JPH0469528A - 領域限定反射型光電センサ - 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］ 本発明は、一定範囲の検出距離内にある対象物の有無を
検出する領域限定反射型光電センサに関する。

［背景技術］ 従来の反射型光電センサとしては、第７図に示すような
構造のものがある。この反射型光電センサ５１にあって
は、発光ダイオード（ＬＤ）や半導体レーザ等の発光素
子５２の前に投光用レンズ５３を配置してあり、発光素
子５２から出射された検出光５４を投光用レンズ５３で
集光もしくはコリメートさせて対象物５５にほぼ垂直に
照射させている。一方、発光素子５２の近傍には、受光
面５６が検出光５４の光軸と垂直となるようにして受光
素子５７が配置されており、対象物５５の方向と受光素
子５７の受光面５６との間には、集光用レンズ５８が配
置されている。しかして、対象物５５の表面で反射した
反射光５θを集光用レンズ５８で受光素子５７の上に集
光させることにより、対象物５５の有無を検出している
。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来のような構造の光電センサでは、反
射光を受光して受光素子がオンになっているか否かによ
り、前方に対象物が存在するが否かを検知するだけであ
り、検出距離を一定範囲内に限って対象物の有無を検知
する用途には、使用することができなかった。

受光素子の受光面が検出光の光軸と垂直となった第７図
のような構造の光電センサでも、検出距離が短いと受光
量のパワーが大きくなるので、受光素子の受光パワーに
より検出範囲を限定することも可能であるが、このよう
な方式では、対象物の表面状態や反射率によって受光パ
ワーが左右されるため、正確に検出領域を限定すること
かできなかった。

本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、対象物の検出距離を一定
範囲に限定し、その限定された検出距離内に対象物が存
在しているか否かを正確に検出することができる反射型
光電センサを提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の領域限定反射型光電センサは、対象物に対して
ほぼ垂直に検出光を投射させるための発光素子と、対象
物で反射された反射光を集光させるだめの集光素子と、
受光面が前記検出光の光軸と平行となるように配置され
た受光素子とからなることを特徴としている。

また、この領域限定反射型光電センサには、前記集光素
子を通過して受光素子に入射する光線の領域を限定させ
るための手段を付加してもよい。

［作用］ 本発明の反射型光電センサにあっては、受光素子の受光
面を検出光の光軸と平行に配置したのて、対象物が移動
して検出距離が変化すると、受光素子における受光位置
（もしくは、反射光の受光面への入射位置）が受光面に
沿って移動する。

従って、受光素子の受光面の寸法及び位置によって受光
素子に入射する反射光の領域を限定することができ、こ
れによって検出距離を一定範囲に限定することができる
。あるいは、反射光の一部をマヌキングもしくはトリミ
ングする手段を設けることにより、受光素子に入射する
反射光の領域を限定させることができ、これによっても
検出距離を一定範囲に限定することができる。しかも、
本発明によれば、対象物の表面状態等に影響されること
なく、正確に領域限定して対象物の有無を検知すること
ができる。

［実施例］ 第１図に示すものは、本発明の第一実施例の反射型光電
センサ１である。ステム２の内面に設けられたヒートシ
ンクブロック３の上面には、半導体レーザや発光ダイオ
ード等の発光素子４が搭載されており、ヒートシンクブ
ロック３の前面には投光用フレネルレンズ５を設けられ
たレンズ基板６が取り付けられている。この発光素子４
は、投光用フレネルレンズ５の光軸α上に配置されてお
り、発光素子４から放射された検出光７は投光用フレネ
ルレンズ５で収束させられ、対象物８に向けて垂直に出
射される。また、ヒートシンクブロック３の下面には、
フォトダイオードやフォトトランジスタ等の受光素子９
が取り付けられており、受光素子９の受光面１０は、投
光用フレネルレンズ５の光軸αと平行となるようにして
下方へ向けられている。さらに、ヒートシンクブロック
３の下方には、ガラスや光学樹脂等の透明材料によって
形成された透明ブロック１１が配設されている。

