JPH0296622A - 光電センサ - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、集光光学系と光電変換素子を具えた光電セ
ンサに関するものである。

［従来の技術］ 光電センサは、無接触で人や物体を検知できるところか
ら、各種機械の自動化、コンベアラインによる搬送物体
の検知、自動ドア等における人の接近の検出などに用い
られている。

そして、このような光電センサの投光器、受光器は、い
ずれも箱形のケースの壁に円形の孔を穿がって凸レンズ
を固着し、その焦点に発光ダイオードなどの発光素子、
又はフォトトランジスタなどの受光素子による光電素子
を設け、凸レンズから光電素子に至る光の経路を妨げな
いように点灯駆動回路、又は信号増幅回路、および動作
表示燈、可変抵抗器などの部品をケースの内壁面に固着
して各部品間を電気的に接続し、入力端子と出力端子に
電線コートを接続してケース外に導出し、蓋を閉じた構
造になっている。

ｔ５８図は、このような従来の光電センサを示す図で、 図において、ＡはケーシングＢの前面に設けた集光用の
凸レンズ、５１は凸レンズＡの集光点位置に設置された
光電変換素子、２２は配線基板。

２３は配線基板２２上に配設される各種電子部品２２４
は動作表示燈である。

なお、３１はケーシングＢの裏パネル、Ｃは動作表示燈
と配線基板２２との配線である。そして、１１械その他
への取付けにはブラケットなどを使用してネジ等で固定
するようにしている。

［発明か解決しようとする問題点］ 近時、光電センサはユーザより小型化の要語が高まり年
々小型化して来ているが、構造上小型化を妨げる二つの
問題点が存在している。

第１の問題点は、光電センサのケースの内壁に部品を取
り付けるにはケースの内部にドライバ、ビンセット、ハ
ンダごて等の工具を挿し込んで作業を行なわなければな
らず、ケースが小さくなればなるほど作業がやりづらく
なることである。

このように光電センサの小型化と組立作業の能率化とは
互いに矛盾することとなる。

第２の問題点は、集光光学系に凸レンズを用いているた
め、光電素子に至る光の経路に円錐状をした可成り大き
い空間を必要とすることである。

つまり、光電センサの性能を良くするにはレンズの口径
を大きくして入光量を増加させ、レンズの焦点距離も適
当に長くして外乱光の影響を少なくすることが望ましい
。

したがって、大きな口径と長い焦点距離のレンズが求め
られるので大きな円錐状空間を必要とするわけである。

このように、光電センサの小型化と光学特性の向上とは
互いに矛盾することとなる。

第３の問題点は、取扱いに不便なことである。

すなわち、形状が大きく機械等へ取付けても場所をとる
ため人や物に触れやすく光軸がずれて誤動作の原因とな
る。

また、ごみや油などが付着しても清掃がしにくい難点が
ある。

この発明は上述の問題点に鑑みてなされたもので、前述
の問題点を解決して組立作業性、光学特性がよく、小型
で取扱いやすい光電センサを提供することを目的とする
ものである。

［問題点を解決するための手段］ この出願に係る光電センサは、 光学体とこの光学体の後面に配設される回路ブロウクを
一体に結合する連結筒と。

この連結筒により一体に結合された光学体および回路ブ
ロックを収納するため透明樹脂材で形成される対物方向
に底部を有する筒体状のケーシングと、 回路ブロックの外側面に取付けられる電線コネクタと。

光学体、回路ブロック、電線コネクタを収納するケーシ
ングの後端開口部に装着される蓋体と、から構成されて
いる。

さらに、この出願に係る他の光７ｆＦセンサは。

光学体と。

回路ブロックと。

これらを収納する筒状体のケーシングと、取付けられた
回路ブロックと共にケーシングに一方開口端を嵌合する
蓋体とから構成されている。

上述の双方の光電センサにおいて、光学体は、透明樹脂
材で断面ほぼ半月形状をなし、対物面側となる一面を円
形の平面に、他面側すなわち、対素子面側となる面を円
形凸状面に形成されている。

