JPH01156691A

JPH01156691A - 光センサ

Info

Publication number: JPH01156691A
Application number: JP62316687A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kanbe; 祥明神戸; Kohei Kodera; 小寺　孝兵; Masashi Nakamura; 正志中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-20
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JP2512775B2

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、検知エリアに物体が入ったことを検出°する
光センサに関するものである。

［背景技術ｌ一般に、検知エリアに物体が入ったことを検出するこの
種の光センサのうち反射型のものは、第４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とで摺成されており
、従来、この種の光センサは、第５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お上りセンサ機能設定部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お上り受光レン７：
１４と、Ｏリング１５ａ、１５ｂと、光学［１６と、レ
ンズ押さえ１７と、ゴムカバー１８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、この調ｑｍみ立て
時において、両レンズ１３゜１４の光軸や、両レンズ１
３および１４と発光素子１０お上り受光素子１１との距
離もｌ！ｌ整固足固定る。

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、出力回路などよりな
る光センサ本体の電子Ｓ品ＣＩＣ。

トランジスタ、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、感度調整ボリュ
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で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ＭＳ９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。図中、２３はケース７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
、感度設定っまみ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
とをシールド線２５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、光拡散ブロック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
光ダイオード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り、コストが高
くなるとともに形状が大きく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とを接続する作ズが、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。

そこで、上述のような問題を解決するものとして、第６
図乃至第９図に示すように光配線板３０を用いた光セン
サがあった。すなわち、動作表示部８、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、各部を光接続する光配線板３０は、光導波路３
１．〜３１６．３１１゛〜３１４゛、３１．′、３１゜
、３１゜゛、３１ｏ′と、ミラー、レンズ、プリズムな
どよりなる光入出力部とで形成され、投光、受光用のレ
ンズＬ１．Ｌ２が一体形成されている。また、光導波路
３１１〜３１６・・・・・・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
るパターニングによって形成されるようになっており、
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光配線板３０を製造できる
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。

上述のようにして形成された光配線板３０は、電子回路
部のチップ部品が実装されプリント配線されるセラミッ
ク製あるいはエポキシ樹脂製のマウント基板３２上にス
ペーサ３２ａを介して配設されており、マウント基板３
２に実装されている投光用発光素子１０、機能設定用発
光素子３３ａ、動作表示用発光素子３３ｂ、余裕表示用
発光素子３３ｃ、検知エリアからの反射光を受光する受
光素子１１および機能設定用受光素子３４ａ〜３４ｄに
光接続されている。また、図示例では、物体Ｘからの反
射光をレンズＬ２を介して受光する受光素子１１および
光導波路３１゜、３１１°〜３１　、’。

３１、”から出力される光を受光する受光素子３４ｎ〜
３４ｄは１チツプ化された集積回路３５としてマウント
基板３２に実装されている。

ところで、センサ機能設定部９は、発光源たる機能設定
用の発光素子３３ａからの光を光導波路３１＋〜３１い
３１．〜３１４゛によって多分岐し、多分岐された複数
の分岐光路に跨がったスリット３６ａを設けるとともに
、このスリット３６ａを介しで伝達される各分岐光路の
光量を調整する伝達光量可変手段３７をエリア）３６ａ
内に設けることにより形成されており、この光量可変手
段３７は、ドライバ挿入溝を具備した操作部３７ａと、
操作部３７ａから突設された軸に偏心して取着された楕
円状の遮光片３７ｂ、３７ｃとで形成されている。ここ
に、操作部３７ａを回動することによってエリア）３６
ａを介して伝達される光（図示例では、光導波路３１２
，３１２”あるいは光導波路３１３１３１、゛よりなる
分岐光路を介して伝達される光）の遮光片３７ｃあるい
は３７ｂによる遮光量（すなわち光路断面積）を調整で
きるようになっている。

また、図示例では、エリア）３６ａを介して伝達させる
光を略平行光線とするコリメートレンズし３．〜Ｌ　１
４をエリア）３６ａの一側の光導波路３１゜〜３１４の
出力端面に設けるとともに、スリット３６ａの他側の光
導波路３１．〜３１．′の入力端面に集光レンズＬ１１
゛〜Ｌ１４゛を設けて伝達光量のａ整をやり易くしてい
る。また、光導波路３１゜〜３１．の東ねられた一端部
に、発光素子３３ａから入力される光は、各光導波路３
１．〜３１．に所定割合で分岐されて伝播し、伝達光量
可変手段３６によって伝達光量が調整され受光素子３４
ａ〜３４ｄで受光されてセンサ機能設定が行なわれるよ
うになっている。なお、光導波路３１゜、３１゜゛、３
１．″は、投光用の発光素子１０がら発せられる光の一
部を基準光として取り出して受光素子３４ａに入力する
ものであり、実施例では、３１゜、３１゜”を介して伝
達される基準光と、光導波路３１、．３１゜゛を介して
伝達される基準光とを合成して光導波路３１゜を介して
受光素子３４ａに入射させている。この場合、受光素子
３４ａでは、光・導波路３１゜３１゜”を介して伝達さ
れる基準光と、光導波路３１１゛を介して伝達されるセ
ンサ機能設定用の基準光が入射することになるが、両光
の入射タイミングを異ならせることにより、両基準光に
対して受光素子３４ａを共用することによる不都合を解
消している。

