる投光部材３７０Ａ（図６）が設置される投光側空間を示し、参照符号３８８は受光部材３７２（図６）が設置される受光側空間を示す。投光側空間３８６と受光側空間３８８とは光学的に隔絶されている。投光側空間３８６と第１挿入穴３７６（投光側の光ファイバFbを受け入れる穴）との相対位置を説明するための図８を参照して、発光素子１０４は、その中心が第１挿入穴３７６の軸線と一致するように位置決めされる。受光側空間３８８と第２挿入穴３７８（受光側の光ファイバFbを受け入れる穴）との相対位置を説明するための図９を参照して、受光素子２０４は、その中心が第２挿入穴３７８の軸線と一致するように位置決めされる。

図６、図７を参照して、受光素子２０４は受光用実装基板３８４に実装されている。そして、受光素子２０４の上に表示発光素子２１２が配置され、受光素子２０４及び表示発光素子２１２は、受光用光ファイバFbの挿入端と実質的に同軸となるように位置決めされる。したがって、受光側光ファイバFbの挿入端に対して、受光素子２０４は表示発光素子２１２に比べて遠い位置に配置されている。換言すれば、受光側光ファイバFbの挿入端に対して、表示発光素子２１２は受光素子２０４に比べて接近した位置に配置されている。そして、受光側光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８と受光側空間３８８との間には、透光部材であるガラス板３７４が介装されている。受光用光ファイバFbは、その挿入端がガラス板３７４と当接する位置が正規の挿入組付位置である。

図１０は、第２実施例に含まれる受光部材３７２Ｂ及び投光部材３７０Ｂを説明するための図である。図１０に図示の受光部材３７２Ｂは、図６に図示の受光部材３７２Ａの変形例でもある。

受光部材３７２Ｂは、フォトダイオードベアチップで構成された受光素子２０４を含み、また、発光源としてLEDベアチップで構成された表示発光素子２１２を含んでいる。そして、フォトダイオードベアチップは受光用実装基板３８４に実装されている。

すなわち、受光用実装基板３８４を位置決めすることにより、受光素子２０４を構成するフォトダイオードベアチップが受光用光ファイバFbの挿入端の軸線上にセンタリングされた状態で位置決めされる。受光素子２０４は受光用実装基板３８４に搭載されている。勿論、受光面２０４aは受光用光ファイバＦｂに対面した状態で位置決めされている。そして、受光用光ファイバFbに差し向けられている受光面２０４aの上に表示発光素子２１２が搭載されている。更に、表示発光素子２１２と受光素子２０４は共通の断面台形の透明のモールド樹脂Rで包囲されている。すなわち、受光用実装基板３８４側にフォトダイオードベアチップ（受光素子２０４）が配設され、受光用光ファイバFbの挿入端側にLEDベアチップ（表示発光素子２１２）が配設され、これらは共通の透明のモールド樹脂Rで包囲されている。モールド樹脂Rの外面に金属蒸着する等、光を反射する材料でモールド樹脂Rを包囲するのがよい。受光用光ファイバFbの挿入端はモールド樹脂Rに当接した状態で第２の挿入穴３７８に固定される。第２の挿入穴３７８に挿入される受光用光ファイバFbは、その挿入端がモールド樹脂Ｒと当接する位置が正規の挿入組付位置である。

図１０から分かるように、受光素子２０４のフォトダイオードベアチップの受光面２０４aは、表示発光素子２１２のLEDベアチップよりも大きい。

受光素子２０４の上に搭載された表示発光素子２１２は透明のモールド樹脂Rによって受光用光ファイバFbの挿入端から離間した状態に位置決めされる。図１０において、矢印は受光用光ファイバFbから受光部材３７２Ｂの中に入る検出光を示す。この検出光は、受光用光ファイバFbの挿入端から末広がりの状態で受光部材３７２Ｂの中に入る。受光エリアをドットで図示してある。この検出光は、受光素子２０４の受光面２０４aのうち表示発光素子２１２が占める部分を除く部分で受光されることになる。すなわち、受光素子２０４の受光面２０４aの面積に比べて表示発光素子２１２が占める面積は相当に小さく、受光面２０４aの中心部分に表示発光素子２１２が位置決めされている。受光素子２０４は、その中心部分の外周部分で受光することができる。

