KR102505049B1

KR102505049B1 - 이동 광원의 위치 확인이 가능한 광센서

Info

Publication number: KR102505049B1
Application number: KR1020210175496A
Authority: KR
Inventors: 이인
Original assignee: 주식회사 이엘티센서
Priority date: 2021-12-09
Filing date: 2021-12-09
Publication date: 2023-03-03

Abstract

본 발명은 이동 광원의 위치 확인이 가능한 광센서로, 격벽(111b)에 의해 구획되며, 포물면 형상의 복수의 제1 광 반사 면(111a)을 갖는 제1 광 반사부(111)와, 제1 광 반사부의 한쪽에 결합되며, 제1 광 반사부 쪽의 복수의 제1 광 반사 면에 대응하는 위치에는 복수의 제1 광 반사 면의 개수에 대응하는 개수의 포물면 형상의 복수의 제2 광 반사 면(113a)이 형성되어 있고, 제1 광 반사부의 반대쪽 면(113b)은 입사하는 광을 투과시키지 않는 광 비 투과 면으로 되어 있는 제2 광 반사부(113)와, 제1 광 반사부의 다른 쪽에 결합되며, 제2 광 반사 면과 대응하는 위치에는 복수의 광검출기(133)가 형성되어 있는 광 검출부(130)를 포함하고, 각각의 복수의 제1 광 반사 면과 각각의 복수의 제2 광 반사 면은 초점(F)이 일치하도록 설정되어 있다.

Description

이동 광원의 위치 확인이 가능한 광센서{OPTICAL SENSOR FOR SENSING POSITION OF MOVABLE LIGHT SOURCE}

본 발명은 광을 검출하는 광센서에 관한 것으로, 특히, 태양광 또는 인간을 포함하는 생물체와 같이 시간의 경과에 따라서 광원의 위치가 이동하는 이동 광원의 위치를 확인할 수 있는 광센서에 관한 것이다.

태양의 위치 변화에 추종하여 패널이 지향하는 방향이 바뀌는 회전식 태양광 패널이 실용화되어 있다. 또, 자동운전 방식의 에스컬레이터나 자동 점등식 전등과 같이 이용자의 접근을 검지하면 점등 또는 동작하는 다양한 장치들이 실용화되어 있다. 이들은 모두 시간의 경과에 따라서 이동하는 광원의 위치를 추적하는 광센서를 이용하여 광원의 위치를 확인함으로써 회전 등의 필요한 동작을 실행한다.

태양광 패널에서는 광원으로 태양광이라는 가시광을 이용하여 태양의 현재 위치를 추적하고, 또 자동운전 에스컬레이터나 자동 점등식 전등은 인체에서 발생하는 적외선 등을 이용하여 이용자의 접근 여부를 확인한다.

태양광 패널용 태양 위치 추적용 센서에 관한 선행기술로 예를 들어 특허문헌 1에 기재된 선행기술이 있다.

특허문헌 1에서는 통 형상의 복수의 굴절렌즈와 복수의 굴절렌즈의 중심부에 배치된 볼록렌즈로 구성된 렌즈부에 의해 바닥 중심부에 설치된 센서부의 4개의 센서(구체적으로는 광 검출용 포토다이오드 등)에 광을 모아서, 4개의 센서 중 가로방향 및 세로방향에서 각각 서로 인접하는 2개의 센서의 광 검출량의 부분 합을 구하고, 구해 진 2개의 센서의 광 검출량의 부분 합 중 각각 가로방향 및 세로방향에서 서로 마주보는 2개의 센서의 광 검출량의 부분 합 사이의 차이를 이용하여 태양이 어느 쪽에 위치하는가를 검출하도록 하고 있다.

태양의 위치는 하루 중 동쪽에서 서쪽으로 계속해서 이동하는 동시에 계절의 변화에 따라서는 남북방향으로도 그 위치가 변화한다. 이때, 예를 들어 태양이 동쪽에 있을 때, 동쪽에 위치하는 태양광은 4개의 센서 중 동쪽에 위치하는 2개의 센서에만 입사되는 것이 아니라 서쪽에 위치하는 2개의 센서에도 그대로 입사하게 된다.

