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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】
(24)【登録日】2022-06-09
(45)【発行日】2022-06-17
(54)【発明の名称】光電センサ
(51)【国際特許分類】
   H03K 17/78 20060101AFI20220610BHJP
   H01H 35/00 20060101ALI20220610BHJP
   H01L 31/12 20060101ALI20220610BHJP
   G01V 8/20 20060101ALI20220610BHJP
【FI】
H03K17/78 P
H01H35/00 N
H01L31/12 E
G01V8/20 P
【請求項の数】 3
(21)【出願番号】P 2018086257
(22)【出願日】2018-04-27
(65)【公開番号】P2019193183
(43)【公開日】2019-10-31
【審査請求日】2021-03-24
(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】110003166
【氏名又は名称】特許業務法人山王内外特許事務所
(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】100199749
【弁理士】
【氏名又は名称】中島 成
(74)【代理人】
【識別番号】100188880
【弁理士】
【氏名又は名称】坂元 辰哉
(74)【代理人】
【識別番号】100197767
【弁理士】
【氏名又は名称】辻岡 将昭
(74)【代理人】
【識別番号】100201743
【弁理士】
【氏名又は名称】井上 和真
(72)【発明者】
【氏名】細井 貴之
(72)【発明者】
【氏名】高宮 知広
(72)【発明者】
【氏名】田中 実
【審査官】渡井 高広
(56)【参考文献】
【文献】特開2009-043982(JP,A)
【文献】特開2002-352188(JP,A)
【文献】特開2007-266049(JP,A)
【文献】特開平05-274967(JP,A)
【文献】特開平05-062573(JP,A)
【文献】特開2012-074412(JP,A)
【文献】国際公開第2014/054420(WO,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H03K 17/78
H01H 35/00
H01L 31/12
G01V 8/20
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
赤外光を発光する第1発光素子、及び、当該第1発光素子により発光された赤外光を外部に投光する第1投光レンズを有する第1投光部と、
前記第1発光素子と並んで配置されて可視光を発光する第2発光素子、及び、当該第2発光素子により発光された可視光を外部に投光する第2投光レンズを有する第2投光部と
光を集光する受光レンズ、及び、当該受光レンズにより集光された光を受光する受光素子を有する受光部とを備え、
前記第2発光素子は、前記第1発光素子と前記受光素子との間に配置され、
前記第2投光部は、前記第1投光部により投光される赤外光と同一方向に可視光を投光し、
前記第1投光レンズは、軸方向から見て凹んだ形状に構成された凹部を有し、
前記第2投光レンズは、軸方向から見て前記凹部における凹んだ領域内に配置された
ことを特徴とする光電センサ。
【請求項2】
前記第1発光素子及び前記第2発光素子が配置された単一の基板を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の光電センサ。
【請求項3】
前記第1投光レンズ及び前記第2投光レンズは一体に構成された
ことを特徴とする請求項1又は請求項2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、検出体による反射光を受光する光電センサに関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、投光素子が赤外光を発光する光電センサが知られている(例えば特許文献1参照)。赤外光は、可視光(赤色光)に対して発光効率が高く検出性能がよいため、光電センサに用いられることがある。しかしながら、投光素子が赤外光を発光する場合、その発光された光及び検出体に当たった光を目視することはできない。
【0003】
そこで、従来から、赤外光を発光する赤外光用の投光素子に加え、可視光を発光する可視光用の投光素子を備えた光電センサが知られている(例えば特許文献2,3参照)。特許文献2に開示された光電センサでは、可視光用の投光素子が、赤外光用の投光素子に対して着脱可能に構成されている。また、特許文献3に開示された光電センサでは、基板上に赤外光用の投光素子と可視光用の投光素子とが並べて配置され、この2つの投光素子に対して単一の投光レンズを共通に用いている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2012-74412号公報
【文献】特開平05-62573号公報
【文献】特開平05-274967号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献2に開示された従来の光電センサでは、赤外光用の投光素子と可視光用の投光素子とが別体の構造物に設けられているため、赤外光用の投光素子の光軸と可視光用の投光素子の光軸との間にずれが発生する。
