JPH0616832U - 光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 投光器、受光器の指向性を狭くして、高信頼
度、高感度の光電スイッチを提供する。 【構成】 物体７からの光を受光して物体７の有無を検
知する受光器３のハウジング４に、受光素子１とレンズ
２を収容し、レンズ２の前方に２段に第１のスリット５
と第２のスリット６を配置する。各スリット５、６は、
縦長の長穴で、レンズ２の光軸上に所定の間隔ａで対向
して配置される。外来光は、第２のスリット６と第１の
スリット５で２段階に絞られて、レンズ２から受光素子
１に入る。各スリット５、６を横幅の小さな長穴にする
ことで、光量を落とすことなくスリット前方の検知エリ
アＥ1の指向角θ1を十分に小さくでき、この検知エリア
Ｅ1に横切る方向で物体７を通過させると、物体７は検
知される動作点のずれ量を少なくして正確な位置で検知
される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、物体の有無検知などに使用される光電スイッチで、詳しくは、発光 ダイオードなどの投光素子とレンズを備えた投光器、フォトダイオードなどの受 光素子とレンズを備えた受光器、これら投光器と受光器を１つにユニット化した 投受光器を備えた光電スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】

所定位置での物体や、物体の透孔の有無検知手段として使用される光電スイッ チには、投光器と受光器の一対を使用したもの、受光器だけを使用したものがあ る。

【０００３】 前者投光器と受光器を使用した光電スイッチは、投光器から投射された光が受 光器で受光されるか否かを検知することで、物体の有無などを検知する。後者受 光器だけを使用した光電スイッチは、物体からの光を受光することで、物体の有 無などを検知する。受光器だけの光電スイッチの検知対象の物体が、鉄鋼製造設 備の製造ラインを流れる赤熱した鋼材の場合、受光器は鋼材からの熱線（赤外光 ）を受光する。

【０００４】 上記光電スイッチの、例えば受光器だけを使用した光電スイッチの基本的従来 例を図４に示し、これを説明する。

【０００５】 図４の光電スイッチは、フォトトランジスタの受光素子（１）とレンズ（２） をハウジング（８）に収納した受光器（９）である。レンズ（２）は凸レンズで 、その焦点に受光素子（１）が配置される。レンズ（２）と受光素子（１）によ って決まり、レンズ（２）の前方に広がる検知エリアＥ3に、鋼材などの赤熱し た物体（７）が入ると、物体（７）からの光（熱線）がレンズ（２）に入射して 、この光を受光素子（１）が受光し、物体有無の検知信号を出力する。

【０００６】 ところで、この検知エリアＥ3（一定以上の光入力が得られる範囲）は図中点 線で示すように、物体（７）の温度によって変化する。

【０００７】 すなわち、赤熱した物体（７）の輻射エネルギーは、材料の絶対温度の４乗に 比例するため、検知エリアＥ3は、物体（７）の温度に応じて変化する。例えば 検知エリアＥ3は、４００℃の物体（７）が検知できる温度検知エリアＭ1、その 外に５００℃の物体（７）が検知できる温度検知エリアＭ2、さらにその外に６ ００℃の物体（７）が検知できる温度検知エリアＭ3などと変化する。

【０００８】 仮に、５００℃の物体（７）が図４の矢印方向から検知エリアＥ3に入り、６ ００℃の温度検知エリアＭ3に達しても、物体（７）は検知されない。この物体 （７）が更に前進して５００℃の温度検知エリアＭ2に達した時点で、物体（７ ）が図４のＰ点の定位置に有ることが検知される。このように物体（７）の温度 によって検出位置が変化し、検出精度が低下する。

【０００９】 また、検知エリアＥ3の実際的範囲である温度検知エリアＭ1、…は、レンズ（ ２）の球面収差や、内面反射の影響で、理論上のエリアより拡がる。そのため、 各エリアは、不明確に広がり、光電スイッチの精度はさらに低下する。

【００１０】 また、投光器と受光器を離隔させて対向配置した透過型光電スイッチにおいて も、投光器と受光器の指向角を小さくすることが、物体有無検知を正確に行う上 で望まれる。すなわち、例えば図示しないが、物体の通路の接近する２箇所に第 １、第２の透過型光電スイッチをその投受光路を平行にして配置した場合、第１ の透過型光電スイッチの投光器の指向角が大きいと、この投光器の光が直接に、 或いは、物体で反射した光が第２の透過型光電スイッチの受光器に入射して、第 ２の透過型光電スイッチが誤動作するといった相互干渉の問題が発生することが る。

