KR100611129B1 - 광전센서 - Google Patents

Abstract

검출헤드의 박형화(薄型化)를 실현할 수 있음과 동시에 보다 신뢰성이 높은 광전센서를 제공한다.

투광소자(2)로부터 투사되는 광의 각도범위와 수광소자(3)가 수광가능한 광의 각도범위가 중복되도록 배치된 광학계를 구비하고, 투광소자(2)로부터 투사된 광이 중복영역(S)에 있는 검출대상(W)의 표면에서 반사하여 수광소자(3)에 입사함으로써 검출대상(W)이 검출되는 한정반사형 광전센서(1)로서, 투광소자(2)로부터 수광소자(3)에 이르는 광선이 찾아 갈 경로에 있어서의, 투광소자(2)의 출사개구부 또는 수광소자(3)의 입사개구부의 한쪽 또는 쌍방에, 미리 소정의 경사각도를 가지는 방향판(5)이 소정간격으로 복수 배열된 시야각 조정용 필터(4)를 설치하고, 투광소자(2)로부터 출사 혹은 수광소자(3)에 입사하는 광(P, R)의 방향을 소정방향으로 제한하여, 투광소자(2)로부터 중복영역(S) 밖으로 광을 투사하는 것 또는 중복영역(S) 밖으로부터의 광이 수광소자(3)에 입사하는 것을 방지하도록 한 것으로 한다.

광전센서, 투광, 수광, 소자, 광, 필터, 방향판

Description

광전센서{Photoelectric sensor}

도 1은, 본 발명의 광전센서의 광학계 및 검출원리를 설명하기 위한 사시도이다.

도 2는, 도 1의 광전센서를 단부측(端部側)에서 본 도면으로서, 본 발명의 광전센서의 광학계 및 검출원리를 나타낸 모식도이다.

도 3은, 본 발명의 광전센서의 일실시예의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 4는, 도 3의 광전센서를 단부측(端部側)에서 본 도면으로서, 본 실시예의 광전센서의 광학계를 나타낸 것이다.

도 5는, 본 발명의 광전센서의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면이다.

도 6은, 본 발명의 광전센서를 이용하여 센서 어레이를 구성한 일례를 나타낸 사시도이다.

도 7은, 도 6의 센서 어레이의 측면도이다.

도 8은, 본 발명의 광전센서의 변형예의 구성을 나타낸 도면이다.

도 9는, 현재 상태의 한정반사형 광전센서의 광학계를 나타낸 도면이다.

도 10은, 종래예의 센서 어레이의 설명도이다.

도 11은, 현재 상태의 한정반사형 광전센서의 광학특성을 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

P : 투광영역

R : 수광영역

S : 검출영역

W : 검출대상

1 : 광전센서

2 : 투광소자

3 : 수광소자

4 : 시야각 조정용 필터

5 : 시야각 조정용 방향판(루버)

본 발명은, 검출대상의 유무를 비접촉으로 검출하는 광전센서에 관한 것이다.

적외선이나 가시광선 등의 광을 이용하여 검출대상의 유무를 검출하는 광전센서에 대해서는, 현재까지 다양한 형태의 것이 개발되어 있다. 그 중, 검출대상이 존재할 수 있는 범위가 한정되어 있는 경우에 적합한 광전센서의 하나로서, 이른바 한정반사형 광전센서라고 하는 것이 있다. 이 한정반사형 광전센서는, 투광(投光)부로부터 투사되는 광의 각도범위와 수광(受光)부의 수광가능한 광의 각도범위의 중복부분(검출범위)에 위치하는 검출대상의 유무를 검출하는 것이다.

일반적인 한정반사형 광전센서의 광학계는 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같으며, 투광소자(2)로부터 렌즈(L)를 통하여 광이 투광되어서 투광영역(P)이 형성되는 한편, 수광영역(R)으로부터의 광은 수광측에 별도로 설치된 렌즈(L)를 통하여 수광소자(3)에 집광된다.

여기서, 종래 알려진 한정반사형 광전센서에서는, 특히 렌즈를 사용하는 관계상, 투수광(投受光)영역을 구성하는 광망(光芒: a beam of light)이 가늘고 긴 것이 되므로, 다음과 같은 문제점이 있었다.

우선, 검출대상이 유리판 등 광택이 있는 것인 경우, 투광소자(2)로부터 투사된 광은 검출대상에 있어서 정반사에 가까운 형태로 반사하므로, 예컨대 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이 검출대상(W)이 투수광소자가 배치되는 센서의 케이스 표면(X)에 대하여 각도를 가지고 검출영역(S)에 왔을 때에는, 검출대상(W)으로부터의 반사광이 진행하는 방향이, 케이스 표면(X)과 평행하게 검출대상(W)이 있을 때에 비하여 어긋나는 것이 된다. 그렇게 되면, 상기 반사광이 수광소자(3)에 입사하지 않아서, 실제로는 검출영역(S)에 검출대상이 존재함에도 불구하고 검출대상을 검출할 수 없는 경우가 생길 수 있다.

이와 같이, 한정반사형 광전센서에는 검출대상의 각도변화에 매우 약하다는 경향이 있었다. 특히, 광학계에 렌즈가 개재된 경우, 본래 투수광영역을 구성하는 광망(光芒)이 가늘고 길어서, 검출영역도 좁은 점 때문에, 검출대상의 각도변화에 매우 약하다는 상술한 경향이 더욱 강해진다는 문제가 있었다.

다음으로, 한정반사형 광전센서에서는, 광학계의 레이아웃에 따라서는, 투수 광소자를 수용하는 케이스 표면(X)의 투수광면 부근에 있어서, 검출영역(S)으로부터 벗어나는 영역 즉, 수광출력이 감소하여 검출대상을 검출할 수 없게 되는 불감영역(N)이 생기는 경우가 있다. 특히, 광학계에 렌즈가 개재된 경우에는, 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이 넓은 각도범위에 광이 투사되거나 혹은 넓은 각도범위로부터 광이 집광되지 않는다는 점에서, 불감영역(N)이 커져 버린다는 문제가 있었다.

