KR101640989B1

KR101640989B1 - 한정 영역 반사형 광학 센서 및 전자 기기

Info

Publication number: KR101640989B1
Application number: KR1020140128835A
Authority: KR
Inventors: 마사유키 무로타; 요시타카 타이시; 하야미 호소카와; 마사시 스기모토
Original assignee: 오므론 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-21
Filing date: 2014-09-26
Publication date: 2016-07-19
Also published as: EP2866059A3; EP2866059A2; JP2015081801A; KR20150045887A; US20150108332A1; US9519059B2; CN104569996B; CN104569996A; JP6303388B2; EP2866059B1

Abstract

본 발명은 원근 방향의 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서 및 전자 기기를 제공한다.
해결하고자 하는 수단으로서, 출사광(L1)의 광로 중에, 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면(12ba)으로 되어 있고 또한 그 반수광부측부보다도 수광부(20)측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)으로 되어 있는 출사광용 렌즈(12A)가 마련되어 있으며 반사광(L2)의 광로 중에, 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면(22ba)으로 되어 있고, 또한 그 반발광부측부보다도 발광부(10)측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면(22bb)으로 되어 있는 반사광용 렌즈(22)가 마련되어 있는 적어도 한쪽을 충족시킨다.

Description

한정 영역 반사형 광학 센서 및 전자 기기{LIMITED AREA REFLECTIVE OPTICAL SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE}

본 발명은, 물체의 검지 영역이 한정된 한정 영역 반사형 광학 센서 및 전자 기기에 관한 것이다.

종래, 물체가 소정의 위치에 존재하는지의 여부를 검출하기 위한 광학 센서로서, 물체의 검지 영역이 한정된 한정 영역 반사형 광학 센서가 알려져 있다.

이 한정 영역 반사형 광학 센서(100)은, 도 16의 (a),(b)에 도시하는 바와 같이, 발광 소자(101) 및 수광 소자(102)를 구비하고 있다. 발광 소자(101)와 수광 소자(102)는, 발광 소자(101)로부터 출사광을 물체 검지 한정 영역(S)을 향하여 조사하고, 이 출사광과 그 물체 검지 한정 영역(S)에서만 교차한 물체의 반사광을 수광 소자(102)에 수광 가능하게 되도록 광축의 각도가 설정되어 있다. 따라서 해칭으로 표시하는 물체 검지 한정 영역(S)을 물체가 통과한 때에는, 물체로부터의 반사광을 수광 소자(102)에서 검출하여 물체를 판별하도록 되어 있다.

상세하게는, 상기 한정 영역 반사형 광학 센서(100)에서는, 그 한정 영역 반사형 광학 센서(100)로부터의 거리(LL2 내지 LL4)의 물체 검지 한정 영역(S)에 물체가 존재하는 경우에는, 발광 소자(101)로부터의 출사광이 물체에 의해 정반사되고, 그 정반사된 반사광이 수광 소자(102)에 입사된다. 그러나, 물체가 거리(LL2 내지 LL4)의 물체 검지 한정 영역(S)의 밖에 존재하는 경우에는, 물체는 존재하지 않는다고 판단된다. 따라서, 거리(LL2 내지 LL4)의 범위가 물체 검출 범위가 된다. 이와 같이, 한정 영역 반사형 광학 센서(100)에서는, 물체가 거리(LL2 내지 LL4)의 물체 검지 한정 영역(S)에 도래하는 경우에는, 수광 소자(102)에 신호를 얻어지기 때문에, 이 신호에 의거하여 물체의 유무를 판별하고 있다.

여기서, 한정 영역 반사형 광학 센서(100)는, 출사광과 반사광이 각각 퍼짐을 갖지 않는 경우에는, 물체를 검지하여 검지 신호를 출력하는 동작 레벨과, 물체가 이동하여 비검지 상태가 되는 비동작 레벨과의 거리의 차가 작고, 배경의 영향도 적어진다. 또한, 발광 소자(101) 및 수광 소자(102)의 광축의 각도를 변화시킴 의해, 검출 거리의 설정이 가능하다는 특징이 있다.

이와 같은 종래의 한정 영역 반사형 광학 센서(100)는, 예를 들면, 근접하여 오는 물체를 검출하여 일정한 위치에서 정지시키기 위해 사용된다. 이 때문에, 도 16의 (a), (b)에 도시하는 바와 같이, 특히, 한정 영역 반사형 광학 센서(100)로부터 떨어진 위치인 거리(LL4)에서의 출사광 및 반사광을 샤프하게 할 필요가 있다.

특허 문헌 1 : 일본 특개평6-241783호 공보(1994년 09월 02일 공개)

그러나, 상기 종래의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 검출 범위를 넓힐 수가 없다는 문제점을 갖고 있다.

여기서, 검출 범위를 넓히는 것이 가능한 광학 센서(200)로서, 예를 들면, 특허 문헌 1에는, 도 17에 도시하는 바와 같이, 검출 위치(P)에서의 각 피측정면(A 내지 D)을 각각 검출하기 위한 복수개의 반사식 광학 센서(201A 내지 201D)를 병설하고, 각각의 반사식 광학 센서(201A 내지 201D)에 의해 각 피측정면(A 내지 D)을 개별적으로 검출하는 수법이 개시되어 있다. 즉, 이 광학 센서(200)에서는, 각 피측정면(A 내지 D)을 각각 검출하기 위해, 각 반사식 광학 센서(201A 내지 201D), 각각 투광기(202)와 수광기(203)를 구비하고 있고, 이에 의해, 결과적으로, 검출 범위를 넓히는 것이 가능하게 되어 있다.

그러나, 특허 문헌 1에 개시된 광학 센서(200)에서는, 피측정면의 수에 응한 센서를 마련할 필요가 있기 때문에, 장치가 대형화한다는 문제점이 있다. 또한, 각 센서를 근접 설치하면, 이웃끼리의 센서가 간섭하여, 오동작하기 쉽다는 문제점도 있다.

본 발명은, 상기 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 원근 방향의 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서 및 전자 기기를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서는, 상기 과제를 해결하기 위해, 발광부로부터의 출사광을 물체 검지 한정 영역을 향하여 조사하고, 그 물체 검지 한정 영역에 존재하는 물체로부터의 반사광을 수광부에서 수광하는 한정 영역 반사형 광학 센서에 있어서,

상기 출사광의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부(反受光部側部)가 제1곡률을 갖는 제1곡률면으로 되어 있고, 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면으로 되어 있는 출사광용 렌즈가 마련되어 있으며, 또는 상기 반사광의 광로 중에, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부(反發光部側部)가 제4곡률을 갖는 제4곡률면으로 되어 있으며, 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면으로 되어 있는 반사광용 렌즈가 마련되어 있는 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 충족시키는 것을 특징으로 하고 있다.

상기한 발명에 의하면, 한정 영역 반사형 광학 센서는, 발광부로부터의 출사광을 물체 검지 한정 영역을 향하여 조사하고, 그 물체 검지 한정 영역에 존재하는 물체로부터의 반사광을 수광부에서 수광한다.

그런데, 이런 종류의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 출사광 및 물체로부터의 반사광은 단일한 광선이기 때문에, 물체 검지 한정 영역을 넓힐 수가 없다는 문제가 있다.

그래서, 본 발명의 한 양태에서는, 출사광의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면으로 되어 있고 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면으로 되어 있는 출사광용 렌즈가 마련되어 있다. 이에 의해, 곡률이 큰 반수광부측부의 제1곡률면을 통과한 출사광은, 물체 검지 한정 영역에서의 원거리측의 물체를 검출할 수 있다. 이 때, 곡률이 큰 제1곡률면을 통과한 출사광의 광속(光束) 밀도는 높기 때문에, 물체로부터의 반사광에 의한 광량을 크게 할 수가 있어서, 수광부에서의 수광 광량도 검출을 위해서는 충분하다.

