JPH01124788A

JPH01124788A - 光センサ

Info

Publication number: JPH01124788A
Application number: JP62316690A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kanbe; 祥明神戸; Yoshihiko Okuda; 善彦奥田; Atsuyuki Hirono; 淳之広野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-05-17
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH0726842B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、検知エリア内の物体を検出する光センサに関
するものである。

［背景技術］一般に、この種の光センサのうち反射型のものセンサは
、第１７図に示すように、検知エリアに光を投光する投
光手段１と、検知エリア内の物体Ｘからの反射光を受光
する受光手段２と、受光手段２出力に基いて物体Ｘの有
無を演算判定して物体検知信号を出力する信号処理手段
３とで構成されており、従来、この種の光センサは、第
１８図に示すように、投光、受光手段１，２の光学系お
よび投光、受光素子を一体化した光学ブロック５と、各
手段の電子回路部をプリント基板２０に実装した電子回
路ブロック６と、両ブロック５，６を収納するグイキャ
ストケース７に設けられる動作表示部８お上びセンサ機
能設定部９とで形成されていた。ここに、光学ブロック
５は、投光用の発光素子１０および反射光受光用の受光
素子１１が実装されたプリント基板１２と、投光レンズ
１３および受光レンズ１４と、０リング１５ａ、１５ｂ
と、光学筒１６と、レンズ押さえ１７と、ゴムカバー１
８とで形成されており、これらの部品を予め調整組み立
てして光学ブロック５が得られるようになっている。な
お、このｖ４ｇ！組み立て時においで、両レンズ１３，
１４の光軸や、両レンズ１３および１４と発光素子１０
および受光素子１１との距離も調整固定される。

一方、発光素子１０のドライブ回路、受光素子１１出力
の変換回路、増幅回路、演算回路、出力回路などを構成
する部品（ＩＣ１）ランジスタ、抵抗、コンデンサ、感
度調整ボリュームＶＲなと）は、プリント基板２０上に
実装されて電子回路ブロック６が形成されている。また
、感度？！４整ボリュームＶＲの回動軸の溝に係合され
る感度設定つまみ２１あるいは必要に応じて設けられる
出力モード設定つまみ（図示せず）などにてセンサ機能
設定部９が形成されている。さらにまた、動作表示用の
発光ダイオードＬＤに対応してグイキャスト製のケース
７に穿設された表示窓に取着される光拡散ブロック２２
にて動作表示部８が形成されている０図中、２３はケー
スフの下面開口に覆着される下カバー、２４は電源線、
信号出力線などのリード線である。

ところで、このような従来例にあっては、総合組み立て
において、投光、受光手段１，２を一体化した光学ブロ
ック５と、各手段の電子回路部を実装した電子回路ブロ
ック６と、光拡散ブロック２２のような動作表示部８と
、感度設定つまみ２１のようなセンサ機能設定部９とを
ケース７に組み込むようになっているが、光学ブロック
５の発光素子１０と電子回路ブロック６のドライブ回路
とをシールド＃ａ２５にて電気的に接続する配線作業、
センサ機能設定部９の感度設定つまみ２１と電子回路ブ
ロック６のプリント基板２０上のボリュームＶＲとの位
置合わせ作業、受光素子１１をプリント基板２０の所定
位置２０ａに半田付けする作業、光拡散プロツク２２の
ような動作表示部８とプリント基板２０上の動作表示用
発光グイオードＬＤとの位置合わせ作業などを同時に行
いながら組み立てを行わなければならないので、部品点
数が多くなる上、組み立て作業が面倒になるという問題
があった。すなわち、上記従来例にあっては、光学ブロ
ック５と、電子回路ブロック６と、動作表示部８および
センサ機能設定部９とを接続する作業が、電気的、機械
的、光学的にそれぞれ行なわれており、接続作業が画一
化されていなかったので、部品点数が多くなるとともに
組み立て工数が多くなる上、接続作業が繁雑になり、小
型化および低価格化が容易にできないという問題があっ
た。

