KR920005443B1

KR920005443B1 - 광학센서

Info

Publication number: KR920005443B1
Application number: KR1019890015112A
Authority: KR
Inventors: 다가오 마쓰나미; 히데노리 오꾸다
Original assignee: 마쓰시다 덴기 산교 가부시기가이샤; 다니이 아끼오
Priority date: 1988-10-20
Filing date: 1989-10-20
Publication date: 1992-07-04
Also published as: KR900006769A; JPH02112735A; US5022725A; JP2621430B2

Abstract

내용 없음.

Description

광학센서

제1도는 본 발명의 제1실시예인 광학센서를 나타낸 단면도.

제2a 내지 2c도는 제1도에 도시한 광학센서의 수집렌즈에 입사된 광선상태를 나타낸 선도.

제3도는 본 발명의 제2실시예인 광학센서의 주요부분을 나타낸 단면도.

제4a 내지 4c도는 제3도에 도시한 광학센서의 수집렌즈에 입사된 광선상태를 나타낸 선도.

제5도 내지 제8도는 각각 본 발명의 제3 내지 6 실시예인 광학센서의 주요부분을 나타낸 단면도.

제9도는 본 발명의 제7실시예인 광학센서를 나타낸 단면도.

제10도는 제9도에 도시한 광학센서의 수집렌즈에 입사된 광선의 상태를 나타낸 선도.

제11도는 본 발명의 제8실시예인 광학센서의 주요부분을 나타낸 단면도.

제12도는 본 발명의 제8실시예에서 빛의 양을 측정한 실험 결과를 나타낸 그래프.

제13도는 두개의 수집렌즈가 사용된 본 발명의 제9실시예인 광학센서를 나타낸 단면도.

제14도는 종래의 광학센서를 나타낸 단면도.

제15도는 제14도의 광학센서에서 빛의 양과 입사각 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1, 5, 13, 21 : 수집렌즈 2, 6, 22 : 광검출기

3, 7, 23 : 전달창 4, 8, 24 : 광학센서소자

9, 17, 18, 26 : 광차폐막 11, 28 : 전반사막

12 : 구형표면막 10, 14 : 수집렌즈표면

15 : 수집렌즈곡면 16 : 상형성측면

19 : 평면막 20 : 측면막

25 : 수집렌즈의 원통면 27 : 광축에 수직한 면

29 : 볼록렌즈

본 발명은 여러가지 장치의 동작을 제어하거나, 주위 환경을 측정하는데 이용되는 가시광선 또는 적외선 복사를 감지하는 광학센서에 관한 것이다. 이러한 종류의 종래 광학센서로는 제14도에 도시된 바와 같이 수집렌즈(1), 광검출기(2), 전달창(3), 광학센서소자(4)로 구성된 것이 일본국 공개 특허공보 소62-261025에 기재되어 있다. 수집렌즈(1)가 광검출기(2)에 직각으로 입사되는 광선을 굴절없이 전달하고, 큰 입사각으로 광검출기(2)에 입사되는 광선을 크게 굴절하여 전달하므로서, 광검출기상의 모든 방향에서 광선을 수집한다. 상술한 구조에 있어서, 전달창(3)에 수평방향으로 입사되는 광선은 수집렌즈(1)에 의하여 굴절되어, 단지 광선의 일부만이 전달창(3)에 도달한다. 제15도는 굴절되는 빛의 양이 고정수준으로 유지되는 시점에서 입사각으로 검출되는 빛의 양의 변화를 보여준다. 수집렌즈의 광축에서 검출되는 빛의 양이(즉, 0°의 입사각에 대하여) 100으로 주어진다면 광선은 전달창(3)을 향해 수평방향으로 수집렌즈(1)에 입사되므로 검출되는 빛의 양은 제로가 된다. 이와 같이, 구형면에 형성된 종래의 오목렌즈가 수집렌즈로 이용되는 경우에, 검출되는 빛의 양이 입사각에 크게 의존하게 되므로 빛의 양의 정확한 측정을 어렵게 했다.