第９図は、光導波路３１゜゛を介して伝達される基準光
を反射して先導波路３１６′に入力させる反射部の構成
例を示すもので、同図（ａ）はミラー板Ｍ０を用いたも
のであり、同図（ｂ）はプリズムＰ。

を用いたものである。

また、出力モード設定用の分岐光路であるところの光導
波路３１４゛と光導波路３１４″との間には、第２のエ
リア）３６ｂが設けられており、このエリア）３６ｂ内
にスライド操作片３９を介装し、スライド操作片３９に
よってスリット３６ｂを介して伝達される光を遮断自在
にし、出力モードの設定を行なえるようにしている。

いま、投光手段１の発光索子１０から発せられた光は、
投光用レンズＬ、にて光ビームが形成されて検知エリア
に投光され、一方、検知エリア内の物体Ｘからの反射光
は、受光手段２の受光用レンズＬ２にて集光され受光素
子１１に入射するようになっており、信号処理手段３で
は、受光素子１１出力に基いて物体Ｘが検知エリアに入
ったかどうかを判定して、動作表示部８に判定結果を表
示するようになっている。ここに、動作表示用、余裕表
示用の発光素子３３ｂ、３３ｃから発する光は、光導波
路３１．．３１．を介して動作表示部８の光拡散ブロッ
クに伝達され、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、物体が検知エリアに入ったこと、
あるいは検知エリアの近傍（余裕範囲）に入ったことが
表示されるようになっている。また、信号処理手段３に
おける物体検知処理は、−船釣な信号処理によって行な
われており、この物体検知処理において、投光用の発光
素子１０の発光量のばらつきを補正するために光導波路
３１゜、３１゜°、３１゜”を介して取り込まれる基準
光を用いており、受光素子３４ａ出力に基いて受光素子
１１の出力レベルを判定するようにしている。

ところで、センサ機能設定部９は、光導波路３１、〜３
１４，３１１’３１４’にて分岐された分岐光路中にス
リット３６ａを設け、スリット３６ａ内に設けた伝達光
量可変手段３７により、光導披路３１□、３１□゛およ
び光導波路３１．．３１．’にて形成される各分岐光路
を介して伝達される光量を適当に調整することにより、
受光索子３４ｂ＝３４ｃに入射する光を調整し、センサ
機能（例えば物体Ｘの検知感度）の設定を行なうように
なっている。

この場合、揉作部３７ａを回動することによって遮光片
３７ｂ、３７ｃにて２つの分岐光路の伝達光量を任意の
関係をもって変化させることができるので、複数（図示
例では２つ）のセンサ機能の各パラメータを同時に設定
でき、センサ機能の設定が簡便に行なえるようになって
いる。例えば、受光量と測距量（光学的に物体Ｘまでの
匪離を測定した値）とを用いて物体Ｘが検知エリア内に
入ったかどうかを判定する場合には、２つのセンサ機能
のパラメータをそれぞれ設定する必要があるが、図示例
では、捏作部３７ａを適当に回動捏作するだけで、２種
のセンサ機能のパラメータが同時に設定でき、センサ機
能の設定が容易に行なえることになる。ここに、光導波
路３１、．３１　、’を介して伝達される光は、機能設
定時の基準光であり、この基準光を受光した受光素子３
４ａ出力に基いて受光素子３４ｂ、３４ｃ出力のレベル
を判定することにより、機能設定用発光素子３３ａの発
光量のばらつきを補正できるようになっている。