透明ブロック１１は、その上平面及び上平面が互いに平
行となっており、しかも、上下面を光軸α及び受光面１
０と平行となるように配置されている。この透明ブロッ
ク１１の前端部下面には、集光用の反射型フレネルレン
ズ１２が設けられており、反射型フレネルレンズ１２の
光軸は、投光用フレネルレンズ５の光軸αと垂直な方向
を向けられている。さらに、透明ブロック１１の上面に
は、光を反射もしくは吸収する不透過なマスク１３が、
蒸着もしくはコーティングによって形成されており、反
射型フレネルレンズ１２と受光素子９を結ぶ箇所には、
一定の幅Ｑ１の窓１４が開口されている。更に、投光用
フレネルレンズ５の光軸α上から出た光線は、反射型フ
レネルレンズ１２で上方へ反射されると共に集光され、
透明ブロック１１の上面（もしくは、窓１４の位置）で
焦点を結ぶように配置しである（すなわち、光軸α上の
点光源は、透明ブロック１１の上面に結像される）。

なお、この反射型光電センサ１は、ステム２に固着され
たキャップ１５によって覆われており、キャップ１５の
開口は、透明ガラス板］６によって塞がれている。

しかして、発光素子４から放射された検圧光７は、投光
用フレネルレンズ５で収束させられて対象物８の表面に
照射される。対象物８の表面で反射された反射光１７は
、反射型フレネルレンズ１２で反射及び集光され、透明
ブロック１１の上面に焦点を結ぶ。ここで、対象物８が
Ａ　−＋　Ｂ−＋Ｃと移動すると、透明ブロック１１上
面における反射光１７の焦点位置もａ−＋ｂ−＋Ｃと移
動する。しかし、透明ブロック１１の上面には、マスク
１３が形成されているので、マスク１３の下面に焦点？
結ぶ反射光１７は受光素子９側へ透過できず、マスク１
３の窓１４に焦点を結ぶ反射光１７のみが受光素子θ側
へ透過して受光素子９に検圧される。

従って、窓１４の縁ａ、ｃに焦点を結ばせる時の対象物
８の位置ＡとＣの中間では対象物８の有無が検知される
が、この範囲外では、対象物８が存在していても反射光
１７はマスク１３に遮られて受光素子９に入射せず、対
象物８の有無は判断されない。しかも、この実施例では
、投光用フレネルレンズ５の光軸αと透明ブロック１１
の上面（あるいは、マスク１３）とが平行となっており
。

反射型フレネルレンズ１２の光軸がこれらと垂直となっ
ており、反射光１７が常に検出距離の範囲を限定する機
能を有するマスク１３の位置で焦点を結ぶように配置さ
れているので、分解能が向上し、検出距離の範囲を高精
度で設定することができる。なお、この実施例ては、受
光素子９の受光面１０は、マスク１３の窓１４を透過し
た反射光１７を全て受光でとるよう、充分な面積を有し
ているのはもちろんである。また、対象物８の変位量と
焦点の変位量とが比例するので、マスク１３の設計も容
易に行なえる。

第２図は、本発明の第二実施例の反射型光電センサ１８
を示す断面図である。この実施例でも、受光素子９は、
受光面１０を下にしてヒートシンクブロック３の下面に
取り付けられており、受光面１０が検出光７の光軸αと
平行となるように配置されている。また、ヒートシンク
ブロック３の下方には、上平面と上平面とが平行な透明
ブロック１１か配設されており、透明ブロック１１の前
端部の下面には、光軸が検出光７の光軸αと垂直になる
ようにして集光用の反射型フレネルレンズ１２が設けら
れており、透明ブロック１１の前端部の上面には、蒸着
等によって反射膜１９が形成され、さらに、透明ブロッ
ク１１の中央部下面には一定の幅Ｑ２のトリミング用反
射膜２ｏが形成されて−いる。なお、受光素子９は、透
明ブロック１１の後端部の上方に位置している。