また、特許文献3に開示された従来の光電センサでは、赤外光用の投光素子と可視光用の投光素子に対して単一の投光レンズが共通に用いられているため、赤外光用の投光素子の光軸と可視光用の投光素子の光軸との間にずれが発生する。すなわち、赤外光用の投光素子用に最適化された投光レンズを用いた場合、基板上に赤外光用の投光素子と可視光用の投光素子とを並べて配置すると、赤外光用の投光素子と投光レンズの中心とを通る軸と、可視光用の投光素子と投光レンズの中心とを通る軸が平行ではなくなり、光軸ずれが発生する。
【0006】
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、赤外光用の投光素子及び可視光用の投光素子を備えた光電センサにおいて、光軸ずれの発生を回避可能な光電センサを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係る光電センサは、赤外光を発光する第1発光素子、及び、当該第1発光素子により発光された赤外光を外部に投光する第1投光レンズを有する第1投光部と、第1発光素子と並んで配置されて可視光を発光する第2発光素子、及び、当該第2発光素子により発光された可視光を外部に投光する第2投光レンズを有する第2投光部と、光を集光する受光レンズ、及び、当該受光レンズにより集光された光を受光する受光素子を有する受光部とを備え、第2発光素子は、第1発光素子と受光素子との間に配置され、第2投光部は、第1投光部により投光される赤外光と同一方向に可視光を投光し、第1投光レンズは、軸方向から見て凹んだ形状に構成された凹部を有し、第2投光レンズは、軸方向から見て前記凹部における凹んだ領域内に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
この発明によれば、上記のように構成したので、赤外光用の投光素子及び可視光用の投光素子を備えた光電センサにおいて、光軸ずれの発生を回避可能である。
【図面の簡単な説明】
【0009】
図1】この発明の実施の形態1に係る距離設定形光電センサの構成例を示す図である。
図2】この発明の実施の形態1における赤外光用の投光部、可視光用の投光部、受光部及び素子ホルダの構成例を示す側面図である。
図3図3A図3Bは、この発明の実施の形態1における赤外光用の投光レンズ及び可視光用の投光レンズの構成例を示す図であり、図3Aは側面図であり、図3Bは正面図である。
図4図4A図4Bは、この発明の実施の形態1における赤外光用の投光レンズ及び可視光用の投光レンズの別の構成例を示す図であり、図4Aは側面図であり、図4Bは正面図である。
図5】この発明の実施の形態1における受光素子上での受光位置と検出体までの距離との関係の一例を示す図である。
図6】この発明の実施の形態1における判定部の構成例を示す図である。
図7】この発明の実施の形態1における素子ホルダの構成例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係る距離設定形光電センサの構成例を示す図であり、図2はこの発明の実施の形態1における投光部2、投光部3、受光部4及び素子ホルダ7の構成例を示す側面図である。実施の形態1では、光電センサとして距離設定形光電センサを用いた場合を示す。
距離設定形光電センサは、三角測距の原理を利用し、検出領域における検出体10の有無を判定する。距離設定形光電センサは、図1,2に示すように、基板1、赤外光用の投光部(第1投光部)2、可視光(赤色光)用の投光部(第2投光部)3、受光部4、判定部5、制御部6及び素子ホルダ7を備えている。投光部2は、発光素子(第1発光素子)21及び投光レンズ(第1投光レンズ)22を有している。投光部3は、発光素子(第2発光素子)31及び投光レンズ(第2投光レンズ)32を有している。受光部4は受光レンズ41及び受光素子42を有している。なお図1では、受光素子42として2分割フォトダイオードを用いた場合を示している。
【0011】
発光素子21は、基板1上に配置され、赤外光を発光する。なお、発光素子21は、所定のデューティーをもったパルス光を発光するのが望ましい。
投光レンズ22は、発光素子21により発光された赤外光を外部に投光する。この投光レンズ22は、検出領域に対向配置され、発光素子21により発光された赤外光を検出領域に投光する。
【0012】
発光素子31は、基板1上に発光素子21と並んで配置され、可視光を発光する。発光素子31は、発光素子21と受光素子42との間で中央(略中央の意味を含む)に配置されている。なお、発光素子31は、発光素子21が発する光のパルス波形に影響を及ぼさないように、直流光を発光するのが望ましい。
投光レンズ32は、発光素子31により発光された可視光を外部に投光する。この投光レンズ32は、検出領域に対向配置され、発光素子31により発光された可視光を検出領域に投光する。すなわち、投光部3は、投光部2により投光される赤外光と同一(略同一の意味を含む)方向に可視光を投光する。
【0013】
図3は投光レンズ22及び投光レンズ32の構成例を示している。図3では、投光レンズ22及び投光レンズ32が一体に構成されている。また、投光レンズ22は一部に凹部221を有し、投光レンズ32はこの凹部221の領域に配置されている。