［発明の目的］本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、部品、α数を少なくするとともに組
み立て作業を簡略化することができ、小型化および低価
格化が容易にできる光センサを提供することにある。

［発明の開示］（ｎ　成）本発明は、検知エリアに光を投光する投光手段と、投光
手段からの直接光あるいは検知エリア内の物体からの反
射光を受光する受光手段と、受光手段出力に基いて物体
の有無を演算判定して物体検知信号を出力する信号処理
手段を具備して成る光センサにおいて、動作表示部、出
力モード切換部あるいは感度設定部などのセンサ機能設
定部と、各手段の電子回路部とを光導波路、ミラーなど
を用いて形成される光配線板にて光接続することにより
、部品点数を少なくするとともに組み立て作業を簡略化
して小型化および低価格化が容易にできるようにしたも
のである。

（実施例１）第１図乃至第９図は反射型の本発明一実施例を示すもの
で、検知エリアに光を投光する投光手段１と、検知エリ
ア内の物体Ｘからの反射光を受光する受光手段２と、受
光手段２出力に基いて物体Ｘの有無を演算判定して物体
検知信号を出力する信号処理手段３を具備して成る従来
例と同様の光センサにおいて、動作表示部８、出力モー
ド設定部９ａあるいは感度設定部９ｂなどのセンサ機能
設定部９と、各手段の電子回路部とを光導波路、ミラー
などを用いて形成される光配線板３０にて光接続したも
のである。

ここに、実施例にあっては、電子回路部の部品が表面側
に実装されるプリント基板３１の裏面側に光配線板３０
を配設し、プリント基板３１の表面側に実装された投受
光素子（発光素子１０，３２、受光素子１１，３３ａ〜
３３ｃ）に対応して光配線板３０に入出力用ミラーＭ１
〜Ｍ６を設けることにより、プリント基板３１の表裏に
実装された光配線板３０と電子回路部とを光学的に接続
している。

また、プリント基板３１は、セラミック板や〃ラス板の
ような絶縁基板の表面に導電パターンが形成されたもの
であり、このプリント基板３１の表面側に電子回路部の
部品（例えば、トランジスタ、コンデンサ、抵抗などの
チップ部品）３５が実装されている。また、発光ダイオ
ードよりなる投光用の発光素子１０お上り基準光発生を
兼ねる動作表示用発光素子３２は、補助プリント基板３
１＆に装着されてプリント基板３１に実装されるように
なっており、一方、物体Ｘからの反射光を受光する受光
素子１１およりミラーＭ、−Ｍ、を介して光を受光する
受光素子３３ａ〜３３ｃは１チツプ化された集積回路３
１＆としてプリント基板３１に実装されている。このプ
リント基板３１には、これらの発光素子１０．３２およ
び受光素子１１，３３ａ〜３３ｃに対応してそれぞれ透
孔３４ａ〜３４ｆが穿設されており、この透孔３４ａ〜
３４ｆを介して電子回路部（発光素子１０，３２、受光
素子１１゜３３ａ〜３３ｃ）と光配線板３０とが光接続
されるようになっている。なお、実施例では光結合を確
実に行うとともに、組み立て時の位置決めを容易にする
ために透孔３４ａ〜３４Ｆを設けているが、プリント基
板３１の絶縁基板として光滅貨の少ない透明材料（透明
セラミック、透明ガラスなど）を用いれば透孔３４ａ〜
３４ｆを設ける必要がないことは言うまでもない。

また、光配線板３０は、光学的設定手段にて形成された
センサ機能設定部９と各手段の電子回路部とを接続する
光導波路ＯＧ、〜ＯＧ　ｓ、入出力用ミラーＭ、〜Ｍ６
および投光、受光用のレンズＬ　ＩＩＬ２にて構成され
ており、実施例では、合成樹脂（高分子材料）の成形、
光硬化性樹脂を用いた７オトマスク露光によるバターニ
ングによって光導波路ＯＧ、−０ＧＧが形成されるよう
になっている。この場合、光配線板３０は、精密樹脂成
形技術や、７オトマスク操作を基本とした集積回路の作
製技術を応用して製造できるので、量産化による低コス
ト化が容易に行えることになる。なお、光配線板３０の
基板としてガラス基板を用い、このがラス基板の要所に
高屈折率材を拡散させることによって光導波路ＯＧ、〜
ＯＧ　ｇを形成しても良く、また、上記以外の他の方法
で光導波路ＯＧ　＋〜ＯＧ６を形成しても良いことは言
うまでもない。