受光素子２０４の上に載置された状態の表示発光素子２１２は、光ファイバFbの挿入端に近づいた状態で位置決めされることになる。したがって、表示発光素子２１２の光量が比較的少なくても、光ファイバFbに入る光量が多いため、光ファイバFbの先端つまり受光ヘッド２００で強く光らせることができる。換言すれば、受光ヘッド２００で光らせる程度が同じであれば、光表示発光素子２１２を光ファイバFbの挿入端に近づければ近づけるほど、光表示発光素子２１２が発する光量は少なくてよい。

コントローラ３００は、投光部材３７０Ｂとして、発光素子１０４としてのLEDと、モニタＰＤ等のモニタ用受光素子１１０とに加えて、発光源としての光表示発光素子１２０を含んでいてもよい。これらはコントローラ３００の中で横並びに位置決めされている投光用実装基板３８２に実装されている。モニタ用受光素子１１０は、前述したように、発光素子１０４の発光量を検出する。そして、検出した発光量は、これが所定値となるように発光素子１０４をフィードバック制御するのに用いられる。

図１０から良く分かるように、モニタ用受光素子１１０は、受光部材３７２Ｂから最も又は極力遠ざかる位置に配置されている。すなわち、モニタ用受光素子１１０は、受光部材３７２Ｂとは反対側に配置されている。

この光表示発光素子１２０は典型的にはLEDで構成され、このLEDは、発光素子１０４のLEDと同じ色のLEDであってもよいが、異なる色のLEDであるのがよい。具体的には、発光素子１０４のLEDが赤であれば、光表示発光素子１２０のLEDは緑であるのがよい。

投光部材３７０Ｂに含まれる光表示発光素子１２０の色は、受光部材３７２Ｂに含まれる表示発光素子２１２の色と同じであってもよいし、異なっていてもよい。異なる色を採用することにより、投光ヘッド１００と受光ヘッド２００の区別が容易になる。

発光素子１０４のLEDはベアチップで構成され、光表示発光素子１２０のLEDもベアチップで構成されている。投光用光ファイバFbの挿入端に対して、発光素子１０４を構成するLEDベアチップと、光表示発光素子１２０を構成するLEDベアチップとは互いに横並びの状態で位置決めされている。そして、発光素子１０４と光表示発光素子１２０とは、共通の断面台形の透明のモールド樹脂Rで包囲されている。投光用光ファイバFbの挿入端はモールド樹脂Rに当接した状態で第１の挿入穴３７６に固定される。すなわち、投光用光ファイバFbは、その挿入端がモールド樹脂Ｒと当接する位置が正規の挿入組付位置である。

図１１は、第３実施例に含まれる受光部材３７２Ｃを説明するための図である。図１１に図示の受光部材３７２Ｃは、図１０に図示の受光部材３７２Ｂの変形例でもある。図１１に図示の受光部材３７２Ｃは３層構造となっている。すなわち、受光部材３７２はフォトダイオードベアチップで構成された受光素子２０４を有し、この受光素子２０４は受光用実装基板３８４に実装されている。そして、この受光素子２０４と、その上方に位置するLEDベアチップで構成された表示発光素子２１２との間に、波長選択性の光吸収能力を有するフィルタ部材３９０が搭載されている。フィルタ部材３９０は、受光素子２０４の受光面２０４aと同じ面積を有していても良いし、表示発光素子２１２が当接する部位及びその周辺に限定した大きさを有していてもよい。また、フィルタ部材３９０は、受光面２０４aよりも大きな面積を有していてもよい。フィルタ部材３９０はフィルム塗膜に比べて厚みを有し、例えば赤色ガラスなどの色ガラスや、カラーコーティングした透明部材で構成される。このフィルタ部材３９０によって、表示発光素子２１２が発する光が受光素子２０４に対して悪影響を及ぼす程度を低減することができる。すなわち、色ガラスや、カラーコーティングした透明部材などのフィルタ部材３９０は、表示発光素子２１２が発する可視光（表示光）が受光素子２０４に入光する、その光の量を低減する手段を構成している。

受光素子２０４、フィルタ部材３９０、表示発光素子２１２は共通の断面台形の透明のモールド樹脂Rで包囲されている。モールド樹脂Ｒの形状は、図１３などを参照して説明する砲弾型であってもよい。受光用光ファイバFbの挿入端はモールド樹脂Rに当接した状態で第２の挿入穴３７８に固定される。すなわち、受光用光ファイバFbは、その挿入端がモールド樹脂Ｒと当接する位置が正規の挿入組付位置である。

図１１に図示の受光部材３７２Ｃの変形例として、共通のモールド樹脂Ｒの代わりに、図６を参照して説明したように、受光側の光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８と受光側空間３８８との間に、透光部材であるガラス板３７４を介装してもよい。