한편, 곡률이 작은 수광부측부의 제2곡률면을 통과한 출사광은, 물체 검지 한정 영역에서의 근거리측의 물체를 검출할 수 있다. 이 때, 곡률이 작은 제2곡률면을 통과한 출사광의 광속 밀도는 작지만, 물체로부터 수광부까지의 거리가 가깝기 때문에, 수광부에서의 수광 광량도 검출을 위해서는 충분하다. 또한, 곡률이 작은 제2곡률면을 통과한 출사광의 광속 밀도는 작기 때문에, 근거리측 방향의 범위를 넓힐 수 있다. 그리고, 검출 범위를 넓히기 위해, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 출사광용 렌즈를 마련하였을 뿐이기 때문에 구성은 용이하다.

따라서 원근 방향 특히 근거리측의 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서를 제공할 수 있다.

그런데, 이와 같은 기능은, 출사광의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면으로 되어 있고 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면으로 되어 있는 출사광용 렌즈 대신에, 반사광의 광로 중에, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면으로 되어 있고 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면으로 되어 있는 반사광용 렌즈가 마련되어 있다는 구성에 의해서도 달성할 수 있다.

이에 의해, 물체 검지 한정 영역에서의 원거리측의 물체로부터의 반사광은, 반사광용 렌즈에서의 곡률이 큰 반발광부측부의 제4곡률면을 통과하여 수광부에 입력된다. 이 때, 곡률이 큰 제4곡률면을 통과한 반사광의 광속 밀도는 높기 때문에, 물체로부터의 반사광에 의한 광량을 크게 할 수가 있어서, 수광부에서의 수광 광량은 검출을 위해서는 충분하다.

한편, 물체 검지 한정 영역에서의 근거리측의 물체로부터의 반사광은, 반사광용 렌즈에서의 곡률이 작은 발광부측부의 제5곡률면을 통과하여 수광부에 입력된다. 이 때, 곡률이 작은 제5곡률면을 통과한 반사광의 광속 밀도는 작지만, 물체로부터 수광부까지의 거리가 가깝기 때문에, 수광부에서의 수광 광량도 검출을 위해서는 충분하다.

이것은, 물체와의 대향 방향에 있어서 복수종류의 물체 검지 영역을 생성하는 것을 의미하는 것이고, 이에 의해, 출사광의 광로 중에, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 출사광용 렌즈를 마련한 경우와 마찬가지로, 원근 방향의 검출 범위가 넓어진다. 그리고, 반사광용 렌즈의 경우도, 검출 범위를 넓히기 위해, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 반사광용 렌즈를 마련하였을 뿐이기 때문에, 구성은 용이하다.

따라서 출사광의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면으로 되어 있고, 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면으로 되어 있는 출사광용 렌즈가 마련되어 있으며, 또는 상기 반사광의 광로 중에, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면으로 되어 있고 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면으로 되어 있는 반사광용 렌즈가 마련되어 있는 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 충족시킴 의해, 원근 방향, 특히 근거리측의 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서를 제공할 수 있다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 수광부에서의 수광 레벨에 의거하여 물체 검지 한정 영역에 존재하는 물체의 유무를 판별하는 판별 수단이 마련되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 판별 수단에서, 수광부에서의 수광 레벨에 의거하여 물체 검지 한정 영역에 존재하는 물체의 유무를 판별할 수 있다. 즉, 수광부에서의 수광 레벨이 제로면, 물체 검지 한정 영역에는 물체는 존재하지 않는다고 판단하고, 수광부에서의 수광 레벨이 소정의 검출치 이상이면, 물체 검지 한정 영역에 물체가 존재한다고 판단할 수 있다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 출사광용 렌즈는 제1곡률과 제2곡률의 적어도 한쪽을 다른 곡률로 변경 가능하게 되어 있으며, 또는 반사광용 렌즈는, 제4곡률과 제5곡률의 적어도 한쪽을 다른 곡률로 변경 가능하게 되어 있는 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 충족시키는 것이 바람직하다.

이에 의해, 출사광용 렌즈 또는 반사광용 렌즈의 적어도 어느 한쪽을 곡률이 다른 것으로 교환할 수 있다. 이 결과, 물체 검지 한정 영역을 용이하게 변경하는 것이 가능해진다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 출사광용 렌즈는 제1곡률면과 제2곡률면이 일체적으로 형성되어 있으며, 또는 반사광용 렌즈는 제4곡률면과 제5곡률면이 일체적으로 형성되어 있는 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 충족시키는 것이 바람직하다.

이에 의해, 부품 갯수의 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 것이 떨어져 있는 경우에 비하여 위치 정밀도의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 것이 떨어져 있는 경우의 미광(迷光) 대책에도 이어진다. 또한, 출사광용 렌즈마다 또는 반사광용 렌즈마다 교환이 가능하다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 출사광용 렌즈 및 반사광용 렌즈는, 양자 일체로 형성되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 부품 갯수의 삭감을 더욱 도모할 수 있다. 또한, 출사광용 렌즈와 반사광용 렌즈가 서로 떨어져 있는 경우에 비하여, 위치 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 일체가 된 렌즈의 교환은 용이하다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 발광부는 출사광을 출사하는 발광 소자를 갖고 있고, 또한 상기 발광 소자는 그 발광 소자로부터 출사되는 출사광의 광축이 출사광용 렌즈의 중심축보다도 반수광부측이 되도록 배치되어 있음과 함께, 상기 수광부는 반사광을 수광하는 수광 소자를 갖고 있고, 또한 상기 수광 소자는 그 수광 소자에서의 반사광의 광축이 반사광용 렌즈의 중심축보다도 반발광부측이 되도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 원거리측의 광속의 퍼짐이 없어지고, 광속 밀도가 높은 부분만을 물체 검지 한정 영역으로서 한정할 수 있게 된다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 수광부에는, 물체로부터의 반사에 의한 복수 방향에서의 반사광을 각각 수광하는 복수의 수광 소자가 마련되어 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 한정 영역 반사형 광학 센서를, 물체의 위치를 판단하는 변위 센서로서 사용하는 것이 가능해진다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 출사광용 렌즈에는, 상기 제2곡률면보다도 수광부측에 상기 제2곡률면의 제2곡률보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 출사광용 렌즈는, 가장 반수광부측부가 곡률이 큰 제1곡률로 되어 있고, 출사광용 렌즈를 통과시킨 출사광 중의 최반수광부측의 출사광의 광속 밀도가 커짐에 의해, 최반수광부측의 출사광의 광강도 분포를 가파르게 할 수 있다. 이 결과, 물체가 존재하는지의 판정을 위한 물체 검지 한정 영역에서의 원거리측의 물체를 검출할 때의 임계치를 용이하게 설정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는, 출사광용 렌즈는, 상기 제2곡률면보다도 수광부측이 제2곡률면의 제2곡률보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면으로 되어 있다. 즉, 출사광용 렌즈는, 가장 수광부측부에 관해서도 제2곡률보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면으로 되어 있고, 이에 의해, 최수광부측의 출사광의 광강도 분포를 가파르게 할 수 있다. 이 결과, 물체가 존재하는지의 판정을 위한 물체 검지 한정 영역에서의 근거리측의 물체를 검출할 때의 임계치에 관해서도 용이하게 설정할 수 있게 된다.

따라서, 물체 검지 한정 영역에서의 원거리측 및 근거리측의 양쪽에 관해, 물체가 존재하는지의 여부의 판정을 위한 임계치에 관해 용이하게 설정할 수 있게 된다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 출사광용 렌즈의 제2곡률면은, 실린드리컬 렌즈의 일부로서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 실린드리컬 렌즈는 반원주형상의 렌즈이다. 이 때문에, 곡률이 없는 단면(斷面)에서는 광이 그냥 지나가지만(素通), 곡률을 갖는 반원 단면에서는 광이 구부러져서, 광이 확산하는 것을 방지하여 물체 검지 한정 영역의 광량을 증가시킬 수 있다.