【００１１】 かかる相互干渉の問題は、第１の透過型光電スイッチの投受光のタイミングと 、第２の透過型光電スイッチの投受光のタイミングを相違させて、一方の光電ス イッチの受光器が相手側の光電スイッチの投光器からの光で動作しないようにす る同期検波方式にて解決される。しかし、この同期検波方式の透過型光電スイッ チにおいては、物体有無検知に複雑な回路が必要であり、また、投光器と受光器 の間に同期信号を送るための配線が必要となるのなどの不具合がある。

【００１２】 以上のことから光電スイッチにおいては、その投光器と受光器の指向角を小さ く絞るための様々な工夫がなされている。例えば図４の光電スイッチにおいては 、図５および図６に代表されるような工夫がなされている。

【００１３】 図５の光電スイッチは、受光器（９）のレンズ（２）の前にスリット（１１） を形成している。スリット（１１）は、レンズ（２）の周辺部に入る光を遮光し て、実質上の指向角θ4を小さくしている。

【００１４】 図６の光電スイッチは、受光素子（１）の前にスリット（１２）を形成してい る。このスリット（１２）は、受光素子（１）の周辺に入射する光を遮光するこ とで、指向角θ5を小さくしている。

【００１５】

【考案が解決しようとする課題】

ところで、図４の光電スイッチの検知エリアＥ3はレンズ（２）の焦点距離ｆ と、受光素子（１）の受光面積ｓにより、ほぼ決定される。つまり、レンズ（２ ）から距離Ｌの場所での光の拡がりＤを求めると、

【００１６】 Ｄ＝ｓＬ／ｆ なる式が得られる。ただし、ｆ＜＜Ｄである。

【００１７】 図５の光電スイッチは、距離Ｌでの光の拡がりＤを単一のスリット（１１）で 小さくして、小さな指向角θ4の検知エリアＥ4を得ているが、スリット（１１） に入射する光の強度が大きい場合などにおいては、スリット（１１）による光の 絞りの効果が薄く、指向角θ4を実用的な範囲で小さくするには限界があった。

【００１８】 図６の光電スイッチは、スリット（１２）で受光素子（１）の受光面積ｓを小 さくすることにより、光の拡がりＤを小さくしている。この場合、図５の光電ス イッチよりも小さな指向角θ5の検知エリアＥ5を得ることに効果がある。しかし 、スリット（１２）で受光面積ｓを小さくした分、光量が減少して実質的な感度 が低下する問題があった。この感度低下は、受光素子（１）の特性バラツキによ り、計算値の数パーセントになることもある。

【００１９】 以上の問題は、受光器と一対で使用される投光器においても同様であり、投受 光器双方に尚更の改善が要望されている。

【００２０】 本考案は、上記要望に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、指向 性を効果的に絞った高正確度、高感度な光電スイッチを提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

本考案は、投光素子とその光が所定の指向角で透過するレンズを備えた投光器 、及び又は、受光素子とこの受光素子に所定の指向角で光を集光させるレンズを 備えた受光器の、前記レンズの前方近傍の光軸上に、レンズによる光の指向角を 絞り込む第１のスリットと第２のスリットを所定間隔をもって対向設置したこと により、上記目的を達成する。

【００２２】

【作用】

投光器、又は、受光器のレンズの前方の光軸上に対向配置された第１のスリッ トと第２のスリットの二重スリット構造は、スリットを通過する光の指向性を、 その光量を減じることなく有効に狭くする作用に優れ、この作用で投受光器の光 電スイッチや受光器だけの光電スイッチの物体検知エリアの指向角が一段と小さ くでき、高信頼度で高感度の光電スイッチが実現される。

【００２３】

【実施例】

図１乃至図３に示される一実施例について説明すると、同図の光電スイッチは 、物体（７）からの光を検知する受光器（３）で構成される。受光器（３）は、 ハウジング（４）にレンズ（２）、受光素子（１）を収納した構造で、レンズ（ ２）の前に第１のスリット（５）と第２のスリット（６）を所定の間隔で配置し たことを特徴とする。

