JPH0726842B2

JPH0726842B2 - 光センサ

Info

Publication number: JPH0726842B2
Application number: JP31669087A
Authority: JP
Inventors: 祥明神戸; 善彦奥田; 淳之広野
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-02-06
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1995-03-29
Anticipated expiration: 2010-03-29
Also published as: JPH01124788A

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、検知エリア内の物体を検出する光センサに関
するものである。

［背景技術］一般に、この種の光センサのうち反射型のセンサは、第
17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
構成されており、従来、この種の光センサは、第18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を収納するダイキャストケース７に
設けられる動作表示部８およびセンサ機能設定部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および受光レンズ14
と、Ｏリング15a,15bと、光学筒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、この調整組み立て時において、両レ
ンズ13,14の光軸や、両レンズ13および14と発光素子10
および受光素子11との距離も調整固定される。

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、出力回路などを構成する
部品（IC、トランジスタ、抵抗、コンデンサ、感度調整
ボリュームVRなど）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て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部９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
対応してダ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
度設定つまみ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
業が、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。

［発明の問題］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、部品点数を少なくするとともに組み
立て作業を簡略化することができ、小型化および低価格
化が容易にできる光センサを提供することにある。

［発明の開示］（構成）本発明は、検知エリアに光を投光する投光手段と、投光
手段からの直接光あるいは検知エリア内の物体からの反
射光を受光する受光手段と、受光手段出力に基いて物体
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
手段を具備して成る光センサにおいて、各手段の電子回
路部からの光を変調することによって各種の設定を行う
動作表示部、出力モード切換部あるいは感度設定部など
のセンサ機能設定部と、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にて光接続
することにより、部品点数を少なくするとともに組み立
て作業を簡略化して小型化および低価格化が容易にでき
るようにしたものである。

（実施例１）第１図乃至第９図は反射型の本発明一実施例を示すもの
で、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を具備して成る従来
例と同様の光センサにおいて、各手段の電子回路部から
の光を変調することによって各種の設定を行う動作表示
部８、出力モード設定部9aあるいは感度設定部9b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、実施例にあっては、電子回路部の部品が表面側
に実装されるプリント基板31の裏面側に光配線板30を配
設し、プリント基板31の表面側に実装された投受光素子
（発光素子10,32、受光素子11,33a〜33c）に対応して光
配線板30に入出力用ミラーM₁〜M₆を設けることにより、
プリント基板31の表裏に実装された光配線板30と電子回
路部とを光学的に接続している。また、プリント基板31
は、セラミック板やガラス板のような絶縁基板の表面に
導電パターンが形成されたものであり、このプリント基
板31の表面側に電子回路部の部品（例えば、トランジス
タ、コンデンサ、抵抗などのチップ部品）35が実装され
ている。また、発光ダイオードよりなる投光用の発光素
子10および基準光発生を兼ねる動作表示用発光素子32
は、補助プリント基板31aに装着されてプリント基板31
に実装されるようになっており、一方、物体Ｘからの反
射光を受光する受光素子11およびミラーM₁〜M₃を介して
光を受光する受光素子33a〜33cは１チップ化された集積
回路31bとしてプリント基板31に実装されている。この
プリント基板31には、これらの発光素子10,32および受
光素子11,33a〜33cに対応してそれぞれ透孔34a〜34fが
穿設されており、この透孔34a〜34fを介して電子回路部
（発光素子10,32、受光素子11,33a〜33c）と光配線板30
とが光接続されるようになっている。なお、実施例では
光結合を確実に行うとともに、組み立て時の位置決めを
容易にするために透孔34a〜34fを設けているが、プリン
ト基板31の絶縁基板として光減衰の少ない透明材料（透
明セラミック、透明ガラスなど）を用いれば透孔34a〜3
4fを設ける必要がないことは言うまでもない。

また、光配線板30は、光学的設定手段にて形成されたセ
ンサ機能設定部９と各手段の電子回路部とを接続する光
導波路OG₁〜OG₆、入出力用ミラーM₁〜M₆および投光、受
光用のレンズL₁,L₂にて構成されており、実施例では、
合成樹脂（高分子材料）の成形、光硬化性樹脂を用いた
フォトマスク露光によるパターニングによって光導波路
OG₁〜OG₆が形成されるようになっている。この場合、光
配線板30は、精密樹脂成形技術や、フォトマスク操作を
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。なお、光配線板30の基板としてガラス基板を用い、
このガラス基板の要所に高屈折率材を拡散させることに
よって光導波路OG₁〜OG₆を形成しても良く、また、上記
以外の他の方法で光導波路OG₁〜OG₆を形成しても良いこ
とは言うまでもない。