そして円形対物面側の中央には、前記円形対素子面の約
３分の１程度の直径を有する凹状底面とこの中央に突設
した対物レンズとして凸部とを有する第１陥没部を形成
し、 前記円形対素子面側の中央には第１陥没部と対向して、
光電変換素子に対向する集光レンズ部としての前記凹状
底面よりやや小さい直径の凸状底面又はフレネル底面を
有する第２陥没部を形成するとともに、 前記第１陥没部における凹状底面の凸部を除いた部分を
真空７ｓ、着メッキ手段により鏡面として第２反射部を
形成し、 前記円形対素子面の第２陥没部を除いた部分を真空蒸着
メッキ手段により鏡面として第１反射部を形成し、さら
に１円形対素子面の周縁にはスカート部を、また、第１
反射部の適宜箇所には。

動作表示燈の光束を円形平面側に透過するための表示燈
集光レンズ部としての孔部が形成されている。

［作　用］ ケーシングの透明底部又は開口部を通して入射した赤外
光は、光学体の第１反射部で第１回目の反射かなされ、
第２反射部に至り第２回目の反射かなされ集光レンズを
通り、集光レンズの焦点に位置する光電変換素子によっ
て受光される。

また、第１陥没部における対物レンズに入射した赤外光
は直接集光レンズを介して光電変換素子によって受光さ
れる。

光電変換素子によって受光された赤外光は、電気信号に
変換されて出力される。

そして、入射する赤外光の光量の変化は直ちに電気信号
として捉えられるので、光１ｔＪｅンサの前方の光路に
あるものを正確に検知することができる０以上、受光器
の場合について光の通過経路を説明したが、投光器の場
合は、この逆となる。

そして、光学体は、複数の反射部を有することにより光
電センサに入射してから光電変換素子における焦点まて
の光経路をいわば折畳んだ状態で薄板の光学体中に収納
することができる。

［実施例］ 図面にもとづいてこの発明の詳細な説明する。第１図な
いし第４１′Ａは、この発明の一実施例を示す図である
。

ｆＪＳ１図は光電センサの外観図で、同図（ａ）は側面
図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は背面図、第２図
は、光電センサの部品構成を示す側面図である。また、
第３図はパネルＰに取付けた状態の光電センヅの断面図
である。

［ｆｆｌにおいて、１は、透明樹脂材て形成される光学
体、２は同様に透明樹脂材で形成されるケーシングで底
面（対物面）２ａを有する筒体をなし。

外周壁にはネジ部２ｂか、また、外周壁の底面２ａ側の
端部にはストッパー２０かリング状に形成されている。

４１は、光学体ｌとこれの後面に接合する回路フロック
４２を嵌合収納する連結筒て、両底間［コする筒体形状
をなしている。

４５は回路ブロック４２の後面に配設される電線コネク
タ、４６はケーシング２の後面に装着される履体で、電
線コネクタ４５を収納する凸部４６ａをイＩしている。

４７は、ケー・レンズ２のネジ部２ｂに螺合するロック
ナツトで、ゴムワッシャＲと共にストッパー２０との間
で取付けパネルＰを挟持して、光電センサを必要箇所に
保持固定する。

４８は、ケージ９．ノブ２のネジ部２ｂに螺合してケ・
レンズ２に？：ｉ休４体を固定するための締つけナツト
である。

４９は、光学体ｌと回路ブロック４２を接合するための
樹脂で形成される筒体状のスペーサ、５０は、連結筒４
１に嵌合して、これに収納される光学体ｌと回路ブロッ
ク４２を固定するために有底筒体状をなし樹脂で形成さ
れるスペーサである。

連結筒４１の周壁には孔部４１ａか１２０度の間隔て３
箇形成され、これらに対応してスペーサ５０の周壁に設
けた突起５０ａに嵌合するようになっている。

回路ブロック４２は、円形の回路基板４３と同じく円形
の端子基板４４からなる筒体状をなしており１回路基板
４３の表面には光電変換素子５１と動作表示燈５２が、
裏面には電子回路部品４３ａがそれぞれ搭載され°〔い
る。なお、回路基板４３と端子基板４４との間には所定
の樹脂材が充填され゛ている。

次に第４１゛４にしたかって光学体ｌの構成を説明する
。

第４図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）　、　（ｄ）は
それぞれ光学体の側面図、正面図、縦断面図、背面図で
ある。

図において、１は透明樹脂材で一体に形成した光電セン
サ用光学体で直径２４　ｍ　ｍの断面半月形状をなして
いる。２１は、光学体ｌの検出対象物体に対する面、す
なわち、対物面で１円形子面に形成されている。（直径
２２．２ｍｍ）なお、この光学体１は１ｍ前後より近い
位置の物体検知に使用する場合には、前記対物面は、ゆ
るやかな凸面に形成するのが良い。

