JPH01156692A

JPH01156692A - 光センサ

Info

Publication number: JPH01156692A
Application number: JP62316688A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Kanbe; 祥明神戸; Kohei Kodera; 小寺　孝兵; Masashi Nakamura; 正志中村
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1987-12-15
Filing date: 1987-12-15
Publication date: 1989-06-20
Anticipated expiration: 2011-11-06
Also published as: JP2551608B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［技術分野］本発明は、検知エリアに物体が入ったことを検出する光
センサに関するものである。

［背景技術］一般に、検知エリアに物体が入ったことを検出するこの
種の光センサのうち反射型のものは、第５図に示すよう
に、検知エリアに光を投光する投光手Ｐｉ１と、検知エ
リア内の物体Ｘからの反射光を受光する受光手段２と、
受光手段２出力に基いて物体Ｘの有無を演算判定して物
体検知信号を出力する信号処理手段３とで構成されてお
り、従来、この種の光センサは、第６図に示すように、
投光、受光手段１，２の光？系および投光、受光素子を
一体化した光学ブロック５と、各手段の電子回路部をプ
リント基板２０に実装した電子回路ブロック６と、両ブ
ロック５，６を収納するグイキャストケース７に設けら
れる動作表示部８およびセンサ機能設定部９とで形成さ
れていた。ここに、光学ブロック５は、投光用の発光素
子１０および反射光受光用の受光素子１１が実装された
プリント基板１２と、投光レンズ１３および受光レンズ
１４と、０リング１５ａ、１５ｂと、光学筒１６と、レ
ンズ押さえ１７と、ゴムカバー１８とで形成されており
、これらの部品を予め調整組み立てして光学ブロック５
が得られるようになっている。なお、この３１！整組み
立て時において、両レンズ１３゜１４の光軸や、両レン
ズ１３および１４と発光素子１０および受光索子１１と
の距離も調整固定される。

一方、発光素子１０のドライブ回路、受光素子１１出力
の変換回路、増幅回路、演算回路、出力回路などよりな
る光センサ本体の電子部品（ＩＣ、トランジスタ、抵抗
、コンデンサ、感度調整ボリュームＶＲなと）は、プリ
ント基板２０上に実装されて電子回路ブロック６が形成
されている。また、感度調整ボリュームＶＲの回動輪の
溝に係合され、る感度設定つまみ２１あるいは必要に応
じて設けられる出力モード設定つまみ（図示せず）など
にてセンサ機能設定部９が形成されている。さらにまた
、動作表示用の発光ダイオードＬＤに対応してグイキャ
スト製のケース７に穿設された表示窓に取着される光拡
散ブロック２２にて動作表示部８が形成されている。図
中、２３はケースフの下面開口に覆着される下カバー、
２４は電源線、信号出力線などのリード線である。

ところで、このような従来例にあっては、総合組み立て
において、投光、受光手段１，２を一体化した光学ブロ
ック５と、各手段の電子回路部を実装した電子回路ブロ
ック６と、光拡散ブロック２２のような動作表示部８と
、感度設定っまみ２１のようなセンサ機能設定部９とを
ケース７に組み込むようになっているが、光学ブロック
５の発光素子１０と電子回路ブロック６のドライブ回路
とをシールド＃Ｉ２５にて電気的に接続する配線作業、
センサ機能設定部９の感度設定っまみ２１と電子回路ブ
ロック６のプリント基板２０上のボリュームＶＲとの位
置合わせ作業、受光素子１１をプリント基板２０の所定
位置２０ａに半田付けする作！、光拡散ブロック２２の
ような動作表示部８とプリント基板２０上の動作表示用
発光ダイオードＬＤとの位置合わせ作業などを同時に行
いながら組み立てを行わなければならないので、部品点
数が多くなる上、組み立て作業が面倒になり、コストが
高くなるとともに形状が大きくなるという問題があった
。すなわち、上記従来例にあっては、光学ブロック５と
、電子回路ブロック６と、動作表示部８およびセンサ機
能設定部９とを接続する作業が、電気的、機械的、光学
的にそれぞれ行なわれており、接続作業が画一化されて
いなかったので、部品点数が多くなるとともに組み立て
工数が多くなる上、接続作業が繁雑になり、小型化およ
び低価格化が容易にできないという問題があった。