또한, 광의 강도 혹은 수광출력의 크기는 거리의 2승에 반비례하는 성질을 가지고 있는 바, 렌즈를 사용하여 광을 좁히는 구성이라면, 광은 멀리에 이르는 한편으로 검출영역 내외의 광의 강도차가 적어지므로 이른바 S/N(신호 대 노이즈의 크기의 비율을 나타내는 지표)이 나빠서, 검출영역 밖의 광(노이즈)에 의하여 센서의 오동작이 발생시킬 우려가 있다는 문제가 있었다.

특히, 도 10 및 도 11의 (A) 및 (C)에 나타내는 바와 같이, 상하방향으로 소정 피치로 복수 배치된 유리기판의 각각의 하방으로 이동시킨 광전센서로부터 상방을 향하여 광을 투사함으로써 유리기판의 유무를 검지하게 되는 적용예에서는, 그 현재 상태의 센서로는 적절한 검출영역(S) 및 검출거리(d)가 거의 얻어지지 않으며, 그렇게 되면 예컨대 도 10 및 도 11의 (A) 및 (C)에 나타낸 바와 같이, 투명한 검출대상(W)을 통과한 광이 검출대상(W)보다 상단에 있는 비검출대상(W')인 유리기판이나 검출대상(W)보다 멀리 떨어진 배경 등에서 반사됨으로써 센서(1')의 오동작이 발생할 우려가 있다는 문제가 있었다. 더욱이, 한정반사형 광전센서에서는 검출대상 표면의 반사율 등에 의하여 검출특성이 변화하는 바, 예컨대 검출대상(W)이 투명한 유리기판인 한편, 그 상단에 있는 비검출대상(W')인 유리기판이 반사율이 높은 증착기판인 경우 등에서는, 검출대상이 아닌 증착기판으로부터의 반사광에 의하여 센서의 오동작이 발생할 우려가 보다 강해진다는 문제가 있었다. 광전센서(1')의 바로 위에 검출대상이 없는 경우이더라도 마찬가지로, 투광소자(2)로부터 투사된 광이, 도 10에 나타낸 바와 같이 본래 검출대상(W)이 있는 위치보다 상단에 있는 비검출대상(W')인 유리기판이나 검출대상(W)보다 멀리 떨어진 배경 등에서 반사됨으로써 센서의 오동작이 발생할 우려가 있다는 문제가 있었다.

이 오검출의 문제에 대해서는, 검출대상(W)의 배열피치를 좁힐수록, 그 경향이 보다 강해짐은 명백하다.

더욱이, 상술한, 상하방향으로 소정피치로 복수 배열된 유리기판의 각각의 하방으로 이동시킨 광전센서로부터 상방을 향하여 광을 투사함으로써 유리기판의 유무를 검지하게 되는 적용예에서는, 도 10으로부터도 분명한 바와 같이 검출대상(W)의 배열피치를 좁히기 위해서는, 광전센서(1'), 특히 투광부와 수광부가 내장되는 검출헤드의 박형화(薄型化)가 필요하게 된다. 그렇지만, 도 9의 (A)에 나타낸 바와 같이 광학계에 렌즈를 사용하는 구성에서는, 투수광소자와 투광 또는 수광렌즈 사이에 일정한 초점거리(f)를 확보할 필요가 있으므로 검출헤드의 박형화가 물리적으로 어렵다고 하는 문제가 있었다.

이와 같이, 광학계에 렌즈를 사용하는 한정반사형 광전센서에는 다양한 문제가 있었다.

한편, 상기 결점을 해결하기 위하여, 도 11의 (B)에 나타낸 바와 같이 광학계에 렌즈를 사용하지 않고 비교적 넓은 시야의 투수광 광망(光芒)에 의하여 한정 반사형 광전센서를 구성하는 것도 생각할 수 있다. 그러나, 이번에는 시야각을 넓게 취할수록, 검출대상으로부터의 반사광이 아닌 외란광(노이즈)이 수광소자에 들어감으로써 센서가 오동작할 가능성이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

그밖에, 도 9의 (B)에 나타낸 바와 같이, 광화이버(F) 등의 매체를 통하여, 광원으로부터 떨어진 소정의 투광면에 광을 안내하거나, 수광면에 도달한 광을 수광소자에 안내한다고 하는 방법도 제안되어 있다. 이러한 예에 의하면, 투광면 및 수광면 주위의 구조가 간소하므로, 검출헤드의 박형화를 유효하게 도모할 수 있다. 도 9의 (B-1)은 광화이버(F)를 이용하여 한정반사형 광전센서를 구성한 일례를 나타낸 사시도, 도 9의 (B-2)는 도 9의 (B-1)에 나타낸 광전센서를, 광화이버(F)의 단부측(端部側) 즉 도 9의 (B-1) 중에 나타낸 화살표의 방향에서 본 도면이다. 광화이버(F)의 단면은, 도 9의 (B-1)에 나타낸 바와 같이 비스듬하게 잘려서, 비스듬하게 상방을 향하여 첨예하게 형성되어 있다. 투광소자(2)로부터 전송된 광은, 도 9의 (B-1)에 나타낸 바와 같이 광화이버(F)의 단면에서 수직방향으로 반사되어, 검출영역(S)을 형성하기 위해서, 광화이버(F)의 외주면으로부터 비스듬하게 상방으로 투사된다.

그러나, 도 9의 (B-2)로부터도 분명한 바와 같이 광화이버(F)의 외주면은 아치 형상으로 만곡하여 있어서 렌즈효과를 가지므로, 광화이버(F)의 외주면으로부터 상방으로 투사되는 광 중, 광화이버(F)의 횡단면방향의 성분은 집광된 형태로 퍼지는 것이 된다. 그렇게 되면, 광화이버(F)의 외주면으로부터 상방으로 투사되는 광은, 도 9의 (B-1) 및 (B-2)에 나타낸 바와 같이, 넓은 각도범위에 똑같이 광이 투 사되지 않고 긴 원형으로 퍼져 가는 것이 된다. 수광측도 마찬가지로, 넓은 각도범위로부터 똑같이 광이 집광되지 않게 된다.

따라서, 광화이버(F) 등의 매체를 이용하는 예에 의하더라도, 적어도 일부 방향에서는 광학계에 렌즈가 개재되어 있는 것과 마찬가지의 상태가 되므로, 상기한 광학계에 렌즈를 사용하는 한정반사형 광전센서의 경우와 마찬가지의 문제가 있었다.