ここに、光配線板３０の光導波路ＯＧ、〜ＯＧ。

の束ねられた一端部には、第４図に示すように、ミラー
Ｍ、を介して発光素子３２から発せられる光Ｐ０が入力
されており、この光Ｐ０は各光導波路ＯＧ、〜ＯＧ４に
所定割合で分岐されて伝播する。

虫ず、光導波路ＯＧ、の他端は動作表示部の光拡散ブロ
ックの光入力面に対向しており、光導波路ＯＧ、を通し
て伝播される分岐光Ｐ、はこの光拡散ブロック２２にて
各方向に散乱放射されることにより、光電スイッチが動
作状態に設定されたことの表示が行なわれる。

また、光導波路ＯＧ２の他端は出力モード設定部９ａの
光入力部に対向しており、光導波路ＯＧ。

を介して伝播される分岐光Ｐ２は出力モード設定部９ａ
によって変調され、変調光Ｐ２’は出力モード設定部９
ａの光出力部に一端が対向した光導波路ＯＧ、を通して
伝播し、第６図に示すように、他端に形成されたミラー
Ｍ２にて反射され、受光素子３３ａにて受光されるよう
になっている。ここに、出力モード設定部９ａは、第９
図に示すように、操作部４５および平板部４６よりなる
モード設定つまみ４４の平板部４６の裏面に反射面４６
ａと無反射面（斜線を付した部分）４６ｂを形成し、平
板部４６の裏面に光導波路ＯＧ２．ＯＧ、の端面を対向
させたものであり、モード設定っまみ４４をスライドさ
せることにより平板部４６の裏面の反射率の変化にて分
岐光Ｐ２を変調してモーに設定用の変調光Ｐ２’を得る
ようになっている。このモード設定用の変調光Ｐ２゛は
、光導波路ＯＧ、を介して伝播されてミラーＭ２により
反射され、受光素子３３ｂにて受光される。この変調光
Ｐ２゛を光導波路ＯＧ５を介して受光する受光素子３３
ｂ出力は、後述する基準光に基いた基準電圧と比較され
、モード設定電圧（デジタル信号）を発生させることが
でき、光センサの出力モードの切換えを光学的に行うこ
とができるようになっている。

なお、第１０図は、モード設定っまみ４４の他の例を示
すもので、モード設定っまみ４４の平板部４６°の裏面
に段差を有する反射面４６ａ’、４６ｂ′を形成したも
のであり、モード設定っまみ４４をスライドさせること
によって、この反射面４６ａ’、４６６’と光導波路Ｏ
Ｇ２．ＯＧ、の端面との間隔がｄ＋−ｄ２となるように
変化させて変調光Ｐ２゛を得るようにしたものである。

