JPH0218827A - 光電スイッチ - Google Patents

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】 発明の要約 投光器に光源からの出射光をスリット光に変換する光学
系を設けることにより、投光器からの投射光を被検物と
同じかそれ以下のビーム幅のスリット光とする。これに
より被検物が小さなものであっても回折の影響を受ける
ことなく検出精度を向−ヒさせた透過形光型スイッチが
実現する。

発明の背景 技術分野 この発明は、光電スイッチに関し、とくに、投光器とこ
の投光器からの投射光を受光する位置に配置された受光
器とから構成され、投光器と受光器との間に存在する被
検物を検出する透過形の光電スイッチに関する。

従来技術とその問題点 従来の透過形光型スイッチの構成の一例が第５図（＾）
に示されている。光電スイッチは投光器３０と受光器４
０とから構成される。

投光器３０は、光源としての半導体レーザ３１とコリメ
ータ・レンズ３２を備えている。コリメータ・レンズ３
２は半導体レーザ３１からの発散光を平行化するもので
ある。平行化された光（コリメート光）は投光器３０か
ら外部に投射される。受光器４０は受光索子４１とその
前方に配置されたスリット板４２を備えている。受光素
子４１はスリット板４２のスリットを通して入射する投
光＄３０からの投射光を受光し、その受光レベルに応じ
た受光信号を出力する。この受光信号のレベル弁別によ
って被検物のＨ無が判断される。スリット板４２は検出
位置精度を高めるためのもので、所定開口幅ｄのスリッ
トが形成されている。

受光器４０は投光器３０から出射されるコリメート光を
受光索子４１が受光する位置に配置されている。投光器
３０と受光器４０との間に被検物が存在しなければ受光
器４０の受光信号出力は第５図（Ｂ）に示すように高い
レベルを示す。これにより投光器３０と受光器４０との
間に物体が存在しないことが確認される。

第６図（Ａ）に示すように投光器３０と受光器４０との
間に被検物ＯＢが存在し、これがスリット板４２のスリ
ットの開口幅ｄよりも大きければ、スリットを通して受
光索子４１に入射する光は被検物ＯＢによってほとんど
遮光される。したがって受光器４０の受光信号のレベル
は第６図（Ｂ）に示すようにほとんど０となるので被検
物ＯＢの存在が検出される。

第７図（Ａ）に示すように、投光器３０と受光器４０と
の間にスリット４２の開口幅ｄにほぼ等しいかこれより
も小さい被検物ＯＢが存在するときには。

投光器３０からの投射光は回折により被検物ＯＢの後方
にまわりこみ、その多くがスリットを通して受光索子４
１に受光される。このため第７図（Ｂ）に示すように受
光器４０の受光信号のレベルはかなり高いレベルとなり
、被検物が存在しない判断を生じさせ、誤動作を起こす
こととなる。

また投光器３０から出射される光はビーム幅が大きいた
め、単位面積あたりの光強度が低くなり。

ＳＮ比が低下するという問題もある。

発明の概要 発明の目的 この発明は、小さな物体であってもその存在を検出する
ことができるとともにＳＮ比の高い光電スイッチを提供
することを目的とする。

発明の構成９作用および効果 この発明による光電スイッチは、光源と前記光源からの
出射光をスリット光に変換する光学系とを備えた投光器
、および前記投光器から出射されるスリット光を受光し
、その受光信号に基づいて物体検知信号を発生する受光
器を備えていることを特徴とする。

この発明による光電スイッチは、光源からの出射光をス
リット光に変換する光学系を持つ投光器と、投光器から
のスリット光を受光する受光器とを備えている。このた
め投光器から投射されるスリット光の幅を小さくするこ
とにより小さな物体の存在も光の回折の影響を受けるこ
となく検出することができる。また投光器の光源からの
出射光が比較的高い強度のスリット光に変換され、かつ
投光器と受光器との間に被検物が存在しないときには投
光器からの出射光の多くが受光器に照射されるのでＳＮ
比が高いものとなる。さらに受光器にはスリット板を必
ずしも設ける必要がなくなるので部品数を減少すること
ができ、光電スイッチの構造を簡略化することができる
。