그런데, 최근, 공간절약, 에너지절약 및 긴 수명 등의 관점에서 액정 디스플레이(LCD)의 이용이 급속하게 진전되고 있다.

이러한 LCD의 제조공정에서는, LCD에 사용되는 유리기판을 상하방향으로 소정피치로 격납할 수 있도록 구성된 격납래크(캐리어 카세트) 내에 적절하게 격납된 유리기판의 유무를 검지할(맵핑(mapping)이라고 한다) 필요가 수시로 있는 바, 캐리어 카세트에 격납된 유리기판을 광전센서로 검출하는 기술로서는, 일반적으로 유리기판(W)의 측면에 맞춰서 반사한 광을 감지하는 반사형 센서를 이용하고, 이를 캐리어 카세트의 상하방향으로 축차(逐次) 이동시켜서 유리기판의 유무를 차례로 검출하는 것이 이용되고 있다(특허문헌 1 [0013] 그리고 특허문헌 2 [도 5 및 도 11] 참조).

그러나, 상기 시스템은 광전센서에 의해서 유리기판을 1장씩 검출하는 것이기 때문에 그 작업에 엄청난 시간이 걸려서 효율이 나빠질 뿐 아니라, 광전센서를 상하방향으로 이동하는 이동기구가 필요불가결하게 되어서, 전체적으로 시스템이 복잡하고 고가가 된다는 문제가 있다.

또한 상기와는 별도로, 센서 본체를, 상하방향으로 소정피치로 배열된 각각의 유리기판의 하방으로 이동시켜서, 유리기판의 하방으로부터 상방을 향하여 광을 투사함으로써 맵핑을 행하는 기법도 제안되어 있다(특허문헌 1 [0013] 참조). 이러한 기법에는, 반사형 광전센서 중에서도 한정반사형의 것이 적합하다고 생각된다.

그러나, 현재 상태의 한정반사형 센서는 상기와 같이 다양한 문제를 가지고 있어, 상기 기법을 적용하여 시스템을 구성하여도, 예컨대, 자체 중량으로 휘거나 하여 센서의 케이스 상면에 대하여 각도가 부여된 상태로 되어 있는 유리기판이 확실하게 검출될 수 없게 되거나, 혹은 검출대상으로부터의 반사광이 아닌 외란광에 의하여 센서의 오동작이 발생하거나 하기 때문에 신뢰성 풍부한 시스템을 제공할 수 없다는 문제가 있었다. 또한 검출헤드의 박형화가 곤란하다는 점에서 캐리어 카세트 내에 격납되는 유리기판의 배열피치를 좁히는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

더욱이, 이 예의 경우에 있어서도, 유리기판 검출에 있어서는 상기 공지예와 마찬가지로 유리기판 단부의 하면을 1장씩 검출할 필요가 있어서 검출효율이 나쁜 등의 문제가 남은 그대로이다.

이들 이외에, 캐리어 카세트에 격납된 유리기판을 넣고 빼는 반송장치의 반송 아암 선단에 한정반사형 광전센서의 검출헤드를 집어 넣고, 상하방향으로 소정피치로 배열된 각각의 유리기판의 하방에 상기 반송 아암 선단을 끼워 넣을 때, 유리기판의 하방으로부터 상방을 향하여 광을 투사함으로써 유리기판의 유무를 검출하여, 반송장치가 유리기판을 핸들링하고 있는 도중인 것을 외부에 표시 혹은 출력하는 시스템인 것도 제안되어 있지만(특허문헌 3 참조), 이 경우도, 상술한 맵핑에 이용되는 센서와 마찬가지로, 자체 중량으로 휜 유리기판을 확실하게 검출할 수 없거나, 혹은 검출헤드의 박형화가 곤란하기 때문에 캐리어 카세트 내에 격납되는 유리기판의 배열피치를 좁히는 것이 어렵다는 문제가 있었다.

[특허문헌 1] 일본국 특허공개 2000-040735호 공보

[특허문헌 2] 일본국 특허공개 2003-060010호 공보

[특허문헌 3] 일본국 특허공개 평11-232972호 공보

따라서, 본 발명은, 검출헤드의 박형화를 실현할 수 있음과 동시에, 보다 신뢰성이 높은 광전센서를 얻는 것을 과제로 한다.

또한 본 발명은, 소정피치로 배열된 복수의 검출대상의 유무를 보다 효율좋게, 게다가 확실하게 검출할 수 있는 광전센서를 얻는 것을 과제로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해서 다양한 검토를 거듭한 결과, 본 발명자는,

ⅰ) 광학계에 렌즈를 사용하지 않고 넓은 각도로 광을 투광하여, 넓은 시야로 수광하면, 검출대상이 센서의 케이스 상면에 대하여 기울어져 있는 경우이더라도 검출대상의 표면반사를 확실하게 검출할 수 있고, 기울어진 검출대상의 유무도 안정되게 검출할 수 있는 광학계를 구성할 수 있는 것을 발견한 외에,

ⅱ) 광학계 전면(前面) 즉, 투광소자로부터 수광소자에 이르는 광선이 찾아 갈 경로에 있어서의, 투광소자측의 출사(出射)개구부 또는 수광소자측의 입사(入射)개구부의 한쪽 또는 쌍방에 미리 소정의 경사각도를 가지는 방향판(루버)을 소 정 피치로 다수 배열한 블라인드 형상의 시야각 조정용 필터를 설치하여, 투광소자로부터 출사 혹은 수광소자에 입사하는 광의 방향을 일정방향으로 제한함으로써 상기 과제를 모두 해결가능한 것을 발견하였다.

