JPH0831281A - 光電スイッチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用時に光軸調整が不要で、かつ狭い場所に
おいて物体の有無を容易に検出することができる限定反
射サイドビュー型の光電スイッチを提供することであ
る。 【構成】 保持部材２０に２つのプリズムレンズ１０
ａ，１０ｂを固定するための固定枠２１ａ，２２，２１
ｂが一体形成されている。固定枠２１ａ，２２，２１ｂ
には、各プリズムレンズ１０ａ，１０ｂの位置決め用凸
部１６が嵌合する凹部２３ａ，２４ａ，２４ｂ，２３ｂ
が形成されている。プリズムレンズ１０ａ，１０ｂは、
第２の入出射面に形成された第２の凸レンズ１５が斜め
前方を向く状態で保持部材２０に位置決めされている。
プリズムレンズ１０ａ，１０ｂの第１の入出射面に形成
された第１の凸レンズの下方にはそれぞれ光ファイバ４
０ａ，４０ｂが取り付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、限定反射型の光電スイ
ッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光の透過または反射を利用し
て物体の有無を検出する光電スイッチが用いられてい
る。特に、所定の距離だけ離れた位置における物体の有
無を検出する場合には、限定反射型の光電スイッチが用
いられる。この限定反射型の光電スイッチは、図６に示
すように所定の距離Ｌだけ離れた検出位置Ｂへ光を投光
し、その反射光を受光することにより物体１００の有無
を検出するものである。この限定反射型の光電スイッチ
では、投光側の光軸１０１と受光側の光軸１０２とが検
出位置Ｂで交差するように光軸調整を正確に行う必要が
ある。

【０００３】ところで、光電スイッチを検出箇所から離
れた場所に設置する場合には、通常、検出箇所から光電
スイッチまで光ファイバを用いて光を導いている。その
場合、検出箇所が狭い場所であると、光ファイバの先端
を折り曲げて使用することがある。しかし、光ファイバ
を小さい曲げ径で折り曲げると、光の伝達損失が生じる
ので、曲げ径をあまり小さくすることができない。

【０００４】そこで、実開昭６４−２６７０７号公報に
図７に示すような光ファイバの検出端構造が提案されて
いる。図７において、保持スリーブ６１内に光ファイバ
６２および反射体６３が挿入されている。反射体６３に
は、保持スリーブ６１の軸方向に対してほぼ４５°傾斜
した反射面６４が形成されている。また、保持スリーブ
６１の側面には窓孔６５が設けられている。

【０００５】光ファイバ６２の先端から出た光は反射体
６１の反射面６４でほぼ直角に曲げられ、窓孔６５から
保持スリーブ６１の外部に出射される。このようにし
て、光ファイバ６２から出た光の進行方向がほぼ９０°
屈曲される。

【０００６】しかし、光ファイバ６２から出た光は光軸
を中心として先に向かって広がる拡散光となる。そのた
め、光の一部が反射面６４で反射されず、あるいは反射
面６４で反射された光も拡散光となって出射される。そ
の結果、光の伝達損失が大きくなり、受光側で十分な光
量が得られない。

【０００７】一方、実公昭６２−３５２３７号公報には
図８に示すような光伝送装置が提案されている。図８に
おいて、プラスチック等の光導体を棒状に一体成形して
なる変換器７１の一端に、光ファイバ７２の先端が嵌合
する凹所７３が設けられ、この凹所７３に凸レンズ７４
が形成されている。また、変換器７１の他端には、傾斜
した反射面７６を有する凹所７５が設けられている。

【０００８】光ファイバ７２の先端から出た光は凸レン
ズ７４により集光され、反射面７６によりほぼ直角に曲
げられる。このようにして、光ファイバ７２の先端から
出た拡散光が収束光に修正される。

【０００９】また、特開平４−２２５３０６号公報には
図９に示すような光軸変換装置が提案されている。図９
において、円筒形のキャップ８１内にシリンダレンズ８
２が収納され、キャップ８１の一端部に光ファイバ８３
が嵌入されている。シリンダレンズ８２の上端は軸方向
に対して約４５°の傾斜でカットされ、反射面８４が形
成されている。また、シリンダレンズ８２の側部には凸
レンズ８５が形成されている。キャップ８１には、その
凸レンズ８５が嵌合する円穴が形成されている。また、
キャップ８１の上端部には蓋部材８６が嵌入されてい
る。

【００１０】光ファイバ８３の先端から出た光はシリン
ダレンズ８２の反射面８４でほぼ直角に曲げられ、凸レ
ンズ８５により集光されて外部に出射される。それによ
り、光ファイバ８３から出射された拡散光が凸レンズ８
５により収束光に修正される。