この場合、間隔が小さい場合のほうが変調光レベルが高
くする。

また、光導波路ＯＧ、の他端は、感度設定部９ｂの光入
力部に対向しており、光導波路ＯＧ、を介して伝播され
る分岐光Ｐ、は感度設定部９ｂによって変調され、変調
光Ｐ、゛は感度設定部９ｂの光出力部に一端が対向した
光導波路ＯＧ、を通して伝播し、第５図に示すように、
他端に形成されたミラーＭ、を介して受光素子３３ａに
て受光されるようになっている。一方、感度設定部９ｂ
は、回動祿作部４１ａおよび多数の細孔４２が所定の密
度分布で穿設された円盤部４１ｂよりなる感度設定つま
み４１と、光導波路ＯＧ３．ＯＧ、の端面に円盤部４１
ｂを挟んで対向する反射板４３とで形成されており、光
導波路ＯＧ、の端面から放射された光は円盤部４１ｂの
細孔４２を介して反射板４３で反射され光導波路ＯＧ、
の端面に入射するようになっている。この場合、光導波
路ＯＧ、に入射する光量は、両光導波路ＯＧ、、ＯＧ、
の端面に対応した円盤部４１ｂの細孔密度に比例した変
調光Ｐ３°となり、細孔密度を第８図に示すように、円
盤部４１ｂの周方向に徐々に変化させれば変調ｔ　Ｐ　
）　’のレベルを感度設定つまみ４１の回転角度に応じ
て変化させることができる。したがって、変調光Ｐ、゛
を光導波路ＯＧ　ｇおよびミラーＭ４を介して受光する
受光素子３３ａ出力を、後述する基準光に基いた基準電
圧と比較することにより感度設定電圧（従来例の感度調
整ボリュームＶＲにて発生される電圧）を発生させるこ
とができ、光センサの感度設定を光学的に行うことがで
きるようになっている。なお、実施例では、細孔４２を
有量る円ｇ１部４１ｂによって光変調を行っているが、
感度設定つまみ４１の円盤部に細孔を設けずにその外周
を非円形にして円盤郡全体を遮光部とし、光導波路ＯＧ
３．ＯＧ、と反射板４３との対向面積を感度調整つ土み
４１の回動角に応じて変化させることにより変調光を得
るようにしても良い。

また、光導波路ＯＧ、を介して伝播される分岐光Ｐ、は
、他端に形成されたミラーＭ、にて反射されて受光素子
３３ｃにて基準光として受光され、電子回路部では、こ
の受光素子３３ｃ出力に基いて出力モードおよび感度の
設定値判定用の基準電圧を発生するようになっている。

また、発光素子１０がら発せられた光は、ミラーＭ、に
て屈曲されるとともに、投光用のレンズＬ１にて光ビー
ムが形成されて検知エリアに投光される。一方、検知エ
リア内の物体Ｘがらの反射光は、第７図に示すように、
受光用のレンズ１−２にて集光されるとともに、ミラー
Ｍ６によって反射されて受光素子１１に入射するように
なっている。

以下、実施例の組み立て手順について説明する。

いま、プリント基板３１の導電パターンが形成されてい
る表面側に、各手段の電子回路部を形成するトランジス
タ、コンデンサ、抵抗などの部品３５と、発光素子１０
．３２が取着された補助プリント基板３３．ａと、受光
素子１１．３３ａ〜３３ｃを１チツプ化した集積回路３
１ｂとが実装される。

次に、このプリント基板３１の裏面側に、所定の光導波
路ＯＧ、〜ＯＧい　ミラーＭ、−Ｍ、およびレン：）：
：Ｌｌ、Ｌ２が形成された光配線板３０が所定位置に取
着されて本体ブロックが形成される。このようにして形
成された本体ブロックを、動作表示部８、出力モード設
定部９ａ、感度設定部９ｂなどのセンサ機能設定部９が
所定位置に設けられたケース７に、位置合わせして収納
固定することによって、簡単な位置合わせをするだけで
組み立てが完了する。したがって、従来例のように、電
気的、機械的、光学的に接続作業を行うことなく、光配
線板３０による光結合の位置合わせを行うだけで容易に
組み立てが行なわれ、光配線板３０を用いることによる
部品点数の削減、組み立で作業の簡略化が実現でき、し
かも小型化および低価格化も容易に行えることになる。

また、光配線板３０を用いることによって電子回路部の
ノイズを拾い易い電気端子を内方に位置させることも可
能であり、耐ノイズ性能を向上させることができるとと
もに、外米ノイズからのシールドも容易に行えることに
なる。また、光配線板３０は、精密樹脂成形技術あるい
は集積回路技術を用いて形成できるので、光導波路ＯＧ
、〜ＯＧ、およびミラーＭ、〜Ｍ６の相対位置を常に一
定にすることができ、位置合わせを簡略化できるととも
に接続ロスの発生を少なくすることができる。

