JPH11258044A - 光センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発光素子に対する受光素子の指向性を鋭くす
ると共に、所望の検出距離を保つことができる光センサ
を提供する。 【解決手段】 発光素子１１〜１４からの光ビームＢ１
〜Ｂ４の光軸Ｂ１０〜Ｂ４０方向に厚みを有する光量制
限部材３Ａが、受光素子２１〜２４に近接させて、受光
素子２１〜２４と発光素子１１〜１４との間に設けられ
る。この光量制限部材３Ａには、光ビームＢ１〜Ｂ４を
通過させる通過部３１〜３４が、発光素子１１〜１４か
ら受光素子２１〜２４方向に連通させるようにして配設
される。そのうち１つの通過部３１は、各別に形成され
た複数の小孔３１Ａ，３１Ｂからなって、これらの小孔
３１Ａ，３１Ｂが、受光素子２１から発光素子１１に対
して鋭い指向性を有すると共に所定の光量を確保し得
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発光素子と、この
発光素子に対向する受光素子とからなり、これらの発光
素子と受光素子との間の遮光物を検出する光センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、光センサは、遮光物を高精度で
検出するために用いられている。例えば工作機械などの
進入禁止区域の境界に設置され、その光バリアセンサに
用いられる光センサがあり、この進入禁止区域内に人体
の一部が進入すると、安全のため工作機械を停止させた
り、警報を発したりしている。

【０００３】このような光センサとしては、レーザ等の
かなり指向性の高い発光素子を用いるか、または、発光
素子と受光素子とを正しく対向させて配置し、発光素子
からの光ビームを無駄なく受光素子に到達させる必要が
ある。

【０００４】図７は、本発明者によって開発された従来
例の光センサの説明図である。図７に示す光センサ１０
０は、１つの発光素子と１つの受光素子１１と２１，１
２と２２，１３と２３，１４と２４とを対向させて全体
で４組の光センサが構成されており、各発光素子１１〜
１４と各受光素子２１〜２４との間には、該受光素子２
１〜２４に対する光量制限部材３が備えられている。

【０００５】この光量制限部材３には、各発光素子１１
〜１４に対応する通過部３１〜３４が設けられているた
め、各発光素子１１〜１４から発せられる光ビームＢ１
〜Ｂ４の光軸Ｂ１０〜Ｂ４０が互いに平行をなすと共
に、光量制限部材３の各通過部３１〜３４によって各光
ビームＢ１〜Ｂ４の通過光量が制限され、光センサ１０
０の各受光素子２１〜２４に指向性を与えることができ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例の光センサによれば、各受光素子が、光量制限部材
３を設けない場合に比べては指向性を有するものの、遮
光物以外の異物による反射光等によって、その遮光部が
検出できないような誤検出を防止するために、この受光
素子の指向性を鋭くすることが望まれる。

【０００７】また、一般に、受光素子によって得られる
発光素子からの光量は、両素子間の距離の２乗に反比例
するので、この光量を所定値以上に保つためには、前記
距離を一定値以下に短くしなければならないが、広い範
囲にわたって能率的に遮光物を検出したい場合が多く、
このような場合には、両素子間の距離を充分に長く採る
必要がある。

【０００８】したがって、本発明の目的は、発光素子に
対して鋭い指向性を有すると共に、発光素子と受光素子
との間の検出距離を所望の長さに保つことのできる光セ
ンサを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の請求項１に係る光センサは、前記光ビーム
の光軸方向に厚みを有する光量制限部材が、前記受光素
子に近接させて、前記受光素子と前記発光素子との間に
設けられ、前記光量制限部材には、前記光ビームを通過
させる通過部が、前記発光素子から前記受光素子方向に
連通させるようにして配設され、前記通過部は、各別に
形成された複数の小孔からなって、これらの小孔が、前
記受光素子から前記発光素子に対して鋭い指向性を有す
ると共に所定の光量を確保し得るものであることを特徴
とする。

【００１０】この光センサによれば、前記通過部におけ
る前記各小孔が、前記光軸方向に所定の長さを有する貫
通孔をなすため、この貫通孔で前記光ビームが絞り込ま
れて受光素子に達し、発光素子に対する受光素子の指向
性を鋭くすることができる。このとき、これらの小孔が
複数個からなるため、一の小孔により光ビームが絞り込
まれて光量が減少しても、この減少分を他の小孔によっ
て補うことができる。したがって、全小孔による通過部
全体の合計光量を所望の値に設定できるので、発光素子
と受光素子との検出距離を一定値に保つことができる。