그러나 특허문헌 1의 기술에서는 서로 마주보는 센서 사이를 광학적으로 격리하는 구성이 없으므로, 서로 마주보는 각 2개의 센서 중 어느 한쪽의 센서가 검출한 광 검출량의 부분 합과 반대쪽의 센서가 검출한 광 검출량의 부분 합의 차이는 아주 작을 수밖에 없으며, 이는 태양의 위치 검출의 오차로 연결된다. 또, 태양의 위치가 예를 들어 센서의 가로방향의 어느 한쪽 또는 세로방향의 어느 한쪽이 아니라, 가로방향과 세로방향의 중간쯤에 걸쳐 있는 경우에는 가로방향의 광 검출량의 부분 합과 세로방향의 광 검출량의 부분 합은 동일해지게 된다는 문제도 발생할 수 있다.

한편, 통상의 자동점등식 전등에서는 전등 주위의 일정 영역 내의 사람 등의 접근 여부를 검출하여 전등의 점등 여부를 결정한다.

여기서, 예를 들어 전등이 출입문 입구 부근에 설치되어 있는 경우, 그 출입문을 이용하여 내부로 들어가려고 하는 사람에게는 전등의 점등이 필요하나, 단지 그 전등 부근을 지나갈 뿐인 사람에게는 점등이 불필요하다. 이때, 전등의 점등 여부를 결정하는 광센서가 출입문 안으로 들어가기 위해서 광센서를 향해서 접근하는 사람과 단지 전등 부근을 지나가는 것에 불과한 사람을 구별할 수 있으면 불필요한 전등의 점등을 방지할 수 있다.

그러나 자동점등식 전등에서 광센서로 특허문헌 1의 광센서를 이용한 경우에는 광센서 설치지점으로부터 일정 영역 내에 사람 등이 접근하기만 하면 무조건 전등을 점등시켜 버린다는 문제가 있다.

태양광 패널용 태양 위치 추적용 센서에 관한 다른 선행기술로 예를 들어 특허문헌 2에 기재된 선행기술이 있다.

특허문헌 2에서는 평면상에서 서로 다른 방향을 바라보도록 배치된 2개 이상의 광센서(구체적으로는 광 검출용 포토다이오드 등)와, 복수의 광센서 사이에 각각 배치되어서 이들 광센서로 입사하는 광의 입사영역을 구분하는 광 간섭방지 판으로 구성되는 광센서모듈이 개시되어 있다.

그러나 특허문헌 2의 광센서모듈은 광 간섭방지 판에 의해 특허문헌 1의 단점을 일부 개선할 수는 있으나, 광센서모듈로 입사하는 광을 효율적으로 집광하기 위한 방안에 대해서는 어떤 고려도 하고 있지 않다.

또, 특허문헌 2의 광센서는 복수의 광센서 사이를 광학적으로 격리하는 광 간섭방지 판은 있으나, 광센서 모듈의 상부에 위치하는 광원의 광이 복수의 광센서 각각에 직접 입사하는 것을 차단할 수 있는 구성은 포함하고 있지 않으므로 광원에서 출사하는 광은 2개 이상의 광센서 모두에 직접 입사하게 된다. 또, 복수의 광센서 각각의 간격은 매우 작으므로 광원의 위치 차이에 따라서 복수의 광센서 각각에 입사하는 광량에도 큰 차이가 발생하지 않는다. 따라서 복수의 광센서 사이의 광 검출량도 큰 차이가 없으며, 결과적으로는 복수의 광센서 간에 유의미한 출력 값의 차이를 얻을 수 없게 된다.