또한, 출사광용 렌즈에서의, 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면의 제작이 용이하다. 또한, 제1곡률면과 제2곡률면이 별체로 형성되는 경우에는, 제2곡률면으로서 시판의 실린드리컬 렌즈를 사용할 수 있다. 이 결과, 출사광용 렌즈의 제2곡률면을 개별적으로 제조하는 것에 비하여, 비용 삭감을 도모할 수 있다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 반사광용 렌즈에는, 상기 제5곡률면보다도 발광부측에 그 제5곡률면의 제5곡률보다도 큰 제6곡률을 갖는 제6곡률면이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 반사광용 렌즈는, 가장 반발광부측부가 곡률이 큰 제4곡률로 되어 있고, 반사광용 렌즈의 제4곡률면을 통과한 반사광의 최반발광부측의 반사광의 광속 밀도가 커짐에 의해, 최반발광부측의 반사광의 광강도 분포를 가파르게 할 수 있다. 이 결과, 물체가 존재하는지의 판정을 위한 물체 검지 한정 영역에서의 원거리측의 물체를 검출할 때의 임계치를 용이하게 설정할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에서는, 상기 반사광용 렌즈에는, 상기 제5곡률면보다도 발광부측에 그 제5곡률면의 제5곡률보다도 큰 제6곡률을 갖는 제6곡률면이 형성되어 있다. 즉, 반사광용 렌즈는, 가장 발광부측부에 관해서도 제5곡률보다도 큰 제6곡률을 갖는 제6곡률면으로 되어 있고, 이에 의해, 최발광부측의 반사광의 광강도 분포를 가파르게 할 수 있다. 이 결과, 물체가 존재하는지의 판정을 위한 물체 검지 한정 영역에서의 근거리측의 물체를 검출할 때의 임계치에 관해서도 용이하게 설정할 수 있게 된다.

따라서 물체 검지 한정 영역에서의 원거리측 및 근거리측의 양쪽에 관해, 물체가 존재하는지의 여부의 판정을 위한 임계치에 관해 용이하게 설정할 수 있게 된다.

본 발명의 한 양태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 상기 반사광용 렌즈의 제5곡률면은, 실린드리컬 렌즈의 일부로서 구성되어 있는 것이 바람직하다.

즉, 실린드리컬 렌즈는 반원주형상의 렌즈이다. 이 때문에, 곡률이 없는 단면에서는 광이 그냥 지나가지만, 곡률을 갖는 반원 단면에서는 광이 구부러져서, 광이 확산하는 것을 방지하여 물체 검지 한정 영역의 광량을 증가시킬 수 있다.

또한, 반사광용 렌즈에서의, 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면의 제작이 용이하다. 또한, 제4곡률면과 제5곡률면이 별체로 형성되는 경우에는, 제5곡률면으로서 시판의 실린드리컬 렌즈를 사용할 수 있다. 이 결과, 반사광용 렌즈의 제5곡률면을 개별적으로 제조하는 것에 비하여, 비용 삭감을 도모할 수 있다.

존재하는지의 여부의 판정을 위한 임계치에 관해 용이하게 설정할 수 있게 된다.

본 발명의 한 양태에서의 전자 기기는, 상기 과제를 해결하기 위해, 상기 기재된 한정 영역 반사형 광학 센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.

이에 의해, 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서를 구비한 전자 기기를 제공할 수 있다.

본 발명의 한 양태에 의하면, 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서 및 전자 기기를 제공한다는 효과를 이룬다.

도 1은 본 발명의 실시 형태 1에서의 한정 영역 반사형 광학 센서를 도시하는 것으로, 한정 영역 반사형 광학 센서에서의 물체 검지 한정 영역에서의 물체의 검지 상태를 도시하는 단면도.
도 2(a)는 한정 영역 반사형 광학 센서에 물체를 검지할 때의 물체 검지 한정 영역을 도시하는 도면, (b)는 물체 검지 한정 영역에서의 검출 신호를 도시하는 파형도.
도 3은 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 사시도.
도 4(a)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 단면도, (b)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 종단면을 파단하여 도시하는 사시도.
도 5는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 발광부에 마련된 출사광용 렌즈의 구성을 도시하는 단면도.
도 6은 상기 한정 영역 반사형 광학 센서에서의 발광부에 마련된 출사광용 렌즈 및 수광부에 마련된 반사광용 렌즈의 구성을 도시하는 사시도.
도 7(a)는 출사광용 렌즈의 제2곡률면 및 반사광용 렌즈의 제5곡률면에 사용되는 실린드리컬 렌즈에서의 곡률을 갖는측의 광로를 도시하는 도면, 도 7(b)는 상기 실린드리컬 렌즈에서의 곡률을 갖지 않는측의 광로를 도시하는 도면.
도 8(a)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 변형례의 구성을 도시하는 단면도, (b)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 종단면을 파단하여 도시하는 사시도.
도 9는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 수광부에 마련된 포토 트랜지스터에서의 물체의 검출 거리와 검출 능력과의 관계를 도시하는 그래프.
도 10은 본 발명의 실시 형태 2에서의 한정 영역 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 사시도.
도 11(a)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 단면도, (b)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 종단면을 파단하여 도시하는 사시도.
도 12는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서의 발광부 및 수광부에 마련된 출사광·반사광용 일체형 렌즈의 구성을 도시하는 사시도.
도 13은 본 발명의 실시 형태 3에서의 한정 영역 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 정면도.
도 14(a), (b), (c)는 본 발명의 실시 형태 4에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에서의 복수의 포토 트랜지스터에서의 수광 상태를 도시하는 정면도.
도 15(a)는, 본 발명의 실시 형태 5에서의 한정 영역 반사형 광학 센서에 구비된 출사광용 렌즈의 구성을 도시하는 단면도, (b)는, 물체 검지 한정 영역에서의 검출 신호를 도시하는 파형도.
도 16(a)는 종래의 한정 영역 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 개략도, (b)는 한정 영역 반사형 광학 센서로부터의 각 거리의 위치에서의 출사광과 반사광과의 관계를 도시하는 평면도.
도 17은 종래의 다른 반사형 광학 센서의 구성을 도시하는 개략도.

[실시의 형태 1]

본 발명의 한 실시 형태에 관해 도 1 내지 도 9에 의거하여 설명하면, 이하와 같다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서는, 예를 들면 로봇 청소기, 로보틱스 휠체어, 시큐어러티 보호 로봇 등 자주식 로봇 등의 전자 기기, 또는 그 밖의 기기에 적용된다. 구체적으로는, 도 2(a)에 도시하는 바와 같이, 물체의 단차(段差) 검지 또는 용지(用紙)의 존재의 유무 검출 등의 한정한 범위 내에서의 물체의 유무를 검출하는 경우에 이용된다. 따라서 검출 물체로부터의 반사광이 정반사 또는 확산반사의 어느 경우라도 지정한 물체 검지 한정 영역(S)의 범위 내에서 물체를 검출할 필요가 있다. 예를 들면, 로봇 청소기용의 단차 검지의 경우, 도 2(b)에 도시하는 바와 같이, 가능한 한 넓은 검출 범위를 얻음과 함께, 원거리측에 있어서 출력의 경계가 명확하게 되도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 이런 종류의 한정 영역 반사형 광학 센서에서는, 반사광은 단일한 광선이기 때문에, 물체 검지 한정 영역을 넓힐 수가 없다는 문제가 있다.

그래서, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서는, 이와 같은 물체 검지 한정 영역(S)을 가능한 한 넓게 하기 위해 개량된 것으로 되어 있다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)의 구성에 관해, 도 3 내지 도 8에 의거하여 설명한다. 도 3은 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 4(a)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)의 구성을 도시하는 단면도이고, 도 4(b)는 상기 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)의 종단면을 파단하여 도시하는 사시도이다. 도 5는, 출사광용 렌즈(12A)의 구성을 도시하는 단면도이다. 도 6은, 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 7(a)는 실린드리컬 렌즈에서의 곡률을 갖는측의 광로를 도시하는 도면이고, 도 7(b)는 실린드리컬 렌즈에서의 곡률을 갖지 않는측의 광로를 도시하는 도면이다. 도 8(a)는 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)의 변형례의 구성을 도시하는 단면도이고, 도 8(b)는 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)의 종단면을 파단하여 도시하는 사시도이다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 발광부(10)와 수광부(20)를 구비하고, 이들 발광부(10) 및 수광부(20)가 케이스(2)에 수용된 것으로 이루어져 있다.