第１０図乃至第１２図はプリズムＰ１を用いて分岐光路
を形成したものであり、発光源の光が一端面から入射し
他端面が同一面に配置された複数の第１光導波路３１．
〜３１．と、該同一面に一端面が配置され他端面から出
力される光を受光素子３４ａ〜３４ｄに入射させる複数
の第２光導波路３１　、＋〜３１．゛と、同一面に配置
された第１、第２光導波路３１１〜３１４．３１１゛〜
３１．°端面に適宜距離をもって対向して配置され第１
光導波路３１１〜３１．から出力される光を屈折あるい
は反射させて対応する第２光導波路３１１°〜３１４゛
に入射させる反射手段４０とで複数の分岐光路を形成し
、同一面に配置された第１、第２光導波路３１１〜３１
い３１．゛〜３１．°端面と反射手段４０の光入出力面
との間にスリ７）３６ａを形成したものである。ここに
、図示例にあっては、反射手段４０としてプリズムＰ、
を用い、各光導波路３１゜〜３１．から出力される光を
２回反射（９０°反射）させて対応する各光導波路３１
１°〜３１．°に入射させるようにしている。また、伝
達光量可変手段３７は、適当な形状の絞り孔４１ａを有
する絞り板４１と、周辺に多数の細孔４３が密度を徐々
に変化させて穿設された回転円板４２とで形成されてお
り、回転円板４２に突設されたつまみ４２ａを回動する
ことによって絞り孔４１ａに臨む細孔４３の数が変化さ
せ、伝達される光量を変化させることがでさるようにな
っている。

しかしながら、上述のような従来例にあっては、電子回
路部と、動作表示部８と、センサ機能設定部９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
て光接続することにより、部品点数を少なくして組み立
て作業を簡略化することができ、小型化および低価格化
が容易にできるとともに、複数のセンサＰＩｉ能の設定
を簡単な構成で容易に行なうことができるようになって
いるが、分岐光路を伝播する光の相互干渉によって誤動
作が発生する場合があるという問題があった。例えば、
第１３図（ａ）に示すように、レンズＬ　目゛に収差が
存在する場合には、レンズＬ１１゛にて集光された光が
対応する光導波路３１．゛に結合せず、隣の光導波路３
１２°に直接入射したり、Ｗ＆１３図（ｂ）に示すよう
に、クラッド内を伝播した光が隣の光導波路３１２°に
入射する場合があった。また、第１４図に示すように、
光導波路３１１゛〜３１４゛を形成するコアあるいはク
ラッドの屈折率のゆらぎ、境界面不良、導波路の曲がり
などによって伝播する光が漏れ、隣の光導波路３１．〜
３１．゛に結合する場合があった。このような場合には
、伝達光量可変手段３７によるセンサ機能の調整が所定
のカーブで行えなくなって、誤動作が発生するという問
題があった。すなわち、スリ７）３６ａを介して伝達さ
れる光の遮蔽がリニアに行なわれるように伝達光量可変
手段３７を形成している場合において、光導波路３１１
゛から出力される基準光を受光する受光素子３４ａ出力
Ｉａと、光導波路３１２から出力される機能設定光を受
光する受光素子３４ｂ出力Ｉｂの比Ｉ　ｂ／　ｒ　ａは
、光導波路３１１゛、３１４°を含む隣接した分岐光路
間に光漏れによる相互干渉がなければリニアに変化する
。しかしながら、隣接する分岐光路間に光漏れによる相
互干渉があると、Ｉ　ｂ／　ｒ　ａがリニアに変化せず
、機能設定が正確に行なわれなくなって誤動作が生じる
ことになる。

［発明の目的Ｊ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、部品点数を少なくして組み立て作業
を簡略化することができるとともに、小型化および低価
格化が容易にでき、しかも、並設された光導波路に伝搬
される光の相互干渉による誤動作を防止することができ
る光センサを提供することにある。

［発明の開示１（構　成）本発明は、電子回路部と、動作表示部と、センサ機能設
定部とを、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て成る光センサにおいて、光配線板
の並設された光導波路間に該光導波路とほぼ同等の深さ
を有する光路分離用のダミー光導波路を設けたものであ
り、部品点数を少なくして組み立て作業を簡略化するこ
とができるとともに、小型化および低価格化が容易にで
き、しかも、並設された先導波路に伝搬される光の相互
干渉による誤動作を防止することができる光センサを提
供するものである。

（実施例）第１図およびＭＳ２図は本発明一実施例を示すもので、
電子回路部と、動作表示部８と、センサ機能設定部９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、発光源からの光を光導波路３１１〜
３１４．３１．〜３１４゛・・・・・・によって多分岐
し、多分岐された複数の分岐光路に跨がったスリ７）３
６ａを設けるとともに、該スリ７）３６ａを介して伝達
される各分岐光路の光量を調整する伝達光量可変手段３
７をスリット３６ａ内に設けることによりセンサ機能設
定部９を形成した光センサにおいて、光配線板３０の並
設された光導波路３１．〜３１４゛間に該光導波路３１
，１〜３１．゛とほは同等の深さを有する光路分離用の
ダミー光導波路４５を設けたものである。