３は光電変換素子に対する面、すなわち。

対素子面で、直径２２．２ｍｍの円形凸状（Ｒ＝１６．
７５ｍｍで非球面）に形成されている。

第４図（ｂ）および（Ｃ）に示すように円形対物面２１
の中央部分には、前記円形対素子面の３分の１強の直径
（９ｍｍ）の凹状底面（Ｒ＝１２ｍｍで球面）を有する
第１陥没部４が形成されている。この第１陥没部４の凹
状底面には真空蒸着メッキの施こされた第２反射部４ａ
が形成されている。５は、前記凹状底面の中央に形成さ
れた対物レンズとしての凸部（直径２．８ｍｍ）である
。

６は、前記対素子面３の中央部に第１陥没部４と対向し
て形成された第２陥没部で、前記第１陥没部４の凹状底
面よりやや小さい直径（９：　７）の凸状底面７（Ｒ＝
１０゜５７ｍｍで球面）が集光レンズ部として形成され
ている。この第２陥没部には回路ブロック４２の光電変
換素子５１が対向又は嵌合する。８は、円形対素子面３
の端縁全周にわたって形成されたスカート部（高さ約３
．７ｍｍ）、９は動作表示燈の光束を円形対物面方向す
なわち円形対物面２１を通過して放射するために対素子
面に形成した動作表示燈集光レンズ部としての孔部で凸
面底部を有している。

なお、この動作表示燈集光レンズ部９の底部はこのよう
な凸面とせずフレネル而に形成してもよい、そして、こ
の孔部９に動作表示燈５２が対向又は嵌合するようにな
っている。

また、３ａは円形対素子面３に真空蒸着メッキ等の手段
により形成した第１反射部である。

なお、光学体ｌ以外の各構成部品は、光学体ｌの」二足
寸法に合せた手法で形成され、この実施例において、光
電センサの外径は３０ｍｍ、厚みは約１７ｍｍとなって
いる。

次に、この実施例の作用を説明する。

ケーシング２の前面２ａを通して光学体ｌの円形対物面
２１何より入射する近赤外光は、第１反射部３ａにおい
て反射されて第２反射ｆｉ４ａに至り、２回目の反射に
より集光レンズ部７を通過して光電変換素子５１の位置
に集光され電気信号に変換されて出力される。また、対
物レンズ５に入射した光は、反射部を経由せず集光レン
ズ７を介して直接光電変換素子５１に到達し、同様に電
気信号に変換されて出力される。

そして、入射光縫の変化は直ちに電気信号として捉えら
れるので、センサ前面、すなわちケーシング２の前面２
ａ又は円形対物面２１方向への光路にあるものを正確に
検知できる。光学体ｌは第１反射部、第２反射部を有す
ることにより、第８図の従来例に示すようなレンズＡの
円形対物面から光′屯変換禦子５１における焦点までの
光経路を、いわば折５）んだ状態で薄板状の光学体１中
に収納することができる。動作表示燈としての発光ダイ
オード５２からの光は表示燈集光レンズ部９を介して光
学体ｌの対物面方向に放射される。

次に第５図ないし第７図にもとづいて他の実施例を説明
する。

第５図は、光電センサの外観説明図で、同図（ａ）は側
面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）は１ｗ面図、第
６図は光電センサの部品構成図、第７図は、パネルＰに
取付けた状態における光電センサの断面図である。

図において、１は前述の実施例において説明したものと
全く同様の光学体、２は両底を開口する筒状体−のケー
シングで、その外周壁にはネジ部２ｂが形成され、また
、外周壁の端部（対物面側）にはリング状のストッパー
２Ｃが、ケーシング２の外周面のネジ部が形成されてい
ない部分には１２０度間隔で孔部２ｄか、それぞれ形成
されていて、後述の蓋体４６の外周壁に形成された突起
４６ｂが嵌合するようになっている。６０は第１実施例
で説明した光学体１の第１陥没部４に嵌合して第２反射
部４ａの鏡面を保護するための円形状のプロテクタで光
学体１の対物レンズ５を嵌合挟持するための弾性孔部６
０ａを有して透明樹脂材により形成されている。