図１２は、第４実施例に含まれる受光部材３７２Ｄを説明するための図である。この第４実施例に含まれる受光部材３７２Ｄは、上述した図１１の受光部材３７２Ｃの変形例でもある。受光部材３７２Ｄは、厚さを有する上記のフィルタ部材３９０に代えて、波長選択性の光吸収能力又は光反射能力を有するフィルム又はカラーコーティングなどの薄膜３９２を有する。この薄膜３９２は、受光素子２０４の受光面２０４aの全域に配置してもよいし、表示発光素子２１２が当接する部位及びその周辺に限定して配置してもよい。

図１２に図示の受光部材３７２Ｄの変形例として、共通のモールド樹脂Ｒの代わりに、図６を参照して説明したように、受光側の光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８と受光側空間３８８との間に、透光部材であるガラス板３７４を介装してもよいのは、上記の図１１に図示の受光部材３７２Ｃと同じである。

図１３は、第５実施例に含まれる受光部材３７２Ｅを説明するための図である。図１３に図示の受光部材３７２Ｅは、受光用実装基板３８４に実装されLEDチップからなる表示発光素子２１２を有し、また、リードフレーム２３０によって表示発光素子２１２の上方に間隔を隔てて位置決めされた受光素子２０４を有し、受光素子２０４はフォトダイオードベアチップで構成されている。受光素子２０４及び表示発光素子２１２は、受光用光ファイバFbの挿入端と実質的に同軸となるように位置決めされる。図中、参照符号２３２はワイヤを示す。リードフレーム２３０及び受光素子２０４は砲弾型の成形された透明のモールド樹脂Rで包囲されている。受光用光ファイバFbの挿入端は、砲弾型のモールド樹脂Rに当接した状態で第２の挿入穴３７８に固定される。すなわち、受光用光ファイバFbは、その挿入端が砲弾型のモールド樹脂Ｒと当接する位置が正規の挿入組付位置である。

砲弾型のモールド樹脂Rの底面に上記LEDチップからなる表示発光素子２１２を接着剤で接着するのがよい。もちろん、接着剤は光透過性の材料で構成するのがよい。

表示発光素子２１２が発する光は、砲弾型のモールド樹脂Rの中を通って受光用光ファイバFbの中に誘導される。

図１３に図示の受光部材３７２Ｅによれば、受光用光ファイバFbの挿入端に対して、受光素子２０４は表示発光素子２１２に比べて接近した状態に配置することができるだけでなく、受光素子２０４を受光用光ファイバFbの挿入端に極力近づけた位置に配置することができるため、受光素子２０４の高い受光性能を確保することができる。

受光素子２０４の下面や側面に塗布するなどして遮光材料や反射材料を配置してもよい。また、砲弾型のモールド樹脂Rの外面に金属蒸着する等、光を反射する材料でモールド樹脂Rを包囲するのがよい。

図１４は、第６実施例に含まれる受光部材３７２Ｆを説明するための図である。この図１４に図示の受光部材３７２Ｆは、上記図１３に図示の受光部材３７２Ｅの変形例でもある。図１３に図示の受光部材３７２Ｅでは、LEDチップからなる表示発光素子２１２を受光用実装基板３８４に実装したが、図１４に図示の受光部材３７２Ｆでは、表示発光素子２１２と実装基板３８４との間に放熱板３９４が介装されている。また、LEDチップからなる表示発光素子２１２を樹脂モールドＲで包囲してもよい。放熱板３９４の代わりに、ベアチップで構成された表示発光素子２１２を伝熱性接着材を使って実装基板３８４に固定することで放熱性を問題を解消してもよい。

図１５は、第７実施例に含まれる受光部材３７２Ｇを説明するための図である。この図１５に図示の受光部材３７２Ｇは、上記図１３に図示の受光部材３７２Ｅの変形例又は図１４に図示の受光部材３７２Ｆの変形例でもある。図１３、図１４に図示の受光部材３７２Ｅ、３７２Ｆは、表示発光素子２１２の上方に位置決めされた受光素子２０４を砲弾型の樹脂モールドＲで包囲する構成が採用されているが、図１５に図示の受光部材３７２Ｇは、表示発光素子２１２の上方に外乱光除去フィルタ３６４が配置され、この外乱光除去フィルタ３６４は表示発光素子２１２と共通の樹脂モールドＲによって包囲されている。図１５に図示の受光部材３７２Ｇは、図１４の受光部材３７２Ｆの変形例として描かれているが、図１３に図示の受光部材３７２Ｅに外乱光除去フィルタ３６４を加える構成を有していてもよい。