본 발명의 광전센서는, 투광소자로부터 투사되는 광의 각도범위와 수광소자가 수광가능한 광의 각도범위의 중복영역이 형성되도록 된 광학계를 구비하고, 상기 투광소자로부터 투사된 광이 상기 중복영역에 있는 검출대상의 표면에서 반사하여 상기 수광소자에 입사함으로써 상기 검출대상이 검출되는 한정반사형 광전센서로서, 상기 투광소자로부터 상기 수광소자에 이르는 광선이 찾아 갈 경로에 있어서의, 상기 투광소자의 출사개구부 또는 상기 수광소자의 입사개구부의 한쪽 또는 쌍방에, 미리 소정의 경사각도를 가지는 방향판이 소정간격으로 복수 배열된 시야각 조정용 필터를 설치하고,

상기 투광소자로부터 출사 혹은 상기 수광소자에 입사하는 광의 방향을 소정방향으로 제한하여, 상기 투광소자로부터 상기 중복영역 밖으로 광을 투사하는 것 또는 상기 중복영역 밖으로부터의 광이 상기 수광소자에 입사하는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 본 발명의 광전센서에 대해서는, 더욱이, 상기 투광소자, 수광소자 및 시야각 조정용 필터 그밖의 것을 수용하는 케이스를 구비하여, 상기 투광소자 및 수광소자 그리고 상기 시야각 조정용 필터를, 상기 케이스 표면에 형성된 오목부 내에 설치하고, 광학계를 상기 케이스 표면으로부터 오프셋하여 구성하는 것이 바람직하다. 이로써, 케이스 상방으로부터 불감영역을 제거하여 케이스 상방을 모두 검출영역으로 하는 것이 가능하다.

또한, 상기 과제를 해결가능한 본 발명의 센서 어레이는, 소정간격으로 배열된 복수의 검출대상을 검출하기 위한 센서 어레이로서, 상기 검출대상의 배열간격에 상당하는 간격으로 일직선상에 배열된, 상기 검출대상의 수에 대응하는 수의 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 광전센서로 이루어지고, 상기 광전센서를 각각, 소정간격으로 배열된 검출대상끼리의 사이에 있는 공간 내에 삽입함으로써 복수의 상기 검출대상의 유무를 일괄 검출하는 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고 본 명세서 중, 본 발명의 광전센서라 함은, 검출대상으로부터의 반사에 의해서 발생하는 수광량의 대소에 의해서 검출대상의 유무를 검지하여 출력을 내는, 광전효과를 응용한 비접촉 검출기기를 가리키는 것으로 한다.

광학계라 함은, 광선을 출사하거나, 반사시키거나, 수렴시키거나 하기 위한, 투광소자, 수광소자, 시야각 조정용 필터 및 검출대상 그밖의 광학소자의 조합, 또는 이들에 의해서 규정된, 투광소자로부터 수광소자에 이르는 광선이 찾아 갈 경로를 가리키는 것으로 한다.

광학계 전면(前面)이라 함은, 투광소자로부터 수광소자에 이르는 동안에 찾아 갈 광선의 경로에 있어서의, 투광소자측의 출사개구부 또는 수광소자측의 입사개구부의 한쪽 또는 쌍방을 가리키는 것으로 한다.

시야각 조정용 필터라 함은, 투광 또는 수광방향을 제한하는 필터로서, 미리 소정 경사각도를 가지는 방향판이 소정피치로 다수 배열된 것을 말한다. 방향판의 경사각도라 함은, 방향판의 배열방향에 대한 각 방향판의 경사각도를 가리키는 것 으로 한다.

시야각 조정용 방향판(루버)이라 함은, 시야각 조정용 필터의 구성요소인, 소정피치로 배열된 소정 경사각도를 가지는 방향판의 일부 또는 전부를 말하는 것으로 한다.

시야각이라 함은, 투광소자의 투광면 또는 수광소자의 수광면으로부터 본 투광소자 또는 수광소자의 중심을 통과하는 선에 대한, 투광소자로부터 출사하는 광의 퍼짐(각도범위) 또는 수광소자가 수광가능한 광의 영역(각도범위)를 가리키는 것으로 한다. 일반적으로, 투광하는 광의 퍼짐을 크게 하면 넓은 시야각으로 광을 투광한 것이 되고, 또한 수광하는 영역을 넓게 하면 넓은 시야각으로 수광하고 있는 것이 된다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 이용되는 시야각 조정용 필터는 투광 또는 수광방향을 제한하는 것이다. 예컨대, 투광측의 시야각의 조정은, 투광소자로부터 어느 방향으로 광을 출사하는 것은 허용하는 한편, 다른 방향으로 광을 출사하는 것을 제한함으로써 행하여진다.

반대로, 수광측의 시야각의 조정은, 어느 방향으로부터의 광이 수광소자에 입사하는 것은 허용하는 한편, 다른 방향으로부터의 광이 수광소자에 입사하는 것을 방지함으로써 행하여진다.

<실시예>

이하, 첨부도면에 근거하여 본 발명의 광전센서를 상세하게 설명한다.

도 1은, 본 발명의 광전센서의 광학계 및 검출원리를 설명하기 위한 사시도, 도 2는, 본 발명의 광전센서의 광학계 및 검출원리를 설명하기 위한 모식도로서, 도 1의 광전센서를 단부측(端部側) 즉 도 1 중에 나타낸 화살표 방향에서 본 것이다. 도 3은, 본 발명의 광전센서의 일실시예의 구성을 나타낸 사시도, 도 4는, 도 3의 광전센서를 단부측(端部側)에서 본 도면으로서, 본 실시예의 광전센서의 광학계를 나타낸 것이다. 도 5는, 본 발명의 광전센서의 다른 실시예의 구성을 나타낸 도면이다. 도 6은, 본 발명의 광전센서를 이용하여 센서 어레이를 구성한 일례를 나타낸 사시도, 도 7은, 도 6의 센서 어레이의 측면도이다. 도 8은, 본 발명의 광전센서의 변형예의 구성을 나타낸 도면이다.

[검출원리]

먼저, 본 발명의 광전센서의 광학계 및 검출원리를, 도 1 및 도 2에 근거하여 설명한다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광전센서(1)는, 검출매체가 되는 광을 출사하는 역할을 하는 투광소자(2)와 검출대상(W)에서 반사된 투광소자로부터의 광을 받아서 전기신호로 변환하는 수광소자(3)를 소정간격을 두고 나란히 설치함과 동시에, 투광소자로부터 수광소자에 이르는 동안에 찾아 갈 광선의 경로에 있어서의, 투광소자측의 출사개구부 또는 수광소자측의 입사개구부의 한쪽 또는 쌍방에 시야각 조정용 필터(4)를 설치하고, 투광소자(2)로부터 출사 혹은 수광소자(3)에 입사하는 광의 방향을 소정방향으로 제한한 것을 특징으로 하는 것이다. 이러한 구성에 의해서, 투광소자(2)로부터 검출영역(S) 밖으로 광을 출사하는 것 또는 검출 영역(S) 밖으로부터의 광이 수광소자(3)에 입사하는 것이 방지된다. 검출대상(W)은, 예컨대 얇고 투명한 유리기판 등, 적절한 것이 된다.