４２は、回路ブロックで、回路基板４３とその一面に搭
載された光電変換素子５１、動作表示燈５２、および両
面に取付けた電子回路部品４３ａにより構成されている
。なお、入出力用の電線コード５３は直接回路基板４３
に接続されて、回路基板４３に沿って外方（光電センサ
の外周下側）に導出するようになっているので、光電セ
ンサの厚みか前述の実施例より薄くなっている。

４６は、有底筒体状の蓋体、０は光学体ｌと蓋体４６の
間に介装される０リングである。第７図に示すように光
学体ｌはｍｌ陥没部４が前面になるようにケーシング２
に嵌合され、次いで１回路ブロック４２を取付けた蓋体
４６がＯリングを介して光学体１の後面と対向するよう
にケーシング２に嵌合される。

回路ブロック４２は、蓋体４６の筒体部分に嵌合挿入さ
れている。そして、蓋体４６の筒体部分は光学体ｌのス
カート部８に嵌合している。蓋体４６の底部と回路基板
４３との間には樹脂材か充填されている。

光学体ｌの構成は、前述の第１実施例と全く同様である
。

そして、光学体ｌに合せて他の構成部品もそれぞれ対応
した寸法を有しており、この結果。

この実施例における光電センサは、その外径３０ｍｍ、
厚み約１１ｍｍという小型かつＥＭ型の円盤体となって
いる。

この実施例の作用効果は、前述の第１実施例と同様であ
るが、この実施例にあってはケーシング２の前面が開口
しているため前述の実施例より光の透過率が向上してい
る。

［発明の効果］ 以上述べたように、この出願に係る光電センサは、従来
のようにケースの狭い内部に工具を挿し込んで組立作業
を行なうなどの煩雑な手作業が全く無くなり、自動部品
搭載機や自動組立機などによる大量生産の工程にのせる
ことができ、大幅なコストダウンが可能となる。

また、ＰＩＴ面半月状の光学体によって光の経路に必要
な円錐状の空間を折畳むようにして自らの内部に包含し
ているので、形状が極めて薄型、小型化されている。（
例えば、従来技術にくらべ、厚みて約３分の１以下とな
る。） したかって、工場、事務所１店舗、家庭などに設置する
とき、壁表面その他に直接取付けても美観を損なわず取
付作業も簡単である。

また、投光器、受光器として、いずれも小型なかう光学
系のｒ１径か大きく、かつ、焦点距離も長いので受光器
の大光量が増大して感度が向上し、外乱光の影響も少な
く、この相乗効果により透過型の場合は投光器と受光器
との対向距離が著しく長くなり、同様に反射型の場合は
、光電センサと対象物体との検出間隔距離が非常に長く
なり、対象物の検出範囲が広くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の第１実施例に係る光電センサの外
観説１１図で、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面
図、同図（Ｃ）は背面図、第２図は、第１図に示す光電
センサの部品構成を示す側面図、第３図は、第１図に示
す光電センサの取付状態における縦断面図、第４図は光
学体の説ＩＪＩ図で、同図（ａ）は光学体の側面図、同
図（ｂ）は同じく正面図、同図（Ｃ）は（ｂ）における
ｃ−ｃ線断面図、同図（ｄ）は背面図、第５図は、この
発ＩＪの第２実施例に係る光電センサの外観説明図で、
同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図、同図（ｃ）
は背面図、第６図は、第５図に示す光電センサの部品構
成を示す側面図、第７図は、第５図に示す光電センサの
取付状態における縦断面１％、第８図は従来技術を示す
縦断面図である。 図において。 ｌ　・・・　・・・　光学体 ２　・・・　・・・　ケーシング 連結筒 回路ブロック 蓋体