しかして、対象物８の表面で反射された反射光１７は、
透明ブロック１１内に入射し、反射型フレネルレンズ１
２で上方へ反射されると共に集光され、ついで透明ブロ
ック１１の上面の反射膜１９で下方へ反射され、透明ブ
ロック１１の下面に焦点が結ばれる。この時、トリミン
グ用反射膜２０の上に焦点を結んだ反射光１７は、上方
へ反射されて受光面１０へ入射され、受光素子９によっ
て検知されるが、トリミング用反射膜２０の外で焦点を
結んだ反射光１７は、透明ブロック１１の下面から下方
へ射出して受光素子９に検知されない。したがって、ト
リミング用反射膜２０の幅Ｑ２を適当な幅に設定してお
くことにより、検出距離を一定範囲内に限定することが
できる。また、この実施例では、投光用フレネルレンズ
５の光軸αとトリミング用反射膜２０とを平行にし、こ
れらと反射型フレネルレンズ１２の光軸とを垂直にし、
対象物８で反射した反射光１７がトリミング用反射膜２
０の上で焦点を結ぶようにしているので、検出距離を高
精度で限定させることができる。

第３図に示すものは、本発明の第三実施例の反射型光電
センサ２］である。この実施例では、発光素子４な搭載
されたヒートシンクブロック３の前方に縦に長い透明な
レンズ基板２２を配置し、レンズ基板２２の前面に発光
素子４と対向させて投光用フレネルレンズ５を一体に設
け、レンズ基板２２の前面の投光用フレネルレンズ５の
下方に、集光用フレネルレンズ２３を一体に設けである
。

さらに、ヒートシンクブロック３の下面側に設けられた
素子取付台２４の上面には発光素子４が搭載されており
、発光素子４の受光面１０は検出光７の光軸αと平行に
して上方に向けられている。

さらに、受光素子９の受光面１０には、一定幅Ω３の窓
２５を形成するようにマスク２６を設けてあり、受光素
子９には、この窓２５を通してのみ反射光１７が入射で
とるようになっている。

この実施例では、集光用フレネルレンズ２３の光軸は、
検出光７の光軸αと垂直でなく、平行となっているので
、第一の実施例のように、対象物８の位置に拘らず常に
受光面１０の上に焦点を結ぶということはないが、受光
素子９の受光面１０が検出光７の光軸αと平行になって
いるので、対象物８の変位に伴って反射光１７の受光面
１０−・の入射位置も移動し、窓２５の部分に入射した
反射光１７のみが受光素子９で検知される。従って、こ
の窓２５の幅Ｑ、１を適当に決定することにより、一定
範囲の検出距離にある対象物８のみが検出される。

第４図に示すものは、本発明の第四実施例の反射型光電
センサ２７である。この実施例では、ヒートシンクブロ
ック３の下面に受光面１ｏを下に向けて受光素子９を取
り付け、受光面１０を一定幅Ｑ４の窓２５を開口された
マスク２６によって覆っである。また、ヒートシンクプ
ロ・ツク３の下方には、ヒートシンクプロ・ツク３の下
面と対向させてミラー２８な設けである。

しかして、対象物８の表面で反射された反射光１７は、
集光用フレネルレンズ２３によって集光され、ミラー２
８で反射されて受光素子９へ入射される。この時、マス
ク２６の窓２５に入射した反射光１７は、受光素子９に
入射して対象物８が検知されるが、マスク２６の上に入
射した反射光１７は、受光素子９に検出されない。した
がって、マスク２６の開口の幅Ｑ４を適当に設定するこ
とにより検出距離を一定範囲内に限定することかできる
。