なお、実施例では、三角測量方式によって物体Ｘまでの
距離を検出して検知エリア内の物体の有無を判定してい
るので、受光素子１１として位置検出素子（所１ＰｓＤ
）を用いているが、検知方式に応じた光電変換素子を受
光素子１１としで用いれば良く、一般的な反射光レベル
検知方式の場合には７オトトランジスタあるい１土７オ
トダイオードが用いられる。また、受光素子１１出力に
基いて物体Ｘまでの距離を判定する信号処理手段３での
演算処理は、通常の演算処理であるので説明を省略する
。さらにまた、実施例では投光、受光用のレンズＬ、、
Ｌ２を、光導波路ＯＧ、〜ＯＧ、および一ミラーＭ１〜
Ｍ６と一体形成しているが、両レンズＬ、、Ｌ２を別体
にしても良いことは言うまでも（実施例２）ｆｐ１１１図乃至第１３図は、投光手段１゛および受光
手段２゛を第１１図に示すように対向して配置し、投光
手段１゛がら投光される光を受光手段２゛にて直接受光
し、受光手段２゛出力に基いて物体Ｘの有無を演算判定
して物体検知信号を出力する信号処理手Ｐｉ　３　’を
具備した対向型光センサの実施例を示すもので、信号処
理手段３゛では、投光手段１゛からの光が物体Ｘにて遮
られて受光手段２°にて受光されなかったとき、投光手
段１゛と受光手段２°との開の検知エリアに物体Ｘが存
在するものとして物体検知信号を出力するようになって
いる。第１２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は受光手段２゛の構
成を示すもので、前記実施例１において、投光手段１を
取り除いたものであり、実施例１と同様に、光配線板３
０゛にて、動作表示部８と、出力モード設定部９ａある
いは感度設定部９ｂなどのセンサ８！能設定部と、各手
段の電子回路部との光接続が行なわれている。なお、構
成および動作は実施例１と同様であるので説明を省略す
る。

一方、第１３図は投光手段１°の構成を示すものであり
、可視光を発する動作表示用発光素子３２゛からの光を
動作表示部８゛に導く光導波路ＯＧ８を具備した光配線
板３０″を設けることにより、電源が供給されているこ
とを示す動作表示が行なわれるようになっている。

第１４図および第１５図は、投光手段１゛のさらに他の
実施例を示すもので、投光手段１“から投光される光を
可視光とした場合において、投光用発光素子１０゛から
発する光の一部を動作表示用に流用するための屈曲した
導光路○Ｇ８’を具備した光配線板３０”°を設けたも
のであり、第１３図実施例の動作表示用発光索子３２゛
を省略でき、慴成が簡単でコストを安くすることができ
るようにしている。

（実施例３）第１６図は他の実施例を示すもので、電子回路部の部品
５０をプリント基板３１の表面側に実装するとともに、
該表面側に電子回路部の投受光素子（例えば、発光素子
３２．受光素子１１）に光結合する入出力用ミラーＭ　
ａ　、　Ｍ　ｂを具備した光配線板３０を配設したもの
である。ここに、実施例では、電子回路部の投受光素子
（発光素子３２、受光素子１１・・・）を除く部品は、
光配線板３０とプリント基板３１との間に介装されるス
ペーサ５１に設けられた凹所５２内に収納されるように
なっている。また、発光索子３２から発せられた光は、
入力ミラーＭａにて反射されて光導波路ＯＧの一端に入
射し、一方、光導波路ＯＧを伝播して他端から出力され
る光は、出力ミラーＭｂおよ１絞り孔５３を介して受光
素子３３に入射するようになっている。また、ミラーＭ
　ａ　、　Ｍ　ｂおよび光配線板３０は、光配線板３０
とケース（図示せず）との間に介装される固定スペーサ
５４によって所定位置に保持されている。