そこで、上述のような問題を解決するものとして、ＰＩ
Ｓ７図乃至第１０図に示すように光配線板３０を用いた
光センサがあった。すなわち、動作表示部８、出力モー
ド設定部あるいは感度設定部などのセンサ機能設定部９
と、各手段の電子回路部とを光導波路、ミラーなどを用
いて形成される光配線板３０にて光接続したものである
。

ここに、各部を光接続する光配線板３０は、光導波路３
１．〜３１６．３１１°〜３１４゛、３１．″、３１゜
、３１゜゛、３１゜”と、ミラー、レンズ、プリズムな
どよりなる光入出力部とで形成され、投光、受光用のレ
ンズＬ、、Ｌ２が一体形成されている。また、光導波路
３１１〜３１６・・・・・・は、合成樹脂（高分子材料
）の成形、光硬化性樹脂を用いた７オトマスク露光によ
るパターニングによって形成されるようになっており、
精密樹脂成形技術や、７オトマスク繰作を基本とした集
積回路の作製技術を応用して光配線板３０を製造できる
ので、量産化による低コスト化が容易に行えることにな
る。

上述のようにして形成された光配線板３０は、電子回路
部のチップ部品が実装されプリント配線されるセラミッ
ク製あるいはエポキシ樹脂製のマウント基板３２上にス
ペーサ３２ａを介して配設されており、マウント基板３
２に実装されている投光用発光素子１０、機能設定用発
光素子３３ａ、動作表示用発光素子３３ｂ１余裕表示用
発光素子３３ｃ、検知エリアからの反射光を受光する受
光素子１１および機能設定用受光素子３４ａ〜３４ｄに
光接続されている。また、図示例では、物体Ｘからの反
射光をレン７：Ｌ２を介して受光する受光素子１１およ
び光導波路３１゜、３１□゛〜３１３”。

３１４”から出力される光を受光する受光素子３４ａ〜
３４ｄは１チツプ化された集積回路３５としてマウント
基板３２に実装されている。

ところで、センサ機能設定部９は、発光源たる機能設定
用の発光素子３３ａがらの光を光導波路３１１〜３１４
．３１１゛〜３１４°によって多分岐し、多分岐された
複数の分岐光路に跨がったスリット３６ａを設けるとと
もに、このスリット３６ａを介して伝達される各分岐光
路の光量を調整する伝達光量可変手段３７をスリン）３
６ａ内に設けることにより形成されており、この光量可
変手段３７は、ドライバ挿入溝を５％備した繰作部３７
ａと、操作部３７ａから突設された柚に偏心して取着さ
れた楕円状の遮光片３７ｂ、３７ｃとで形成されている
。ここに、操作部３７ａを回動することによってスリン
）３６ａを介して伝達される光（図示例では、光導波路
３Ｌ、３１２’あるいは光導波路３１３１３１３゛より
なる分岐光路を介して伝達される光）の遮光片３７ｃあ
るいは３７ｂによる遮光量（すなわち光路断面ｆ！りを
調整できるようになっている。

また、図示例では、スリン）３６ａを介して伝達させる
光を略平行光線とするコリメートレンズし１１〜Ｌ　１
４をスリン）３６ａの一側の光導波路３１゜〜３１．の
出力端面に設けるとともに、スリット３６ａの他側の光
導波路３１．°〜３１．゛の入力端面に集光レンズＬ　
ｌ　ｌ゛〜Ｌ　１４゛を設けて伝達光量の調整をやり易
くしている。また、光導波路３１゜〜３１４の束ねられ
た一端部に、発光素子３３ａがら入力される光は、各光
導波路３１．〜３１．に所定割合で分岐されて伝播し、
伝達光量可変手段３６によって伝達光量がｌ！４整され
受光索子３４ａ〜３４ｄで受光されてセンサ機能設定が
行なわれるようになっている。なお、光導波路３１．．
３１゜゛、３１゜”は、投光用の発光素子１０がら発せ
られる光の一部を基準光として取り出して受光素子３４
ａに入力するものであり、実施例では、３１゜、３１゜
”を介して伝達される基準光と、光導波路３１、．３１
．’を介して伝達される基準光とを合成しで光導波路３
１゜を介して受光素子３４ａに入射させている。この場
合、受光素子３４ａでは、光導波路３１゜３１゜”を介
して伝達される基準光と、光導波路３１．゛を介して伝
達されるセンサ機能設定用の基準光が入射することにな
るが、両党の入射タイミングを異ならせることにより、
同基準光に対して受光素子３４ａを共用することによる
不都合を解消している。