実施例の説明 第１図はこの発明による光電スイッチの投光器ｌＯを示
す一部切欠き斜視図である。

この図を参照して、ステム７のほぼ中央の位置にヒート
・シンク２が固定されている。このヒト・シンク２はス
テム７と一体に形成してもよい。ヒート・シンク２上に
は光源としての半導体レーザ・ダイオード・チップ（Ｌ
Ｄチップ）１が固定されている。このＬＤチップ１はス
テム７の中心軸Ｚ（これが出射光の光軸となる）上に位
置するように設けられている。

ＬＤチップ１の後方には、フォト・ディテクタ６がステ
ム７に固定されている。フォト・ディテクタ６はＬＤチ
ップ１から後方に出射する光を受光し、その受光信号を
ＬＤチップ１の駆動回路にフィードバックすることによ
ｌ′”　Ｌ　Ｄチップ１の出射光量を一定にするために
用いられる。

ＬＤチップ１の前方にはグレーティング・レンズ１２が
形成された透明基板３が配置されている。

グレーティング・レンズ１２は基板３の中央に位置して
いる。このグレーティング・レンズ１２は第２図（Ａ）
に示すようにグレーティングによる光の回折を利用して
、ＬＤチップ１からの発散光をスリット光とするもので
ある。入射光をスリット光に変換する光学系には第２図
（Ａ）に示すグレーティング・レンズ１２のほかに、第
２図（Ｂ）に示すシリンドリカル・レンズ１３．第２図
（Ｃ）に示すシリンドリカル・フレネル・レンズ１４が
ある。とくに彼検物がＩＩ程度またはそれ以下の小さな
物体の場合には、グレーティング・レンズやシリンドリ
カル・フレネル拳レンズのような小形化が容易なレンズ
が自゛利となる。このようなスリット光を作製するレン
ズ１２．１３および１４は透明基板に一体的に形成して
も、別体につくったものを基板に貼付けるようにしても
よい。

基板３はその両端部において２つの支持ブロック５に固
定され、これらの支持ブロック５はヒート・シンク２の
両側においてステム７に固定されている。上記のＺ軸に
直交する２方向にＸ、Ｙ軸を考えると、支持ブロック５
の幅はＹ方向に長く、この幅の中心がＸ軸上にある。ま
た２つの支持ブロック５はＺ軸中心からＸ軸方向に等距
離の位置にある。そうして、グレーティング・レンズ１
２の中心をＺ軸が通る位置に基板３がブロック５に固定
されている。

ＬＤチップ１が固定されたヒート・シンク２゜グレーテ
ィング・レンズ１２が設けられた基板３゜この１Ａ板３
が固定されたブロック５の全体を覆うようにキャップ８
が設けられ、かつキャンシール、接着その他のやり方で
ステム７に固定されている。キャップ８の前面は開口さ
れ、この開口に透明板（プラスチック、ガラスなど）９
が設けられ、窓を構成している。グレーティング・レン
ズ１２によってコリメートされたスリット光Ｐｓはこの
透明板９を通して外部に出射される。

ＬＤチップ１はステム７に絶縁して設けられた端子１１
にワイヤボンディング等によって接続されているのはい
うまでもない。

ＬＤチップ１およびグレーティング・レンズ１２を含む
光学系はキャップｓ内に収納されているので外部環境に
よる影響が非常に少なくなっている。とくに塵埃の付若
等から保護されている。

さらにＬＤチップ１およびグレーティング・レンズ１２
はステム７の中心軸Ｚ上にあり、グレーティング・レン
ズＩ２は基板３の中心に位置し、さらに５λ板３および
支持ブロック５はＸ軸およびＹ軸に関して対称の形状を
もちかつそのように配置されている。したがって、温度
変化によって基板３、支持ブロック５等が伸縮しても、
Ｚ軸に垂直な゛（′−面（Ｘ　Ｙ　ｆ面）内においては
これらは等方向に熱伸縮する。したがってＬＤチップ１
およびグレーティング・レンズＩ２は常にＺ軸」二にあ
り、光軸はＺ輔から偏向することはない。グレーティン
グ・レンズ１２が設けられた基板３は２つの支持ブロッ
ク５によってしっかりと固定されているから、振動や衝
撃に強いものとなっている。

第１図に示す投光器ＩＯはコンパクトにまとめられてい
るので小形の投光器が実現する。このような投光器をケ
ース内に収めてもよい。また。

キャップ８内には光源（半導体レーザ）のみを設け、そ
の外部にシリンドリカル・レンズ等のスリット光をつく
り出すための光学系を設け、これらの光源と光学系とを
ケース内に収めて投光器としてもよい。