이 광전센서(1)는, 소위 한정반사형 광전센서에 해당되고, 투광영역(광망)(P)과 수광영역(광망)(R)이 중복되는 영역이 검출영역(S)이 되는 것이다. 본 예에서는, 검출대상(W)이 센서의 케이스 표면(X)에 대하여 적절한 각도로 검출영역(S)에 위치하면, 투광소자(2)로부터 출사한 광이 반사하여 수광소자(3)로 입사하는 광량이 증가하여, 수광소자(3)의 전기적 특성이 변화하는 것을 이용하여 검출대상(W)의 유무를 검출하고 있다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 광전센서(1)에서는, 시야각 조정용 필터(4)에 의해서, 검출대상(W)으로부터의 반사광이 아닌 외란광(노이즈)이 수광소자(3)에 입사하지 않도록 시야각을 조정하고 있다. 본 예에서는, 미리 표면 또는 이면에 대하여 소정 경사각도(θ)를 가지는 시야각 조정용 방향판(루버)(5)이 내부에 소정 배열피치로 다수 형성된 시트 형상의 성형체를 시야각 조정용 필터(4)로서 이용하고 있다. 시야각 조정용 필터(4)는, 투광측과 수광측에서 시야각의 조정방향 즉 루버(5)의 경사각도(θ)가 서로 대향하는 형태로 설치되어 있다. 이 시야각 조정용 필터(4)는, 센서의 케이스 표면(X)에 설치된 투광 또는 수광용 개구부(6)에 끼워 넣어져 설치되어 있다.

이하에서는, 본 발명의 광전센서(1)에 있어서 시야각이 조정되는 태양에 대하여, 도 2에 근거하여 설명한다. 그리고, 도 2에서는, 투광측 광의 상황에 대해서는, 설명을 용이하게 하기 위하여, 투광소자를 가상적으로 점광원으로서 취급했을 때의 모습을 나타내고 있다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 예컨대 투광소자(2)의 출사면의 중심으로부터 출사한 광은, 우선 시야각 조정용 필터(4)에 도달한다. 여기서, 도 2 중, 파선(a)으로 나타낸 바와 같은 각도의 광은 루버(5)에 의해 차단되므로 검출대상(W)측으로 투과하지 않는다. 한편, 이들 이외의 광에 대해서는 시야각 조정용 필터(4)를 통과하여 검출대상(W)에 도달한다. 본 예에서는 검출대상(W)은 유리기판 등을 상정하고 있는 바, 검출대상(W)에 도달한 광은 검출대상 표면에서 정반사한다. 수광소자(3)에는, 수광측의 시야각 조정용 필터(4)를 통과한 반사광만이 입광한다. 여기서, 시야각 조정용 필터(4)를 통과하는 광은, 평균적으로 루버(5)의 경사방향을 따른 것이 된다. 또한, 검출영역(S) 이외로부터의 광은 루버(5)에 의해서 차단되므로 수광소자(3)에 입사하지 않는다. 그리고, 도 2에서는 투광소자를 1개의 점광원으로 하였기 때문에 도면 중 Y로 나타낸 소위, 누락부분이 생긴 듯이 나타나 있지만, 실제의 투광소자에는 발광면적이 있어 누락(Y)이 적어진다. 또한, 보다 투광광량을 적극적으로 증가시킬 목적으로 투광소자를 복수개 이용하는 것에 의해서도 누락부분은 보다 적어지는 것은 두말 할 필요도 없다.

상기 실시예를 이용하여 설명한 바와 같이, 본 발명의 광전센서(1)는, 광학계에 렌즈를 전혀 사용하지 않으므로, 투광측 및 수광측의 시야각이 넓어서, 투광 및 수광영역(P, R) 그리고 검출영역(S)을 광범위하게 취할 수 있다.

그로 인하여, 본 발명에 의하면 특히, 투수광소자가 배치되는 케이스 표면(X)에 대하여 검출대상(W)이 각도를 가지고 검출영역(S)에 위치하는 경우이더라도 확실하게 검출대상(W)을 검출할 수 있으므로, 검출대상(W)의 각도변화에 강한 광전센서를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 광전센서(1)에서는, 시야각 조정용 필터(4)의 작용에 의해서, 검출영역(S) 이외로부터 오는 외란광이 수광소자(3)에 입사하지 않으므로, 그와 같은 외란광에 기인하는 오검출을 방지할 수 있다.

<실시예 1>

다음으로, 본 발명의 광전센서의 일실시예에 대하여, 도 3 및 도 4에 근거하여 설명한다.

그리고, 도 4 중, (A)는 시야각 조정용 필터를 구비하지 않는 경우에 있어서의, 투광소자로부터의 출력이 50% 이상 존재하고 있는 영역을 나타낸 개념도, (B)는 시야각 조정용 필터를 투광소자의 출사개구부에 구비한 경우에 있어서의, 투광소자로부터의 출력이 50% 이상인 영역을 나타낸 개념도, (C)는 시야각 조정용 필터에 의하여 제한된 투광영역 및 수광영역에 의하여 형성되는 검출영역을 나타낸 개념도이다.

[구성]

도 3에 나타낸 바와 같이, 광전센서(1)는, 투광소자(2)로부터 투사되는 광의 각도범위와 수광소자(3)가 수광가능한 광의 각도범위가 중복되도록 배치된 광학계와, 투광소자로부터 수광소자에 이르는 동안에 찾아 갈 광선의 경로에 있어서의 투광소자(2)의 출사개구부 및 수광소자(3)의 입사개구부에 설치된 시야각 조정용 필 터(4)로 주로 구성되어 있다. 본 실시예에서는, 투광소자로서는 LED가, 또한 수광소자로서는 포트 다이오드가 사용된다. 검출대상(W)은 얇고 투명한 유리기판이 된다. 투광소자(2) 및 수광소자(3)는, 케이블(E)을 통하여 외부와 전기적으로 접속된 회로기판(9) 상에 구비되어 있다. 회로기판(9)으로의 급전은, 케이블(E)을 통하여 행하여진다. 회로기판(9)에는, 동작표시등(10) 기타 회로소자도 탑재되어 있다. 회로기판(9)은 상하 2분할 구조의 케이스(8, 8') 내에 수납된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 상측 케이스(8)의 표면(X)에는, 투광소자(2)와 수광소자(3)의 위치에 맞춰서 투광 또는 수광용 개구부(6)가 형성되어 있다. 시야각 조정용 필터(4)는, 투광측 및 수광측 쌍방의 개구부(6)에 끼워 넣어져 있다.