第１０図は、光導波路３１．“を介して伝達される基準
光を反射して光導波路３１゜”に入力させる反射部の構
成例を示すもので、同図（ａ）はミラー版Ｍｏを用いた
ものであり、同図（ｂ）はプリズムＰ０を用いたもので
ある。

また、出力モード設定用の分岐光路であるところの光導
波路３１．゛と光導波路３１．′との間には、第２のス
リン）３６ｂが設けられており、このスリン）３６ｂ内
にスライド操作片３９を介装し、スライド操作片３９に
よってスリット３６ｂを介して伝達される光を遮断自在
にし、出力モードの設定を行なえるようにしている。

いま、投光手段１の発光素子１０がら発せられた光は、
投光用レンズＬ、にて光ビームが形成されて検知エリア
に投光され、一方、検知エリア内の物体Ｘからの反射光
は、受光手段２の受光用レンズＬ、にて集光され受光素
子１１に入射するようになっており、信号処理手段３で
は、受光素子１１出力に基いて物体Ｘが検知エリアに入
ったかどうかを判定して、動作表示部８に判定結果を表
示するようになっている。ここに、動作表示用、余裕表
示用の発光素子３３ｂ、３３ｃから発する光は、光導波
路３１ｓ−３１ａを介して動作表示部８の光拡散ブロッ
クに伝達され、光拡散ブロック２２にて各方向に散乱放
射されることにより、物体が検知エリアに入ったこと、
あるいは検知エリアの近傍（余裕範囲）に入ったことが
表示されるようになっている。また、信号処理手段３に
おける物体検知処理は、−船釣な信号処理によって行な
われており、この物体検知処理において、投光用の発光
索子１０の発光量のばらつきを補正するために光導波路
３１゜、３１゜゛、３１．″を介して取り込まれる基準
光を用いており、受光素子３４ａ出力に基いて受光素子
１１の出力レベルを判定するようにしている。

ところで、センサ機能設定部９は、光導波路３１、〜３
１．，３１．°３１４゛にて分岐された分岐光路中にス
リット３６ａを設け、スリット３６ａ内に設けた伝達光
量可変手段３７により、光導波路３１□、３１□゛およ
び光導波路３１３，３Ｌ’にて形成される各分岐光路を
介して伝達される光量を適当に調整することにより、受
光素子３４ｂ、３４ｃに入射する光を調整し、センサ機
能（例えば物体Ｘの検知感度）の設定を行なうようにな
っている。

この場合、操作部３７ａを回動することによって遮光片
３７ｂ、３７ｃにて２つの分岐光路の伝達光量を任意の
関係をもっで変化させることができるので、複数（図示
例では２つ）のセンサ機能の各パラメータを同時に設定
でき、センサ機能の設定が簡便に行なえるようになって
いる。例えば、受光量と測距量（光学的に物体Ｘまでの
距離を測定した値）とを用いて物体Ｘが検知エリア内に
入ったかどうかを判定する場合には、２つのセンサ機能
のパラメータをそれぞれ設定する必要があるが、図示例
では、操作部３７ａを適当に回動操作するだけで、２種
のセンサ機能のパラメータが同時に設定でき、センサ機
能の設定が容易に行なえろことになる。ここに、光導波
路３１．．３１．’を介して伝達される光は、機能設定
時の基準光であり、この基準光を受光した受光素子３４
ａ出力に基いて受光素子３４ｂ、３４ｃ出力のレベルを
判定することにより、機能設定用発光素子３３ａの発光
量のばらつきを補正できるようになっている。