いま、本実施例にあっては、電子部品および光学部品が
プリント基板３１の片面に実装されることになるので、
組み立てが簡単になってコストを低減できるという効果
があり、さらに、７リツプチツプ実装をしなくでも良く
、一般的なグイボンディングによって部品を簡単に実装
できるので、コストをより一層低減できることになる。

［発明の効果］本発明は上述のように、検知エリアに光を投光する投光
手段と、投光手段からの直接光あるいは検知エリア内の
物体からの反射光を受光する受光手段と、受光手段出力
に基いて物体の有無を演算判定して物体検知信号を出力
する信号処理手段を具備して成る光センサにおいて、動
作表示部と、出力モード設定部あるいは感度設定部など
のセンサ機能設定部と、各手段の電子回路部とを光導波
路、ミラーなどを用いて形成される光配線板にて光接続
するようにしたものであり、従来例のように、組み立て
時において電気的、機械的、光学的な接続作業が不要と
なり、光配線板を光学的に位置決めするだけで組み立て
が完了するので、部品点数を少なくすることができると
ともに、組み立て作業を簡略化することができ、小型化
および低価格化も容易にできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の斜視図、＠２図は同上の分解
斜視図、第３図は同上の上面図、第４図乃至第７図は同
上の要部断面図、第８図は同上の要部正面図、第９図（
、）は同上の要部斜視図、第９図（ｂ）は同上の要部下
面図、第１０図（、）（ｂ）は他の実施例の要部側面図
、第１１図はさらに他の実施例の概略構成図、第１２図
（ａ）は同上の要部斜視しＩ、第１２図（ｂ）は同上の
要部分解斜視図、第１２図（ｃ）は同上の要部上面図、
第１３図（、）は同上の要部分解斜視図、第１３図（ｂ
）は同上の要部分解斜視図、第１３図（ｃ）は同上の要
部上面図、第１４図はさらに他の実施例の要部斜視図、
第１５図は同上の要部上面図、第１６図はさらに他の実
施例の概略ｈη成を示す側面図、第１７図は従来例の概
略溝成を示す図、第１８図は同上の分解斜視図である。１．１゛は投光手段、２，２°は受光手段、３，３゛は
信号処理手段、８，８゛は動作表示部、９はセンサ機能
設定部、９ａは出力モード設定部、９ｂは感度設定部、
１０．１０’は投光用発光素子、１１は受光素子、３０
．３０’、３０”、３０１は光配線板、３１はプリント
基板、３２．３２’は発光素子、３３ａ−３３ｃは受光
素子、ＯＧ、−○Ｇ、、ＯＧ、は光導波路、Ｍ、〜Ｍ６
はミラー、Ｘは物体である。代理人　弁理士　石　１）便　七第５図　　　　　　　第６図：　：　シ；Φ− ００（ｒ＋９の９円＼＼＼ −　　　　！＼＼第１１図（ｂ）（ｂ）第１３層Ｉ第１５図第１６図第１７図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）検知エリアに光を投光する投光手段と、投光手段
からの直接光あるいは検知エリア内の物体からの反射光
を受光する受光手段と、受光手段出力に基いて物体の有
無を演算判定して物体検知信号を出力する信号処理手段
を具備して成る光センサにおいて、動作表示部、出力モ
ード設定部あるいは感度設定部などのセンサ機能設定部
と、各手段の電子回路部とを光導波路、ミラーなどを用
いて形成される光配線板にて光接続したことを特徴とす
る光センサ。
（２）電子回路部の部品が表面側に実装されるプリント
基板の裏面側に光配線板を配設し、プリント基板の表面
側に実装された投受光素子に対応して光配線板内に入出
力用ミラーを設けることにより光配線板と電子回路部と
を光学的に接続したことを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の光センサ。
（３）電子回路部の部品をプリント基板の表面側に実装
するとともに、該表面側に電子回路部の投受光素子に光
結合する入出力用ミラーを具備した光配線板を配設した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光センサ
。
（４）センサ機能設定部を光学式設定手段にて形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光センサ
。