등록특허 10-0933661호 공보(2009. 12. 23. 공고) 공개특허 10-2010-0094605호 공보(2010. 8. 27. 공개)

본 발명은 종래기술의 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 시간의 경과에 따라서 위치가 이동하는 이동 광원의 위치를 보다 정확하게 검출할 수 있는 광센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광센서는 이동 광원의 위치 확인이 가능한 광센서로, 격벽에 의해 구획되며, 포물면 형상의 복수의 제1 광 반사 면을 갖는 제1 광 반사부와, 상기 제1 광 반사부의 한쪽에 결합되며, 상기 제1 광 반사부 쪽의 상기 복수의 제1 광 반사 면에 대응하는 위치에는 상기 복수의 제1 광 반사 면의 개수와 동일한 개수의 포물면 형상의 복수의 제2 광 반사 면이 형성되어 있고, 상기 제1 광 반사부의 반대쪽 면은 입사하는 광을 투과시키지 않는 광 비 투과 면으로 되어 있는 제2 광 반사부와, 상기 제1 광 반사부의 다른 쪽에 결합되며, 상기 제2 광 반사 면과 대응하는 위치에는 복수의 광검출기가 형성되어 있는 광 검출부를 포함하고, 각각의 상기 복수의 제1 광 반사 면과 이에 대응하는 각각의 상기 복수의 제2 광 반사 면은 초점이 일치한다.

상기 구성을 포함하는 본 발명의 광센서는 제2 광 반사 면의 외주 면이 광 비 투과 면으로 되어 있으므로, 광원에서 방출되는 광이 직접 복수의 광검출기 중 어느 광검출기로도 입사할 수 없다.

또, 본 발명의 광센서에서는 제1 광 반사부의 복수의 제1 광 반사 면 각각의 포물면의 축과 평행하게 입사하는 광만을 제2 광 반사부의 복수의 제2 광 반사 면 중 어느 하나로 반사하도록 각각의 초점이 설정되어 있으므로, 복수의 광검출기 중 광원의 위치에 대응하는 광검출기가 검출하는 광량이 다른 위치의 광검출기에 의해 검출되는 광량보다 훨씬 많다.

이와 같은 구성에 의하면 복수의 광검출기 중 광원의 현재 위치에 대응하는 위치의 광검출기의 광량과 그 이외의 광검출기가 검출하는 광량 사이에 현저한 차이가 있으며, 이에 의해 광원의 위치 검출의 정밀도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서를 밑면 쪽에서 본 분해 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서의 평면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서의 광 검출동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 4와는 다른 위치에 있는 광원의 광 검출동작을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 광센서를 예를 들어 태양광 패널에 사용하는 경우에는 광원으로 태양광이라는 가시광을 이용하여 태양의 현재 위치를 추적한다. 또, 본 발명의 광센서를 예를 들어 자동운전 에스컬레이터나 자동 점등식 전등과 같은 장치에서 사용하는 경우에는 본 발명의 광센서는 인체에서 발생하는 적외선 등을 이용하여 자동운전 에스컬레이터나 자동 점등식 전등에 이용자가 접근하는가 여부를 확인한다.

이와 같이, 본 발명의 「광센서」는 가시광은 물론 자외선이나 적외선 등에 대해서도 동작 가능한 센서를 모두 포함하며, 따라서 본 명세서에서 말하는 「광센서」는 가시광에 반응하여 동작하는 센서는 물론 자외선 또는 적외선과 같은 가시광 이외의 광에 반응하여 동작하는 센서도 모두 포함하는 의미로 사용된다. 다만, 광원의 종류에 따라서, 예를 들어 태양광과 같은 가시광용 광센서로 사용되는 경우에는 광검출기로 가시광을 검출하는 광검출기를 사용하고, 적외선용 광센서로 사용되는 경우에는 광검출로 적외광을 검출하는 광검출기를 사용하면 된다.

또, 포물선은 포물선의 초점을 지나서 입사하는 광은 포물선의 안쪽 면에서 반사한 후 포물선의 축(포물면의 축, x-y 좌표상의 x축)과 평행한 방향으로 진행하고, 포물선의 안쪽 면에서 포물선의 축과 평행하게 입사한 광은 포물선의 안쪽 면에서 반사한 후 포물선의 초점을 지나는 특성이 있고, 본 발명은 포물선이 갖는 이들 2개의 광학적 성질을 이용하고 있다.