【００１１】なお、実開昭６２−１３１３３６号公報に
も、図９に示した光軸変換装置と同様の構造を有する光
電スイッチ用アタッチメントが開示されている。このよ
うな種々の光方向変換手段を用いて光電スイッチから離
れた場所において物体の有無を検出することができる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光電スイッチを用いて物体の有無を検出する場合におい
ては、検出箇所において正確に光軸調整を行う必要があ
る。特に、狭い検出箇所において上記の従来の光方向変
換手段を用いた場合には、光軸調整が非常に困難であ
る。そのため、上記従来の光方向変換手段を限定反射型
の光電スイッチに適用して狭い検出箇所において物体の
有無を検出することは実際上極めて困難であった。

【００１３】そこで、本発明の目的は、使用時に光軸調
整が不要でかつ狭い場所において物体の有無を容易に検
出することができる限定反射型の光電スイッチを提供す
ることである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

（１）第１の発明 第１の発明に係る光電スイッチは、光を投光しその反射
光を受光することにより所定の距離における検出位置の
物体の有無を検出する光電スイッチにおいて、投光用お
よび受光用の光ファイバと、光を入射する入射面、光を
出射する出射面および光を反射する反射面を有する光の
進行方向を略直角に変える投光用および受光用の光方向
変換手段と、投光用および受光用の光ファイバと投光用
および受光用の光方向変換手段とを保持する保持部材と
を備える。投光用の光方向変換手段の出射面側の光軸と
受光用の光方向変換手段の入射面側の光軸とは検出位置
で互いに交差する。

【００１５】（２）第２の発明 第２の発明に係る光電スイッチは、第１の発明に係る光
電スイッチの構成において、投光用および受光用の光方
向変換手段の各々が、底面部、上面部、前面部、両側面
部および後面部を有し、上面部に反射面が形成され、両
側面部の各々に凸部が設けられ、後面部から両側面部に
かけて面取りされており、保持部材に投光用および受光
用の光方向変換手段の凸部が嵌合する凹部が形成されて
いることを特徴とする。

【００１６】（３）第３の発明 第３の発明に係る光電スイッチは、第１の発明に係る光
電スイッチの構成において、投光用および受光用の光方
向変換手段の各々が、光を内部に導く入射面、光を外部
に出す出射面および光を反射する反射面を有するプリズ
ムと、プリズムの入射面側に設けられた第１の凸レンズ
と、プリズムの出射面側に設けられた第２の凸レンズと
を備えていることを特徴とする。

【００１７】

【作用】第１〜第３の発明に係る光電スイッチにおいて
は、投光用の光ファイバの先端から出射した光が投光用
の光方向変換手段によりほぼ直角に屈曲され、所定の距
離だけ離れた検出位置に出射される。検出位置に物体が
存在する場合には、その物体により光が反射され、その
反射光が受光用の光方向変換手段によりほぼ直角に屈曲
され、受光用の光ファイバの先端に導かれる。

【００１８】このように、第１〜第３の発明に係る光電
スイッチにおいては、投光用および受光用の光ファイバ
に垂直な方向に検出位置が設定されるので、狭い場所に
おける物体の有無を容易に検出することができる。ま
た、投光用および受光用の光方向変換手段ならびに投光
用および受光用の光ファイバが予め保持部材に位置決め
されて一体化されているので、使用時に光軸調整が不要
となる。

【００１９】特に、第２の発明に係る光電スイッチにお
いては、投光用および受光用の光方向変換手段の各側面
部に位置決め用の凸部が設けられ、かつ後面部から両側
面部にかけて面取りされているので、設計または試作段
階において、保持部材の厚さを薄く保ったまま投光用の
光方向変換手段の出射面の光軸の向きおよび受光用の光
方向変換手段の入射面の光軸の向きを微調整することが
できる。したがって、光電スイッチの小型化が可能とな
る。

【００２０】しかも、投光用の光方向変換手段と受光用
の光方向変換手段とが別体となっているので、投光用の
光ファイバから出た光が受光用の光ファイバに回り込む
ことがない。

【００２１】また、第３の発明に係る光電スイッチにお
いては、十分な光量を確保しつつ、出射光を所望の収束
光に絞ることができる。したがって、光電スイッチにお
ける特性の向上が図られる。