【００１１】本発明の請求項２に係る光センサは、前記
光量制限部材の複数の前記小孔は、その一の方向の開口
幅が、所定値以下に狭められ、かつ、この開口幅が、光
量制限部材の発光素子側の端部から受光素子側の端部ま
で一定に形成されたものであることを特徴とする。

【００１２】この光センサによれば、光量制限部材の前
記各小孔が、発光素子からの光ビームを、前記一の方向
に限定して前記開口幅に絞り込むため、この一の方向の
みについて、発光素子に対する受光素子の指向性を鋭く
することができる。

【００１３】本発明の請求項３に係る光センサは、発光
素子と、この発光素子に対向させて複数個が併設された
受光素子とからなる組合せを少なくとも１組備え、前記
発光素子から光ビームが照射され、この光ビームを遮る
遮光物が前記発光素子と複数の前記受光素子との間に介
在するときに、この遮光物の存在を検出する光センサで
あって、前記光ビームの光軸方向に所定の厚みを有する
光量制限部材が、複数の前記受光素子に近接させて、こ
れらの受光素子と前記発光素子との間に設けられ、前記
光量制限部材には、前記光ビームを通過させる長孔が、
前記発光素子から複数の前記受光素子に向けて連通さ
れ、かつ、その開口の長手方向を複数の前記受光素子の
配列方向に合せるようにして配設されており、前記各受
光素子から前記発光素子に対して鋭い指向性を有すると
共に所定の光量を確保し得るものであることを特徴とす
る。

【００１４】この光センサによれば、前記通過部におけ
る前記長孔が、前記光軸方向に所定の長さを有する貫通
孔をなすため、この貫通孔で前記光ビームが絞り込まれ
て受光素子に達し、発光素子に対する受光素子の指向性
を鋭くすることができる。

【００１５】このとき、この長孔が、その長手方向を複
数の受光素子の配列方向に合せてあるため、一の受光素
子に達する光ビームが絞り込まれて光量が減少しても、
この減少分を他の受光素子によって補うことができる。
したがって、全受光素子による長孔全体の光量を所望の
値に設定できるので、やはり、発光素子と受光素子との
検出距離を一定値に保つことができる。

【００１６】本発明の請求項４に係る光センサは、前記
光センサが、前記発光素子と、１個または複数個の前記
受光素子からなる組合せを複数組備え、各発光素子から
の光ビームの光軸が互いに平行をなす光バリアセンサに
用いられ、１個の前記通過部における複数の前記小孔の
長手方向、または前記長孔の長手方向が、複数組の前記
光センサの配列方向に一致するものであることを特徴と
する。

【００１７】この光センサによれば、複数の前記小孔ま
たは前記長孔の長手方向が、前記光量制限部材における
光の各通過部の配列方向に一致しているため、この配列
方向に直交する方向に限定して、光バリアセンサの指向
性を鋭くすることができると共に、所望の前記検出距離
を保つことができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を添付
図面に基づいて以下に説明する。図１は、本発明の一実
施形態による光センサの部分断面図である。

【００１９】図１の光センサは、前記光バリアセンサに
用いられる一例であって、発光素子と、この発光素子と
対向する受光素子とからなる組み合わせを複数組（例え
ば４組）備え、各発光素子１１〜１４から発光される光
ビームＢ１〜Ｂ４の光軸Ｂ１０〜Ｂ４０が互いに平行を
なす構成のものである。この他にも、単一の前記組み合
わせのみから構成される光センサであってもよい。

【００２０】各発光素子１１〜１４には、例えば同一特
性の発光ダイオードが用いられ、受光素子２１〜２４と
しては、例えば同一特性のフォトトランジスタが用いら
れる。なお、符号２１Ａは受光素子２１の受光面であ
る。

【００２１】各発光素子１１〜１４と各受光素子２１〜
２４とは、それぞれ一定間隔で印刷配線板１に配置され
ており、１つの発光素子と１つの受光素子１１と２１，
１２と２２，１３と２３，１４と２４とがそれぞれ対向
させて組み合わされ、その結果、全体で４組の光センサ
が構成されている。このため、各発光素子１１〜１４か
ら発せられる光ビームＢ１〜Ｂ４の各光軸Ｂ１０〜Ｂ４
０がそれぞれ平行になっている。

【００２２】前記複数個（４個）の発光素子１１〜１４
と前記複数個（４個）の受光素子２１〜２４との間に
は、該受光素子２１〜２４に近接して光量制限部材３Ａ
が備えられ、この光量制限部材３Ａには、各発光素子１
１〜１４に対応する光の通過部３１〜３４が設けられて
いる。