受光用光ファイバFbの挿入端と受光素子２０４と間に外乱光除去フィルタ３６４が介在しているため、受光素子２０４に対する外乱光の影響を抑えることができる。

図１６は、第８実施例に含まれる受光部材３７２Ｈを説明するための図である。この図１６に図示の受光部材３７２Ｈは、受光用実装基板３８４の上方に追加の実装基板３８４aを有し、この追加の実装基板３８４aの一方側の面つまり受光用実装基板３８４と対面する側の面にLEDベアチップからなる表示発光素子２１２が実装されている。

追加の実装基板３８４aの他方側の面つまり受光用光ファイバFbの挿入端と対面する側の面にはフォトダイオードベアチップが実装されている。このフォトダイオードベアチップは受光素子２０４を構成する。追加の実装基板３８４aに実装されたＬＥＤベアチップ２１２及びフォトダイオードベアチップ２０４は共にモールド樹脂Ｒで包囲されているのが好ましい。変形例として、追加の実装基板３８４aのフォトダイオードベアチップ２０４を砲弾型のモールド樹脂Ｒで包囲してもよい。なお、図１６は、受光素子２０４、実装基板３８４a、LEDベアチップ２１２などの配置関係を説明するための図であるので、各要素に通じる電気配線は、線図の錯綜を避けるために、その図示を省いてある。

受光側の光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８と受光側空間３８８との間には、透光部材であるガラス板３７４が介装されている。受光用光ファイバFbは、その挿入端がガラス板３７４と当接する位置が正規の挿入組付位置である。

図１７は、第９実施例に含まれる受光部材３７２Ｉを説明するための図である。図１７の受光部材３７２Ｉは、フォトダイオードベアチップで構成された受光素子２０４と、ＬＥＤベアチップからなる表示発光素子２１２とが横並びに位置決めされた状態で受光用実装基板３８４に実装されている。そして、受光素子２０４は、その中心が第２挿入穴３７８の軸線と一致するように位置決めされている。

受光側光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８と受光側空間３８８との間には、透光部材であるガラス板３７４が介装されている。受光用光ファイバFbは、その挿入端がガラス板３７４と当接する位置が正規の挿入組付位置である。表示発光素子２１２の光は、受光素子２０４と共通のガラス板（透光部材）３７４を通じて受光用光ファイバFbに受け入れられる。

図１８は、第１０実施例に含まれる受光部材３７２Ｊを説明するための図である。この図１８の受光部材３７２Ｊは、図１７の受光部材３７２Ｉの変形例でもある。図１７の受光部材３７２Ｉでは、受光素子２０４がフォトダイオードベアチップで構成され、また、表示発光素子２１２がＬＥＤベアチップで構成されているが、図１８の受光部材３７２Ｊにあっては、モールド樹脂Ｒで包囲されたフォトダイオードベアチップで受光素子２０４が構成され、また、モールド樹脂Ｒで包囲されたＬＥＤベアチップで表示発光素子２１２が構成されている。勿論、フォトダイオードベアチップ又はＬＥＤベアチップの少なくともいずれか一方がモールド樹脂Ｒで包囲されていてもよい。

図１９は、第１１実施例に含まれる受光部材３７２Kを説明するための図である。この図１９の受光部材３７２Kは、図１８の受光部材３７２Jの変形例でもある。上述した図１８の受光部材３７２Jでは、フォトダイオードベアチップからなる受光素子２０４が受光用実装基板３８４に実装されているが、図１９の受光部材３７２Kでは、リードフレーム２３０によってフォトダイオードベアチップが実装基板３８４から上方に離間して位置決めされている。これにより、受光素子２０４を受光側光ファイバFbに接近した状態で配置することができる。

図２０は、第１２実施例に含まれる受光部材３７２Ｌを説明するための図である。この図２０の受光部材３７２Ｌは、図１９の受光部材３７２Ｋの変形例でもある。図１９の受光部材３７２Ｋでは、受光側光ファイバFbを受け入れる第２挿入穴３７８と受光側空間３８８との間にガラス板３７４が介装されているが、この図２０の受光部材３７２Ｌでは、リードフレーム２３０を備えたフォトダイオードベアチップが砲弾型のモールド樹脂Ｒで包囲されている。ここに、受光用光ファイバFbは、その挿入端が砲弾型のモールド樹脂Ｒと当接する位置が正規の挿入組付位置である。