시야각 조정용 필터(4)에 대해서는, 본 실시예에서는, 미리 표면 또는 이면에 대하여 소정 경사각도(θ)를 가지는 시야각 조정용 방향판(루버)(5)이 내부에 소정 배열피치로 다수 형성된 시트 형상의 성형체를 이용하고 있다. 일례에 의하면, 루버(5)의 배열피치는 수십∼수백㎛, 루버(5)의 배열방향에 대한 각 루버(5)의 경사각도(θ)는 60°정도이다. 이 시야각 조정용 필터(4)는, 도 4의 (B) 및 (C)에 나타낸 바와 같이, 투광측과 수광측에서 시야각의 조정방향 즉 루버(5)의 경사각도(θ)가 서로 대향하는 태양으로 설치되어 있다. 이때, 검출영역(S)은 도 4의 (C)에 나타낸 형태로 형성된다.

여기서, 시야각 조정용 필터(4)에 의한 시야각의 조정에 대하여, 투광측의 경우를 예로 설명한다.

시야각 조정용 필터(4)를 구비하지 않는 경우, 투광소자(2)로부터 출사하는 광(P')은, 도 4의 (A)에 나타내는 바와같이 투광소자(2)의 출사면의 중심으로부터 똑같이 퍼지지만, 시야각 조정용 필터(4)를 투광소자(2)의 출사개구부에 구비한 경우, 투광소자(2)로부터 출사하는 광은 도 4의 (B)에 나타내는 바와 같이 일정방향으로 제한된다. 그리고 도 4의 (B) 중, 실선으로 나타낸 영역은 투광소자로부터의 출력이 50％ 이상 존재하고 있는 영역, 파선으로 나타낸 영역은 루버(5)의 차광효과에 의해서 투광소자(2)로부터의 광이 도달하지 않는 영역 혹은 투광소자로부터의 출력이 50％ 이하밖에 존재하지 않는 영역이다. 도 4의 (B)에 나타낸 바와 같이, 시야각 조정용 필터(4)를 통과하는 광은, 평균적으로 루버(5)의 경사각도(θ)로 제한된다.

마찬가지로, 수광측에 대해서도 시야각의 조정이 행하여진다. 따라서, 검출영역(S) 밖으로부터의 광이나 검출대상(W)으로부터의 반사광이 아닌 외란광은, 도 4의 (C)에 나타낸 바와 같이 시야각 조정용 필터(4)의 루버(5)에 의해서 차단되어, 수광소자(3)에 입광하지 않는다.

[동작]

이어서, 본 실시예의 광전센서(1)에 의한 검출대상(W)의 검출동작에 대하여 설명한다. 그리고 본 실시예의 광전센서(1)는, 케이스(8) 내에 투광부 및 수광부 이외에, 증폭부나 제어부가 일체로 설치된 앰프 일체형 구성으로 된다. 따라서 수광소자(3)로부터 출력되는 신호는, 도 3의 회로기판(9) 상에 형성된 증폭부에서 적절하게 증폭되고 나서, 동일하게 회로기판(9) 상의 제어부에서 적절하게 연산처리된다.

광전센서(1)의 광학계 및 검출원리는, 위의 실시예에서 설명한 대로이지만, 본 실시예의 광전센서(1)에서는, 수광소자(3)로의 입광량의 증가에 의해서 출력개폐소자가 도통(ON)하는 라이트ㆍ온 타입의 동작방식으로 되어 있다. 따라서, 검출대상(W)이 존재한다고 판정한 경우, 광전센서(1)는 동작표시등(10)을 점등시키도록 되어 있다.

도 4에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서 광학계에 렌즈를 사용하지 않아서, 넓은 각도로 광을 투광하고, 또한 넓은 시야로 수광할 수 있도록 되어 있다. 한편, 검출영역(S)을 형성하는데 불필요한 방향으로 광이 출사하거나, 혹은 검출영역(S) 밖으로부터의 광이나 검출대상(W)으로부터의 반사광이 아닌 외란광이 수광소자(3)에 입사하거나 하는 것을 방지하기 위해서, 투광소자(2)로부터 출사하거나 혹은 수광소자(3)에 입사하는 광의 방향은, 시야각 조정용 필터(4)의 작용에 의하여, 검출영역(S)을 형성하는데 필요한 일정방향으로 제한된다.

이러한 구성이므로, 예컨대 상하방향으로 소정피치로 복수 배치된 유리기판의 각각의 하방으로 이동시킨 광전센서로부터 상방을 향하여 광을 투사함으로써 유리기판의 유무를 검지하는 시스템에 본 실시예의 광전센서(1)를 적용한 경우이더라도, 적절한 검출영역(S) 및 검출거리(d)를 얻을 수 있다. 그 때문에, 투명한 검출대상(W)을 통과한 광, 혹은 검출대상(W)이 없을 때는 투광소자(2)로부터 직접 사출한 광이, 검출대상(W)보다 상단에 있는 비검출대상인 유리기판(W')이나 검출대상(W)보다 멀리 떨어진 배경 등에서 반사됨으로써 센서의 오검출이 발생하는 것(도 10 참조)을 확실하게 방지할 수 있다.

그밖에, 본 실시예의 광전센서(1)에서도, 상기 실시예와 마찬가지의 작용효과를 얻을 수 있다. 즉, 광학계에 렌즈를 사용하지 않으므로 투광소자 또는 수광소자와 각 렌즈 사이에 필요한 일정한 초점거리를 생략할 수 있어서, 검출헤드의 박형화를 도모할 수 있다. 더욱이, 검출대상(W)의 각도변화에 강하여, 불감영역(N)이 적은 광전센서를 얻을 수 있다.