【００２２】

【実施例】図１は本発明の一実施例による限定反射サイ
ドビュー型の光電スイッチの投受光ヘッドの分解斜視図
である。サイドビュー型とは、光をほぼ直角に曲げて投
光および受光することにより狭い検出箇所における物体
の有無の検出を可能とするものである。また、図２は図
１の投受光ヘッドに用いられるプリズムレンズの構造を
示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、
（ｃ）は底面図である。このプリズムレンズが光方向変
換手段となる。

【００２３】図１の投受光ヘッドについて説明する前
に、まず図２のプリズムレンズについて説明する。図２
のプリズムレンズ１０は樹脂等の光導体からなり、底面
部に光を内部に入射しまたは外部に出射する第１の入出
射面１１を有し、前面部に光を外部に出射しまたは内部
に入射する第２の入出射面１２を有し、上面部に反射面
１３を有する。第１の入出射面１１と第２の入出射面１
２とは互いに９０°の角度をなし、反射面１３は第１の
入出射面１１および第２の入出射面１２に対して４５°
の角度をなしている。

【００２４】第１の入出射面１１には第１の凸レンズ１
４が一体形成され、第２の入出射面１２には第２の凸レ
ンズ１５が一体形成されている。また、プリズムレンズ
１０の両側面部にはそれぞれ位置決め用の凸部１６が一
体形成されている。プリズムレンズ１０の後面部１７は
横断面が円弧状になるように面取りされている。

【００２５】反射面１３および後面部１７には光の反射
率を上げるためにアルミニウム等からなる反射膜が蒸着
されている。また、プリズムレンズ１０の表面にはシリ
コンコーティングが施されている。

【００２６】図３は図２のプリズムレンズ１０の縦断面
図である。図３に示すように、光ファイバ４０の先端か
ら出た拡散光は、第１の凸レンズ１４を通して第１の入
出射面１１に入射する。それにより、拡散光が平行ある
いはそれに近い程度まで収束され、反射面１３によりほ
ぼ直角に屈曲される。その反射光は第２の入出射面１２
から第２の凸レンズ１５を通して出射される。それによ
り、出射光が第２の凸レンズ１５によりさらに収束され
る。

【００２７】このように、光ファイバ４０の先端から出
た拡散光がまず第１の凸レンズ１４によりある程度まで
絞られるので、入射光の全てあるいはほとんどを反射面
１３を経由して第２の凸レンズ１５に導くことができ
る。それにより、十分な光量を確保することができる。
この場合、第１の凸レンズ１４は、入射光の全てあるい
はほとんどが第２の凸レンズ１４まで導かれる程度まで
入射光を絞れば十分であるので、曲率半径をそれほど小
さくする必要がない。

【００２８】また、反射面１３により反射された光が第
２の凸レンズ１５によりさらに絞られるので、所望の結
像距離およびビームスポット径が得られる。この場合、
第２の凸レンズ１５に入射する光は第１の凸レンズ１４
によりある程度まで収束されているので、第２の凸レン
ズ１５の径を大きくする必要がなく、光ファイバ４０の
先端を第１の凸レンズ１４に密着させる必要もない。

【００２９】このようにして、所望の収束光を実現しか
つ十分な光量を確保しつつ光ファイバ１４から出射した
光の進行方向をほぼ直角に屈曲させることができる。こ
のプリズムレンズ１０においては、第１の凸レンズ１
４、第２の凸レンズ１５および凸部１６が一体形成され
ているので、部品点数が少なくなり、かつ表面での反射
による光の伝達損失が小さい。また、光軸調整は、プリ
ズムレンズ１０と光ファイバ４０との間のみで行えばよ
い。

【００３０】この実施例のプリズムレンズ１０によれ
ば、出射光のビームスポット径を一定の焦点位置におい
て絞ることができるので、特に限定反射サイドビュー型
の光電スイッチに適用した場合に鋭敏な特性を得ること
ができる。

【００３１】次に、図１の投受光ヘッドについて説明す
る。図１において、合成樹脂等からなる長方形の保持部
材２０に、２つのプリズムレンズ１０ａ，１０ｂを固定
するための固定枠２１ａ，２２，２１ｂが一体形成され
ている。固定枠２２を中心としてその両側に固定枠２１
ａ，２１ｂが所定間隔を隔てて配置されている。

【００３２】固定枠２１ａの内側にはプリズムレンズ１
０ａの一方の凸部１６（図２参照）が嵌合する凹部２３
ａが形成され、固定枠２２の一方の側部にはプリズムレ
ンズ１０ａの他方の凸部１６が嵌合する凹部２４ａが形
成されている。同様に、固定枠２１ｂの内側にはプリズ
ムレンズ１０ｂの一方の凸部１６が嵌合する凹部２３ｂ
が形成され、固定枠２２の他方の側部にはプリズムレン
ズ１０ｂの他方の凸部１６が嵌合する凹部２４ｂが形成
されている。