이어서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 첨부 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서의 분해 사시도, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서를 밑면 쪽에서 본 분해 사시도, 도 3은 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서의 평면도이다.

본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서(100)는 광 반사부(110)와 광 검출부(130)를 포함하며, 광 반사부(110)는 제1 광 반사부(111)와 제2 광 반사부(113)로 구성된다.

제1 광 반사부(111)와 제2 광 반사부(113) 및 광 검출부(130)는 중심 축(O-O') 방향으로, 제2 광 반사부(113), 제1 광 반사부(111) 및 광 검출부(130)의 순서로 서로 결합된 구성으로 되어 있다.

제1 광 반사부(111)는 각각 광 반사 면(111a-1)과 광 반사 면(111a-2)과 광 반사 면(111a-3) 및 광 반사 면(111a-4)으로 이루어지는 복수의 제1 광 반사 면(111a)과 격벽(111b) 및 결합부(111d)를 포함한다.

설명의 편의상 본 실시형태에서는 복수의 제1 광 반사 면(111a)과 후술하는 복수의 복수의 제 2 반사 면(113a) 및 복수의 광검출기(133)는 모두 4개로 구성되는 경우를 예로 하여 설명한다. 그러나 이들의 개수는 4개로 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 이들의 개수는 3개, 5개, 또는 그 이상이라도 좋으며, 그 개수는 본 발명의 광센서의 사용 목적 및 용도 등에 따라서 적절하게 설정할 수 있다.

본 실시형태의 광센서(100)에서는 제1 광 반사부(111)는 속이 빈 구(球) 형상체를, 2개의 절단면이 서로 평행한 방향이 되도록, 또한, 절단된 각 절단면의 지름의 길이가 서로 다르도록 2개소에서 절단한 형상으로 이루어져 있고, 구의 절단된 2개 면 중 지름이 큰 쪽 면은 제2 광 반사부(113)와 결합되고, 지름이 작은 쪽 면은 후술하는 광 검출부(130) 쪽으로 연장되는 속이 빈 원통 형상의 결합부(111d)를 통해서 광 검출부(130)의 결합부(135)와 결합하게 되어 있다. 따라서 제1 광 반사부(111)는 바깥쪽 면과 안쪽 면이 모두 포물면 형상을 이룬다.

제1 광 반사부(111)의 양쪽이 절단된 구 형상체의 양쪽 면 중 안쪽 면이 복수의 제1 광 반사 면(111a)이 되며, 복수의 제1 광 반사 면(111a)은 각각 후술하는 광원(150)에서 방출되는 가시광이나 적외광과 같은 광이 1차적으로 입사하는 동시에 입사한 광이 반사되는 면이며, 이들 복수의 제1 광 반사 면(111a)에는 각각 당해 면에 입사한 광을 최대한 손실 없이 반사시킬 수 있도록 거울 면 처리가 이루어져 있다.

격벽(111b)은 제1 광 반사부(111)의 제1 광 반사 면(111a)을 중심 축(O-O')을 중심으로 복수의 영역(본 실시형태에서는 4개의 영역)으로 구획하는 구획 벽이며, 바람직하게는 격벽(111b)의 제1 반사 면(111a)과 마주보는 벽면은 당해 면에 입사한 광을 최대한 손실 없이 반사시킬 수 있도록 거울 면 처리가 이루어진 격벽 반사 면(111c)을 구성한다.

또, 도 3의 평면도에 나타내는 것과 같이, 격벽(111b)은 후술하는 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a)에 각각 대응하는 위치에 형성되는 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 사이를 구획하도록 형성되어 있고, 이 격벽(111b)에 의해 본 실시형태의 광센서(100)는 복수의 제1 광 반사 면(111a)이 각각 제1 광 반사 면(111a-1), 제1 광 반사 면(111a-2), 제1 광 반사 면(111a-3) 및 제1 광 반사 면(111a-4)의 4개의 제1 광 반사면으로 분리된다.