また、投光レンズ32は、投光レンズ22に比べ非常に小さい。また、投光レンズ22の一部(上側の両端)に凸部を残すことで、投光レンズ32による投光レンズ22の性能への影響を抑えることができる。
また、投光レンズ32の形状は、図3Bに示すような矩形型に限らず、例えば図4Bに示すような丸型でもよい。また、凹部221の形状についても同様に、図3Bに示すような矩形型に限らず、例えば図4Bに示すような丸みを有する形状でもよい。
【0014】
受光レンズ41は、光を集光する。この受光レンズ41は、検出領域に対向配置され、検出領域からの光を集光する。
受光素子42は、基板1上に配置され、受光レンズ41により集光された光を受光する。受光素子42は、N側受光面(Near側)及びF側受光面(Far側)を有する。N側受光面は、検出体10が設定距離よりも近い領域(近距離領域)に位置する場合に当該検出体10による拡散反射光を受光可能である。また、F側受光面は、検出体10が設定距離よりも遠い領域(遠距離領域)に位置する場合に当該検出体10による拡散反射光を受光可能である。
【0015】
受光素子42上での受光位置と距離設定形光電センサから検出体10までの距離との関係を図5に示す。
図5に示すように、検出体10までの距離が距離b(設定距離)の場合には、当該検出体10による反射光がN側受光面(PD_Near)とF側受光面(PD_Far)との境界近傍に受光される。また、検出体10までの距離が、距離bよりも距離設定形光電センサに近い距離a(近距離領域上)の場合には、当該検出体10による反射光がN側受光面に受光される。また、検出体10までの距離が、距離bよりも距離設定形光電センサから遠い距離c(遠距離領域上)の場合には、当該検出体10による反射光がF側受光面に受光される。
【0016】
判定部5は、受光部4による受光結果に基づいて、検出領域における検出体10の有無を判定する。この判定部5は、図6に示すように、位置判定部51を有している。
【0017】
位置判定部51は、受光部4(受光素子42)により受光された光の受光位置を判定する。この際、位置判定部51は、N側受光面に受光された光を示す信号I_NearとF側受光面に受光された光を示す信号I_Farとを比較し、信号I_Nearの方が大きな値をとるときに受光位置がN側受光面であると判定する。
【0018】
判定部5は、位置判定部51による判定結果から検出体10の有無を判定する。ここで、判定部5は、位置判定部51により受光位置がN側受光面であると判定された場合には、検出体10が有ると判定する。また、判定部5は、位置判定部51により受光位置がN側受光面であると判定されない場合には、検出体10が無いと判定する。
【0019】
制御部6は、発光素子21及び発光素子31の発光を制御する。この制御部6は、距離設定形光電センサの動作モードが調整モードである場合に、発光素子21及び発光素子31を発光させる。調整モードは、距離設定形光電センサを感度調整する際に距離設定形光電センサに対してユーザにより設定される動作モードである。また、制御部6は、距離設定形光電センサの動作モードが通常モードである場合に、発光素子21を発光させる。通常モードは、距離設定形光電センサを運用する際に距離設定形光電センサに対してユーザにより設定される動作モードである。
【0020】
なお、判定部5及び制御部6は、システムLSI(Large Scale Integration)等の処理回路、又はメモリ等に記憶されたプログラムを実行するCPU(Central Processing Unit)等により実現される。
【0021】
素子ホルダ7は、図2,7に示すように、投光部2(発光素子21及び投光レンズ22)を収容する投光収容部71、投光部3(発光素子31及び投光レンズ32)を収容する投光収容部72、及び、受光部4(受光レンズ41及び受光素子42)を収容する受光収容部73を有する。図7では、距離設定形光電センサのうちの素子ホルダ7の構成のみを図示している。
【0022】
投光収容部71は、一面が開口された筐体構造に構成されている。図2,7に示すように、投光収容部71の内部奥には、発光素子21が配置される位置に設けられる開口部711が設けられている。また、投光収容部71の開口部711と反対側の開口端には、投光レンズ22が取付けられるレンズ取付け部712が設けられている。また、投光収容部71の内面(上面、底面及び左右面)には、段差部713が設けられている。段差部713は、開口部711側からレンズ取付け部712側に沿って広がった階段状に構成されている。
【0023】
投光収容部72は、一面が開口された筐体構造に構成されている。図2,7に示すように、投光収容部72の内部奥には、発光素子31が配置される位置に設けられる開口部721が設けられている。また、投光収容部72の開口部721と反対側の開口端には、投光レンズ32が取付けられるレンズ取付け部722が設けられている。
【0024】
受光収容部73は、一面が開口された筐体構造に構成されている。図2,7に示すように、受光収容部73の内部奥には、受光素子42が配置される位置に設けられる開口部731が設けられている。また、受光収容部73の開口部731と反対側の開口端には、受光レンズ41が取付けられるレンズ取付け部732が設けられている。また、受光収容部73の内面(上面、底面及び左右面)には、段差部733が設けられている。段差部733は、開口部731側からレンズ取付け部732側に沿って広がった階段状に構成されている。
【0025】