본 발명의 광학센서는 위에서 언급한 점과, 많은 다른 결점과 종래 기술의 부족한 점을 극복하기 위하여 광선을 검출하는 광검출기와, 광검출기와 광원사이에 위치한 수집렌즈와, 수집렌즈의 일부분에 장치되어 광원에서 방사되는 광선을 차단하는 광차폐수단으로 구성된다.

바람직한 실시예에 있어서, 수집렌즈의 일부에는 입사광선을 모두 반사하는 전반사막을 구비한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 수집렌즈내에 특정한 입사각으로 단독으로 들어가는 광선을 차단하는 차폐막이나 전반사막이 상기 수집렌즈의 일부분에 장치된다.

본 발명의 다른 광학센서는 광선을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기와 광원 사이에 위치한 수집렌즈와 상기 수집렌즈의 일부분에 장치되어 광선을 모두 반사하는 전반사막으로 구성된다.

본 발명의 또 다른 광학센서는 광선을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기와 광원 사이에 위치한 수집렌즈와, 상기 수집렌즈의 일부분에 장치되어 상기 수집렌즈의 광출에 실질적으로 평행한 원통면으로 구성된다.

따라서 여기에 설명한 본 발명은 광학센서의 수집렌즈로 들어가는 광선에서 광선의 양을 검출하는데 있어서 입사각에 덜 의존적인 광학센서를 제공하는 목적을 가능하게 한다.

본 발명의 여러가지 목적과 장점이 첨부된 도면을 참조하여 이 기술분야에서 숙련된 사람들에 의해 명백하게 될 것으로 이해한다.

[실시예 1]

제1도는 수집렌즈(5)와 전달창(7)에 제공된 광검출기(6) 및 광학센서소자(8)로 구성된 본 발명의 광학센서를 나타낸다. 수집렌즈(5)의 광축에 대하여 대칭적인 배위를 갖는 광차폐막(9)은 수집렌즈(5)의 광축에 위치한다. 제 2a도에 도시된 바와 같이, 입사각이 0°이면 광선의 대부분은 차폐막(9)에 의하여 차단되므로 광검출기(6)의 전달창(4)에 도달하지 못한다. 한편 제 2b도에 도시된 바와 같이 45°의 입사각을 가진 광선의 일부는 차폐막(9)에 의하여 차단된다. 더욱이 제 2c도에 도시된 바와 같이 입사각이 90°이면, 광선이 수집렌즈(5)의 광원 측면에서 크게 굴절되므로 대부분의 광선은 차폐막(9)을 통과하지 않고 전달창(7)에 도달한다. 따라서 작은 입사각으로 검출되는 광선 양은 더욱 작게 되고, 큰 입사각으로 검출되는 광선의 양은 상대적으로 더욱 크게 된다. 이러한 수단으로 다른 입사각에 기초한 광선의 검출량에 대한 차이를 줄일 수 있다.

[실시예 2]

제3도는 본 발명의 다른 광학센서의 수집렌즈를 나타내고, 이 실시예의 수집렌즈(5)가 한 종류의 재료로 제조되어 전반사막(11)으로 제공되므로 실시예 1의 차폐막을 갖는 수집렌즈에서 성취되는 효과가 또한 성취된다는 점에서 이 실시예의 수집렌즈(5)는 제1도에 도시된 바와 같은 수집렌즈와 다르다. 제3도에서 참조번호 10은 광원(도시생략)에 면한 수집렌즈의 표면이고, 참조번호 11은 수집렌즈(5)의 상형성측면에 형성된 전반사막이고, 참조번호 12는 수집렌즈(5)의 상형성측면위의 구형표면막이다 수집렌즈(5)는 다음과 같은 기능이 있다 : 제 4a, 4b, 4c도는 다른 입사각으로 전달창에 입사되는 광선을 나타내고 있다. 제4a도에 도시한 바와 같이, 작은 입사각의 광선은 전반사막(11)에 의하여 굴절되어 전달창에 도달하지 못하고, 단지 구형표면막(12)을 통과하여 지나가는 광선막이 전달창(7)에 도달한다. 제4b도와 제4c도에 도시한 바와 같이 중간크기 이상의 입사각을 가지고 전반사막(11) 또는 구형표면막(12)으로 입사되는 대부분의 광선을 전달창(7)에 도달된다. 더욱이, 전반사막(11)을 통과하여 전달창(7)에 도달하는 광선이 구형표면막(12)을 통과하여 전달창(7)에 도달하는 광선보다도 더 작은 입사각으로 전달창(7)에 입사되기 때문에 본 광학센서의 검출 효율은 개선된다. 이와같이, 입사각에 덜 의존적인 광학센서는 한가지 재료로 만들어지는 간단한 구조의 모노리딕 렌즈를 이용하는 곳에 장치할 수 있다. 본 실시예가 수집렌즈(5)의 광축의 일부분에 장치된 하나의 전반사막(6)만을 포함하고 있지만, 이 전사막을 광축이 아닌 다른 부분에 설치하거나 또는 복수의 전반사막을 다른 위치에 장치할 수 있다.