【００２３】これらの通過部３１〜３４は、各光センサ
の発光素子１１〜１４から発光された光ビームＢ１〜Ｂ
４が前記対応する通過部３１〜３４を通過して前記対向
する受光素子２１〜２４に受光されるように配置されて
いる。光量制限部材３Ａの前記複数個の通過部３１〜３
４のうち、例えば１個の通過部３１は、２つの小孔３１
Ａ，３１Ｂからなっている。

【００２４】このため、発光素子１１からの光ビームＢ
１は各小孔３１Ａ，３１Ｂを通過して受光素子２１に受
光される。その他の発光素子１２〜１４からの光ビーム
Ｂ２〜Ｂ４は各通過部（孔）３２〜３４を通過して各受
光素子２２〜２４に受光される。すなわち、光量制限部
材３Ａは、通過部３１Ａ，３１Ｂ、３２、３３、３４で
は発光素子１１、１２、１３、１４からの光ビームＢ
１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４を各々通過させるが、通過部３１
〜３４以外では発光素子からの光ビームを遮断して通過
させない。

【００２５】図２は、図１に示す矢視線４−４方向から
見た光量制限部材の正面図である。図２に示すように、
前記２つの小孔３１Ａ，３１Ｂは、発光素子１１と受光
素子２１とが対向する方向に光量制限部材３Ａを穿孔し
て形成されており、各小孔３１Ａ，３１Ｂの内周は、光
量制限部材３Ａの発光素子１１側の端部から受光素子２
１側の端部まで同じ直径をなす筒状に形成されている。

【００２６】光量制限部材３Ａの発光素子１１〜１４側
の平面上には、発光素子１１〜１４からの光ビームＢ１
〜Ｂ４が照射されるため、そのビームスポットによって
光の輪郭Ｃ１〜Ｃ４が形成される。これらの輪郭Ｃ２〜
Ｃ４の中心は、光量制限部材３Ａの孔３２〜３４の中心
と一致している。

【００２７】光量制限部材３Ａの前記各小孔３１Ａ，３
１Ｂの断面形状は、例えば、長方形をなす長孔であっ
て、それぞれの長手方向が、互いに平行で、かつ、光量
制限部材３Ａの各通過部３１〜３４の配列方向に合せて
配置されており、更に、光ビームＢ１のビームスポット
の輪郭Ｃ１の中心は、光量制限部材３Ａの小孔３１Ａと
小孔３１Ｂの中心を結ぶ直線の中央点と一致している。
小孔３１Ａ，３１Ｂの長辺の長さは、孔３２の辺の長さ
と等しく、孔３２〜３４は各々同一の大きさからなる。
小孔３１Ａの輪郭Ｃ１側の隅と小孔３１Ｂの輪郭Ｃ１側
の隅との距離は、孔３２の辺の長さと等しい。

【００２８】図３は、図２に示す２つの小孔を矢視線６
−６方向から見た部分断面図、図４は、図３に示す２つ
の小孔による作用の説明図である。図４に示す光量制限
部材３Ａの通過部３１Ｃは、単一の孔からなり、前記２
つの小孔３１Ａ，３１Ｂによる作用との比較を容易にす
るため、その開口幅が、前記２つの小孔３１Ａ，３１Ｂ
による各開口幅の合計に等しく形成されている他は、前
記光量制限部材３Ａの厚み、前記発光素子１１または受
光素子２１との距離や配置角度を等しくしてある。な
お、受光素子２１の受光面２１Ａは、前記２つの小孔３
１Ａ，３１Ｂまたは通過部３１Ｃによる全ての通過光を
受光できる充分な広さを有するものとする。

【００２９】図３および図４に示すように、前記２つの
小孔３１Ａ，３１Ｂまたは通過部３１Ｃによって前記受
光素子２１に達する光が制限されるため、両図の各場合
について受光素子２１の有効開口角θおよびφが生じ
る。この有効開口角θおよびφとは、受光素子２１の受
光軸が傾いても受光することが許される開き角度であっ
て、少なくとも所定レベルの光量が受光素子２１によっ
て確保できる範囲のものをいう。

【００３０】言い換えると、それぞれの有効開口角θお
よびφによって形成される斜線部ＨθおよびＨφ内で
は、点光源を光量制限部材３Ａから印刷配線板１までの
任意の空間に配置した場合に、受光素子２１が、その点
光源からの光を光量制限部材３Ａの通過部３１を介して
受光できることになる。