발광부(10)는, 도 4(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 발광 소자로서의 LED(Light Emitting Diode : 발광 다이오드)(11)와, 그 LED(11)의 앞면에 마련된 출사광용 렌즈(12A)를 구비하고 있다.

또한, 수광부(20)는, 수광 소자로서의 포토 트랜지스터(21)와, 그 포토 트랜지스터(21)의 앞면에 마련된 반사광용 렌즈(22)를 구비하고 있다. 또한, 상기 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)의 어느 한쪽은, 본 발명에서는 생략할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 발광 소자로서의 LED(11)를 사용하고, 수광 소자로서의 포토 트랜지스터(21)를 사용하고 있다. 그러나, 본 발명에서는, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 예를 들면, 발광 소자로서의 레이저 다이오드를 사용하고, 수광 소자로서의 포토 다이오드를 사용할 수 있다. 또한, 이 이외의 종류의 발광 소자와 수광 소자의 조합이라도 좋다.

상기 케이스(2)에서의 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)의 앞면은, 케이스 개구(2a)로 되어 있고, 출사광 및 반사광이 통과할 수 있게 되어 있다.

상기 발광부(10)와 수광부(20)는, 발광부(10)로부터 출사광을 상기 물체 검지 한정 영역(S)을 향하여 조사하고, 그 물체 검지 한정 영역(S)에 존재하는 물체로부터의 반사광을 수광부(20)에서 수광 가능하게 되도록 그 반사광의 광축과 그 반사광의 광축과의 교차 각도가 설정되어 있다. 그리고, 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)는, 포토 트랜지스터(21)에서의 수광 레벨 즉 검출 전압에 의거하여 물체의 유무를 판별하도록 되어 있다. 이 물체의 유무를 판별은, LED(11) 및 포토 트랜지스터(21)를 탑재하고 있는 판별 수단으로서의 프린트 기판(3)의 판별부에서 행하여진다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, LED(11)로부터 물체 검지 한정 영역(S)까지의 출사광의 광로 중에, 출사광을 굴절시키는 출사광용 렌즈(12A)가 마련되어 있다.

이 출사광용 렌즈(12A)는, 도 4(a), (b) 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 적어도 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있다. 구체적으로는, 출사광용 렌즈(12A)의 발광부측 표면(12a)과는 반대측의 반발광부측 표면(12b)은, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면(12ba)으로 되어 있고 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률면(12ba)보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)으로 되어 있다. 상기 제1곡률면(12ba)의 제1곡률은, 제2곡률면(12bb)의 제2곡률에 비하여 예를 들면 2배 이상의 곡률을 갖고 있는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시의 형태의 출사광용 렌즈(12A)는, 제1곡률면(12ba)과 제2곡률면(12bb)의 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있다. 단, 본 발명에서는, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 3종류 이상의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있어도 좋다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 상기 제1곡률면(12ba)은 예를 들면 비구면 렌즈로 이루어져 있는 한편, 상기 제2곡률면(12bb)은 예를 들면 실린드리컬 렌즈로 이루어져 있다. 실린드리컬 렌즈는, 원주를 축방향에 2개로 나눈 형태를 하고 있다. 이 때문에, 도 7(b)에 도시하는 바와 같이, 제1 방향의 단면(斷面)은 곡률이 없기 때문에 평행평면 유리를 광이 통과하는 것과 같이 방향이 조금 변화할 뿐이고 그냥 지나간다. 한편, 도 7(a)에 도시하는 바와 같이, 제2 방향의 반원 단면은 곡률을 갖고 있기 때문에 광은 구부러져서, 광이 확산하는 것을 방지하여 물체 검지 한정 영역(S)의 광량을 증가시킬 수 있다는 성질을 갖고 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 비구면 렌즈같은 제1곡률면(12ba)은, 그 비구면 렌즈 표면의 정점(頂点)에서 제1곡률을 갖고 있음과 함께, 실린드리컬 렌즈로 이루어지는 제2곡률면(12bb)도 그 실린드리컬 렌즈 표면의 정점에서 제2곡률을 갖고 있다. 즉, 본 명세서 및 본 발명에서는, 제1곡률면(12ba)의 표면의 정점이 제1곡률을 가지며, 또한 제2곡률면(12bb)의 표면의 정점이 제2곡률을 갖는다는 정의(定義)하에, 제1곡률은 제2곡률보다도 큰 것으로 되어 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 출사광용 렌즈(12A)는, 제1곡률면(12ba)을 갖는 비구면 렌즈와 제2곡률면(12bb)을 갖는 실린드리컬 렌즈가 서로 일체가 되어 형성되어 있다. 단, 본 발명에서는, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 제1곡률면(12ba)과 제2곡률면(12bb)이 서로 별체가 되어 형성되어 있어도 좋다.

또한, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 물체 검지 한정 영역(S)으로부터 포토 트랜지스터(21)까지의 반사광의 광로 중에, 반사광을 굴절시키는 반사광용 렌즈(22)가 마련되어 있다.

이 반사광용 렌즈(22)는, 적어도 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있다. 구체적으로는, 반사광용 렌즈(22)의 수광부측 표면(22a)과는 반대측의 반수광부측 표면(22b)은, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면(22ba)으로 되어 있고, 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 제4곡률면(22ba)보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면(22bb)으로 되어 있다. 또한, 본 실시의 형태의 반사광용 렌즈(22)는, 제4곡률면(22ba)과 제5곡률면(22bb)의 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있지만, 본 발명에서는, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 3종류 이상의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있어도 좋다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 상기 제4곡률면(22ba)은 예를 들면 비구면 렌즈로 이루어져 있는 한편, 상기 제5곡률면(22bb)은 예를 들면 실린드리컬 렌즈로 이루어져 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 비구면 렌즈로 이루어지는 제4곡률면(22ba)은, 그 비구면 렌즈 표면의 정점에서 제4곡률을 갖고 있음과 함께, 실린드리컬 렌즈로 이루어지는 제5곡률면(22bb)도 그 실린드리컬 렌즈 표면의 정점에서 제5곡률을 갖고 있다. 즉, 본 명세서 및 본 발명에서는, 제4곡률면(22ba)의 표면의 정점이 제4곡률을 가지며, 또한 제5곡률면(22bb)의 표면의 정점이 제5곡률을 갖는다는 정의하에, 제4곡률은 제5곡률보다도 큰 것으로 되어 있다.

또한, 본 실시의 형태에서는, 반사광용 렌즈(22)는, 제4곡률면(22ba)을 갖는 비구면 렌즈와 제5곡률면(22bb)을 갖는 실린드리컬 렌즈가 서로 일체가 되어 형성되어 있다. 단, 본 발명에서는, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 제4곡률면(22ba)과 제5곡률면(22bb)이 서로 별체가 되어 형성되어 있어도 좋다.

여기서, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)는, 출사광용 렌즈(12A)와 반사광용 렌즈(22)의 양쪽이 마련되어 있다. 단, 본 발명에서는, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 도 8(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 출사광용 렌즈(12A)와 반사광용 렌즈(22)의 적어도 한쪽이 마련되어 있으면 족하다.

또한, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)는, 출사광용 렌즈(12A)와 반사광용 렌즈(22)의 적어도 한쪽은, 용이하게 교환 가능하게 되고 있다.

