特許第6053304号(P6053304)IP Force 特許公報掲載プロジェクト 2015.5.11 β版

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6053304
(24)【登録日】2016年12月9日
(45)【発行日】2016年12月27日
(54)【発明の名称】光電センサ
(51)【国際特許分類】
   G01V 8/14 20060101AFI20161219BHJP
   G01S 7/481 20060101ALI20161219BHJP
   G01J 1/02 20060101ALI20161219BHJP
   H01H 35/00 20060101ALI20161219BHJP
【FI】
   G01V9/04 C
   G01S7/481 A
   G01J1/02 P
   H01H35/00 C
【請求項の数】5
【全頁数】9
(21)【出願番号】特願2012-80169(P2012-80169)
(22)【出願日】2012年3月30日
(65)【公開番号】特開2013-210263(P2013-210263A)
(43)【公開日】2013年10月10日
【審査請求日】2014年10月17日
(73)【特許権者】
【識別番号】000006666
【氏名又は名称】アズビル株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100123434
【弁理士】
【氏名又は名称】田澤 英昭
(74)【代理人】
【識別番号】100101133
【弁理士】
【氏名又は名称】濱田 初音
(74)【代理人】
【識別番号】100173934
【弁理士】
【氏名又は名称】久米 輝代
(74)【代理人】
【識別番号】100156351
【弁理士】
【氏名又は名称】河村 秀央
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 永幸
(72)【発明者】
【氏名】溝渕 学
(72)【発明者】
【氏名】田中 実
(72)【発明者】
【氏名】添田 健一
【審査官】 田中 秀直
(56)【参考文献】
【文献】 実開平06−060042(JP,U)
【文献】 特開2001−033306(JP,A)
【文献】 特開平06−326349(JP,A)
【文献】 特開平06−223685(JP,A)
【文献】 特開平10−090181(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G01V 8/14
G01J 1/02
G01S 7/481
H01H 35/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
検出領域に向けて光を発する出力部と、
前記出力部に並べて配置され、前記検出領域で反射した前記光を受光する入力部と、
前記出力部および前記入力部の前記検出領域対向側にそれぞれ配置された反射部材とを備え、
前記反射部材は、前記出力部または前記入力部から前記検出領域に向かう方向に形成された筒状部を有し、前記筒状部の内壁の全周は反射面で形成され、前記反射面により前記出力部の投光領域および前記入力部の受光視野が拡大されることを特徴とする光電センサ。
【請求項2】
前記反射部材は、前記筒状部から前記検出領域側に向けて広がる漏斗状部をさらに備えたことを特徴とする請求項記載の光電センサ。
【請求項3】
前記筒状部の前記壁面は、平面、テーパ面および曲面のうちのいずれかの形状であることを特徴とする請求項または請求項記載の光電センサ。
【請求項4】
前記筒状部は角筒形状であることを特徴とする請求項または請求項記載の光電センサ。
【請求項5】
前記出力部は投光素子を有し、
前記入力部は受光素子を有し、
前記反射部材はプリズムとしたことを特徴とする請求項1から請求項のうちのいずれか1項記載の光電センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、検出対象物に反射した検出波を受信して、検出対象物の有無を検知する光電センサに関するものである。
【背景技術】
【0002】
検出波を発する出力部と、検出対象物に反射した検出波を受ける入力部とを用いて、検出対象物の状態を検知する光電センサが知られている。このようなセンサにおいて、出力部と入力部を並べた状態で収容した筐体付近に検出対象物があった場合、死角が生じ、これを検知できないという問題があった(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
ここで、図8に、従来の拡散反射型の光電センサ1の断面図を示す。この光電センサ1は、筐体2の内部に投光素子3と受光素子4とが遮光部材5によって遮光された状態で配置されており、投光素子3がカバー6を介して検出領域Cへ発した光の反射光を、カバー6を介して受光素子4が受光する。投光素子3の投光領域Aと、受光素子4の受光視野Bとが交錯する検出領域Cでは検出対象物の検知が可能であるが、検出領域C以外では検出対象物の検知ができない。