第５図に示すものは、本発明の第五実施例の反射型光電
センサ２９であって、マスク２６等な用いることなく、
受光面１０の幅Ｑ、、　Ｑｆｌ＋　Ｑ７そのものによっ
て検出距離を一定範囲に限定させるようにしたものであ
る。すなわち、ヒートシンクブロック３の下方に配設さ
れた素子取付台２４の上面に比較的小さな複数個の受光
素子９ａ、９ｂ９ｃを隣接させて（あるいは、多分割型
の受光素子を）取り付けたものである。この実施例では
、マスク２６等を用いていないが、対象物８が検出可能
な範囲内にある場合には、反射光１７が受光素子９ａ、
９ｂ、９ｃの受光面１０に入射され、対象物８が検出可
能な範囲外にある場合には、反射光１７が受光素子９ａ
、θｂ、９ｃの受光面１０から外れることにより検出距
離が一定範囲に限定されるようになっている。しかも、
この実施例では、複数個の受光素子９ａ、９ｂ、９ｃを
備え、各受光素子９ａ、９ｂ、９ｃが一定の検圧距離の
範囲を有しているので、複数の検出距離の範囲のうちい
ずれの範囲内で対象物８が検知されたかを知ることがで
きる。

第６図は、本発明の第六実施例の反射型光電センサ３ｏ
である。これは、ヒートシンクブロック３の下面に複数
個の受光素子９ａ、９ｂ、９ｃ（もしくは、多分割型の
受光素子）を設け、ヒートシンクブロック３の下方にミ
ラー２８を設けたものである。

しかして、対象物８で反射された反射光１７は集光用フ
レネルレンズ２３で集光され、ミラー２８で反射されて
受光素子９ａ、９ｂ、９ｃへ入射される。そして、いず
れかの受光素子９ａ、９ｂ。

９ｃで検出された場合には、対象物８かいずれかの検出
距離の範囲内にあると判断されるものである。

なお、本発明は上記実施例以外にも種々の実施例が可能
である。例えば、第５図もしくは第６図の実施例におい
て、受光素子は１個だけにしてもよい。また、集光素子
の光軸を検出光の光軸と垂直にしたタイプにおいて、検
出距離を受光素子の受光面の寸法そのものによって限定
させるようにしてもよい。

［発明の効果コ 本発明によれば、受光素子の受光面の寸法及び位置によ
って受光素子に入射する反射光の領域を限定することが
でき、これによって検出距離を一定範囲に限定すること
ができる。あるいは、反射光の一部をマスキングもしく
は）・リミングする手段を設けることにより、受光素子
に入射する反射光の領域を限定させることができ、これ
によっても検出距離を一定範囲に限定することができる
。

従って、本発明によると、対象物の表面状態等に影響さ
れることなく、検出距離の範囲を限定して対象物の有無
を正確に検知することかできる小型の反射型光電センサ
を製作することかでざる。

しかも、光学的構成によって検出距離の範囲を限定して
おり、電気的処理を行なうことなく検出距離を限定させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第一の実施例を示す断面図、第２図は
本発明の第二の実施例を示す断面図、第３図は本発明の
第三の実施例を示す断面図、第４図は本発明の第四の実
施例を示す断面図、第５図は本発明の第五の実施例を示
す断面図、第６図は本発明の第六の実施例を示す断面図
、第７図は従来例の概略図である。 ４・・・発光素子 ５・・・投光用フレネルレンズ ７・・・検出光 ８・・・対象物 ９．９ａ、９ｂ、９ｃｍ＝受光素子 １０・・・受光面 １２・・・反射型フレネルレンズ １３・・・マスク １７・・・反射光 ２０・・・トリミング用反射膜 ２３・・・集光用フレネルレンズ ２６・・・マスク α・・・投光用フレネルレンズの光軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）対象物に対してほぼ垂直に検出光を投射させるた
   めの発光素子と、 対象物で反射された反射光を集光させるための集光素子
   と、 受光面が前記検出光の光軸と平行となるように配置され
   た受光素子とからなる領域限定反射型光電センサ。
2. （２）前記集光素子を通過して受光素子に入射する光線
   の領域を限定させるための手段を備えた請求項１に記載
   の領域限定反射型光電センサ。