図２１は、第１３実施例に含まれる受光部材３７２Ｍを説明するための図である。この図２１の受光部材３７２Ｍは、受光用実装基板３８４の上方に離間して位置する追加の実装基板３８４aを有する。この追加の実装基板３８４aは台座３９６によって支持されている。そして、この追加の実装基板３８４aにフォトダイオードベアチップが実装されている。このフォトダイオードベアチップは受光素子２０４を構成している。受光素子２０４は、その中心が第２挿入穴３７８つまり受光用光ファイバFbの挿入端の軸線と一致するように位置決めされる。

フォトダイオードベアチップを実装した追加の実装基板３８４aの周囲において、受光用実装基板３８４には、表示発光素子２１２を構成するＬＥＤベアチップ２１２が実装されている。この表示発光素子２１２は、単数であってもよいが、複数であってもよい。図２２は、図２１に対応した平面図である。図２２において、４つの表示発光素子２１２が、発光素子２０４の周囲に等間隔且つ第２挿入穴３７８の軸線から等間隔に配置されている。

この４つの表示発光素子２１２は、全て同じ色のLEDで構成してもよいし、異なる色のLEDで構成してもよい。異なる色のLEDで構成することにより、電源を供給するLEDの組み合わせを変えることにより、混色した様々な色の光を受光用光ファイバFbに供給することができ、様々な色を使って異なる情報を表示することができる。

上述した複数の実施例に含まれる受光部材は、受光素子２０４だけでなく、表示発光素子２１２を含む。このことに伴って、受光素子２０４は、これが対の投光ヘッド１００から届いた検出光であるか、表示発光素子２１２の表示光（可視光）であるかを区別できない。投光ヘッド１００の検出光と表示発光素子２１２の表示光（可視光）とを区別可能にする又は表示発光素子２１２の表示光が受光素子２０４に入光する、その光の量を低減する手法を講じるのが好ましい。

具体的には、波長を異ならせる、発光タイミングを異ならせる、発光周波数を異ならせる等の手段を講じることにより、光の波長的に、発光タイミング的に、発光周波数的に分離もしくは光の波長的な分離と他のどちらを組み合わせて実施するのがよい。波長を異ならせる手段は、図１１、図１２を参照して説明したとおり、物理的なフィルタを設けるのがよい。

図２３は、発光タイミングを異ならせる例を説明するための図である。発光素子１０４の隣接する２つの検出用発光パルスの間に表示発光素子２１２を発光させる。図２３には、この表示発光素子２１２を発光パルスにハッチングを付して識別してある。

受光素子１１０の検出タイミングをＴ1、Ｔ2、Ｔ3と付すと、この検出タイミングＴ1、Ｔ2、Ｔ3の中間で表示発光素子２１２が光るため、受光素子１１０は正規に検出用発光パルスを受け取ることができる。

図２４は発光周波数的に分離する方法を例示的に説明するための図である。発光素子１０４の検出用発光パルスは所定のタイミングでＯＮ／ＯＦＦを繰り返す。これに表示発光素子２１２の光が重畳しても検出用発光パルスの波形が維持された状態で受光素子１１０が光を受け取る。このことから受光素子１１０の出力波形を周波数フィルタ（ハイパス）でフィルタリングすることにより、発光素子１０４が発する検出光だけを取り出すことができる。

図２４を参照したフィルタリングでは表示発光素子２１２の発光波形の周波数を下げることにより、検出と表示で使用する周波数領域を区分したが、図２４の例とは逆に、表示発光素子２１２の発光波形の周波数を挙げて周波数領域を区分するようにしてもよい。

Fb 光ファイバ（光伝搬部材）
１００ 投光ヘッド
１０２ 投光部
１０４ 発光素子
１２０ 第２の表示発光素子
２００ 受光ヘッド
２０２ 受光部
２０４ 受光素子
２１２ 第１の表示発光素子
２３０ リードフレーム
３００ コントローラ
３７２ 受光部材
３７４ ガラス板（透光部材）
３７６ 第１挿入穴（投光用接続部）
３７８ 第２挿入穴（受光用接続部）
３８２ 投光用実装基板
３８４ 受光用実装基板
３７０ 投光部材
３９０ フィルタ部材
３９２ 薄膜
Ｒ 樹脂モールド（透光部材）

Claims (15)