상기 구성의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서의 물체가 존재하는지의 물체 검출 방법에 관해, 상기 도 4(a), (b), 도 5 및 도 6, 및 도 1 및 도 9에 의거하여 설명한다. 도 1은, 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서의 출사광(L1)의 광로 및 반사광(L2)의 광로 및 물체 검지 한정 영역(S)에서의 물체(M)의 검지 상태를 도시하는 단면도이다. 도 9는, 포토 트랜지스터(21)에서의 물체(M)의 검출 거리와 검출 능력과의 관계를 도시하는 그래프이다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 도 4(a), (b), 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 발광부(10)에는, 그 LED(11)로부터의 출사광의 광로 중에, 반수광부측부에 곡률이 큰 제1곡률면(12ba)을 가지며, 또한 수광부측에 곡률이 작은 제2곡률면(12bb)을 갖는 출사광용 렌즈(12A)가 마련되어 있다. 따라서 도 1에 도시하는 바와 같이, LED(11)로부터 출사된 출사광(L1)은, 출사광용 렌즈(12A)에서의 반수광부측의 제1곡률면(12ba)을 통과한 경우에는, 광속 밀도가 높고, 물체 검지 한정 영역(S)의 원거리측에 도달하게 된다. 이에 대해, 출사광용 렌즈(12A)에서의 수광부측의 제2곡률면(12bb)을 통과한 경우에는, 광속 밀도가 작고, 물체 검지 한정 영역(S)의 근거리측에 도달하게 된다.

또한, 도 4(a), (b), 도 5 및 도 6에 도시하는 바와 같이, 수광부(20)에는, 물체 검지 한정 영역(S)으로부터 포토 트랜지스터(21)를 향한 반사광의 광로 중에, 반발광부측에 곡률이 큰 제4곡률면(22ba)을 가지며, 또한 발광부측에 곡률이 작은 제5곡률면(22bb)을 갖는 반사광용 렌즈(22)가 마련되어 있다. 따라서 도 1에 도시하는 바와 같이, 물체 검지 한정 영역(S)의 원거리측에서의 반사광(L2)은, 광속 밀도가 높은 상태로 반사광용 렌즈(22)에서의 반발광부측의 제4곡률면(22ba)을 통과한다. 이에 대해, 물체 검지 한정 영역(S)의 근거리측에서의 반사광(L2)은, 광속 밀도가 작은 상태로, 출사광용 렌즈(12A)에서의 발광부측의 제5곡률면(22bb)을 통과한다.

이 결과, 물체 검지 한정 영역(S)의 원거리측(SL)에 물체(M)가 존재하는 경우, 또는 물체 검지 한정 영역(S)의 근거리측(SS)에 물체(M)가 존재하는 경우의 어느 것이라도, 포토 트랜지스터(21)에 물체(M)로부터의 반사광에 의한 반사광(L2)을 검출할 수 있는 것으로 된다.

구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시의 형태의 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)에서는, 전술한 바와 같이, 발광부(10)에는, 그 LED(11)로부터의 출사광의 광로 중에, 반수광부측에 곡률이 큰 제1곡률면(12ba)을 가지며, 또한 수광부측에 곡률이 작은 제2곡률면(12bb)을 갖는 출사광용 렌즈(12A)가 마련되어 있다. 또한, 수광부(20)에는, 물체 검지 한정 영역(S)으로부터 포토 트랜지스터(21)를 향하는 반사광의 광로 중에, 반발광부측에 곡률이 큰 제4곡률면(22ba)을 가지며, 또한 발광부측에 곡률이 작은 제5곡률면(22bb)을 갖는 반사광용 렌즈(22)가 마련되어 있다. 따라서 도 9에 도시하는 바와 같이, 원거리측(SL)의 물체(M)로부터의 반사에 의한 반사광(L2)은, 광속 밀도가 높기 때문에, 원거리측(SL)의 물체(M)에서의 포토 트랜지스터(21)의 하강이 가파르게 되어 있다. 이 결과, 물체(M)가 원거리측(SL)에 존재하는지의 여부의 임계치를 설정한 경우에, 포토 트랜지스터(21)에서의 원거리측(SL)의 온 영역과 오프 영역과의 경계가 명확하게 되고, 물체(M)의 유무의 판별을 용이하게 행할 수 있는 것으로 된다.

이와 같이, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)는, 발광부(10)로부터의 출사광(L1)을 물체 검지 한정 영역(S)을 향하여 조사하고, 그 물체 검지 한정 영역(S)에 존재하는 물체(M)로부터의 반사광에 의한 반사광(L2)을 수광부(20)에 수광한다.

그런데, 이런 종류의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 출사광(L1) 및 물체(M)로부터의 반사광(L2)은 단일한 광선이기 때문에, 물체 검지 한정 영역(S)을 넓힐 수가 없다는 문제가 있다.

그래서, 본 실시의 형태의 한 종류에서는, 출사광(L1)의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면(12ba)으로 되어 있고, 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)으로 되어 있는 출사광용 렌즈(12A)가 마련되어 있다. 이에 의해, 곡률이 큰반수광부측부의 제1곡률면(12ba)을 통과한 출사광은, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL)의 물체(M)를 검출할 수 있다. 이 때, 곡률이 큰 제1곡률면(12ba)을 통과한 출사광(L1)의 광속 밀도는 높기 때문에, 물체(M)로부터의 반사광에 의한 광량을 크게할 수가 있어서, 수광부(20)에서의 수광 광량도 검출을 위해서는 충분하다.

한편, 곡률이 작은 수광부측부의 제2곡률면(12bb)을 통과한 출사광(L1)은, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 근거리측(SS)의 물체(M)를 검출할 수 있다. 이 때, 곡률이 작은 제2곡률면(12bb)을 통과한 출사광(L1)의 광속 밀도는 작지만, 물체(M)로부터 수광부(20)까지의 거리가 가깝기 때문에, 수광부(20)에서의 수광 광량도 검출을 위해서는 충분하다. 또한, 곡률이 작은 제2곡률면(12bb)을 통과한 출사광(L1)의 광속 밀도는 작기 때문에, 근거리측(SS) 방향의 범위를 넓힐 수 있다. 그리고, 검출 범위를 넓히기 위해, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 출사광용 렌즈(12A)를 마련하였을 뿐이기 때문에, 구성은 용이하다.

그런데, 이와 같은 기능은, 출사광(L1)의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면(12ba)으로 되어 있고 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)으로 되어 있는 출사광용 렌즈(12A) 대신에, 반사광(L2)의 광로 중에, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면(22ba)으로 되어 있고 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면(22bb)으로 되어 있는 반사광용 렌즈(22)가 마련되어 있다는 구성에 의해서도 달성할 수 있다.

이에 의해, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL)의 물체(M)로부터의 반사광은, 반사광용 렌즈(22)에서의 곡률이 큰 반발광부측부의 제4곡률면(22ba)을 통과하여 수광부(20)에 입력된다. 이 때, 곡률이 큰 제4곡률면(22ba)을 통과한 반사광(L2)의 광속 밀도는 높기 때문에, 물체(M)로부터의 반사광에 의한 광량을 크게할 수가 있어서, 수광부(20)에서의 수광 광량은 검출을 위해서는 충분하다.

이것은, 물체(M)와의 대향 방향에 있어서 복수종류의 물체 검지 영역을 생성하는 것을 의미하는 것이고, 이에 의해, 출사광(L1)의 광로 중에, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 출사광용 렌즈(12A)를 마련한 경우와 마찬가지로, 원근 방향의 검출 범위가 넓어진다. 그리고, 반사광용 렌즈(22)의 경우도, 검출 범위를 넓히기 위해, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 반사광용 렌즈(22)를 마련하였을 뿐이기 때문에, 구성은 용이하다.

따라서 출사광(L1)의 광로 중에, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면(12ba)으로 되어 있고 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)으로 되어 있는 출사광용 렌즈(12A)가 마련되어 있으며, 또는 반사광(L2)의 광로 중에, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면(22ba)으로 되어 있고, 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면(22bb)으로 되어 있는 반사광용 렌즈(22)가 마련되어 있는 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 충족시킴 의해, 원근 방향, 특히 근거리측(SS)의 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체(M)를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)를 제공할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 출사광용 렌즈(12A)에서의 상기 제1곡률면(12ba)의 제1곡률은, 제2곡률면(12bb)의 제2곡률에 비하여 예를 들면 2배 이상의 곡률을 갖고 있다.