<실시예 2>

도 5에 나타낸 바와 같이, 투수광소자(2, 3) 및 시야각 조정용 필터(4)를 센서의 케이스 표면(X)으로부터 약간 패인 개소(오목부(7))에 설치하여, 광학계를 케이스 표면(X)으로부터 오프셋하여 구성함으로써, 케이스(8) 상방으로부터 불감영역(N)을 제거하여 케이스(8) 상방을 모두 검출영역으로 할 수 있다.

따라서, 도 5에 나타낸 예에 의하면, 상기 실시예 및 실시예 1에 기재한 것과 동등한 성능을 갖는 것에 더하여, 더욱 검출대상(W)의 표면이 케이스 표면(X)에 밀접한 상태에 있어도 확실하게 검출대상(W)의 유무를 검출할 수 있는 광전센서를 얻을 수 있다.

<실시예 3>

또한, 도 6 및 도 7에 나타낸 바와 같이, 위에서 상세하게 설명한 광전센서(1)를 복수개, 소정피치로 본체부(12) 상에 적절하게 배열하여 센서 어레이(11)를 형성함과 동시에, 각각의 광전센서(1)가, 예컨대 캐리어 카세트(C) 내에 소정피치 로 격납되는 복수개의 검출대상(W)끼리의 사이에 있는 공간 내에 삽입되도록 구성함으로써, 복수개의 검출대상(W)을 일괄 검출하는 시스템을 제공하는 것도 가능하다. 일례에 의하면, 상기 광전센서(1) 혹은 검출대상(W)의 배열간격은, 수 ㎜∼수십 ㎜ 정도가 된다.

그와 같은 센서 어레이(11)를 이용하면, 복수개의 검출대상(W)을, 차례로 스캔하여 갈 필요가 없어서 신속하게 또한 확실하게 일괄 검출하는 것이 가능해진다. 그리고, 검출영역(S) 이외로부터 오는 외란광이 수광소자(3)에 입사하지 않으므로, 그와 같은 외란광에 기인하는 오검출을 방지할 수 있는 점, 검출대상(W)이 투수광소자에 배치되는 센서의 케이스 표면(X)에 대하여 각도를 가지고서 검출영역(S)에 위치하는 경우이더라도 확실하게 검출대상(W)을 검출할 수 있는 점, 그리고 검출대상(W)이 투명한 것이더라도, 검출대상(W)을 통과한 광, 혹은 검출대상(W)이 없을 때는 투광소자(2)로부터 직접 투사된 광이, 검출대상(W)보다 상단에 있는 비검출대상인 유리기판(W')에서 반사되어 오검출되는 것이 방지되는 점은, 상기 각 예와 마찬가지이다.

도 7에 나타낸 바와 같이, 센서 어레이(11)를 회전식으로 함과 동시에, 복수개의 검출대상(W)이 소정피치로 격납되는 캐리어 카세트(C)끼리의 중간에 센서 어레이(11)를 끼워넣는 형태로 설치하여 두면, 1기(基)의 센서 어레이(11)를 보다 효율좋게 운용할 수 있다.

[변형예]

본 발명의 광전센서의 광학계에 대해서는, 상기 각 예에 기재된 것 이외에, 도 8에 예시하는 바와 같이 다양한 변경이 가능하다.

예컨대, 도 8의 (A)에서 나타낸 바와 같이, 투수광소자 및 루버각도를 적절하게 조절한 시야각 조정용 필터(4)를, 투광측 및 수광측 모두 소정각도 경사시켜 단면에서 볼 때 V자형으로 대향배치하는 구성이더라도, 상기 실시예에 기재한 것과 동등한 성능을 가지는 광전센서를 얻을 수 있다.

또한, 도 8의 (B)에 나타낸 바와 같이, 투광소자(2)와 수광소자(3)는 본래의 배치 그대로 하여, 시야각 조정용 필터(4)만을 루버각도를 적절하게 조절한 다음, 투광측 및 수광측 모두 소정각도 경사시켜 단면에서 볼 때 V자형으로 대향배치하는 경우에도 마찬가지이다. 그리고, 도 8의 (A) 및 (B)에 나타낸 예에서는, 루버(5)의 배열방향에 대한 각 루버(5)의 경사각도(θ)는 90°정도의 것으로 되어 있다.

이상, 본 발명의 광전센서에 대하여, 일실시예 및 몇 종류의 실시예에 근거하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은, 상기 형태에 한정되지 않고, 다양한 설계변경이 가능하다.

예컨대, 상기 각 예에서는 검출대상(W)을 얇고 투명한 유리기판으로 하였지만, 검출대상(W)은 이에 한정되지 않고, 유리기판의 표면에 금속 등이 증착되어서 반사율이 높아진 증착기판이나 반도체 웨이퍼, 금속, 플라스틱, 종이 등, 다양한 것이어도 상관없다.

검출대상이 복수 있는 경우, 그들 배열방향은 상하방향에 한정되지 않고, 예컨대 수평방향이어도 상관없다. 그리고 그 경우, 좌우방향으로 소정피치로 복수 배 치된 유리기판의 각각의 사이에 삽입한 광전센서로부터, 인접하는 유리기판을 향하여 광을 투사함으로써 유리기판의 유무를 검지하는 것이 된다. 검출대상이 단수인 경우이더라도, 검출방향은 특히 한정되지 않는다.

시야각 조정용 필터(4)에 대해서는, 상기 각 예에서는 미리 표면 또는 이면에 대하여 소정의 경사각도(θ)를 가지는 루버(5)가 내부에 소정의 배열피치로 다수 형성된 시트 형상의 성형체를 이용하였지만, 예컨대 마찬가지의 구조를 투광 또는 수광소자 상에 직접, 증착이나 도장 등의 수단으로 형성하여도 좋다.

상기 각 예에서는, 투광측 또는 수광측의 쌍방에 시야각 조정용 필터(4)를 설치하고 있지만, 어느 한쪽에만 시야각 조정용 필터(4)를 설치하는 구성으로 하여도 좋다.