결합부(111d)는 복수의 제1 광 반사 면(111a)을 구성하는 절단된 구 형상체의 2개의 절단면 중 지름이 작은 면에서 후술하는 광 검출부(130) 쪽으로 연장하는 속이 빈 원통체로 이루어지며, 원통체의 안쪽 또는 바깥쪽 면에 후술하는 광 검출부(130)의 결합부(135)가 삽입되어서 서로 결합된다.

제2 광 반사부(113)는 본 실시형태에서는 구의 일부가 절단된 반구(半球) 형상의 외형을 이루며, 절단면 쪽의 후술하는 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 각각에 대응하는 위치에는 제1 광 반사부(111)의 복수의 광검출기(133)에 대응하는 개수의 제2 반사 면(113a-1), 제2 반사 면(113a-2), 제2 반사 면(113a-3), 제2 반사 면(113a-4)을 구성하는 포물면 형상의 오목부로 이루어지는 복수의 제2 광 반사 면(113a)이 형성되어 있다.

또, 제2 광 반사부(113)에서 구형을 이루는 부분인 외주 면(113b)은 광원(150)으로부터 입사하는 광을 투과시키지 않고 차단하는 광 비 투과 면으로 하여, 광원(150)에서 방출되는 광이 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a)을 거치지 않고 직접 복수의 광검출기(133)로 입사할 수 없도록 하고 있다.

복수의 제2 광 반사 면(113a)은 각각 광원(150)으로부터 입사하여 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a)에서 반사한 반사광을 후술하는 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133)로 반사시키는 면이다. 포물면 형상의 오목부로 이루어지는 복수의 제2 광 반사 면(113a)은 각각 당해 면에 입사한 광을 최대한 손실 없이 반사시킬 수 있도록 거울 면 처리가 이루어져 있다.

또한, 포물면 형상의 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a)과 포물면 형상의 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a)의 서로 대응하는 광 반사 면은 각각 초점(F)이 서로 일치하도록 구성되어 있다. 다시 말해, 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a) 중 제1 광 반사 면(111a-1)은 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 그에 대응하는 제2 광 반사 면(113a-1)과, 제1 광 반사 면(111a-2)은 이에 대응하는 제2 광 반사 면(113a-2)과, 제1 광 반사 면(111a-3)은 이에 대응하는 제2 광 반사 면(113a-3)과, 제1 광 반사 면(111a-4)은 이에 대응하는 제2 광 반사 면(113a-4)과 각각 초점이 서로 일치하도록 구성되어 있다.

광 검출부(130)는 광원(150)으로부터 방출되어서 제1 광 반사부(111) 및 제2 광 반사부(113)를 통해서 입사하는 광을 검출하며, 본 실시형태에서는 광 검출부(130)는 양단이 폐쇄된 원통 형상을 이루고 있고, 원통의 외주 면이 제1 광 반사부(111)의 결합부(111d)와 결합하는 결합부(135)가 된다.

원통 형상의 광 검출부(130)의 광 반사부(110) 쪽 단면의, 앞에서 설명한 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 각각에 대응하는 위치에는 이들 복수의 제2 광 반사 면(113a)의 개수에 대응하는 수의 복수의 광검출기(133)가 배치되어 있다. 복수의 광검출기(133)는 예를 들어 입사하는 광신호를 전기신호로 변환하는 포토다이오드나 초전소자 등을 이용할 수 있다.

도 1에서 광 검출부(130)의 광 반사부(110)의 반대쪽 끝단에 형성되어 있는 턱은 광 반사부(110)와 광 검출부(130) 간의 결합위치를 한정하기 위한 것이며, 생략해도 좋다.

그 외에도, 본 발명의 광센서(100)는 복수의 광검출기(133) 각각이 출력하는 전기신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기에서 증폭된 전기신호로부터 광의 세기를 연산하는 연산수단 및 복수의 광검출기(133) 각각이 출력하는 전기신호 중 가장 큰 전기신호를 출력하는 광검출기를 판정하는 판정수단 등을 포함하며, 이들은 모두 공지의 기술을 이용하고 있으므로 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.