素子ホルダ7は、発光素子21と発光素子31(投光側)の間にしきりの壁を持つことを特徴とする。投光側にしきりの壁を設けているのは、発光素子21からの光が投光レンズ32を通して外部に投光されて検出性能に影響を与えることがないようにするためと、発光素子31からの光が投光レンズ22を通して外部に投光されて投光スポットの見た目に影響を与えることがないようにするためである。
なお、発光素子31と受光素子42(受光側)の間にしきりの壁を設けていないのは、受光素子42は光のパルス波形を検出して動作するため、発光素子31による光が直流光である場合は、発光素子31による光が受光素子42に入射しても検出性能への影響がないためである。一方、発光素子31と受光素子42との間にしきりの壁を設けてもよい。
【0026】
次に、実施の形態1に係る距離設定形光電センサの効果について説明する。
実施の形態1に係る距離設定形光電センサでは、距離設定形光電センサを感度調整する際に、投光部2により投光された赤外光がどの領域に当たっているかを示すため、この赤外光と同一方向に可視光を投光する投光部3を追加している。なお、投光部2と投光部3は単一の素子ホルダ7内に設けられている。更に、実施の形態1では、投光部3が、投光部2が有する投光レンズ22とは別体である専用の投光レンズ32を有している。これにより、実施の形態1に係る距離設定形光電センサでは、投光部3の光軸を投光部2の光軸と一致(略一致の意味を含む)させることが可能となり、光軸ずれを回避できる。
【0027】
また図2では、発光素子21及び発光素子31が単一の基板1上に配置されている。これにより、発光素子21と発光素子31の位置関係のずれを容易に回避できる。また図2~4では、投光レンズ22及び投光レンズ32が一体に構成されている。これにより、投光レンズ22及び投光レンズ32の位置関係のずれを容易に回避できる。
なお図2では、発光素子21及び発光素子31が単一の基板1上に配置されているが、これに限らず、発光素子21及び発光素子31が異なる基板上に配置されていてもよい。また図2~4では、投光レンズ22及び投光レンズ32が一体に構成されているが、これに限らず、投光レンズ22及び投光レンズ32が別体であってもよい。
【0028】
また、投光部2と受光部4との間に可視光用の投光部3を配置する場合に、投光部2と受光部4との間の隙間が広がると、近距離デッド領域が広がってしまう。近距離デッド領域とは、検出体10が距離設定形光電センサに近すぎるために検出体10が無いと判定してしまう距離領域である。そこで、図3,4に示すように、投光レンズ22の一部に凹部221を形成し、この凹部221の領域に投光レンズ32を配置することで、上記隙間が広がることを抑制できる。
【0029】
また、制御部6は、調整モードの場合に投光部3による可視光の投光を実施させ、運転モードの場合には投光部3による可視光の投光は停止させることで、省エネを実現できる。
【0030】
なお上記では、受光素子42として2分割フォトダイオードを用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、受光素子42として、PSD(Position Sensitive Device)又は多分割フォトダイオード等の位置検出素子を用いてもよい。
【0031】
また、投光部2による光がパルス光であり且つ投光部3による光が直流光である場合、制御部6は、例えば最初に光電センサを工場のライン等にセッティングをして投受光のチューニングを行う場合等に、投光部2と投光部3を併用して使用することも可能である。よってこの場合、ユーザは、対象物に正確に投光されているかを直流光で目視しながら、赤外光の投光部2と受光部4による投受光のチューニングを行うことが可能となる。
【0032】
また上記では、光電センサとして、距離設定形光電センサを用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、検出体10による反射光を受光する光電センサであればよい。光電センサとして、反射形光電センサを用いてもよく、上記と同様の効果を得ることができる。
【0033】
以上のように、この実施の形態1によれば、赤外光を発光する発光素子21、及び、当該発光素子21により発光された赤外光を外部に投光する投光レンズ22を有する投光部2と、発光素子21と並んで配置されて可視光を発光する発光素子31、及び、当該発光素子31により発光された可視光を外部に投光する投光レンズ32を有する投光部3とを備え、投光部3は、投光部2により投光される赤外光と同一方向に可視光を投光するように構成したので、投光部3の光軸を投光部2の光軸に一致させることができ、光軸ずれの発生を回避可能である。
【0034】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【0035】
1 基板
2 投光部(第1投光部)
3 投光部(第2投光部)
4 受光部
5 判定部
6 制御部
7 素子ホルダ
10 検出体
21 発光素子(第1発光素子)
22 投光レンズ(第1投光レンズ)
31 発光素子(第2発光素子)
32 投光レンズ(第2投光レンズ)
41 受光レンズ
42 受光素子
51 位置判定部
71 投光収容部
72 投光収容部
73 受光収容部
221 凹部
711 開口部
712 レンズ取付け部
713 段差部
721 開口部
722 レンズ取付け部
731 開口部
732 レンズ取付け部
733 段差部
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7