第１１図乃至第１３図はプリズムＰ、を用いて分岐光路
を形成したものであり、発光源の光が一端面から入射し
他端面が同一面に配置された複数の第１光導波路３１１
〜３１４と、該同一面に一端面が配置され他端面から出
力される光を受光素子３４ａ〜３４ｄに入射させる複数
の第２光導波路３１、〜３１４°と、同一面に配置され
たｆｊＳｌ、第２光導波路３１□〜３１１．３１．゛〜
３１．゛端面に適宜距離をもって対向して配置され第１
光導波路３１、〜３１．から出力される光を屈折あるい
は反射させて対応する第２光導波路３１１′〜３１．゛
に入射させる反射手段４０とで複数の分岐光路を形成し
、同一面に配置された第１、第２光導波路３１、〜３１
４．３１１′〜３１４゛端而と反射手段４０の光入出力
面との間にスリ７）３６ａを形成したものである。ここ
に、図示例にあっては、反射手段４０としてプリズムＰ
１を用い、各光導波路３１゜〜３１コから出力される光
を２回反射（９０°反射）させて対応する各光導波路３
１、′〜３１．゛に入射させるようにしている。また、
伝達光量可変手段３７は、適当な形状の絞り孔４１ａを
有する絞り板４１と、周辺に多数の細孔４３が密度を徐
々に変化させて穿設された回転円板４２とで形成されて
おり、回転円板４２に突設されたつまみ４２ａを回動す
ることによって絞り孔４１ａに臨む細孔４３の数が変化
させ、伝達される光量を変化させることができるように
なっている。

しかしながら、上述のような従来例にあっては、電子回
路部と、動作表示部８と、センサ機能設定部９とを、光
導波路、ミラーなどを用いて形成される光配線板３０に
て光接続する二とにより、部品点数を少なくして組み立
て作業を簡略化することができ、小型化および低価格化
が容易にできるとともに、複数のセンサ機能の設定を簡
単な構成で容易に行なうことができるようになっている
が、分岐光路を伝播する光の相互干渉によって誤動作が
発生する場合があるという問題があった０例えば、第１
４図（、）に示すように、レンズＬ１１′に収差が存在
する場合には、レンズＬ　Ｉ　ｌｏにて集光された光が
対応する光導波路３１．゛に結合せず、隣の光導波路３
１２°に直接入射したり、ｍ１４図（ｂ）に示すように
、クラッド内を伝播した光が隣の光導波路３１□°に入
射する場合があった。また、第１５図に示すように、光
導波路３１１°〜３１４゛を形成するコアあるいはクラ
ッドの屈折率のゆらぎ、境界面不良、導波路の曲がりな
どによって伝播する光が漏れ、隣の光導波路３１．〜３
１．゛に結合する場合があった。このような場合には、
伝達光量可変手段３７によるセンサ機能の調整が所定の
カーブで行えなくなって、誤動作が発生するという問題
があった。すなわち、スリフ）３６ａを介して伝達され
る光の遮蔽がリニアに行なわれるように伝達光量可変手
段３７を形成している場合において、光導波路３１１°
から出力される基準光を受光する受光素子３４ａ出力１
ａと、光導波路３１２から出力される機能設定光を受光
する受光素子３４ｂ出力ｒｂの比１ｂ／Ｉａは、光導波
路３１．゛、３１、°を含む隣接した分岐光路間に光漏
れによる相互干渉がなければリニアに変化する。しかし
ながら、隣接する分岐光路間に光漏れによる相互干渉が
あると、Ｉｂ／Ｉａがリニアに変化せず、機能設定が正
確に行なわれなくなって誤動作が生じることになる。

［発明の目的１本発明は上記の点に鑑みて為されたものであり、その目
的とするところは、部品点数を少なくして組み立て作業
を簡略化することができるとともに、小型化および低価
格化が容易にでき、しかも、並設された光導波路に伝搬
される光の相互干渉による誤動作を防止することができ
る光センサを提供することにある。

［発明の開示］（構　成）本発明は、電子回路部と、動作表示部と、センサ機能設
定部とを、光導波路、ミラーなどを用いて形成される光
配線板にて光接続して成る光センサにおいて、光配線板
内に並設された光導波路間に光遮蔽路を設けたものであ
り、部品点数を少なくして組み立て作業を簡略化するこ
とができるとともに、小型化および低価格化が容易にで
き、しかも、並設された光導波路に伝搬される光の相互
干渉による誤動作を防止することができる光センサを提
供するものである。