이에 의해, 제1곡률면(12ba)을 통과한 출사광(L1)은, 광속이 조밀하게 되고, 제2곡률면(12bb)을 통과한 출사광(L1)에 비하여 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL)의 물체(M)를 검출할 수 있다. 또한, 검출을 위한 임계치의 설정도 용이하다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 상기 반사광용 렌즈(22)에서의 제4곡률면(22ba)의 제4곡률은, 제5곡률면(22bb)의 제5곡률에 비하여 예를 들면 2배 이상의 곡률을 갖고 있다. 이에 의해, 제4곡률면(22ba)을 통과한 반사광(L2)은, 제5곡률면(22bb)을 통과한 반사광(L2)에 비하여 광속이 조밀하게 되고, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL)의 물체(M)를 검출할 수 있다. 또한, 검출을 위한 임계치의 설정도 용이하다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 수광부(20)에서의 수광 레벨에 의거하여 물체 검지 한정 영역(S)에 존재하는 물체(M)의 유무를 판별하는 판별 수단으로서의 프린트 기판(3)의 판별부가 마련되어 있다. 이에 의해, 프린트 기판(3)의 판별부에서, 수광부(20)에서의 수광 레벨에 의거하여 물체 검지 한정 영역(S)에 존재하는 물체(M)의 유무를 판별할 수 있다. 즉, 수광부(20)에서의 수광 레벨이 제로면, 물체 검지 한정 영역(S)에는 물체는 존재하지 않는다고 판단하고, 수광부(20)에서의 수광 레벨이 소정의 검출치 이상이면, 물체 검지 한정 영역(S)에 물체(M)가 존재한다고 판단할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 출사광용 렌즈(12A)는 제1곡률과 제2곡률의 적어도 한쪽을 다른 곡률로 변경 가능하게 되어 있으며, 또는 반사광용 렌즈(22)는, 제4곡률과 제5곡률의 적어도 한쪽을 다른 곡률로 변경 가능하게 되어 있는 어느 한쪽, 또는 그 양쪽을 충족시킨다.

이에 의해, 출사광용 렌즈(12A) 또는 반사광용 렌즈(22)의 적어도 어느 한쪽을 곡률이 다른 것으로 교환할 수가 있다. 이 결과, 물체 검지 한정 영역(S)을 용이하게 변경하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 출사광용 렌즈(12A)는 제1곡률면(12ba)과 제2곡률면(12bb)이 일체적으로 형성되어 있으며, 또는 반사광용 렌즈(22)는, 제4곡률면(22ba)과 제5곡률면(22bb)이 일체적으로 형성되어 있는 적어도 한쪽을 충족시킨다.

이에 의해, 부품 갯수의 삭감을 도모할 수 있다. 또한, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 것이 떨어져 있는 경우에 비하여 위치 정밀도의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 것이 떨어져 있는 경우의 미광 대책에도 이어진다. 또한, 출사광용 렌즈(12A)마다 또는 반사광용 렌즈(22)마다 교환이 가능하다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 출사광용 렌즈(12A)의 제2곡률면(12bb)은, 실린드리컬 렌즈의 일부로서 구성되어 있다.

즉, 실린드리컬 렌즈는 반원주형상의 렌즈이다. 이 때문에, 곡률이 없는 단면에서는 광이 그냥 지나가지만, 곡률을 갖는 반원 단면에서는 광이 구부러져서, 광이 확산하는 것을 방지하여 물체 검지 한정 영역(S)의 광량을 증가시킬 수 있다.

또한, 출사광용 렌즈(12A)에서의, 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)의 제작이 용이하다.

또한, 제1곡률면(12ba)과 제2곡률면(12bb)이 별체로 형성되는 경우에는, 출사광용 렌즈(12A)의 반발광부측 표면(12b)이, 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)으로서, 시판의 실린드리컬 렌즈를 사용할 수 있다. 이 결과, 출사광용 렌즈(12)의 제2곡률면(12bb)을 개별적으로 제조하는 것에 비하여, 비용 삭감을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 반사광용 렌즈(22)의 제5곡률면(22bb)은, 실린드리컬 렌즈의 일부로서 구성되어 있다.

또한, 반사광용 렌즈(22)에서, 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면(22bb)의 제작이 용이하다.

또한, 제4곡률면(22ba)과 제5곡률면(22bb)이 별체로 형성되는 경우에는, 반사광용 렌즈(22)의 반수광부측 표면(22b)이, 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면(22bb)으로서, 시판의 실린드리컬 렌즈를 사용할 수 있다. 이 결과, 반사광용 렌즈(22)의 제5곡률면(22bb)을 개별적으로 제조하는 것에 비하여, 비용 삭감을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태의 전자 기기는, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)를 구비하고 있다.

이에 의해, 검출 범위를 넓힘에 의해, 피측정면까지의 거리가 변화하는 물체(M)를 정밀도 좋게 검출할 수 있고, 또한 구성이 간단한 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)를 구비한 전자 기기를 제공할 수 있다.

[실시의 형태 2]

본 발명의 다른 실시의 형태에 관해 도 10 내지 도 12에 의거하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 본 실시의 형태에서의 설명한 것 이외의 구성은, 상기 실시의 형태 1과 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기한 실시의 형태 1의 도면에 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

상기 실시의 형태 1의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)에서는, 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)는, 분리되어 있다. 이에 대해, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)에서의 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)를 가지며, 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)의 양자가 일체적으로 형성되어 있는 점이 다르다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)에서의 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)의 구성에 관해, 도 10 내지 도 12에 의거하여 설명한다. 도 10은, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 11(a)는 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)의 구성을 도시하는 단면도이고, 도 11(b)는 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)의 종단면을 파단하여 도시하는 사시도이다. 도 12는, 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)의 발광부(10) 및 수광부(20)에 마련된 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)의 구성을 도시하는 사시도이다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)에서는, 도 10에 도시하는 바와 같이, 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)를 갖고 있다. 이 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)는, 도 11(a), (b)에 도시하는 바와 같이, 출사광용 렌즈(12A)와 반사광용 렌즈(22)의 사이에 연결부(31)가 마련되어 있고, 이 연결부(31)에 의해, 출사광용 렌즈(12A)와 반사광용 렌즈(22)가 일체로 연결되어 있다.

이 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)는, 도 12에 도시하는 바와 같이, 실시의 형태 1과 마찬가지로, 출사광용 렌즈(12A)에서의 제1곡률면(12ba)은 예를 들면 비구면 렌즈로 되어 있는 한편, 제2곡률면(12bb)은 예를 들면 실린드리컬 렌즈로 되어 있다. 또한, 반사광용 렌즈(22)에서의 제4곡률면(22ba)은 예를 들면 비구면 렌즈로 되어 있는 한편, 제5곡률면(22bb)은 예를 들면 실린드리컬 렌즈로 되어 있다.

또한, 다른 구성은, 수광부(20)의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A)이기 때문에, 그 설명을 생략한다.

이와 같이, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)에서는, 출사광용 렌즈(12A) 및 반사광용 렌즈(22)는, 양자 일체로 형성된 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)로 되어 있다. 이에 의해, 부품 갯수의 삭감을 더욱 도모할 수 있다. 또한, 출사광용 렌즈(12A)와 반사광용 렌즈(22)가 서로 떨어져 있는 경우에 비하여, 위치 정밀도의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)의 교환은 용이하다.

[실시의 형태 3]

본 발명의 다른 실시의 형태에 관해 도 13에 의거하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 본 실시의 형태에서의 설명한 것 이외의 구성은, 상기 실시의 형태 1 및 실시의 형태 2와 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기한 실시의 형태 1 및 실시의 형태 2의 도면에 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

상기 실시의 형태 1의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A) 및 실시의 형태 2의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B)에서는, LED(11)의 출사광의 광축과 출사광용 렌즈(12A)의 중심축은 일치하고 있다. 또한, 포토 트랜지스터(21)의 수광축과 반사광용 렌즈(22)의 중심축은 일치하고 있다.