【００３３】プリズムレンズ１０ａは、両方の凸部１６
（図２参照）を固定枠２１ａ，２２の凹部２３ａ，２４
ａにそれぞれ嵌合させることにより、第２の凸レンズ１
５が斜め前方を向く状態で保持部材２０に位置決めされ
ている。同様に、プリズムレンズ１０ｂは、両方の凸部
１６（図２参照）を固定部材２１ｂ，２２の凹部２３
ｂ，２４ｂにそれぞれ嵌合させることにより、第２の凸
レンズ１５が斜め前方を向く状態で保持部材２０に位置
決めされている。

【００３４】プリズムレンズ１０ａ，１０ｂの下方にお
ける保持部材２０の表面にそれぞれ凹所２５ａ，２５ｂ
が形成され、凹所２５ａ，２５ｂの下方にそれぞれ円筒
形の光ファイバ保持部２６ａ，２６ｂが取り付けられて
いる。光ファイバ保持部２６ａ，２６ｂにはそれぞれ光
ファイバ４０ａ，４０ｂの先端が挿入されている。それ
により、光ファイバ４０ａ，４０ｂの先端がそれぞれプ
リズムレンズ１０ａ，１０ｂの第１の凸レンズ１４（図
２参照）の下方に位置決めされている。また、保持部材
２０にはねじ挿入用の穴２７，２８が形成されている。

【００３５】この保持部材２０には、蓋部材３０が超音
波溶着等で接着され組立てられる。蓋部材３０も、保持
部材２０と同様に、合成樹脂等により形成される。蓋部
材３０には、保持部材２０に保持されたプリズムレンズ
１０ａ，１０ｂの第２の凸レンズ１５に相当する位置に
それぞれ窓孔３１ａ，３１ｂが形成されている。

【００３６】また、蓋部材３０には、保持部材２０のね
じ挿入用の穴２７，２８に相当する位置にねじ挿入用の
穴３２，３３が形成されている。蓋部材３０を保持部材
２０に取り付けると、窓孔３１ａ，３１ｂにそれぞれプ
リズムレンズ１０ａ，１０ｂの凸レンズ１５が嵌合す
る。

【００３７】図４は図１の投受光ヘッドの横断面図であ
る。図４に示すように、プリズムレンズ１０ａ，１０ｂ
は、第２の凸レンズ１５の光軸が投受光ヘッドの前面か
ら距離Ｌだけ離れた検出位置Ａで互いに交差するよう
に、投受光ヘッドの前面に垂直な方向に対して第１の凸
レンズ１４の光軸を中心として角度θだけ内側に傾けら
れている。それにより、この投受光ヘッドを用いると、
距離Ｌだけ離れた検出位置Ａに検出対象物５０が存在す
るかどうかを検出することができる。

【００３８】プリズムレンズ１０ａ，１０ｂが別体とな
っているので、光ファイバ４０ａ，４０ｂ間で光の回り
込みがない。各プリズムレンズ１０ａ，１０ｂの両側面
部に凸部１６が形成され、かつ後面部１７が円弧状に面
取りされているので、設計または試作段階において、投
受光ヘッドの厚さＤを薄く保ったまま第２の凸レンズ１
５の光軸の向きを微調整することができる。すなわち、
第２の凸レンズ１５の光軸の角度θを変えても、投受光
ヘッドの厚さＤを変えなくてよい。また、投受光ヘッド
の厚さＤが同じ場合でも、第１および第２の凸レンズ１
４，１５の大きさを大きくすることができる。したがっ
て、投受光ヘッドの小型化が可能となる。

【００３９】図５は保持部材２０にプリズムレンズ１０
ａ，１０ｂが取り付けられた状態を示す正面図である。
図５において、保持部材２０については外形線のみが描
かれている。

【００４０】光ファイバ４０ａの先端から出射した光
は、プリズムレンズ１０ａの第１の凸レンズ１４に入射
し、反射面１３により反射される。その反射光は、図４
に示すように、プリズムレンズ１０ａの第２の凸レンズ
１５および窓孔３１ａを通って出射される。投受光ヘッ
ドから所定の距離Ｌだけ離れた検出位置Ａに検出対象物
５０が存在する場合には、出射光がその検出対象物５０
の表面で反射され、反射光が窓孔３１ｂを通ってプリズ
ムレンズ１０ｂの第２の凸レンズ１５に入射する。その
入射光は反射面１３により反射され、図５に示すよう
に、プリズムレンズ１０ｂの第１の凸レンズ１４から出
射され、光ファイバ４０ｂの先端に導かれる。