ここに、光配線板30の光導波路OG₁〜OG₄の束ねられた一
端部には、第４図に示すように、ミラーM₁を介して発光
素子32から発せられる光P₀が入力されており、この光P₀
は各光導波路OG₁〜OG₄に所定割合で分岐されて伝播す
る。まず、光導波路OG₁の他端は動作表示部の光拡散ブ
ロックの光入力面に対向しており、光導波路OG₁を通し
て伝播される分岐光P₁はこの光拡散ブロック22にて各方
向に散乱放射されることにより、光電スイッチが動作状
態に設定されたことの表示が行なわれる。

また、光導波路OG₂の他端は出力モード設定部9aの光入
力部に対向しており、光導波路OG₂を介して伝播される
分岐光P₂は出力モード設定部9aによって変調され、変調
光P₂′は出力モード設定部9aの光出力部に一端が対向し
た光導波路OG₅を通して伝播し、第６図に示すように、
他端に形成されたミラーM₂にて反射され、受光素子33a
にて受光されるようになっている。ここに、出力モード
設定部9aは、第９図に示すように、操作部45および平板
部46よりなるモード設定つまみ44の平板部46の裏面に反
射面46aと無反射面（斜線を付した部分）46bを形成し、
平板部46の裏面に光導波路OG₂，OG₅の端面を対向させた
ものであり、モード設定つまみ44をスライドさせること
により平板部46の裏面の反射率の変化にて分岐光P₂を変
調してモード設定用の変調光P₂を得るようになってい
る。このモード設定用の変調光P₂′は、光導波路OG₅を
介して伝播されてミラーM₂により反射され、受光素子33
bにて受光される。この変調光P₂′を光導波路OG₅を介し
て受光する受光素子33b出力は、後述する基準光に基い
た基準電圧と比較され、モード設定電圧（デジタル信
号）を発生させることができ、光センサの出力モードの
切換えを光学的に行うことができるようになっている。

なお、第10図は、モード設定つまみ44の他の例を示すも
ので、モード設定つまみ44の平板部46′の裏面に段差を
有する反射面46a′,46b′を形成したものであり、モー
ド設定つまみ44をスライドさせることによって、この反
射面46a′,46b′と光導波路OG₂，OG₅の端面との間隔がd
₁,d₂となるように変化させて変調光P₂′を得るようにし
たものである。この場合、間隔が小さい場合のほうが変
調光レベルが高くなる。

また、光導波路OG₃の他端は、感度設定部9bの光入力部
に対向しており、光導波路OG₃を介して伝播される分岐
光P₃は感度設定部9bによって変調され、変調光P₃′は感
度設定部9bの光出力部に一端が対向した光導波路OG₆を
通して伝播し、第５図に示すように、他端に形成された
ミラーM₃を介して受光素子33aにて受光されるようにな
っている。一方、感度設定部9bは、回動操作部41aおよ
び多数の細孔42が所定の密度分布で穿設された円盤部41
bよりなる感度設定つまみ41と、光導波路OG₃，OG₆の端
面に円盤部41bを挟んで対向する反射板43とで形成され
ており、光導波路OG₃の端面から放射された光は円盤部4
1bの細孔42を介して反射板43で反射され光導波路OG₆の
端面に入射するようになっている。この場合、光導波路
OG₆に入射する光量は、両光導波路OG₃，OG₆の端面に対
応した円盤部41bの細孔密度に比例した変調光P₃′とな
り、細孔密度を第８図に示すように、円盤部41bの周方
向に徐々に変化させれば変調光P₃′のレベルを感度設定
つまみ41の回転角度に応じて変化させることができる。
したがって、変調光P₃′を光導波路OG₆およびミラーM₄
を介して受光する受光素子33a出力を、後述する基準光
に基いた基準電圧と比較することにより感度設定電圧
（従来例の感度調整ボリュームVRにて発生される電圧）
を発生させることができ、光センサの感度設定を光学的
に行うことができるようになっている。なお、実施例で
は、細孔42を有する円盤部41bによって光変調を行って
いるが、感度設定つまみ41の円盤部に細孔を設けずにそ
の外周を非円形にして円盤部全体を遮光部とし、光導波
路OG₃，OG₆と反射板43との対向面積を感度調整つまみ41
の回動角に応じて変化させることにより変調光を得るよ
うにしても良い。

また、光導波路OG₄を介して伝播される分岐光P₄は、他
端に形成されたミラーM₄にて反射されて受光素子33cに
て基準光として受光され、電子回路部では、この受光素
子33c出力に基いて出力モードおよび感度の設定値判定
用の基準電圧を発生するようになっている。