그러나, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1C)에서는, LED(11)에서의 출사광의 광축은, 출사광용 렌즈(12A)의 중심축보다도 반수광부측이 되도록 배치되어 있음과 함께, 포토 트랜지스터(21)의 수광축도 반사광용 렌즈(22)의 중심축보다도 반발광부측에 배치되어 있는 점이 다르다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1C)의 구성에 관해, 도 13에 의거하여 설명한다. 도 13은, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1C)의 구성을 도시하는 정면도이다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1C)는, 도 13에 도시하는 바와 같이, 발광부(10)는, 출사광(L1)을 출사하는 발광 소자로서의 LED(11)를 갖고 있고, 또한 LED(11)는, 그 LED(11)로부터 출사된 출사광(L1)의 광축이 출사광용 렌즈(12A)의 중심축보다도 반수광부측이 되도록 배치되어 있다.

또한, 수광부(20)는 반사광(L2)을 수광하는 수광 소자로서의 포토 트랜지스터(21)를 갖고 있고, 또한 포토 트랜지스터(21)는 그 포토 트랜지스터(21)에서의 반사광(L2)의 광축이 반사광용 렌즈(22)의 중심축보다도 반발광부측이 되도록 배치되어 있다.

이에 의해, 원거리측의 광속의 퍼짐이 없어지고, 광속 밀도가 높은 부분만을 물체 검지 한정 영역(S)으로서 한정할 수 있게 된다.

[실시의 형태 4]

본 발명의 다른 실시의 형태에 관해 도 14에 의거하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 본 실시의 형태에서의 설명한 것 이외의 구성은, 상기 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 3과 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기한 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 3의 도면에 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

상기 실시의 형태 1의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A), 실시의 형태 2의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B) 및 실시의 형태 3의 한정 영역 반사형 광학 센서(1C)에서는, 포토 트랜지스터(21)는 1개 구비되어 있을 뿐이었다. 이에 대해, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)에서는, 포토 트랜지스터(21)가 복수개 마련되어 있는 점이 다르다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)의 구성에 관해, 도 14(a), (b), (c)에 의거하여 설명한다. 도 14(a), (b), (c)는, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)에서의 복수의 포토 트랜지스터(21a·21b·21c)에서의 수광 상태를 도시하는 정면도이다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)는, 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 수광 소자로서의 복수개로서의 3개의 포토 트랜지스터(21a·21b·21c)를 구비하고 있다.

이에 의해, 도 14(a)에 도시하는 바와 같이, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)로부터 가장 가까운 근거리측(SS)에서는 포토 트랜지스터(21a)에서의 수광이 가능하다. 또한, 도 14(b)에 도시하는 바와 같이, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)로부터 중간 위치인 중거리측(SM)에서는 포토 트랜지스터(21b)에서의 수광이 가능하다. 또한, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)로부터 가장 먼 원거리측(SL)에서는 포토 트랜지스터(21c)에서의 수광이 가능하다.

이 결과, 포토 트랜지스터(21a)에서 신호를 검지한 경우에는, 물체(M)가 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)로부터 가장 가까운 물체 검지 한정 영역(S)에서의 근거리측(SS)의 위치에 존재하는 것을 판단할 수 있다. 또한, 포토 트랜지스터(21b)에서 신호를 검지한 경우에는 물체(M)가 물체 검지 한정 영역(S)에서의 중거리측(SM)의 위치에 존재하는 것을 판단할 수 있다. 또한, 포토 트랜지스터(21c)에서 신호를 검지한 경우에는 물체(M)가 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)로부터 가장 먼 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL)의 위치에 존재하고 있다고 판단할 수 있다. 따라서 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)를, 물체(M)의 위치를 판단하는 변위 센서로서 사용할 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기한 실시의 형태로 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범위 내에서 여러가지의 변경이 가능하다.

예를 들면, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)에서는, 물체(M)가 근접하여 온 것인지 또는 멀어지는 것인가를, 수광 소자로서의 포토 트랜지스터(21a·21b·21c)에서의 수광 레벨 즉 검출 전압의 대(大)로부터 소(小)로의 변화 또는 소로부터 대로의 변화 중 어느 것에 의해 검출하는 물체 이동 방향 검출 수단을 마련할 수 있는 것이 가능하다.

이에 의해, 물체 이동 방향 검출 수단을 이용하여, 물체가 근접하여 온 것인지 또는 멀어지는 것인지를, 포토 트랜지스터(21a·21b·21c)에서의 수광 레벨의 대로부터 소로의 변화 또는 소로부터 대로의 변화 중 어느 것에 의해 검출할 수 있다.

또한, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)에서는, 물체(M)가 근접하는 속도 또는 멀어지는 속도를 포토 트랜지스터(21a·21b·21c)의 수광 레벨 즉 검출 전압의 시간적 변화에 의거하여 산출하는 이동 속도 산출 수단을 구비하고 있다고 할 수 있다.

이에 의해, 이동 속도 산출 수단을 이용하여, 물체(M)가 근접하는 속도 또는 멀어지는 속도를 포토 트랜지스터(21a·21b·21c)의 수광 레벨의 시간적 변화에 의거하여 산출할 수 있다.

[실시의 형태 5]

본 발명의 다른 실시의 형태에 관해 도 15에 의거하여 설명하면, 이하와 같다. 또한, 본 실시의 형태에서의 설명한 것 이외의 구성은, 상기 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 4와 같다. 또한, 설명의 편의상, 상기한 실시의 형태 1 내지 실시의 형태 4의 도면에 도시한 부재와 동일한 기능을 갖는 부재에 관해서는 동일한 부호를 붙이고, 그 설명을 생략한다.

상기 실시의 형태 1의 한정 영역 반사형 광학 센서(1A), 실시의 형태 2의 한정 영역 반사형 광학 센서(1B), 실시의 형태 3의 한정 영역 반사형 광학 센서(1C) 및 실시의 형태 4의 한정 영역 반사형 광학 센서(1D)에서는, 출사광용 렌즈(12A) 및 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)는, 반발광부측 표면(12b)은, 반수광부측이 곡률이 큰 제1곡률을 갖는 제1곡률면(12ba)과, 수광부측이 곡률이 작은 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)의 2종류의 서로 다른 곡률을 갖는 렌즈로 되어 있다.

이에 대해, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1E)에서는, 제2곡률을 갖는 제2곡률면(12bb)의 또한 수광부측에, 제2곡률보다도 곡률이 큰 제3곡률면을 갖고 있는 점이 다르다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1E)의 구성에 관해, 도 15(a), (b)에 의거하여 설명한다. 도 15(a)는, 본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1E)에서의 출사광용 렌즈(12B)의 구성을 도시하는 단면도이고, 도 15(b)는, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 검출 신호를 도시하는 파형도이다.

본 실시의 형태의 한정 영역 반사형 광학 센서(1E)는, 도 15(a)에 도시하는 바와 같이, 실시의 형태 1의 출사광용 렌즈(12A)의 구성에 더하여, 출사광용 렌즈(12B)의 반발광부측 표면(12b)은, 제2곡률면(12bb)보다도 수광부측이 제2곡률면(12bb)의 제2곡률보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면(12bc)으로 되어 있다. 상기 제3곡률면(12bc)의 제3곡률은, 제2곡률면(12bb)의 제2곡률에 비하여 예를 들면 2배 이상의 곡률을 갖고 있는 것이 바람직하다.

또한, 출사광용 렌즈(12B)의 반발광부측 표면(12b)에서의 제1곡률면(12ba)은, 실시의 형태 1 내지 3의 출사광용 렌즈(12A)의 제1곡률면(12ba)과 같다.