루버(5)의 배열피치나 경사각도 기타 사양에 대해서도, 상기 실시예에 기재된 것에 한정되지 않고, 현실의 광학계의 상황에 따라서 적절하게 조정하여도 상관없다. 따라서, 루버(5)는 예컨대 배열피치나 경사각도가 점증(漸增) 혹은 점감(漸減)하거나 하는 것이거나, 혹은 배열피치나 경사각도가 램덤한 것이어도 좋다.

시야각 조정용 필터(4)의 설치형태도, 상기 각 예에 기재된 것에 한정되지 않고, 예컨대 루버(5)가 내부에 소정의 태양으로 형성된 시트 혹은 필름 형상의 성형체를 시야각 조정용 필터(4)로 하여, 이를 센서의 케이스(8) 상면에 형성된 투광 또는 수광용 투명한 창에 붙여서 설치하여도 상관없다.

또한 상기 각 예에서는, 투광소자(2)로서 LED를 사용한 것에 대하여 설명하였지만, 투광소자는 이에 한정되지 않고, 레이저 다이오드 등 다양한 투광원을 사 용할 수 있다. 수광소자(3)에 대해서도, 상기 각 예에서는 포토 다이오드를 사용한 것에 대하여 설명하였지만, 포토 트랜지스터나, 광도전소자 등 다양한 광전변환소자를 사용할 수 있다.

상기 실시예에서는 앰프 일체형 광전센서에 대하여 설명하였지만, 투광부 및 수광부를 가지는 헤드부와, 증폭부나 제어부 등으로 이루어지는 앰프부를 분리한 구성으로 하여도 상관없다.

더욱이, 상기 실시예에서는, 광전센서(1)의 동작방식은 수광소자(3)로의 입광량의 증가에 의해서 출력개폐소자가 도통(ON)하는 라이트ㆍ온 타입으로 하였지만, 반대로 입광량의 감소에 의해서 출력개폐소자가 도통하는 다크ㆍ온 타입으로 하여도 좋다.

이와 같이, 본 발명의 광전센서는, 한정반사형의 장점을 살리면서도, 검출헤드의 박형화를 실현할 수 있는 이외에, 검출대상의 각도변화에 강하고, 불감영역의 영향이 적은 등, 보다 신뢰성이 높은 광전센서를 제공할 수 있는 신규이면서 유용한 것이다.

또한 본 발명에 의하면, 그와 같은 광전센서를 복수개, 소정피치로 일직선상에 배열하여 센서 어레이를 형성하여, 예컨대 캐리어 카세트 내에 소정피치로 격납되는 복수개의 검사대상을 일괄 검출하는 시스템을 제공하는 것도 가능해진다.

본 발명의 광전센서는, 광학계에 렌즈를 전혀 사용하지 않기 때문에, 투광측 및 수광측의 시야각이 넓어서, 투광 및 수광영역 그리고 검출영역을 광범위하게 취 할 수 있다.

그로 인하여, 본 발명에 의하면, 투수광소자가 배치되는 센서의 케이스 표면에 대하여 검출대상이 각도를 가지고 검출영역에 위치하는 경우이더라도 확실하게 검출대상을 검출할 수 있으므로, 검출대상의 각도변화에 강한 광전센서를 얻을 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 검출영역이 넓어지기 때문에, 불감영역이 적은 광전센서를 얻을 수 있다.

그밖에, 본 발명에 의하면, 렌즈를 생략할 수 있으므로, 코스트를 유효하게 억제할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 광전센서에서는, 시야각 조정용 필터의 작용에 의하여, 검출영역 이외로부터 오는 외란광이 수광소자에 입사하지 않으므로, 그와 같은 외란광에 기인하는 오검출을 방지할 수 있다.

더욱이, 투광영역 및 수광영역이 시야각 조정용 필터로 소정방향으로 제한되어 있으므로, 센서의 오검출이 발생하는 것을 확실하게 방지할 수 있다. 특히, 투명한 검출대상을 통과한 광, 혹은 검출대상이 없을 때는 투광소자로부터 직접 투사된 광이, 검출대상보다 상단에 있는 비검출대상인 유리기판이나 검출대상보다 멀리 떨어진 배경 등에서 반사됨으로써 발생하는 센서의 오검출을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

Claims (3)

1. 투광소자로부터 투사되는 광의 각도범위와 수광소자가 수광가능한 광의 각도범위가 중복되도록 배치된 광학계를 구비하고,

   상기 투광소자로부터 투사된 광이 상기 중복영역에 있는 검출대상의 표면에서 반사하여 상기 수광소자에 입사함으로써 상기 검출대상이 검출되는 한정반사형 광전센서로서,

   상기 투광소자로부터 상기 수광소자에 이르는 광선이 찾아 갈 경로에 있어서의, 상기 투광소자의 출사(出射)개구부 또는 상기 수광소자의 입사(入射)개구부의 한쪽 또는 쌍방에, 미리 소정의 경사각도를 가지는 방향판이 소정간격으로 복수 배열된 시야각 조정용 필터를 설치하고,

   상기 투광소자로부터 출사 혹은 상기 수광소자로 입사하는 광의 방향을 소정방향으로 제한하여, 상기 투광소자로부터 상기 중복영역 밖으로 광을 투사하는 것 또는 상기 중복영역 밖으로부터의 광이 상기 수광소자에 입사하는 것을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 광전센서.
2. 제1항에 있어서,

   상기 투광소자, 수광소자 및 시야각 조정용 필터 그밖의 것을 수용하는 케이스를 가지고,

   상기 투광소자 및 수광소자 그리고 상기 시야각 조정용 필터를 상기 케이스 표면에 형성된 오목부 내에 설치하여, 광학계를 상기 케이스 표면으로부터 오프셋하여 구성한 것을 특징으로 하는 광전센서.
3. 소정간격으로 배열된 복수의 검출대상을 검출하기 위한 센서 어레이로서,

   상기 검출대상의 배열간격에 상당하는 간격으로 일직선상에 배열된, 상기 검출대상의 수에 대응하는 수의 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 광전센서로 이루어지고,

   상기 광전센서를 각각, 소정간격으로 배열된 검출대상끼리의 사이에 있는 공간 내에 삽입함으로써 복수의 상기 검출대상의 유무를 일괄 검출하는 것을 특징으로 센서 어레이.

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