【００４１】光ファイバ４０ｂの先端から光が出射した
場合には、上記と逆の経路をたどって、検出位置Ａから
の反射光が光ファイバ４０ａの先端に導かれる。このよ
うにして、所定の検出位置Ａに検出対象物５０が存在す
るかどうかが検出される。

【００４２】なお、上記実施例では、プリズムレンズ１
０，１０ａ，１０ｂの両側面部に断面矩形の凸部１６が
形成されているが、凸部１６の形状はそれに限定され
ず、断面半円形あるいはその他の形状の凸部１６を形成
してもよい。また、プリズムレンズ１０，１０ａ，１０
ｂの各側面部に２以上の凸部１６を形成してもよい。さ
らに、上記実施例では、プリズムレンズ１０，１０ａ，
１０ｂの後面部１７を円弧状になるように面取りしてい
るが、プリズムレンズ１０，１０ａ，１０ｂの後面部を
多角形に面取りしてもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、第１〜第３の発明によれ
ば投光用および受光用の光ファイバおよび投光用および
受光用の光方向変換手段が保持部材に予め位置決めされ
て一体化されているので、使用時に光軸調整が不要とな
り、かつサイドビュー型であるので狭い場所において物
体の有無を容易に検出することが可能となる。また、投
光用の光方向変換手段と受光用の光方向変換手段とが別
体となっているので、投光用の光ファイバから出た光が
受光用の光ファイバに回り込むことがない。

【００４４】特に、第２の発明によれば、光電スイッチ
の小型化が可能となる。また、第３の発明によれば、限
定反射サイドビュー型の光電スイッチの特性の向上が図
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による限定反射サイドビュー
型の光電スイッチの投受光ヘッドの分解斜視図である。

【図２】図１の投受光ヘッドに用いられるプリズムレン
ズの正面図、側面図および底面図である。

【図３】図２のプリズムレンズの縦断面図である。

【図４】図１の投受光ヘッドの横断面図である。

【図５】図１の投受光ヘッドの保持部材にプリズムレン
ズを取り付けた状態を示す正面図である。

【図６】限定反射型の光電スイッチの原理を示す図であ
る。

【図７】従来の光ファイバの検出端構造を示す図であ
る。

【図８】従来の光伝送装置を示す図である。

【図９】従来の光軸変換装置を示す図である。

【符号の説明】

１０ａ，１０ｂ プリズムレンズ １１ 第１の入出射面 １２ 第３の入出射面 １３ 反射面 １４ 第１の凸レンズ １５ 第３の凸レンズ １６ 凸部 １７ 後面部 ２０ 保持部材 ２１ａ，２１ｂ，２２ 固定枠 ２３ａ，２３ｂ，２４ａ，２４ｂ 凹部 ２６ａ，２６ｂ 光ファイバ保持部 ３０ 蓋部材 ３１ａ，３１ｂ 窓孔 ４０ａ，４０ｂ 光ファイバ なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｂ 6/32 6/34

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光を投光しその反射光を受光することに
   より所定の距離における検出位置の物体の有無を検出す
   る光電スイッチにおいて、 投光用および受光用の光ファイバと、 光を入射する入射面、光を出射する出射面および光を反
   射する反射面を有する光の進行方向を略直角に変える投
   光用および受光用の光方向変換手段と、 前記投光用および受光用の光ファイバと前記投光用およ
   び受光用の光方向変換手段とを保持する保持部材とを備
   え、 前記投光用の光方向変換手段の出射面側の光軸と前記受
   光用の光方向変換手段の入射面側の光軸とが前記検出位
   置で互いに交差することを特徴とする光電スイッチ。
2. 【請求項２】 前記投光用および受光用の光方向変換手
   段の各々は、底面部、上面部、前面部、両側面部および
   後面部を有し、 前記上面部に反射面が形成され、 前記両側面部の各々に凸部が設けられ、 前記後面部から前記両側面部にかけて面取りされてお
   り、 前記保持部材に前記投光用および受光用の光方向変換手
   段の前記凸部が嵌合する凹部が形成されていることを特
   徴とする請求項１記載の光電スイッチ。
3. 【請求項３】 前記投光用および受光用の光方向変換手
   段の各々は、 光を内部に導く入射面、光を外部に出す出射面および光
   を反射する反射面を有するプリズムと、 前記プリズムの前記入射面側に設けられた第１の凸レン
   ズと、 前記プリズムの前記出射面側に設けられた第２の凸レン
   ズとを備えていることを特徴とする請求項１記載の光電
   スイッチ。