다음에, 상기 구성으로 이루어지는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서(100)의 동작에 대해서 도 3, 도 4 및 도 5를 참조하면서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시형태의 광센서의 광 검출동작을 설명하기 위한 도면, 도 5는 도 4와 다른 위치에 있는 광원의 광 검출동작을 설명하기 위한 도면이다.

앞에서도 설명한 것과 같이, 예를 들어 광원이 태양일 경우, 태양의 위치는 하루 중 동쪽에서 서쪽(예를 들어, 도 3의 x축 방향)으로 계속해서 이동하는 동시에 계절의 변화에 따라서는 남북방향(예를 들어, 도 3의 y축 방향)으로도 그 위치가 변화하며, 경우에 따라서는 광원은 동시에 x축 방향 및 y축 방향으로 이동하기도 한다. 또, 예를 들어 광원이 인체 등에서 방출하는 적외광일 경우 등도 마찬가지다.

도 4 및 도 5에서 광원(150)은 가시광, 자외광 또는 적외광 등의 광을 방출하며, 시간의 경과에 따라서 그 위치가 이동하는 이동식 광원이다.

먼저, 도 4에 나타내는 것과 같이, 광원(150)이 도 3의 구간 B, 즉, 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 제2 광 반사 면(113a-1)과 제1 광 반사부(111)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 제1 광 반사 면(111a-1) 및 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 중 광검출기(133a)가 배치되어 있는 구간 내에 위치하는 경우의 광 검출동작에 대해서 설명한다.

앞에서도 설명한 것과 같이, 포물면 형상의 제1 광 반사부(111)의 제1 광 반사 면(111a-1)과 포물면 형상의 제2 광 반사부(113)의 제2 광 반사 면(113a-1)은 서로 초점이 일치하도록 구성되어 있다. 따라서 광원(150)에서 방출되어서 제1 광 반사부(111)의 제1 광 반사 면(111a)을 이루는 포물면의 축 방향으로 입사하는 광은 제1 광 반사 면(111a-1)에서 포물면의 초점(F) 방향으로 반사된 후 제2 광 반사부(113)의 제2 광 반사 면(113a-1)으로 입사한다. 이어서, 제2 반사 면(113a)의 초점(F)을 통해서 입사한 광인 상기 입사 광은 제2 광 반사부(113)의 제2 광 반사 면(113a-1)의 포물면의 축과 평행한 방향으로 반사되어서, 복수의 광검출기(133) 중 제2 광 반사 면(113a-1)에 대응하는 위치에 배치되어 있는 광검출기(133a)로 입사하게 된다.

이때, 제1 광 반사부(111)의 제1 광 반사 면(111a-1)을 거치지 않고 표면이 광 비 투과 면으로 되어 있는 제2 광 반사부(113)의 외주 면(113b)으로 직접 입사하는 광은 제2 광 반사부(113)의 외주 면(113b)에서 차단되게 되므로, 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 중 어느 광검출기로도 직접 입사할 수는 없다.

따라서 광원(150)에서 방출되는 광이 제1 광 반사부(111) 및 제2 광 반사부(113)를 거치지 않고 복수의 광검출기(133)로 직접 입사하는 광은 없다.

다음에, 도 5에 나타내는 것과 같이, 광원(150)이 도 3의 구간 B, 즉, 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 제2 광 반사 면(113a-2)과 제1 광 반사부(111)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 제1 광 반사 면(111a-2) 및 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 중 광검출기(133b)가 배치되어 있는 구간 내에 위치하는 경우의 광 검출동작에 대해서 설명한다.