【００３１】図３に示すように、受光素子２１の有効開
口角θは、前記２つの小孔３１Ａ，３１Ｂによる各開口
幅が等しいときに最も狭くなって、いずれか１つの小孔
３１Ａまたは３１Ｂによる有効開口角と同じものとな
る。また、前記２つの小孔３１Ａ，３１Ｂによる各開口
幅が前記通過部３１Ｃによる開口幅に近づくと共に、図
４に示す受光素子２１の有効開口角φに近いものとな
る。

【００３２】したがって、光量制限部材３Ａに２つの小
孔３１Ａ，３１Ｂからなる通過部３１を設けることによ
って、受光素子２１の有効開口角θを狭くして受光の際
の指向性を鋭くすることができる。すなわち、この有効
開口角θの範囲外から、例えば異物による反射光等が前
記通過部３１Ｃに向けて発せられ、遮光物を避けるよう
にして通過部３１に達しても、その反射光が２つの小孔
３１Ａ，３１Ｂを通過できないので、受光素子２１に達
することはない。このため、このような場合に受光素子
２１が遮光物を検出できない誤りを防止できると共に、
前記小孔３１Ａ，３１Ｂによる各開口幅を変化させるこ
とによって、受光素子２１の指向性を調整することもで
きる。

【００３３】図５は、本発明による別の実施形態を説明
する断面図である。図５に示すように、この別の実施形
態では、先の実施形態における単一の受光素子２１が複
数の受光素子（例えば２個）２５，２６と置き換えら
れ、同じく光量制限部材３Ａが別の光量制限部材３Ｂと
置き換えられている他は、先の実施形態による光センサ
と同様の構成である。

【００３４】図６は、図５に示す光量制限部材の長孔を
矢視線７−７の方向から見た図である。すなわち、図６
に示す矢視線８−８の方向から見た長孔の断面が図５に
示されている。図５および６に示すように、前記各受光
素子２５，２６は、互いに近接させて前記印刷配線板２
上に並設されている。また、前記別の光量制限部材３Ｂ
には、前記発光素子１１Ａからの光ビームＢ１を通過さ
せる単一の長孔３５が設けられている。

【００３５】この長孔３５は、発光素子１１から前記各
受光素子２５，２６に向けて連通しており、かつ、その
開口の長手方向を２つの前記受光素子２５，２６の配列
方向に合せるようにして配置されている。加えて、この
長孔３５の長手方向の長さは、この長孔３５からの通過
光が両受光素子２５，２６における配列方向の両端部を
含むものであるが、少なくとも発光素子１１と各受光素
子２５，２６とを結ぶ光軸が内包される長さを要する。

【００３６】この別の実施形態によれば、受光素子２
５，２６の配列方向に直交する方向に対しては、その開
口幅が充分に狭められているため、前述したように、発
光素子１１に対する鋭い指向性が得られるが、一方の受
光素子２５または２６によって受光される光量は制限さ
れている。しかし、この制限によって減少した光量を、
他方の受光素子２６または２５への受光光量によって補
うことができるため、発光素子１１と受光素子２５，２
６との所望の検出間隔を保ちながら、前記直交する方向
に対する鋭い指向性を得ることができる。

【００３７】前記光量制限部材３，３Ａは、この他にも
印刷配線板２に取り付ける構成としてもよく、また、合
成樹脂製の透明な薄板の表面に、前記通過部３１〜３４
を残して不透明な膜を印刷又は蒸着することによって形
成したものを用いてもよい。前記光量制限部材３，３Ａ
の小孔３１Ａ，３１Ｂの形状は、この他にも、その長手
方向が各通過部３１〜３４の配列方向に直交するもので
あってもよい。これによれば、各通過部３１〜３４の配
列方向に沿って狭い前記有効開口角θを設定することが
でき、この配列方向に鋭い指向性を得ることできるよう
になる。また、上記実施形態は本発明の一例であり、本
発明は上記実施形態に限定されない。

【００３８】

【発明の効果】本発明の光センサによれば、前記複数の
小孔からなる光の通過部が、光量制限部材に穿孔されて
形成され、発光素子と受光素子とを対向させる方向に配
置されており、各小孔が光量制限部材の発光素子側の端
部から受光素子側の端部まで同じ直径をなす筒状に形成
されているため、この光量制限部材の板厚を利用して、
受光素子の有効開口角を狭くし、発光素子に対する受光
素子の指向性を鋭くすることができる。また、前記各小
孔の開口幅を変化させることによって、受光素子の前記
指向性を調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態による光センサの部分断面
図である。