第３図（Ａ）は光電スイッチの全体的構成を示している
。

！−述した投光器ｌＯからは所定のビーム幅りをもつス
リット光Ｐｓが出射される。受光器２ｏは投光ＨｔｌＯ
から投射されるスリット光Ｐｓを受光する位置に配置さ
れる。受光器２０にはスリット光Ｐｓを受光して、受光
光潰に応じた受光信号を出力する受光素子２１および受
光素子２１の受光信号に７λづいてレベル弁別、その他
の所定の処理をすることにより検出信号を発生する処理
回路が収められている。受光器２０の前面は窓２２が開
けられ、この窓２２を通してスリット光Ｐｓが受光素子
２１に導入される。窓２２には透明ガラス等を設けるよ
うにしてもよい。投光器１０からのスリット光Ｐｓを受
光する位置に受光光学系とこの受光光学系によって集光
された光を導く光ファイバーの一端のみを設け。

受光信号を光ファイバーによって別の場所の処理回路ま
たは処理装置に導くようにしてもよい。

投光器ｌＯと受光器２０との間に彼検物が存在しないと
きは、投光器ＩＯから出射されるスリット光Ｐｓのほと
んどが受光器２０の受光索子２１に受光されるので受光
レベルは第３図（Ｂ）に示すように高いレベルとなる。

これにより投光器ｌＯと受光器２゜との間に物体が存在
しないことが確認される。

第４図（Ａ）に示すように投光器ＩＯと受光器２０との
間に被検物ＯＢが存在すると、被検物ＯＢによりスリッ
ト光が遮られるので受光素子２１にスリット光はほとん
ど受光されない。このため受光素子２１の受光信号は第
４図（Ｂ）に示すように０レベルまたはこれに近いレベ
ルとなる。投光器ＩＯと受光器２０との間に存在する被
検物ＯＢが小さなものであっても、投光器ＩＯから出射
されるスリット光Ｐｓの幅もそれと同程度またはそれよ
りも小さいためスリット光Ｐｓのほとんどすべては被検
物ＯＢにより遮られる。従来のように受光索子２１には
被検物ＯＢからの回折光が入射しないので、誤検知を防
止することができるようになる。

第３図（Ｂ）および第４図（Ｂ）に示す受光信号は時間
的に変化しないものとして示されているが。

被検物ＯＢが移動するものの場合には受光素子２１から
はレベルが時間的に変化する受光信号が得られ、この場
合にも被検物ＯＢの検知が可能であるのはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は投光器または半導体レーザ光源を示す一部切欠
き斜視部、第２図（Ａ）、　（Ｂ）、　（Ｃ）はスリッ
ト光に変換する光学系の例を示すもので。 （Ａ）はグレーティング・レンズを、（Ｂ）はシリンド
リカル拳レンズを、（Ｃ）はシリンドリカル中フレネル
・レンズをそれぞれ示している。第３図（Ａ）　、　（
１’３）は投光器と受光器との間に物体が存在しないと
きのスリット光の様子と受光レベルをそれぞれ示す図、
第４図（Ａ）　、　（ｎ）は投光器と受光器との間に物
体が存在するときのスリット光の様子と受光レベルをそ
れぞれ示す図である。 第５図から第７図は従来の光電スイッチの構成およびそ
の受光信号を示すもので、第５図（Ａ）。 （Ｂ）は物体が存在しないときを、第６図（Ａ）。 （Ｂ）は物体が存在するときを、第７図（Ａ）　、　（
Ｂ）は物体が小さいため回折により誤動作が生じるとき
をそれぞれ示している。 １！１図 １・・・ＬＤチップ（光源）。 ｌＯ・・・投光器。 １２・・・グレーティング・レンズ。 １３・・・シリンドリカル−レンズ。 １４・・・シリンドリカル・フレネル・レンズ。 ２０・・・受光器。 Ｐｓ・・・スリット光。 以　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 光源と前記光源からの出射光をスリット光に変換する光
   学系とを備えた投光器、および 前記投光器から出射されるスリット光を受光し、その受
   光信号に基づいて物体検知信号を発生する受光器、 を備えた光電スイッチ。