도 5에 나타내는 것과 같이, 광원(150)이 구간 B의 영역에 위치하는 경우, 제1 광 반사부(111)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 광원(150)에서 방출되어서 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a) 중 제1 광 반사 면(111a-2)의 포물면의 축 방향으로 입사하는 광이 가장 많으며, 이 광은 제1 광 반사 면(111a-2)에서 포물면의 초점(F) 방향으로 반사된 후 제2 광 반사부(113)의 제2 광 반사 면(113a-2)으로 입사한다. 이어서, 제2 반사 면(113a)의 초점(F)을 통해서 입사한 광인 이 입사 광은 제2 광 반사부(113)의 제2 광 반사 면(113a-2)의 포물면의 축과 평행한 방향으로 반사되어서, 복수의 광검출기(133) 중 제2 광 반사 면(113a-2)에 대응하는 위치에 배치되어 있는 광검출기(133b)로 입사하게 된다.

이때에도 당연히 제1 광 반사부(111)의 제1 광 반사 면(111a-2)을 거치지 않고 표면이 광 비 투과 면으로 되어 있는 제2 광 반사부(113)의 외주 면(113b)으로 직접 입사하는 광은 제2 광 반사부(113)의 외주 면(113b)에서 차단되게 되므로, 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 중 어느 광검출기로도 직접 입사할 수 없다.

따라서 광원(150)에서 방출되는 광 중 제1 광 반사부(111) 및 제2 광 반사부(113)를 거치지 않고 복수의 광검출기(133)로 직접 입사하는 광은 없다.

앞에서 설명한 것과 같이, 본 실시형태의 광센서(100)에서는 제1 광 반사부(111)로 입사하는 광 중 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a) 각각의 포물면의 축과 평행하게 입사하는 광만을 제2 광 반사부(113)의 복수의 제2 광 반사 면(113a) 중 어느 하나로 반사하도록 복수의 제1 광 반사 면(111a) 및 복수의 제2 광 반사 면(113a)의 각각의 광 반사 면의 초점(F)이 설정되어 있다. 따라서 광원(150)의 위치에 따라서, 그 위치에서 복수의 제1 광 반사 면(111a) 중 당해 광 반사 면의 포물면 축에 평행한 방향으로 입사할 수 있는 광량이 가장 많은 위치에 있는 제1 광 반사 면에 입사하는 광의 양이 그 이외의 다른 위치에 있는 제1 광 반사 면에 입사하는 광량보다 훨씬 많다.

다시 말해, 예를 들어 광원(150)이 도 3의 구간 A, B, C, D의 복수의 구간 중 도 4와 같이 구간 A의 위치에 있는 경우, 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a) 중 제1 광 반사 면(111a-1)으로 입사하는 광량이 다른 제1 광 반사 면(111a-2, 111a-3, 111a-4)으로 입사하는 광량에 비해 훨씬 많다. 따라서 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 중 광검출기(133a)에서 검출되는 광량이 다른 광검출기(133b, 133c, 133d)가 검출한 광량에 비해 현저하게 많다.

또, 예를 들어서 도 5와 같이, 광원(150)이 구간 B의 위치에 있는 경우, 제1 광 반사부(111)의 복수의 제1 광 반사 면(111a) 중 제1 광 반사 면(111a-2)으로 입사하는 광량이 다른 제1 광 반사 면(111a-1, 111a-3, 111a-4)으로 입사하는 광량에 비해 훨씬 많게 된다. 따라서 광 검출부(130)의 복수의 광검출기(133) 중 광검출기(133b)에서 검출되는 광량이 다른 광검출기(133a, 133c, 133d)가 검출한 광량에 비해 현저하게 많다.

이와 같은 결과는 광원(150)이 도 3의 구간 C, 구간 D에 위치하는 경우에도 동일하다.

이상 본 발명의 광센서에 대해서 바람직한 실시형태에 의해서 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형 및 변경 실시가 가능함은 당연하다.

상기 실시형태에서는 제1 광 반사 면과 제2 광 반사 면 및 광검출기의 개수를 4개로 하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 개수는 3개, 5개 또는 그 이상이라도 좋다. 이들의 개수는 본 발명의 광센서의 용도 등에 따라서 적절하게 설정할 수 있다. 다만, 이 경우에도 제1 광 반사 면과 제2 광 반사 면 및 광검출기의 개수는 서로 동일해야 한다.