（実施例）第１図お上Ｖ第２図は本発明一実施例を示すもので、電
子回路部と、動作表示部８と、センサ機能設定部９とを
、光導波路、ミラーなどを用いて形ｒ＆される光配線板
３０にて光接続し、発光源からの光を光導波路３１．〜
３１４．３１１°〜３１．゛・・・・・・によって多分
岐し、多分岐された複数の分岐光路に跨がったスリ７）
３６ａを設けるとともに、該スリ７）３６ａを介して伝
達される各分岐光路の′ｖＳ量を調整する伝達光量可変
手段３７をスリット３６ａ内に設けることによりセンサ
機能設定部９を形成した光センサにおいて、光配線板３
０の並設された光導波路３１１゛〜３１４°間に該光導
波路３１１゛〜３１４°とほぼ同等の深さを有する溝よ
りなる光遮蔽路４５を設けたものである。なお、実施例
では、光導波路３１．〜３１．°間にのみ光遮蔽路４５
を設けているが、他の光導波路３１゜〜３１．・・・・
・・間にも同様のグミ−光導波路を必要に応じて設けて
も良い。また、光漏れによる相互干渉を確実に防ぐには
、光遮断路４５を各光導波路３１１゛〜３１４°の全長
あるいはそれ以上に亘って設ける必要があるが、光漏れ
を軽減する場合には、光漏れが生じやすい要所にのみ光
遮蔽路４５を設ければ良い。

第３図および第４図は、光遮蔽路４５を設けることによ
って分岐光路を伝播する光の相互干渉を防止できる様子
を示すもので、レンズＬ　Ｉ　ｌｏの収差により隣の光
導波路３１２゛に結合する光ＯＰＩと、光導波路３１．
°から漏れて隣の光導波路３１２゛に結合する光ＯＰ２
とを考える。いま、レンズＬ　ｌ　ｌｏの収差による光
ＯＰ、は、溝よりなる光遮蔽路４５に入射するが、溝側
面が粗面であれば第３図（ａ）に示すように溝側面で乱
反射されて散乱し、隣の光導波路３１２゛に結合される
光は殆どなくなって相互干渉が防止できる。一方、溝側
面が鏡面である場合には、第３図（ｂ）に示すように、
溝側面と光導波路３１．゛のコア間で反射伝搬する光Ｏ
Ｐ、ａと、光遮蔽路４５を通過して隣の光導波路３１２
゛へ結合する光ｏｐ、ｂとがあるが、反射伝搬する光Ｏ
Ｐ、ａの方が多くなるので、相互干渉は大幅に滅少する
ことになる。なお、光遮蔽路４５内を反射伝搬して減貨
する光もあるので、相互干渉はより一層少なくなる。第
４図は、光導波路３１１゛から湿れた光ＯＰ２が隣の光
導波路３１２゛に結合する様子を示すもので、上記光Ｏ
Ｐ１の場合と同様の原理で光遮蔽路４５を設けたことに
よる相互干渉の改善効果がある。

なお、光遮蔽路４５を形成する溝の断面形状は、実施例
に限定されるものではなく、１字型、Ｕ字型であっても
良い。また、溝側面を粗面加工すれば相互干渉をより一
周減少させることができ、さらにまた溝側面に反射膜を
コーティングしたり、溝内に反射部材あるいは光吸収部
材を充填して相互干渉を確実に防止するようにしても良
いことは言うまでもない。

［発明の効果］本発明は上述のように、電子回路部と、動作表示部と、
センサ機能設定部とを、光導波路、ミラーなどを用いで
形成される光配線板にて光接続しで成る光センサにおい
て、光配線板内に並設された光導波路間に光遮蔽路を設
けたものであり、部品点数を少なくして組み立て作業を
簡略化することができるとともに、小型化および低価格
化が容易にでき、しかも、並設された光導波路に伝搬さ
れる光の相互干渉による誤動作を防止することができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明−実施例の要部上面図、第２図は同上の
要部断面図、第３図および第４図は同上の動作説明図、
第５図は従来例の概略構成図、第６図は同上の分解斜視
図、第７図は他の従来例の概略枯成を示す分解斜視図、
第８図は同上の要部上面図、第９図は同上の要部断面図
、第１０図は同上の要部上面図、第１１図はさらに他の
従来例の要部上面図、第１２図は同上の要部上面図、第
１３図は同上の要部正面図、！＃１４図および第１５図
は同上の動作説明図である。８は動作表示部、９はセンサ機能設定部、３０は光配線
板、３１．〜３１４．３１１〜３１・、・・・・・・は
光導波路、４５は光遮蔽路である。第５図第８図第９図第１０図（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電子回路部と、動作表示部と、センサ機能設定部
とを、光導波路、ミラーなどを用いて形成される光配線
板にて光接続して成る光センサにおいて、光配線板内に
並設された光導波路間に光遮蔽路を設けたことを特徴と
する光センサ。
（２）光遮蔽路を深さが光導波路とほぼ等しい溝にて形
成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光
センサ。