なお、実施例では、光導波路３１．〜３１４゛間にのみ
ダミー光導波路４５を設けているが、他の光導波路３１
．〜３１４・・・・・・間にも同様のダミー光導波路を
必要に応じて設けても良い。また、光漏れによる相互干
渉を確実に防ぐには、ダミー光導波路４５を各光導波路
３１．゛〜３１．゛の全長あるいはそれ以上に亘って設
ける必要があるが、光漏れを軽減する場合には、光漏れ
が生じやすい要所にのみダミー光導波路４５を設ければ
良い。

第３図は、ダミー光導波路４５を設けることによって分
岐光路を伝播する光の相互干渉を防止できる様子を示す
もので、レンズＬ　ｌ　ｌｏの収差により隣の光導波路
３１２゛に結合する光ＯＰ１と、光導波路３１１゛から
漏れて隣の光導波路３１２゛に結合する光ＯＰ、とを考
える。いま、レンズＬ　Ｉ　Ｉｏの収差による光ＯＰ１
は、ダミー光導波路４５を伝搬した後、ダミー光導波路
４５から漏れたわずかな光が隣の光導波路３１２゛に結
合することになるので、ダミー光導波路４５が緩衝機構
として動作することになって光の相互干渉は大幅に改善
される。実験によれば、ダミー光導波路４５を設けるこ
とによる相互干渉の改善効果は、約１０ｄＢであった。

但し、実験に用いた光導波路３１１゛、３１□゛および
ダミー光導波路４５のコアの屈折率ｎ１お上りクラッド
（光配線＠３０の基材）の屈折率ｎ２は、１．５６．１
．４９であり、光導波路３１１°、３１２°の断面は０
．４Ｘ１．０ｍ１６、長さは約２０１である６次に、光
導波路３１．゛から漏れた光ＯＰ２に対しても上記光Ｏ
Ｐ、の場合と同様の原理でダミー光導波路４５による相
互干渉の改善が認められ、その改善効果は約１５ｄＢで
あった。

なお、実施例では、グミー光導披路４５の断面は矩形状
に形成しているが、■字型、Ｕ字型であっても良い。ま
た、ダミー光導波路４５のコアの屈折率は、クラッド（
光配線板３０の塞材）の屈折率よりも高ければ良く、他
の光導波路３１．〜３１６４．３１．〜３１４゛・・・
・・・のコアと同一の工程で形成できるので、光配線板
３０の製造工程も簡略化でき、相互干渉防止機槽をコス
トアップになることなく付加できるようになっている。

Ｅ発明の効果］本発明は上述のように、電子回路部と、動作表示部と、
センサ機能設定部とを、先導波路、ミラーなどを用いて
形成される光配＃Ｘ板にて光接続して成る光センサにお
いて、光配線板の並設された光導波路間に該光導波路と
ほぼ同等の深さを有する光路分離用のダミー光導波路を
設けたものであり、光配線板を用いているので、部品点
数を少なくして組み立て作業を簡略化することができる
とともに、小型化および低価格化が容易にでき、しかも
、並設された光導波路間にダミー光導波路を設けている
ので、並設された光導波路に伝搬される光の相互干渉に
よる誤動作を防止することが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要部上面図、ｆ５２図は同上
の要部断面図、第３図は同上の動作説明図、第４図は従
来例の概略構成図、ｔｊＳｓ図は同上の分解斜視図、第
６図は他の従来例の概略構成を示す分解斜視図、第７図
は同上の要部上面図、第８図は同上の要部断面図、第９
図は同上の要部上面図、ｔ５１０図はさらに他の従来例
の要部上面図、第１１図は同上の要部上面図、ｆｉ１２
図は同上の要部正面図、第１３図および第１４図は同上
の動作説明図である。８は動作表示部、９はセンサ８！能設定部、３０は光配
線板、３１１〜３１い３１．〜３１．・・・・・・は光
導波路、４５はダミー光導波路である。代理人　弁理士　百　１）艮　七第４図第７図第８図第９図（Ｇ）（ｂ）第１３図第１４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子回路部と、動作表示部と、センサ機能設定部
とを、光導波路、ミラーなどを用いて形成される光配線
板にて光接続して成る光センサにおいて、光配線板の並
設された光導波路間に該光導波路とほぼ同等の深さを有
する光路分離用のダミー光導波路を設けたことを特徴と
する光センサ。