1. 検出光を検出領域に向けて投光する発光素子と、
   前記検出領域からの検出光を受光する受光素子と、
   前記発光素子に光結合される投光用光伝搬部材が接続される投光用接続部と、
   前記受光素子に光結合される受光用光伝搬部材が接続される受光用接続部と、
   前記受光素子で生成された受光信号としきい値とを比較して比較結果を示す検出信号を生成する信号生成部と、
   前記受光用接続部に光結合され且つ可視光を発する第１の表示用発光素子と、
   前記受光用接続部と前記受光素子との間に位置し、かつ、前記第１の表示用発光素子の発した可視光が前記受光用接続部に入光するにあたり通過し、前記発光素子の発した検出光が前記受光用接続部を介して前記受光素子に入光するにあたり通過する透光部材と、
   前記第１の表示用発光素子が発する可視光が前記受光素子に入光する、その光の量を低減する低減手段と、を有する光電センサ。
2. 前記透光部材は、前記受光素子および前記第１の表示用発光素子を覆うように設けられている請求項１に記載の光電センサ。
3. 前記透光部材は、前記受光素子および前記第１の表示用発光素子を保護するように設けられている請求項１に記載の光電センサ。
4. 前記低減手段が、前記第１の表示用発光素子と前記受光素子との間に配置されたフィルタである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電センサ。
5. 前記受光素子は受光用実装基板に実装され、
   該受光素子の上に前記第１の表示用発光素子が配置され、
   該第１の表示用発光素子と前記受光素子との間に前記フィルタが介装されている、請求項４に記載の光電センサ。
6. 前記フィルタが、光波長選択性の光吸収能力又は光反射能力を有する材料からなる、請求項４又は５に記載の光電センサ。
7. 前記低減手段が、前記第１の表示用発光素子の発光タイミングと、前記受光素子の受光タイミングとを異ならせることからなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電センサ。
8. 前記低減手段が、前記第１の表示用発光素子と前記受光素子との間に配置された遮光材料である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光電センサ。
9. 前記受光素子が、フォトダイオードベアチップとこれを包囲するモールド樹脂とで構成され、
   該モールド樹脂に前記フィルタが設けられている、請求項４〜６のいずれか一項に記載の光電センサ。
10. 前記受光素子と前記受光用光伝搬部材との間の距離が、前記第１の表示用発光素子と前記受光用光伝搬部材との間の距離よりも小さい、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電センサ。
11. 前記受光用光伝搬部材から前記受光素子に前記透光部材を通じて前記検出光が入光し、
    前記第１の表示用発光素子が発した前記可視光が前記透光部材を通じて前記受光用光伝搬部材に入ると共に前記フィルタを通じて前記受光素子に受光される、請求項４〜６のいずれか一項に記載の光電センサ。
12. 前記発光素子と前記投光用接続部とを有する投光部は、検出光を発する投光素子と、前記投光用光伝搬部材に光結合され且つ可視光を発する第２の表示用発光素子とをさらに有し、
    該第２の表示用発光素子が発した表示光が前記投光用光伝搬部材を通って該投光用光伝搬部材の先端を光らせる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電センサ。
13. 前記第２の表示用発光素子が、前記受光素子から遠い側に配置されている、請求項１２に記載の光電センサ。
14. 素子ホルダを更に有し、
    該素子ホルダが、
    前記投光用光伝搬部材が挿入される投光用挿入穴と、
    前記受光用光伝搬部材が挿入される受光用挿入穴と、
    前記投光部を収容する投光部収容部と、
    前記受光部を収容する受光部収容部と、を備え、
    前記透光部材と前記第１の表示用発光素子とは、前記受光部収容部に収容されている、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光電センサ。
15. 検出光を検出領域に向けて投光する発光素子と、
    前記検出領域からの検出光を受光する受光素子と、
    前記発光素子に光結合される投光用光伝搬部材が接続される投光用接続部と、
    前記受光素子に光結合される受光用光伝搬部材が接続される受光用接続部と、
    前記受光素子で生成された受光信号としきい値とを比較して比較結果を示す検出信号を生成する信号生成部と、
    前記投光用接続部に光結合され且つ可視光を発する第２の表示用発光素子と、
    前記投光用接続部と前記発光素子との間に位置し、かつ、前記第２の表示用発光素子の発した可視光が前記投光用接続部に入光するにあたり通過し、前記発光素子の発した検出光が前記受光用接続部を介して前記受光素子に入光するにあたり通過する透光部材と、
    前記第２の表示用発光素子が発する可視光が前記受光素子に入光する、その光の量を低減する低減手段と、を有する光電センサ。
    

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