【0004】
そこで、図8の例では、投光素子3の光芒を広げて検出領域Cを拡大するために、リードタイプの投光素子3を使用して発光面をカバー6に近づけてある。ただし、この方法ではリードが長くなり耐振性が低くなるデメリットがあった。
その他、広光芒の光学系を実現する方法として、例えばプリント配線板7を投光素子3と受光素子4とで別々に用意し、各素子をプリント配線板7上に実装して耐振性を高めつつ、各素子を広光芒になる位置に最適に配置する方法がある。
しかし、いずれの場合にも、プリント配線板7の設置スペースが大きくなる等、設計の自由度が低くなり、他の機種との部品の共用化の弊害となる。
【0005】
その他にも、(1)複数個の投光素子3または受光素子4を使用する方法、(2)発光面積の広い投光素子3または受光面積の広い受光素子4を使用する方法、(3)投光素子3の出射口8または受光素子4の入射口9を広くする方法、(4)凹レンズを使用する方法(不図示)等が考えられる。しかし、(1)〜(3)では筐体2が大型化する問題、(1),(2)ではコストがかかる問題、(4)では光量が少なくなりSN(信号対雑音)比が悪化する問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2011−107019号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
従来の光電センサは以上のように構成されているので、筐体近傍の検出領域を拡大しようとすると上述のような課題があった。
【0008】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡易な構造で、特に筐体近傍における検出領域を拡大することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
この発明の請求項1に係る光電センサは、検出領域に向けて光を発する出力部と、出力部に並べて配置され、検出領域で反射した光を受光する入力部と、出力部および入力部の検出領域対向側にそれぞれ配置された反射部材とを備え、反射部材は、出力部または入力部から検出領域に向かう方向に形成された筒状部を有し、筒状部の内壁の全周は反射面で形成され、反射面により出力部の投光領域および入力部の受光視野が拡大されるものである。
【0011】
この発明の請求項に係る光電センサは、反射部材が、筒状部から検出領域側に向けて広がる漏斗状部をさらに備えたものである。
【0012】
この発明の請求項に係る光電センサは、筒状部の壁面は、平面、テーパ面および曲面のうちのいずれかの形状であるものである。
【0013】
この発明の請求項に係る光電センサは、筒状部を角筒形状としたものである。
【0014】
この発明の請求項に係る光電センサは、出力部は投光素子を有し、入力部は受光素子を有し、反射部材はプリズムとしたものである。
【発明の効果】
【0015】
この発明の請求項1によれば、簡易な構造で投光領域または受光視野を広くして、特に筐体近傍における検出領域を拡大することができる。
【0016】
この発明の請求項2および請求項4によれば、出力部から投光される光を検出領域側へ有効に導くことができる。または検出領域で反射した光を入力部側へ有効に導くことができる。よって、光の利用効率を高めることが可能となる。
【0017】
この発明の請求項によれば、投光素子と受光素子を有する光電センサにプリズムを設けるようにしたので、簡易な構造で投光領域または受光視野を広くして、特に筐体近傍における検出領域を拡大することができる。
【0018】
この発明の請求項によれば、反射面を形成する筒状部の面積または形状を変更することにより、光の出力領域または入力領域を簡易に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
図1】この発明の実施の形態1に係る光電センサの構成を示す断面図である。
図2図1に示す投光素子側プリズムの拡大図を示し、図2(a)は縦断面図、図2(b)はI−I線に沿ってプリズムを切断した断面図である。
図3図1に示す受光素子側プリズムの拡大図である。
図4図2のI−I線に沿ってプリズムを切断した断面図である。
図5】実施の形態1に係る光電センサのプリズムの変形例を示す図である。
図6】実施の形態1に係る光電センサのプリズムの変形例を示す図である。
図7】実施の形態1に係る光電センサの反射部材の別の例を示す図である。
図8】従来の光電センサの構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0020】
実施の形態1.