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）光学体と、 この光学体の後面に配設される回路ブロックを一体に結
   合する連結筒と、 この連結筒により一体に結合された光学体および回路ブ
   ロックを収納するため透明樹脂材で形成される対物方向
   に底部を有する筒体状のケーシングと、 回路ブロックの外側面に取付けられる電線コネクタと、 光学体、回路ブロック、電線コネクタを収納するケーシ
   ングの後端開口部に装着される蓋体と、 からなる光電センサであって、 透明樹脂材で形成され断面ほぼ半月形状の前記光学体は
   、その一面側は円形対物面に、他面側は円形対素子面に
   形成され、 前記円形対物面側の中央には、前記円形対素子面の約３
   分の１程度の直径を有する凹状底面とこの中央に突設し
   た対物レンズとしての凸部と、 を有する第１陥没部を形成し、 前記円形対素子面側の中央には第１陥没部と対向して、
   光電変換素子に対向する集光レンズ部としての前記凹状
   底面よりやや小さい直径の凸状底面又はフレネル底面を
   有する第２陥没部を形成するとともに、 前記第１陥没部における凹状底面の凸部を除いた部分を
   真空蒸着メッキ手段により鏡面として第２反射部を形成
   し、 前記円形対素子面の第２陥没部を除いた部分を真空蒸着
   メッキ手段により鏡面として第１反射部を形成し、さら
   に、円形対素子面の周縁にはスカート部を、また、第１
   反射部の適宜箇所には、動作表示燈の光束を円形対物面
   側に透過するための表示燈集光レンズ部としての孔部を
   形成するとともに、前記回路ブロックは前面に光電変換
   素子および動作表示燈を、両面には電子部品を搭載する
   回路基板と、回路の端子部を有する端子基板とからなる
   ことを特徴とする光電センサ。
2. （２）前記ケーシングの外周面にはネジ部を形成してロ
   ックナットを螺合し、このロックナットと、ケーシング
   の底部側外周に形成したストッパー部とで被取付体を挟
   持するとともに、前記蓋体は、ケーシングのネジ部に螺
   合する締め付けリングで固定するようにしたことを特徴
   とする請求項１記載の光電センサ。
3. （３）光学体と回路ブロックとの間には軟質プラスチッ
   ク材により形成されるスペーサを介装したことを特徴と
   する請求項１記載の光電センサ。
4. （４）回路ブロックにおいて回路基板と端子基板との間
   には、樹脂材を充填したことを特徴とする請求項１記載
   の光電センサ。
5. （５）回路ブロックと蓋体との間にはスペーサを介装す
   るようしたことを特徴とする請求項１記載の光電センサ
   。
6. （６）光学体と、 回路ブロックと、 これらを収納する筒状体のケーシングと、 取付けられた回路ブロックと共にケーシングに一方開口
   端を嵌合する蓋体と、 からなる光電センサであって、 透明樹脂材で断面ほぼ半月形状の前記光学体は、その一
   面側は円形対物面に、他面側は円形の対素子面に形成さ
   れ、 前記円形対物面側の中央には、前記円形対素子面の約３
   分の１程度の直径を有する凹状底面とこの中央に突設し
   た対物レンズとしての凸部とを有する第１陥没部を形成
   し、 前記円形対素子面側の中央には第１陥没部と対向して、
   光電変換素子に対向する集光レンズ部としての前記凹状
   底面よりやや小さい直径の凸状底面又はフレネル底面を
   有する第２陥没部を形成するとともに、 前記第１陥没部における凹状底面の凸部を除いた部分を
   真空蒸着メッキ手段により鏡面として第２反射部を形成
   し、 前記円形対素子面の第２陥没部を除いた部分を真空蒸着
   メッキ手段により鏡面として第１反射部を形成し、さら
   に、円形対素子面の周縁にはスカート部を、また、第１
   反射部の適宜箇所には、動作表示燈の光束を円形対物面
   側に透過するための表示燈集光レンズ部としての孔部を
   形成するとともに、前記第１陥没部には、第２反射部の
   鏡面を保護するために透明材で形成されるプロテクタを
   嵌合したことを特徴とする光電センサ。
7. （７）前記ケーシングの外周面にはネジ部を形成してロ
   ックナットを螺合し、このロックナットとケーシングの
   外周面に設けたストッパー部とで被取付体を挟持するよ
   うにしたことを特徴とする請求項６記載の光電センサ。
8. （８）回路ブロックは、光学体に対する面には光電変換
   素子および動作表示燈を、両面には電子回路部品をそれ
   ぞれ搭載した回路基板からなることを特徴とする請求項
   ６記載の光電センサ。
9. （９）回路ブロックと蓋体との間には樹脂材を充填して
   なることを特徴とする請求項６記載の光電センサ。
10. （１０）入出力用の電線コードはケーシングの周壁を通
    して回路基板に直接取付けたことを特徴とする請求項８
    記載の光電センサ。