また、発光素子10から発せられた光は、ミラーM₅にて屈
曲されるとともに、投光用のレンズL₁にて光ビームが形
成されて検知エリアに投光される。一方、検知エリア内
の物体Ｘからの反射光は、第７図に示すように、受光用
のレンズL₂にて集光されるとともに、ミラーM₆によって
反射されて受光素子11に入射するようになっている。

以下、実施例の組み立て手順について説明する。いま、
プリント基板31の導電パターンが形成されている表面側
に、各手段の電子回路部を形成するトランジスタ、コン
デンサ、抵抗などの部品35と、発光素子10,32が取着さ
れた補助プリント基板31aと、受光素子11,33a〜33cを１
チップ化した集積回路31bとが実装される。次に、この
プリント基板31の裏面側に、所定の光導波路OG₁〜OG₆、
ミラーM₁〜M₆およびレンズL₁,L₂が形成された光配線板3
0が所定位置に取着されて本体ブロックが形成される。
このようにして形成された本体ブロックを、動作表示部
８、出力モード設定部9a、感度設定部9bなどのセンサ機
能設定部９が所定位置に設けられたケース７に、位置合
わせして収納固定することによって、簡単な位置合わせ
をするだけで組み立てが完了する。したがって、従来例
のように、電気的、機械的、光学的に接続作業を行うこ
となく、光配線板30による光結合の位置合わせを行うだ
けで容易に組み立てが行なわれ、光配線板30を用いるこ
とによる部品点数の削減、組み立て作業の簡略化が実現
でき、しかも小型化および低価格化も容易に行なえるこ
とになる。また、光配線板30を用いることによって電子
回路部のノイズを拾い易い電気端子を内方に位置させる
ことも可能であり、耐ノイズ性能を向上させることがで
きるとともに、外来ノイズからのシールドも容易に行え
ることになる。また、光配線板30は、精密樹脂成形技術
あるいは集積回路技術を用いて形成できるので、光導波
路OG₁〜OG₆およびミラーM₁〜M₆の相対位置を常に一定に
することができ、位置合わせを簡略化できるとともに接
続ロスの発生を少なくすることができる。

なお、実施例では、三角測量方式によって物体Ｘまでの
距離を検出して検知エリア内の物体の有無を判定してい
るので、受光素子11として位置検出素子（所謂PSD）を
用いているが、検知方式に応じた光電変換素子を受光素
子11として用いれば良く、一般的な反射光レベル検知方
式の場合にはフォトトランジスタあるいはフォトダイオ
ードが用いられる。また、受光素子11出力に基いて物体
Ｘまでの距離を判定する信号処理手段３での演算処理
は、通常の演算処理であるので説明を省略する。さらに
また、実施例では投光、受光用のレンズL₁,L₂を、光導
波路OG₁〜OG₆およびミラーM₁〜M₆と一体形成している
が、両レンズL₁,L₂を別体にしても良いことは言うまで
もない。

（実施例２）第11図乃至第13図は、投光手段１′および受光手段２′
を第11図に示すように対向して配置し、投光手段１′か
ら投光される光を受光手段２′にて直接受光し、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′を具備した対向型光
センサの実施例を示すもので、信号処理手段３′では、
投光手段１′からの光が物体Ｘにて遮られて受光手段
２′にて受光されなかったとき、投光手段１′と受光手
段２′との間の検知エリアに物体Ｘが存在するものとし
て物体検知信号を出力するようになっている。第12図
（ａ）（ｂ）（ｃ）は受光手段２′の構成を示すもの
で、前記実施例１において、投光手段１を取り除いたも
のであり、実施例１と同様に、光配線板30′にて、動作
表示部８と、出力モード設定部9aあるいは感度設定部9b
などのセンサ機能設定部と、各手段の電子回路部との光
接続が行なわれている。なお、構成および動作は実施例
１と同様であるので説明を省略する。

一方、第13図は投光手段１′の構成を示すものであり、
可視光を発する動作表示用発光素子32′からの光を動作
表示部８′に導く光導波路OG₈を具備した光配線板30″
を設けることにより、電源が供給されていることを示す
動作表示が行なわれるようになっている。

第14図および第15図は、投光手段１′のさらに他の実施
例を示すもので、投光手段１′から投光される光を可視
光とした場合において、投光用発光素子10′から発する
光の一部を動作表示用に流用するための屈曲した導光路
OG₈′を具備した光配線板30を設けたものであり、第1
3図実施例の動作表示用発光素子32′を省略でき、構成
が簡単でコストを安くすることができるようにしてい
る。