【００２４】 第１のスリット（５）と第２のスリット（６）は、レンズ（２）の光軸と直交 方向に配置される。各スリット（５）（６）は、例えば図２に示されるように、 縦長の長穴で、互いにハウジング（４）に部分的に形成される。

【００２５】 受光器（３）の検知エリアＥ1の指向角θ1は、次のように一段と狭くなる。第 １のスリット（５）と第２のスリット（６）の間隔をａ、各スリット（５）（６ ）の開口面積をｂとして、第２のスリット（６）から距離Ｌの光の拡がりＤを求 めると、

【００２６】 Ｄ＝２ｂＬ／ａ なる式が得られる。ただし、ａ＜＜Ｌである。

【００２７】 上記式から、図１の光電スイッチの指向角θ1は、スリット間隔ａとスリット 開口面積ｂの選択で十分に小さくすることができる。

【００２８】 スリット開口面積ｂを小さくすると、その分、受光光量が減少して感度が悪く なると考えられるが、これは各スリット（５）（６）を縦の長穴にすれば、実質 上の光量を落とすことなくスリット横幅方向での指向性を狭くすることができる 。このような長穴スリット（５）（６）のサイズは、横が２ｍｍで縦が２０ｍｍ の細穴などが適当である。

【００２９】 図２に示すように、受光器（３）を各スリット（５）（６）が縦に長くなるよ うに配置して、スリット前方の検知エリアＥ1に物体（７）を横切らせるように する。図３に示すように、各スリット（５）（６）に入射する光の横方向の指向 角θ1を上記式で小さく設定し、縦方向の指向角θ2は物体（７）の縦サイズに応 じて任意に大きく設定する。このようにすると、縦方向の指向性により光量の低 下が無くなる。また、物体（７）は、スリット前方の横方向の狭い指向角θ1の 検知エリアＥ1に達した時点で検知される。

【００３０】 この場合、物体（７）の検知エリアＥ1の指向角θ1が十分小さく絞られている ので、物体（７）が検知エリアＥ1で検知される動作点Ｐの位置ずれ量が少なく なり、物体（７）は高い正確度で検知される。また、光量低下が無いので、物体 （７）は高い感度で検知される。

【００３１】 なお、上記実施例は、受光器だけの光電スイッチで説明したが、受光器と投光 器の一対を使用した光電スイッチにおいても同様なことが言える。この場合、図 示しないが、投光器と受光器の各レンズの前方に、上記要領で第１、第２のスリ ットを配置すればよい。

【００３２】

【考案の効果】

本考案によれば、投光器、又は、受光器のレンズの前方の光軸上に対向配置さ れた第１のスリットと第２のスリットは、投光器、又は、受光器の検知エリアの 指向性を、その光量を減じることなく有効に狭くして、光電スイッチの物体検知 の信頼度、感度を一段と向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案に係る光電スイッチの一実施例の概略を
示す平面図

【図２】図１光電スイッチの一部省略断面部分を含む斜
視図

【図３】図１光電スイッチの指向性を説明するための平
面図

【図４】一般的光電スイッチの概略を示す平面図

【図５】図４光電スイッチの指向性を狭く改良した従来
の光電スイッチの概略を示す平面図

【図６】図４光電スイッチの指向性を狭く改良した他の
従来の光電スイッチの概略を示す平面図

【符号の説明】

１ 受光素子 ２ レンズ ３ 受光器（光電スイッチ） ５ 第１のスリット ６ 第２のスリット

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 投光素子の光をレンズで集束して放射す
   る投光器と、投光器から放射された光をレンズで集光し
   て受光素子に入射する受光器を具備した光電スイッチに
   おいて、 前記投光器と受光器の双方又は一方に、レンズ前方近傍
   の光軸上で、レンズにによる光の指向角を絞り込む第１
   のスリットと第２のスリットを所定間隔をもって対向設
   置したことを特徴とする光電スイッチ。
2. 【請求項２】 物体からの光をレンズで集光して受光素
   子に入射する受光器を備えた光電スイッチにおいて、 前記レンズの前方近傍の光軸上に、レンズによる光の指
   向角を絞り込む第１のスリットと第２のスリットを所定
   間隔をもって対向設置したことを特徴とする光電スイッ
   チ。