또, 상기 실시형태에서는 제1 광 반사부의 형상을 속이 빈 구(球) 형상체를 각각의 절단된 후의 절단면의 지름이 서로 다른 위치에서, 2개의 절단면의 방향이 서로 평행한 방향이 되도록 2개소에서 절단한 형상으로 하는 것으로 하고, 제2 광 반사부의 형상은 구의 일부가 절단된 반구(半球) 형상으로 하였으나, 제1 광 반사부의 형상과 제2 광 반사부의 형상은 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 광 반사부의 형상과 제2 광 반사부의 형상은 절단면의 형상이 다각형을 이루는 형상이라도 좋고, 그 외의 다른 형상이라도 상관없다.

다만, 이 경우에도 절단면의 각의 수는 제1 광 반사 면과 제2 광 반사 면 및 광검출기의 개수와 동일한 수로 하는 것이 좋다. 즉, 제1 광 반사 면과 제2 광 반사 면 및 광검출기의 개수가 3개이면 절단면의 각의 수도 3개, 제1 광 반사 면과 제2 광 반사 면 및 광검출기의 개수가 4개이면 절단면의 각의 수도 4개, …로 하는 것이 좋다.

본 발명에서 가장 중요한 점은 제1 광 반사 면과 제2 광 반사 면이 포물면 형상을 이루면 되며, 외면 형상은 중요하지 않다.

또, 제1 광 반사부와 광 검출부를 서로 결합하는 각각의 결합부의 형상도 제1 광 반사부와 제2 광 반사부의 형상에 대응하여 적절하게 변경해도 상관없다.

상기 실시형태와 상기 변형 예는 서로 조합해서 실시해도 좋고 따로 실시해도 좋다.

100 광센서
110 광 반사부
111 제1 광 반사부
111a 복수의 제1 광 반사 면
111b 격벽
113 제2 광 반사부
113a 복수의 제2 광 반사 면
130 광 검출부
133 복수의 광검출기

Claims

이동 광원의 위치 확인이 가능한 광센서로,
격벽에 의해 구획되며, 포물면 형상의 복수의 제1 광 반사 면을 갖는 제1 광 반사부와,
상기 제1 광 반사부의 한쪽에 결합되며, 상기 제1 광 반사부 쪽의 상기 복수의 제1 광 반사 면에 대응하는 위치에는 상기 복수의 제1 광 반사 면의 개수와 동일한 개수의 포물면 형상의 복수의 제2 광 반사 면이 형성되어 있고, 상기 제1 광 반사부의 반대쪽 면은 입사하는 광을 투과시키지 않는 광 비 투과 면으로 되어 있는 제2 광 반사부와,
상기 제1 광 반사부의 다른 쪽에 결합되며, 상기 복수의 제2 광 반사 면과 대응하는 위치에는 복수의 제2 광 반사 면의 개수와 동일한 개수의 광검출기가 형성되어 있는 광 검출부를 포함하고,
각각의 상기 복수의 제1 광 반사 면과 이에 대응하는 각각의 상기 복수의 제2 광 반사 면은 초점이 일치하도록 설정되어 있는 광센서.
청구항 1에 있어서,
상기 광원은 가시광, 자외광, 또는 적외광 중 어느 하나인 광센서.
청구항 1에 있어서,
상기 격벽의 상기 복수의 제1 광 반사 면과 마주보는 면은 각각 상기 광원으로부터 입사하는 광을 반사시키는 격벽 반사 면을 이루는 광센서.
삭제
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 광검출기 각각이 출력하는 전기신호를 증폭하는 증폭기와,
상기 증폭기에서 증폭된 전기신호로부터 광의 세기를 연산하는 연산수단과,
상기 복수의 광검출기 각각이 출력하는 전기신호 중 가장 큰 전기신호를 출력하는 광검출기를 판정하는 판정수단을 더 포함하는 광센서.