（実施例３）第16図は他の実施例を示すもので、電子回路部の部品50
をプリント基板31の表面側に実装するとともに、該表面
側に電子回路部の投受光素子（例えば、発光素子32,受
光素子11）に光結合する入出力用ミラーMa,Mbを具備し
た光配線板30を配設したものである。ここに、実施例で
は、電子回路部の投受光素子（発光素子32、受光素子11
…）を除く部品は、光配線板30とプリント基板31との間
に介装されるスペーサ51に設けられた凹部52内に収納さ
れるようになっている。また、発光素子32から発せられ
た光は、入力ミラーMaにて反射されて光導波路OGの一端
に入射し、一方、光導波路OGを伝播して他端から出力さ
れる光は、出力ミラーMbおよび絞り孔53を介して受光素
子33に入射するようになっている。また、ミラーMa,Mb
および光配線板30は、光配線板30とケース（図示せず）
との間に介装される固定スペーサ54によって所定位置に
保持されている。

いま、本実施例にあっては、電子部品および光学部品が
プリント基板31の片面に実装されることになるので、組
み立てが簡単になってコストを低減できるという効果が
あり、さらに、フリップチップ実装をしなくても良く、
一般的なダイボンデイングによって部品を簡単に実装で
きるので、コストをより一層低減できることになる。

［発明の効果］本発明は上述のように、検知エリアに光を投光する投光
手段と、投光手段からの直接光あるいは検知エリア内の
物体からの反射光を受光する受光手段と、受光手段出力
に基いて物体の有無を演算判定して物体検知信号を出力
する信号処理手段を具備して成る光センサにおいて、各
手段の電子回路部からの光を変調することによって各種
の設定を行う動作表示部と、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
線板にて光接続するようにしたものであり、従来例のよ
うに、組み立て時において電気的、機械的、光学的な接
続作業が不要となり、光配線板を光学的に位置決めする
だけで組み立てが完了するので、部品点数を少なくする
ことができるとともに、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も容易にできるという効
果がある。

また、各手段の電子回路部とセンサ機能設定部とが光配
線板によって光接続してあるから、電気的に接続してい
る場合よりも外来ノイズに対する耐ノイズ性を向上させ
ることができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の斜視図、第２図は同上の分解
斜視図、第３図は同上の上面図、第４図乃至第７図は同
上の要部断面図、第８図は同上の要部正面図、第９図
（ａ）は同上の要部斜視図、第９図（ｂ）は同上の要部
下面図、第10図（ａ）（ｂ）は他の実施例の要部側面
図、第11図はさらに他の実施例の概略構成図、第12図
（ａ）は同上の要部斜視図、第12図（ｂ）は同上の要部
分解斜視図、第12図（ｃ）は同上の要部上面図、第13図
（ａ）は同上の要部分解斜視図、第13図（ｂ）は同上の
要部分解斜視図、第13図（ｃ）は同上の要部上面図、第
14図はさらに他の実施例の要部斜視図、第15図は同上の
要部上面図、第16図はさらに他の実施例の概略構成を示
す側面図、第17図は従来例の概略構成を示す図、第18図
は同上の分解斜視図である。 1,1′は投光手段、2,2′は受光手段、3,3′は信号処理
手段、8,8′は動作表示部、９はセンサ機能設定部、9a
は出力モード設定部、9bは感度設定部、10、10′は投光
用発光素子、11は受光素子、30,30′,30″,30は光配
線板、31はプリント基板、32,32′は発光素子、33a〜33
cは受光素子、OG₁〜OG₆，OG₈は光導波路、M₁〜M₆はミラ
ー、Ｘは物体である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検知エリアに光を投光する投光手段と、投
光手段からの直接光あるいは検知エリア内の物体からの
反射光を受光する受光手段と、受光手段出力に基づいて
物体の有無を演算判定して物体検知信号を出力する信号
処理手段を具備して成る光センサにおいて、各手段の電
子回路部からの光を変調することによって各種の設定を
行う動作表示部、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にて光
接続したことを特徴とする光センサ。
【請求項２】電子回路部の部品が表面側に実装されるプ
リント基板の裏面側に光配線板を配設し、プリント基板
の表面側に実装された投受光素子に対応して光配線板内
に入出力用ミラーを設けることにより光配線板と電子回
路部とを光学的に接続したことを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の光センサ。
【請求項３】電子回路部の部品をプリント基板の表面側
に実装するとともに、該表面側に電子回路部の投受光素
子に光結合する入出力用ミラーを具備した光配線板を配
設したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
センサ。
【請求項４】センサ機能設定部を光学式設定手段にて形
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
センサ。