실시의 형태 1에서도 설명한 바와 같이, 출사광용 렌즈(12B)의 반발광부측 표면(12b)은, 가장 반수광부측부가 곡률이 큰 제1곡률면(12ba)으로 되어 있고, 출사광용 렌즈(12B)를 통과시킨 출사광(L1)중 최반수광부측의 출사광(L1)의 광속 밀도가 커짐에 의해, 최반수광부측의 출사광(L1)의 광강도 분포를 가파르게 할 수 있다. 이 결과, 도 15(b)에 도시하는 바와 같이, 물체가 존재하는지의 판정을 위한 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측의 물체를 검출할 때의 임계치를 용이하게 설정할 수 있게 된다.

한편, 본 실시의 형태에서는, 출사광용 렌즈(12B)의 반발광부측 표면(12b)은, 제2곡률면(12bb)보다도 수광부측(도 15(a)에서의 우측)이 제2곡률면(12bb)의 제2곡률보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면(12bc)으로 되어 있다. 즉, 출사광용 렌즈(12B)의 반발광부측 표면(12b)은, 가장 수광부측부에 관해서도 제2곡률면(12bb)보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면(12bc)으로 되어 있고, 이에 의해, 최수광부측의 출사광(L1)의 광강도 분포를 가파르게 할 수 있다. 이 결과, 도 15(b)에 도시하는 바와 같이, 물체(M)가 존재하는지의 판정을 위한 물체 검지 한정 영역(S)에서의 근거리측의 물체를 검출할 때의 임계치에 관해서도 용이하게 설정할 수게 된다.

따라서 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL) 및 근거리측(SS)의 양쪽에 관해, 물체(M)가 존재하는지의 여부의 판정을 위한 임계치에 관해 용이하게 설정할 수 있게 된다.

또한, 상기에서는, 출사광용 렌즈(12B)에 관해 설명하였지만, 반드시 이것으로는 한정하지 않고, 반사광용 렌즈(22)에 관해서도 마찬가지의 구성으로 하는 것이 가능하다.

즉, 본 실시의 형태에서의 한정 영역 반사형 광학 센서(1E)에서는, 반사광용 렌즈(22)의 반수광부측 표면(22b)은, 제5곡률면(22bb)보다도 발광부측이 그 제5곡률면(22bb)의 제5곡률보다도 큰 제6곡률을 갖는 제6곡률면으로 되어 있게 할 수 있다.

여기서, 상기 반사광용 렌즈(22)에서의 제6곡률면의 제6곡률은, 제5곡률면(22bb)의 제5곡률에 비하여 예를 들면 2배 이상의 곡률을 갖고 있다.

이 구성에 의해서도, 물체 검지 한정 영역(S)에서의 원거리측(SL) 및 근거리측(SS)의 양쪽에 관해, 물체가 존재하는지의 여부의 판정을 위한 임계치에 관해 용이하게 설정할 수 있게 된다.

또한, 제3곡률면(12bc) 및 제6곡률을 마련하는 구성은, 실시의 형태 2에서 설명한 출사광·반사광용 일체형 렌즈(30)에도 적용하는 것이 가능하다.

또한, 본 발명은, 상술한 각 실시 형태로 한정되는 것이 아니고, 청구항에 나타낸 범위에서 여러가지의 변경이 가능하고, 다른 실시 형태에 각각 개시된 기술적 수단을 적절히 조합시켜서 얻어지는 실시 형태에 관해서도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

[산업상의 이용 가능성]

본 발명은, 물체의 검지 영역이 한정된 한정 영역 반사형 광학 센서에 적용할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들면 로봇 청소기, 로보틱스 휠체어, 시큐어러티 보호 로봇 등의 자주식 로봇의 전자 기기에 이용할 수 있다. 또한, 예를 들면 기판 검지 컨베이어(기판 검지), 식품 등의 포장기, FPC 제조 장치(투명 필름 검지), 일반 반송 장치에 적용하는 것이 가능하다.

1A : 한정 영역 반사형 광학 센서 1B : 한정 영역 반사형 광학 센서
1C : 한정 영역 반사형 광학 센서 1D : 한정 영역 반사형 광학 센서
1E : 한정 영역 반사형 광학 센서 2 : 케이스
2a : 케이스 개구 3 : 프린트 기판의 판별부(판별 수단)
10 : 발광부 11 : LED(발광 소자)
12A : 출사광용 렌즈 12B : 출사광용 렌즈
12a : 발광부측 표면 12b : 반발광부측 표면
12ba : 제1곡률면 12bb : 제2곡률면
12bc : 제3곡률면 20 : 수광부
21 : 포토 트랜지스터(수광 소자) 21a : 포토 트랜지스터(수광 소자)
21b : 포토 트랜지스터(수광 소자) 21c : 포토 트랜지스터(수광 소자)
22 : 반사광용 렌즈 22a : 수광부측 표면
22b : 반수광부측 표면 22ba : 제4곡률면
22bb : 제5곡률면 30 : 출사광·반사광용 일체형 렌즈
31 : 연결부 L1 : 출사광
L2 : 반사광 M : 물체
S : 물체 검지 한정 영역 SS : 근거리측
SM : 중거리측 SL : 원거리측

Claims

발광부로부터의 출사광을 물체 검지 한정 영역을 향하여 조사하고, 그 물체 검지 한정 영역에 존재하는 물체로부터의 반사광을 수광부에서 수광하는 한정 영역 반사형 광학 센서에 있어서,
상기 출사광의 광로 중에 마련되어 있으며, 수광부측과는 반대측의 반수광부측부가 제1곡률을 갖는 제1곡률면으로 되어 있고, 또한 그 반수광부측부보다도 수광부측의 수광부측부가 그 제1곡률보다도 작은 곡률인 제2곡률을 갖는 제2곡률면으로 되어 있는 출사광용 렌즈와,
상기 반사광의 광로 중에 마련되어 있으며, 발광부측과는 반대측의 반발광부측부가 제4곡률을 갖는 제4곡률면으로 되어 있고, 또한 그 반발광부측부보다도 발광부측의 발광부측부가 그 제4곡률보다도 작은 곡률인 제5곡률을 갖는 제5곡률면으로 되어 있는 반사광용 렌즈 중, 적어도 어느 하나를 포함하며,
상기 발광부는 출사광을 출사하는 발광 소자를 갖고 있고, 또한 상기 발광 소자는 그 발광 소자로부터 출사되는 출사광의 광축이 출사광용 렌즈의 중심축보다도 반수광부측이 되도록 배치되어 있음과 함께,
상기 수광부는 반사광을 수광하는 수광 소자를 갖고 있고, 또한 상기 수광 소자는 그 수광 소자에서의 반사광의 광축이 반사광용 렌즈의 중심축보다도 반발광부측이 되도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항에 있어서,
상기 수광부에서의 수광 레벨에 의거하여 물체 검지 한정 영역에 존재하는 물체의 유무를 판별하는 판별 수단이 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 출사광용 렌즈는 제1곡률과 제2곡률의 적어도 한쪽을 다른 곡률로 변경 가능하게 되어 있으며, 반사광용 렌즈는, 제4곡률과 제5곡률의 적어도 한쪽을 다른 곡률로 변경 가능하게 되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 출사광용 렌즈는 제1곡률면과 제2곡률면이 일체적으로 형성되어 있으며, 반사광용 렌즈는 제4곡률면과 제5곡률면이 일체적으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 출사광용 렌즈 및 반사광용 렌즈는, 양자 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 수광부에는, 물체로부터의 반사에 의한 복수 방향에서의 반사광을 각각 수광하는 복수의 수광 소자가 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 출사광용 렌즈에는, 상기 제2곡률면보다도 수광부측에 상기 제2곡률면의 제2곡률보다도 큰 제3곡률을 갖는 제3곡률면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 출사광용 렌즈의 제2곡률면은, 실린드리컬 렌즈의 일부로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 반사광용 렌즈에는, 상기 제5곡률면보다도 발광부측에 그 제5곡률면의 제5곡률보다도 큰 제6곡률을 갖는 제6곡률면이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 반사광용 렌즈의 제5곡률면은, 실린드리컬 렌즈의 일부로서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 한정 영역 반사형 광학 센서.
제 1항 또는 제 2항에 기재된 한정 영역 반사형 광학 센서를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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