[실시예 3]

제5도는 본 발명의 다른 광학센서의 수집렌즈를 나타내고 있고, 참조 번호 13은 수집렌즈이고, 참조번호 14는 광원측면인 수집렌즈 표면이고, 참조번호 15는 상형성측면에 있는 수집렌즈의 곡면이고, 참조번호 16은 수집렌즈(13)의 상형성측면이다. 수집렌즈(13)는 아래의 기능을 가진다 : 수집렌즈(13)에서 작은 입사각을 갖는 대부분의 광선은 광원측면에서 수집렌즈(13)의 표면(14)과 상형성측면에서 수집렌즈(13)의 곡면(15)을 통과하여 전달된다.

광원측표면(14)과 상형성측곡면(15)이 작은 곡률의 오목렌즈를 형성하여 입사광선을 큰각으로 분사하므로서 전달창(7)에 도달하는 광선의 양을 감소시킨다. 한편, 큰 입사각을 갖는 광선은 광원측표면(14)과 수집렌즈(13)의 상형성측면(16)에 의하여 크게 편향되어 작은 입사각으로 전달창(7)에 도달되므로, 전달창(7)으로 들어오는 광선의 양이 절대적으로 작을 때라도 광선의 양은 충분히 검출가능하게 된다.

[실시예 4]

제6도는 광차폐막(17)이 상형성측면에서 수집렌즈(5)의 표면상에 장치된 점에서 실시예 1의 광학센서와 다른 본 발명의 다른 광학센서를 나타낸다.

[실시예 5]

제7도는 광차폐막(18)이 전반사막(11)에 더하여 제공된 것을 제외하고는 제3도에 도시된 실시예 2와 동일한 구조를 갖는 본 발명의 또다른 광학센서를 나타내며, 이 실시예는 실시예 2보다 더 큰 효과가 달성된다.

[실시예 6]

제8도는 작은 입사각으로 수집렌즈(5)내로 들어오는 광선을 안내하는 평면막(19)과 광차폐막(18)이 전반사막(11)에 더하여 제공된 것을 제외하고는 제3도에 도시된 실시예 2와 동일한 구조를 갖는 본 발명의 또 다른 광학센서를 나타내며, 이 실시예 또한 실시예 2보다 더 큰 효과가 달성된다. 참조번호 20은 구형표면을 사용하지 않고 복수의 표면으로 형성된 측면막이고, 각각의 표면은 전달창(7)으로 향하는 다른 입사각의 광선을 효과적으로 안내한다.

[실시예 7]

제9도는 수집렌즈(21)와 광검출기(22)로 구성된 본 발명의 또다른 광학센서를 나타내며, 이 광검출기(22)에는 전달창(23)과 광학센서소자(24)가 장치된다. 수집렌즈(21)의 광축에 실제로 평행한 원통면(25)은 수집렌즈(21)의 광검출기(22) 측면에 위치한다. 제10도에 도시한 바와 같이, 입사각이 90°이면, 입사각이 수집렌즈(21)안으로 들어가는 광선의 입사각보다 더 작게 되도록 수집렌즈(21)의 원통면(25)에 의하여 광선이 굴절된다. 따라서, 광선이 수집렌즈(21)안으로 들어가는 광선의 입사각보다 작은 입사각으로 통과하므로서, 작은 입사각으로 수집렌즈와 전달창(23)을 통과하는 광선을 광학센서소자에 의해 효율적으로 검출할 수가 있게 되므로, 검출되는 광선의 양은 상대적으로 많아지게 된다. 즉, 입사각으로 검출되는 광선의 양에 대한 차이를 줄일 수 있다.