【図２】図１に示す矢視線４−４方向から見た光量制限
部材の正面図である。

【図３】図２に示す２つの小孔を矢視線６−６方向から
見た部分断面図である。

【図４】図３に示す２つの小孔による作用の説明図であ
る。

【図５】本発明による別の実施形態を説明する断面図で
ある。

【図６】図５に示す光量制限部材の長孔を矢視線７−７
の方向から見た図である。

【図７】従来例による光センサの説明図である。

【符号の説明】

１，２…印刷配線板、３，３Ａ，３Ｂ…光量制限部材、
１１〜１４…発光素子２１〜２４…受光素子、２１Ａ…
受光面、３１〜３４…通過部、３１Ａ，３１Ｂ…小孔、
Ｂ１〜Ｂ４…光ビーム、Ｂ１０〜Ｂ４０…光軸、Ｃ１〜
Ｃ４…輪郭、θ，φ…有効開口角

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発光素子と、この発光素子に対向させて
   配置された受光素子とからなる組合せを少なくとも１組
   備え、前記発光素子（１１〜１４）から光ビーム（Ｂ１
   〜Ｂ４）が照射され、この光ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）を遮
   る遮光物が前記発光素子（１１〜１４）と前記受光素子
   （２１〜２４）との間に介在するときに、この遮光物の
   存在を検出する光センサにおいて、 前記光ビーム（Ｂ１〜Ｂ４）の光軸（Ｂ１０〜Ｂ４０）
   方向に厚みを有する光量制限部材（３Ａ）が、前記受光
   素子（２１〜２４）に近接させて、前記受光素子（２１
   〜２４）と前記発光素子（１１〜１４）との間に設けら
   れ、 前記光量制限部材（３Ａ）には、前記光ビーム（Ｂ１〜
   Ｂ４）を通過させる通過部（３１〜３４）が、前記発光
   素子（１１〜１４）から前記受光素子（２１〜２４）方
   向に連通させるようにして配設され、 前記通過部（３１〜３４）は、各別に形成された複数の
   小孔（３１Ａ，３１Ｂ）からなって、これらの小孔（３
   １Ａ，３１Ｂ）が、前記受光素子（２１）から前記発光
   素子（１１）に対して鋭い指向性を有すると共に所定の
   光量を確保し得るものであることを特徴とする光セン
   サ。
2. 【請求項２】 前記光量制限部材（３Ａ）の複数の前記
   小孔（３１Ａ，３１Ｂ）は、その一の方向の開口幅が、
   所定値以下に狭められ、かつ、この開口幅が、光量制限
   部材（３Ａ）の発光素子（１１）側の端部から受光素子
   （２１）側の端部まで一定に形成されたものである請求
   項１記載の光センサ。
3. 【請求項３】 発光素子（１１）と、この発光素子（１
   １）に対向させて複数個が併設された受光素子（２５，
   ２６）とからなる組合せを少なくとも１組備え、前記発
   光素子（１１）から光ビーム（Ｂ１）が照射され、この
   光ビーム（Ｂ１）を遮る遮光物が前記発光素子（１１）
   と複数の前記受光素子（２５，２６）との間に介在する
   ときに、この遮光物の存在を検出する光センサであっ
   て、 前記光ビーム（Ｂ１）の光軸（Ｂ１０）方向に所定の厚
   みを有する光量制限部材（３Ｂ）が、複数の前記受光素
   子（２５，２６）に近接させて、これらの受光素子（２
   ５，２６）と前記発光素子（１１）との間に設けられ、 前記光量制限部材（３Ｂ）には、前記光ビーム（Ｂ１）
   を通過させる長孔（３５）が、前記発光素子（１１）か
   ら複数の前記受光素子（２５，２６）に向けて連通さ
   れ、かつ、その開口の長手方向を複数の前記受光素子
   （２５，２６）の配列方向に合せるようにして配設され
   ており、前記各受光素子（２５，２６）から前記発光素
   子（１１）に対して鋭い指向性を有すると共に所定の光
   量を確保し得るものであることを特徴とする光センサ。
4. 【請求項４】 前記光センサが、前記発光素子と、１個
   または複数個の前記受光素子からなる組合せを複数組備
   え、各発光素子（１１〜１４）からの光ビーム（Ｂ１〜
   Ｂ４）の光軸（Ｂ１０〜Ｂ４０）が互いに平行をなす光
   バリアセンサに用いられ、１個の前記通過部（３１）に
   おける複数の前記小孔（３１Ａ，３１Ｂ）の長手方向、
   または前記長孔（３５）の長手方向が、複数組の前記光
   センサの配列方向に一致するものである請求項１〜３の
   いずれか１つに記載の光センサ。