図1は、本実施の形態1に係る光電センサ1の構成を示す断面図である。なお、図1において、先立って説明した図8と同一または相当の部分については同一の符号を付す。
以下では、説明の簡便化のため、図1に示す部品配置を例としたとき、投光素子3および受光素子4に対して検出領域Cの方向を前、プリント配線板7の方向を後ろ、受光素子4側を上、投光素子3側を下、図1の紙面奥行き方向を左右と称するが、本発明はこのような部品配置に限定されるものではなく、実際の構成に応じてこれらの方向も適宜変更しうることはいうまでも無い。
【0021】
図1に示すように、本実施の形態1に係る光電センサ1は、投光素子(出力部)3の前方に配置されたプリズム(反射部材)10と、受光素子(入力部)4の前方に配置されたプリズム(反射部材)11とを備える。図1の例では、プリズム10,11とカバー6を一体に形成しているが、プリズム10、プリズム11、カバー6をそれぞれ個別に形成してもよい。
【0022】
図2(a)にプリズム10の拡大図を示し、図2(b)にI−I線に沿って切断した断面図を示す。プリズム10は、投光素子3の近傍に筒状部10aが形成され、この筒状部10aから検出領域C側へ向けて広がる漏斗状部10bが形成されている。そして、筒状部10aの壁面の全反射を利用して、反射面10cを構成している。図では反射面10cを太線で強調して示す。投光素子3を取り囲む複数の反射面10cのうち、筐体2内部側に位置する反射面10c−1が狭く、筐体2外部側に位置する反射面10c−2が広く形成されている。ここで言う筐体2外部側に位置する反射面10c−2とは、投光素子3と受光素子4とを一直線上に見たときに、投光素子3の手前側に位置する反射面10cのことである。
【0023】
図1において、投光素子3の発する放射状の光のうち、直接出射口8から出る光を一点鎖線で示し、プリズム10の反射面10cで反射して出射口8から出る光を破線で示す。また、受光素子4の受光視野Bを二点鎖線で示す。
プリズム10が無い場合、投光素子3の投光領域Aは一点鎖線で囲まれた領域のみであり、検出領域Cでカバーできない領域が広い。これに対して、プリズム10を投光素子3の前方に設けた場合は、投光がプリズム10で反射することによって光芒が上側に大きく広がるため、図1に矢印で示すように投光領域Aが上側に拡大し、検出領域Cも検出領域C+Dへ拡大する。また、投光素子3の光芒は下側にはほとんど広がらないので、検出対象物が存在しない領域への無駄な投光を軽減でき、光を有効に利用できる。
【0024】
このように、プリズム10の反射面10cは、投光素子3からの光を出射口8の面積に対して有効に反射して出射できる面積を持ち、投光素子3の光を出射口8に有効に導くことのできる位置に配置されていれば良く、図示例以外の形状であっても構わない。
【0025】
また、受光素子4の前方にもプリズム11を設けることにより、二点鎖線で囲まれた受光視野B(図1に示す)を広げ、検出領域C+Dをさらに拡大することもできる。図3に、プリズム11の拡大図を示す。
プリズム11の、受光素子4を取り囲む複数の反射面11cのうち、筐体2外部側に位置する反射面11c−1を広く形成することにより、受光素子4の受光視野Bが下方向に広がり投光領域Aとの重複領域を拡大できる。なお、ここで言う筐体2外部側に位置するプリズム11の反射面11c−1とは、投光素子3と受光素子4とを一直線上に見たときに、受光素子4の奥側に位置する反射面11cのことである。
【0026】
投光素子3および受光素子4の光芒の拡大方向、即ち、検出領域Cの拡大方向は、光電センサ1の設計に応じて適宜決定すればよい。例えば、図1および図2の例とは反対に、プリズム10の、筐体2内部側に位置する反射面10c−1を広く、筐体2外部側に位置する反射面10c−2を狭く形成した場合には、投光素子3の光芒が下側に大きく広がり、検出領域Cも下方向に拡大する。
【0027】
図4は、プリズム10を図2のI−I線に沿って切断した断面図である。プリズム10の筒状部10aは、図4(a)〜図4(d)に示すような角筒形状でもよいし、図4(e)に示すような円筒形状でもよい。円筒形状に比べて、角筒形状の方が容易に作成できるメリットがある。図4(a)および図4(e)のように筒状部10aの4面に反射面10cを形成した場合、投光素子3の光芒は放射状に広がる。図4(b)のように筒状部10aの上側(10c−1)を除く3面に反射面10c−2〜10c−4を形成した場合には、光芒が左右および下方向に広がり、図4(c)のように下側1面に反射面10c−2を形成した場合には光芒が上方向に広がる。また、図4(d)のように左右2面に反射面10c−3,10c−4を形成した場合には光芒が左右方向に広がる。
このように、筒状部10aのどの面を反射面10cとするかによって、検出領域Cを容易に所望の範囲に調節することが可能である。
【0028】
また、反射面10cの形状を変更することにより、検出領域Cを調節してもよい。以下、図5および図6に例を示す。