[실시예 8]

제11도는 본 발명의 다른 광학센서의 수집렌즈의 구조를 나타내고 있고, 이 실시예는 작은 입사각의 광선을 차단하는 광 차폐막수단(26)과 작은 입사각을 전부 반사하는 전반사막(28)을 수집렌즈의 광축 주변에 장치하여 입사각으로 검출하는 광선의 양에 대한 차이를 줄인다는 점에서 제9도에 도시된 실시예 7의 수집렌즈(21)와 다르다. 참조버호 25는 렌즈의 광축에 실제로 평행한 원통면이고, 참조번호 27은 렌즈의 광축에 수직한 표면이다. 작은 입사각으로 수집렌즈(21)에 들어가는 광선은 차폐수단(26)과 전반사막(28)에 의해 차단된다. 렌즈(21)의 광축에 수직인 표면(27)은 작은 입사각으로 수집렌즈(21)안에 들어가서 통과하는 광선을 전달하기 위해 장치된다. 광학센서의 광학센서소자에 도달하는 광선의 양은 차폐수단(26)의 표면영역과 렌즈(21)의 광축에 수직한 표면(27)과 전반사막(28)을 조정하여 자유롭게 설정할 수 있다.

제12도는 실시예 8의 광학센서를 사용하여 광선의 양을 측정한 실험결과를 나타내고, 검출된 광선의 양의 최대값은 100으로 설정하였다.

제12도는 40°이하인 작은 입사각을 갖는 광선에대해 거의 균일한 양의 광선이 얻어지는 것을 나타내고, 검출된 광선의 최저양이 최고값의 약 60%이라면, 그것은 종래의 광학센서에 비하여 상당히 개선된 것을 보여준다.

실시에 7과 8에서 렌즈효과가 없는 평면판이 전달창(23)으로 사용되었으나 볼록렌즈를 사용하거나 또는 제13도에 도시한 바와 그의 앞쪽에 제 2수집렌즈인 볼록렌즈(29)를 장치할 수가 있다.

본 발명에 의한 다양한 예들은 본 발명의 범위와 취지에 벗어나지 않고 이 기술분야에 숙련된 사람들을 쉽고 명확하게 이해시킬 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 청구범위로 여기에 진술한 바와 같이 설명을 제한할 의도가 없으며, 청구범위는 본 발명에 존재하는 특허받을 만한 신규성의 모든 특징을 포함하는 것으로 해석되어야만 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 사람들에 의하여 일상적으로 취급되는 모든 특징을 포함하고 있다.

Claims

광선을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기와 광원 사이에 위치한 수집렌즈와, 상기 수집렌즈의 일부분에 장치되어 상기 광원에서 방사되는 광선을 차단하는 광차폐수단으로 구성된 광학센서.
제1항에 있어서, 상기 수집렌즈의 일부분에 입사광선을 모두 반사하는 전반사막을 구비한 것을 특징으로 하는 광학센서.
제1항에 있어서, 특정 입사각으로 상기 수집렌즈내에 단독으로 들어가는 광선을 차단하는 차폐막 또는 전반사막이 상기 수집렌즈의 일부분에 장치된 것을 특징으로 하는 광학센서.
광선을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기와 광원 사이에 위치한 수집렌즈와, 상기 수집렌즈의 일부분에 장치되어 광선을 모두 반사하는 전반사막으로 구성된 광학센서.
광선을 검출하는 광검출기와, 상기 광검출기와 광원 사이에 위치한 수집렌즈와, 상기 수집렌즈의 일부분에 장치되고 상기 수집렌즈의 광축에 실제로 평행한 원통면으로 구성된 광학센서.