図5(a)に示す変形例では、筒状部10aを、投光素子3から検出領域Cへ向かうにつれて広がるよう形成して、反射面10cを投光素子3から検出領域Cへ向かって広がるテーパ形状にしている。この場合は投光素子3の投光領域Aが拡大するので、検出領域Cも拡大する。反対に、図5(b)のように筒状部10aを投光素子3から検出領域Cに向くにつれて狭まるよう形成して、反射面10cを投光素子3側から検出領域C側へ向かって狭まるテーパ形状にしてもよい。この場合、投光素子3の投光領域Aが狭まるので、検出領域Cも狭まる。
このように、投光素子3の光軸に対する反射面10cの傾斜角度を変更することにより、検出領域Cを容易に所望の範囲に調節することが可能である。
【0029】
その他にも、筒状部10aを例えば図6(a)のように凹面形状の曲面にしたり、図6(b)のように凸面形状の曲面にしたりしてもよい。
また、筒状部10aの4面のうちの任意の面の形状のみを、図5または図6に示すように変形してもよい。また、受光素子4前方のプリズム11も同様に変更することにより、検出領域Cの範囲を調節可能である。
【0030】
なお、上記説明では反射部材としてプリズム10,11を用いる例を示したが、これに限定されるものではない。図7に反射部材の別の例を示す。
図7において、樹脂などで構成された反射部材20は、投光素子3の近傍に筒状部20aが形成され、この筒状部20aから検出領域側に向けて開口する漏斗状部20bが形成されている。そして、筒状部20aの内面に金属ミラーの反射面20cを形成し、鏡面反射を利用して投光素子3の光芒を調節する。この反射部材20は、筐体2または遮光部材5と一体に構成してもよい。同様に、受光素子4の前方に反射部材20を設置して、受光素子4の光芒を調節する。
【0031】
以上より、実施の形態1によれば、光電センサ1は、検出領域Cに向けて光を放射状に発する投光素子3と、投光素子3に並べて配置されて検出領域Cで反射した光を検知する受光素子4と、投光素子3および受光素子4の検出領域C対向側に光を反射する反射面10cが形成されたプリズム10,11とを備えるように構成した。このため、簡易な構造で、筐体2の近傍における検出領域Cを検出領域C+Dに拡大することができる。従って、広光芒にするために、リードタイプの投光素子3を出射口8近くに設置したりプリント配線板7を複数設置したりする必要がないため、基板設計の制約が少なくなり、他の機種との部品の共用化ができるようになる。また、広光芒にするために、複数個の投光素子3および受光素子4を使用したり、発光面積の広い投光素子3および受光面積の広い受光素子4を使用したり、出射口8および入射口9を広げたりする必要がないため、これらの方法を用いた場合と同様の効果を、筐体2を大型化することなく低コストで得ることができる。さらに、凹レンズを使用しないので良好なSN比を得ることが可能となる。
【0032】
また、実施の形態1によれば、プリズム10,11の反射面10c,11cを、投光素子3と受光素子4を一直線上に見たときに投光素子3より手前側(反射面10c−2)、および受光素子4より奥側(反射面11c−1)の少なくとも一方に形成するようにしたので、投光素子3の投光を検出領域C側へ有効に導くことができる。または、検出領域Cで反射した光を受光素子4側へ有効に導くことができる。よって、光の利用効率を高めることが可能となる。
あるいは、プリズム10,11の反射面10c,11cを、投光素子3と受光素子4が並ぶ仮想平面の表側(反射面10c−3,11c−3)、および裏側(反射面10c−4,11c−4)の少なくとも一方に形成してもよい。この場合にも、投光素子3の投光または検出領域Cで反射した光を有効に導くことができ、光の利用効率を高めることが可能となる。
【0033】
また、実施の形態1によれば、プリズム10,11は、投光素子3または受光素子4の近傍に形成された筒状部10a,11aと、筒状部10a,11aから検出領域C側に向けて広がる漏斗状部10b,11bとを有し、この筒状部10a,11aの壁面に反射面10c,11cを形成するようにした。このため、筒状部10a,11aの壁面の大きさ、反射面10c,11cを形成する面を変更して、投光領域Aまたは受光視野Bを簡易に調節できる。よって、検出領域Cの範囲を容易に調節できる。
あるいは、筒状部10a,11aの壁面を平面、テーパ面または曲面にすることでも、投光領域Aまたは受光視野Bを容易に調節でき、検出領域Cの範囲を容易に調節できる。
【0034】
なお、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、上述した実施の形態の構成に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更などがあっても本発明に含まれることは言うまでもない。
上記説明では反射部材を拡散反射型の光電センサに適用した例を示したが、リフレクタ型など他の光電センサに適用してもよい。
【符号の説明】
【0035】
1 光電センサ
2 筐体
3 投光素子(出力部)
4 受光素子(入力部)
5 遮光部材
6 カバー
7 プリント配線板
8 出射口
9 入射口
10 プリズム(反射部材)
10a,11a,20a 筒状部
10b,11b,20b 漏斗状部
10c,11c,20c 反射面
11 プリズム(反射部材)
20 反射部材
A 投光領域
B 受光視野
C,D 検出領域
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8